Xử lý bề mặt silicon trước khi sơn: Plasma so với chất phủ lót so với phương pháp phóng điện corona

Hầu hết các lỗi bám dính trên silicon in đều bị đổ lỗi cho mực in. Theo kinh nghiệm của chúng tôi, mực in hiếm khi là yếu tố thay đổi. Xử lý bề mặt silicon mới là yếu tố thay đổi, và thường là bước ít được ghi chép nhất trong toàn bộ quy trình: không có thông số nào trên bản vẽ, không có ghi chép nào trên máy in, không có phép đo nào trên dây chuyền sản xuất.

Sản phẩm đạt tiêu chuẩn mẫu đầu tiên, được vận chuyển, và ba tháng sau quay trở lại với các ký hiệu in trên bề mặt bị bong tróc ở các cạnh. Đơn đặt hàng đã chỉ rõ hệ thống mực in và chu kỳ sấy. Nó không đề cập gì đến tình trạng bề mặt khi mực tiếp xúc với nó.

Trang này so sánh ba phương pháp xử lý thực tế được sử dụng trong sản xuất — plasma khí quyển, lớp phủ hóa học và phóng điện hào quang — dựa trên bốn yếu tố quyết định phương pháp nào phù hợp với dây chuyền sản xuất của bạn: lượng năng lượng bề mặt mà chúng tạo ra, thời gian tác dụng, chi phí trên mỗi sản phẩm và độ lặp lại của chúng trong suốt ca làm việc.

Tóm tắt

• Vệ sinh là điều bắt buộc và không phải là một phương pháp điều trị. Chất tách khuôn và hiện tượng kết tinh dầu silicon đều vô hiệu hóa cả ba phương pháp; nếu bề mặt bị nhiễm bẩn, plasma và corona chỉ đơn giản là kích hoạt chất gây ô nhiễm.
• Công nghệ plasma có khả năng xử lý các chi tiết 3D tốt nhất, nhưng cũng dễ bị hư hỏng nhất. Silicon đã qua xử lý bắt đầu mất năng lượng bề mặt trong vòng một giờ, vì vậy trạm in phải đặt cạnh thiết bị xử lý.
• Thuốc mồi giúp câu giờ, virus corona giúp tăng năng suất. Primer chịu được quy trình làm việc theo lô và lưu trữ; corona thì rẻ và nhanh nhưng hiệu quả chỉ giới hạn ở hình dạng phẳng hoặc gần phẳng.

Vì sao không có gì bám dính vào silicon chưa qua xử lý?

Cấu trúc xương sống của silicone là chuỗi siloxan với các nhóm metyl hướng ra ngoài. Các nhóm metyl này trơ về mặt hóa học và không phân cực, đó chính là lý do tại sao silicone chịu được nhiệt, tia cực tím và hóa chất — và cũng chính là lý do tại sao mực đọng thành giọt trên bề mặt. Năng lượng bề mặt nằm ở mức khoảng... 20–24 mN/m, ở mức thấp hơn nhiều so với sức căng bề mặt của hầu hết các loại mực và chất kết dính.

Nguyên tắc làm ướt rất đơn giản: nếu năng lượng bề mặt của chất nền không vượt quá rõ rệt sức căng bề mặt của chất lỏng được thoa lên, chất lỏng sẽ không lan rộng và liên kết chỉ mang tính cơ học mà thôi.

Có một vấn đề thứ hai mà người ta thường đổ lỗi cho quá trình tiền xử lý nhưng thực tế lại không thể giải quyết được. Silicone đúc khuôn mang theo chất tách khuôn trên bề mặt, và silicone chưa được xử lý hoàn toàn sau đó tiếp tục đưa siloxan trọng lượng phân tử thấp lên bề mặt trong nhiều ngày. Xử lý một bộ phận bị nhiễm bẩn sẽ kích hoạt lớp chất gây ô nhiễm, chứ không phải lớp nền. Độ bám dính ban đầu có vẻ chấp nhận được, nhưng sẽ bị hỏng khi lớp chất gây ô nhiễm đó di chuyển.

Vì vậy, trình tự đã được cố định, và thứ tự quan trọng hơn phương pháp:

1. Sau khi điều trị phần thích hợp để loại bỏ các chất dễ bay hơi — xem Sản phẩm silicone sau khi xử lý để hiểu rõ hơn về lý do và các chu kỳ điển hình.
2. Lau dọn — Lau bằng cồn IPA hoặc sóng siêu âm, với thời gian giữ tối đa được xác định trước khi thực hiện bước tiếp theo.
3. Đối xử — huyết tương, chất mồi, hoặc vầng hào quang.
4. In trong thời gian hiệu lực của liệu trình.

Nếu bỏ qua bước 1 hoặc 2, bước 3 và 4 sẽ là phí tiền.

Làm thế nào để thực sự đo lường xem bề mặt đã được xử lý hay chưa?

Bạn đo đạc, hoặc bạn không biết. Có hai phương pháp được sử dụng trong sản xuất.

Bút và mực thử nghiệm Dyne là phương pháp nhanh. Một chất lỏng thử nghiệm có sức căng bề mặt đã biết được kéo qua bề mặt; nếu màng chất lỏng giữ được trong khoảng hai đến ba giây mà không bị vỡ thành các giọt, thì năng lượng bề mặt đạt hoặc vượt quá giá trị đó. Phương pháp này được định nghĩa trong ASTM D2578 và phần tương đương của nó ISO 8296. Độ chính xác là về ±2 dyne/cm Với các bước tăng tiêu chuẩn 2 dyne/cm, và sai số xấp xỉ ±1 dyne/cm khi sử dụng lặp lại một cách có kỷ luật.

Hai lưu ý quan trọng hơn đối với silicon so với phim:

• Ngòi bút dễ bị nhiễm bẩn. Bút dạ có thể dính dầu máy và siloxan, sau đó cho kết quả đo thấp hoặc cao mà không có cảnh báo. Đối với bất cứ thứ gì được ghi vào đĩa, hãy sử dụng dung dịch kiểm tra đóng chai với tăm bông sạch.
• Kiểm tra bằng phương pháp Dyne trên các khu vực nhỏ, gồ ghề hoặc lõm sâu không đáng tin cậy. Trên bàn phím dạng vòm, bạn thường kiểm tra phần phẳng nhất của một bộ phận không phẳng.

Đo góc tiếp xúc Đây là phương pháp tham chiếu. Phương pháp này chậm hơn, cần thiết bị đo đạc, và rất hữu ích cho việc thẩm định quy trình và tranh luận với khách hàng — nhưng nó không phải là phương pháp kiểm tra sản xuất theo từng lô.

Thiết lập thực tế bao gồm việc đo góc tiếp xúc cơ bản tại thời điểm kiểm định, sau đó cho chất lỏng dyne vào ở các khoảng thời gian xác định trên dây chuyền, và ghi lại kết quả đo so với từng lô hàng.

Plasma khí quyển: Có khả năng nhất, nhưng cũng dễ bị phá hủy nhất.

Xử lý bằng plasma làm sạch ở cấp độ vi mô và kích hoạt hóa học bề mặt chỉ trong một lần xử lý khô, không tiếp xúc. Hệ thống áp suất khí quyển được lắp đặt trên băng chuyền hoặc trên cánh tay robot và xử lý các hình dạng ba chiều, các hốc và nhiều mặt – đó là lý do tại sao nó là lựa chọn mặc định khi chi tiết không phẳng.

Về mặt vận hành, điều quan trọng không phải là đỉnh năng lượng bề mặt, mà là sự suy giảm năng lượng.

Cụ thể là trên chất liệu silicone, công bố công trình nghiên cứu về sự biến đổi ưa nước của plasma khí quyển tìm thấy hiệu ứng ổn định trong khoảng một giờ, Sau đó, quá trình phục hồi khả năng chống thấm nước bắt đầu, bề mặt trở lại trạng thái ban đầu. giá trị ban đầu sau khoảng 24 giờ của quá trình lão hóa. Các nhà sản xuất thiết bị mô tả hành vi tương tự một cách khái quát hơn: sự suy giảm ở mức độ dyne thay đổi tùy thuộc vào vật liệu và môi trường, và tuổi thọ của quá trình xử lý có thể kéo dài từ vài giờ đến vài tháng tùy thuộc vào chất nền. Silicone nằm ở đầu nhanh của phạm vi đó, bởi vì các chuỗi ngắn, linh động của nó nhanh chóng định hướng lại và đưa các nhóm metyl trở lại bề mặt.

Hậu quả đối với dây chuyền in:

• Bộ xử lý phải được đặt thẳng hàng với máy in., Không phải trong một phòng riêng biệt. Quy trình xử lý rồi bảo quản không phải là quy trình plasma dành cho silicon.
• Lượng vật liệu dự trữ giữa khâu xử lý và in ấn tiềm ẩn rủi ro hư hỏng. Nếu dây chuyền sản xuất dừng hoạt động trong một giờ, các bộ phận trong bộ đệm cần được đưa trở lại vị trí ban đầu.
• Phương pháp xử lý lại có hiệu quả. Các bộ phận đã quá hạn sử dụng thường có thể được vận hành lại để khôi phục hoạt động, điều này rẻ hơn so với việc loại bỏ chúng nhưng phải là quy định bằng văn bản, chứ không phải là quyết định của người vận hành.
• Điều trị quá mức là một thực tế. Quá trình oxy hóa plasma quá mức có thể làm suy yếu lớp bề mặt và ảnh hưởng đến các bước tiếp theo; công suất lớn hơn không đồng nghĩa với độ bám dính tốt hơn.

Chi phí vận hành. Công nghệ plasma khí quyển không tiêu thụ hóa chất — các yêu cầu hệ thống được công bố chỉ bao gồm điện năng và khí nén sạch, đó là toàn bộ lý lẽ kinh tế chống lại việc sử dụng lớp phủ lót. Thông số kỹ thuật của nhà cung cấp đưa ra phạm vi năng suất: một vòi phun đơn xử lý một dải rộng khoảng 8-12 mm; đầu xoay đạt đến 40-150 mm với công suất được công bố khoảng 10 m/phút; hệ thống xử lý theo biên dạng thực hiện xử lý 360° ở tốc độ dây chuyền lên đến 40 m/phút; vòi phun DBD khổ rộng bao phủ đến 100 mm. Công suất tiêu thụ điển hình được công bố cho một hệ thống đầu xoay là máy phát điện 1.000 W với khoảng 66 l/phút khí nén ở áp suất 5-6 bar. Ở tốc độ 10 m/phút, bàn phím dài 60 mm nằm dưới đầu phun trong khoảng 0,4 giây, vì vậy trên một dây chuyền trang trí thông thường, plasma không phải là điểm nghẽn — mà là trạm in.

Về mặt chi phí, năng lượng gần như không đáng kể. Tổng công suất tiêu thụ khoảng 1,5 kW trải đều trên hàng nghìn chi tiết mỗi giờ có chi phí dưới 0,001 USD/chi tiết. Điều thực sự thể hiện trong báo giá của bạn là khấu hao vốn: một hệ thống phun đơn tích hợp được khấu hao trong ba năm trên một chương trình sản xuất 30.000 chi tiết mỗi tháng có chi phí khoảng 0,02 đến 0,03 USD/chi tiết. So với dây chuyền sơn lót, vốn có chi phí vật tư tiêu hao, thời gian sấy, thời gian sấy lò và xử lý dung môi cho mỗi mẻ, plasma thường là giải pháp tiết kiệm hơn nhiều trước khi bạn đạt đến sản lượng lớn.

Độ ẩm và nhiệt độ bảo quản ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy. Bảo quản ở nơi ấm áp, ẩm ướt sẽ đẩy nhanh quá trình phục hồi; bảo quản ở nơi khô ráo sẽ làm chậm quá trình này. Nếu cửa hàng của bạn không có hệ thống điều hòa nhiệt độ, hãy giả định thời gian phục hồi ngắn nhất có thể.

Sơn lót hóa học: Chậm hơn, bẩn hơn, và là loại duy nhất còn nguyên vẹn sau khi bảo quản.

Sơn lót cho silicone là hỗn hợp dung môi của các silan và siloxan phản ứng. Chúng hoạt động theo cơ chế hóa học hơn là vật lý: đầu silan liên kết với chất nền, đầu còn lại có nhóm mà mực hoặc chất đàn hồi có thể phản ứng. Đây là cùng loại hóa chất được sử dụng cho độ bám dính của lớp phủ silicon, Được áp dụng cho vấn đề trang trí thay vì vấn đề liên kết.

Những lợi ích bạn nhận được:

• Một khoảng thời gian thực sự thoải mái. Bề mặt được xử lý sơ bộ và làm khô nhanh không chỉ được kích hoạt về mặt vật lý mà còn được biến đổi về mặt hóa học, do đó nó chịu được quy trình làm việc theo lô, xếp hàng chờ và giữ qua đêm theo cách mà plasma không thể làm được.
• Tính độc lập về hình học. Việc nhúng, quét, phun và sử dụng băng vệ sinh đều có thể tiếp cận những hình dạng mà vòi phun plasma cần phải thực hiện nhiều lần.
• Chi phí thiết bị thấp. Không có máy phát điện, không có nguồn cung cấp khí đốt, không có hệ thống băng tải tích hợp.

Bạn phải trả bao nhiêu cho nó:

• Nguyên tắc về độ dày màng phim. Trên các bề mặt không thấm nước, lớp màng sơn lót phải gần như không nhìn thấy được. Quá nhiều sơn lót sẽ tạo thành một lớp ranh giới yếu, khiến bản in bị bong tróc trong khi lớp sơn lót vẫn còn dính vào. Đây là lỗi sơn lót phổ biến nhất mà chúng tôi thường gặp.
• Thời gian nháy đèn là một thông số thực tế. Theo hướng dẫn trong bảng dữ liệu, lớp sơn lót phải được để khô hoặc thủy phân trước khi thực hiện bước tiếp theo — thường là khoảng 20 đến 45 phút ở nhiệt độ phòng, tùy thuộc vào hệ thống. In khi còn ướt sẽ tệ hơn là không sơn lót.
• VOC, thông gió và bảo quản. Việc xử lý dung môi, xử lý chất thải và thời hạn sử dụng được tính toán dựa trên ngày tháng chứ không phải dựa trên đánh giá của người vận hành.
• Có thể cần thêm bước nướng sau đó. Một số hệ thống sơn lót chỉ đạt hiệu quả tối đa sau khi nung ở nhiệt độ cao; các điều kiện điển hình được công bố cho các bộ phận silicon là: 150–200 °C trong 2–4 giờ.

Điểm cuối cùng đó đáng để xem xét giá cả trước khi chọn loại sơn lót. Nếu sơn lót cần nung trong bốn tiếng, quy trình này không còn rẻ nữa — nó chỉ chuyển chi phí từ thiết bị vốn sang chi phí sử dụng lò nung và chi phí sản phẩm dở dang.

Phóng điện hào quang: Rẻ và nhanh, nhưng bị giới hạn bởi hình học.

Xử lý bằng phóng điện corona sử dụng dòng điện cao tần, điện áp cao để làm sạch bề mặt thông qua khe hở không khí. Đây là phương pháp tiêu chuẩn cho màng và vải cuộn vì giá thành thấp, tốc độ nhanh và dễ tích hợp vào dây chuyền sản xuất liên tục. Phương pháp này được áp dụng trên tấm silicon, màng silicon và... vật liệu gioăng có keo dán Nó thực hiện chính xác những gì được yêu cầu.

Giới hạn nằm ở hình học. Hiện tượng phóng điện corona phụ thuộc vào khe hở không khí được kiểm soát giữa điện cực và bề mặt. bàn phím hình vòm, Một vòng đeo tay, Hoặc nếu một vòng đệm không tạo ra khoảng cách đồng nhất, thì cường độ xử lý sẽ thay đổi trên toàn bộ chi tiết — phần đỉnh của vòm được xử lý, phần sườn lại được xử lý chưa đầy đủ, và phần lõm thì không được xử lý. Các nhà cung cấp đã mở rộng ứng dụng của phương pháp khắc corona sang các chi tiết 3D với đầu khắc chuyên dụng và diện tích khắc lớn hơn, nhưng phạm vi làm việc vẫn được đo bằng inch chiều cao của chi tiết, chứ không phải bằng hình học tùy ý.

Hai điều kiện ràng buộc nữa quyết định xem nó có được chấp nhận hay không:

• Các vật dụng và dây đai dẫn điện có thể phát tia lửa điện. dưới hiện tượng phóng điện hào quang cổ điển, điều này rất quan trọng đối với việc xử lý tự động các bộ phận trên giá đỡ kim loại.
• Ozone được tạo ra và cần phải khai thác, đó là vấn đề về cơ sở vật chất chứ không phải vấn đề về quy trình.

Quá trình phân rã của corona thuộc cùng loại vấn đề với plasma: sự kích hoạt là vật lý, vì vậy nó sẽ mờ dần. Bởi vì corona truyền ít năng lượng vào bề mặt hơn so với vòi phun plasma, nên nó cũng mờ đi nhanh hơn. Hãy lên kế hoạch cho khoảng 30 phút kích hoạt ổn định trên silicon, và hầu hết lợi ích sẽ biến mất trong khoảng 8 giờ. Để dễ hình dung, một màng polyolefin được xử lý bằng corona có thể giảm từ 48 dyne/cm xuống 38 dyne/cm trong vòng chưa đầy 30 ngày; tính linh động của chuỗi silicon khiến nó giảm nhanh hơn nhiều. Hãy xử lý gần trạm in và đừng dựa vào các thông số kỹ thuật của ngành công nghiệp phim.

Bạn nên lựa chọn phương pháp tiền xử lý nào?

Theo quy trình trang trí, các giá trị mặc định mà chúng tôi sử dụng là:

• In tampon trên các bề mặt cong hoặc không đều. — Xử lý plasma khí quyển trực tuyến khi khối lượng công việc đủ lớn để đầu tư vốn, sơn lót khi quy trình làm việc theo lô hoặc hình dạng lõm sâu. Đây là sự kết hợp có rủi ro cao nhất, vì chi tiết cong cũng là chi tiết khó kiểm tra độ cứng bằng phương pháp dyne-test nhất.
• **In lụa trên tấm phẳng và thảm** — Phương pháp phóng điện corona thường đủ hiệu quả và rẻ nhất tính theo từng bộ phận; phương pháp plasma nếu hợp chất chứa nhiều tạp chất.
• **In chuyển nhiệt và đồ họa được đóng gói** — lớp sơn lót, vì quy trình làm việc có những điểm dừng và phương pháp xử lý phải vượt qua được những điểm dừng đó.

Một lưu ý quan trọng cần ghi nhớ ở cả ba dòng trên: lựa chọn phương pháp xử lý sơ bộ có ảnh hưởng đến thành phần hóa học của mực in. Mực silicone hai thành phần được lựa chọn phù hợp trên bề mặt sạch, đã được xử lý nhiệt tốt đôi khi không cần xử lý sơ bộ. (Đọc tiếp) Công thức và những cải tiến trong mực in silicon Trước khi cho rằng một bước điều trị là bắt buộc, hãy xem hướng dẫn về các trụ cột. Cách in trên silicone Về vị trí của giai đoạn tiền xử lý trong toàn bộ quy trình.

Cần giám sát những gì trên dây chuyền sản xuất?

Quá trình tiền xử lý thất bại một cách âm thầm. Đây là những điểm kiểm soát cần ghi vào nhật ký hành trình:

Việc kiểm tra độ bám dính khép kín chu trình. Thử nghiệm băng keo kẻ ô chéo để Tiêu chuẩn ASTM D3359 Hoặc theo tiêu chuẩn ISO 2409, cộng thêm việc chà xát bằng dung môi, sẽ cho bạn biết liệu phương pháp xử lý đó có thực sự hiệu quả hay không — năng lượng bề mặt là chỉ số dẫn đầu, cấp độ bám dính là kết quả. Ghi lại phân loại so với chỉ số dyne và sự thay đổi sẽ trở nên rõ ràng vài tuần trước khi các bộ phận bị hỏng trong thực tế.

Khi nào tiền xử lý không còn là giải pháp nữa?

Xử lý sơ bộ làm tăng năng lượng bề mặt. Nó không khắc phục được vấn đề với hợp chất không phù hợp để in, chi tiết chưa được xử lý sau in, hoặc mực in không được thiết kế cho silicone. Nếu độ bám dính thất bại sau khi làm sạch đúng cách, đo độ cứng bề mặt (dyne) đã được xác minh và chu kỳ đóng rắn hoàn chỉnh, vấn đề nằm ở khâu trước khi trang trí — thường là hợp chất, hệ thống tách khuôn hoặc chu trình đúc. Xem thêm So sánh bạch kim và silicone được xử lý bằng peroxide Để hiểu cách hệ thống xử lý làm thay đổi hành vi bề mặt.

Trước khi lựa chọn phương pháp xử lý, cần phải xác định rõ bốn yếu tố: hình dạng hình học của chi tiết và liệu có bề mặt in nào bị lõm hoặc cong hay không., hợp chất và hàm lượng chất độn của nó, Cho dù quy trình làm việc là trực tuyến hay theo lô, và tiêu chuẩn độ bền mà bản in phải đáp ứng. Nếu thiếu yếu tố cuối cùng, không thể đánh giá liệu phương pháp xử lý rẻ nhất có đủ hiệu quả hay không.

Và nếu lớp trang trí phải chịu được sự mài mòn trong nhiều năm thay vì chỉ cần vượt qua bài kiểm tra độ bền khi sản xuất mẫu đầu tiên, thì câu trả lời thẳng thắn là không có phương pháp xử lý sơ bộ nào có thể tự mình khắc phục được vấn đề đó — câu hỏi đặt ra là liệu phần chữ trang trí nên được in và phủ lớp bảo vệ hay không, hoặc được đúc và khắc Thay vào đó. Xem Các lớp phủ và hoàn thiện bề mặt bàn phím silicon Dùng cho những gì được viết lên trên mực in.

Người giới thiệu

• Dữ liệu năng lượng bề mặt của polydimethylsiloxane — Trường SEAS thuộc Đại học Harvard đã tổng hợp các giá trị năng lượng bề mặt cho PDMS.
• ASTM D2578-23, Sức căng thấm ướt của màng polyetylen và polypropylen — ASTM International, cập nhật tháng 3 năm 2023
• ISO 8296:2003, Nhựa — Màng và tấm — Xác định sức căng bề mặt — ISO, phiên bản hiện hành
• Sử dụng bút đánh dấu ACCU DYNE Test để đo năng lượng bề mặt chất nền. — Accudyne, phương pháp và độ chính xác ±2 dyne/cm
• Biến đổi bề mặt silicon bằng plasma áp suất khí quyển theo hướng ưa nước — Nghiên cứu được bình duyệt, khả năng phục hồi tính kỵ nước của silicon đã qua xử lý
• Biến đổi bề mặt polyme bằng phương pháp xử lý plasma — NIH PMC, đánh giá năm 2024 về sự kích hoạt và lão hóa
• Sơn lót cho cao su silicone — Wacker Chemie AG, hóa chất sơn lót silan và siloxan phản ứng
• Hướng dẫn sử dụng sơn lót cao su silicone lỏng LORD IMB. — Parker Hannifin, điều kiện sau khi nướng
• Xử lý bề mặt bằng plasma — Tập đoàn Sabreen, giới hạn hình học, phóng điện hồ quang và xử lý quá mức
• Xử lý bề mặt nhựa bằng phương pháp corona, plasma và ngọn lửa. — Enercon Industries, bài viết kỹ thuật
• ASTM D3359-23, Đánh giá độ bám dính bằng thử nghiệm băng dính — ASTM International, cập nhật tháng 3 năm 2023
• ISO 2409:2020, Sơn và vecni — Thử nghiệm cắt ngang — ISO, phiên bản hiện hành
• Các phương pháp sử dụng plasma để biến đổi bề mặt cao su silicon — Đại học Queen's Belfast, góc tiếp xúc từ 117° xuống dưới 5° sau khi xử lý bằng plasma oxy.
• Thời gian điều trị của phương pháp điều trị bằng huyết tương và phóng xạ là bao lâu? — Tantec, thời hạn sử dụng theo loại polymer
• Vì sao phương pháp điều trị bằng corona lại bị suy giảm hiệu quả theo thời gian — Tốc độ suy giảm dyne trên phim
• Thông số kỹ thuật của máy xử lý plasma khí quyển SpinTEC — Tantec, chiều rộng xử lý, tốc độ dây chuyền, công suất và lượng khí tiêu thụ
• Kích hoạt bằng huyết tương — Plasma.com, chiều rộng xử lý vòi phun đã công bố
• Plasma áp suất khí quyển — Viện Fraunhofer IFAM, chỉ sử dụng điện và khí nén làm đầu vào.