Plasmabehandling för bättre limresultat

Plasmabehandling av plastdetaljer som ska limmas blir vanligare och vanligare och kan ersätta behovet av andra förbehandlingar.

Plasmabehandling kan möjliggöra för limning även av svårlimmade ”feta” plaster och minska användningen av kemikalier så som primers, etsning eller tuffa rengöringar.

Vad är plasma?

I skolor lär man ut att det finns tre olika tillstånd: fast, flytande och gas, men det finns faktiskt fyra. Det fjärde tillståndet är just plasma, som också är den vanligaste materian som förekommer i hela universum. Plasma är det fjärde tillståndet!

Plasma är en samling atomer (se det som en behållare fylld med en gas) som har absorberat tillräckligt med energi för att separera elektronerna från sina kärnor. Dessa elektriskt laddade partiklar kallas joner. Plasma är en blandning av dessa joner, radikaler, elektroner och neutroner.

När detta händer, fungerar plasma inte längre som en gas. Denna ”laddade partikelsoppa” har nu elektriska egenskaper, och skapar ett magnetfält (på grund av det elektriska fältet). Dessa laddade partiklar avger ljus och andra former av elektromagnetisk strålning.

Gaser kan bli till plasma på flera sätt, men det handlar alltid om att pumpa in en gas och tillföra energi. En gnista i en gas kommer att skapa en plasma som är användbar i industriella processer vid exempelvis rengöring. Plasmabrännare används t.ex. inom tung industri för att skära i metall.

Solen är den största samling av plasma närmast jorden. Solens enorma hetta sliter elektroner från väte och helium molekyler som bildar plasma. Solen, är som de flesta stjärnor, är en gigantisk plasmaboll.

Plasma-tekniken har många möjligheter

Plasma används inom många områden där man i slutändan önskar sammanfoga olika material, ändra deras ytor, minska kontaktvinkeln (= öka vätningen) och få större adhesion. Med plasmabehandling kan nästan alla ytor ändras på något sätt. Detta genom rengöring, aktivering, etsning och/eller beläggning med till exempel hydrofoba och hydrofila skikt, barriärer, friktionsminskande beläggningar eller liknande.

Inom limningsteknik används plasma framförallt för rengöring (alla material), kemisk aktivering av svårlimmade ytor (plaster) och för att förändra ytstrukturen på substratet. Med hjälp av dessa effekter fås en bättre vätning av ytan och en bättre vidhäftning, även för traditionellt svårlimmade typer av ytor, så som för feta plaster.

Exempel från verkligheten

Skjuvstyrka uppmätt på överlappsfogar limmade med 2-komponentsepoxi.

Material Obehandlad

[N/mm2]

Plasmabehandlad

[N/mm2]

Polyamid (PA) 6,1 28,5
Polyeten (PE) 2,7 22,5
PET 3,8 12,0
Polypropen (PP) 2,7 22,2
Polystyren (PS) 4,1 28,9
Teflon (PTFE) 0,5 5,4
Polyvinylfluorid (PF) 2,0 9,2

Vad händer vid plasmabehandling?

Plasmabehandlingen brukar sägas ha tre huvudsakliga effekter:

Rengöring

Gasen som tillförs plasmakammaren, ofta syrgas, som alltså har blivit till en plasma reagerar med organiska föroreningar på ytan och bränner i grund och botten bort föroreningarna. Biprodukterna från förbränningen sugs bort tack vare vakuum eller lågt tryck. Metallers oxider reduceras också.

Aktivering

Vid användning av syrgas, luft eller vattenånga som gas, kan polära grupper fås att sätta sig på ytan av det som behandlas. Dessa polära grupper förbättrar vätningen av ytan och gör det alltså lättare att få god vidhäftning. Denna del av processen håller bara under en viss tid som kan vara olika för olika plaster.

Etsning

När plasmans innehåll peppras på ytan skapas en relativt kontrollerad ytgrovhet. Denna effekt är permanent och kan vara både en kemisk och fysisk effekt.

Coating

En fjärde effekt kan uppnås vid användning av specifika gaser. Ytan kan funktionaliseras med specifika grupper och på så sätt få andra egenskaper. Detta kan utnyttjas till exempel för att få en hydrofob yta.

Olika typer av plasmautrustning

Det finns dessutom olika sorters plasma beroende på vad du ska göra och vad du vill att din plasmabehandling ska uppnå..

Lågtrycksplasma

Lågtrycksplasma, är liten mängd gas i ett vakuum (en kammare) som aktiveras med en radiofrekvens. Energirika joner och elektroner skapas tillsammans med andra reaktiva partiklar som utgör själva plasman. Nu kan ytor ändras mycket effektivt.

Lågtrycksplasman har tre effekter:

  • Mikrosandblästring: Tack vare att joner bombarderar ytan.
  • Kemisk reaktion: Den joniserade gasen reagerar kemiskt med ytan.
  • UV-strålning: UV-strålning bryter ner långa komplexa kolväteföreningar, dvs rengör genom att förvandla smuts på ytan till gas. Med hjälp av att variera processparametrar som tryck, effekt, tid, gasflöde och gas (vanligast: syre, vattenånga eller argon) ändrar sammansättningens operativa egenskaper i plasman. Flera effekter kan uppnås i ett enda processteg.
Plasmabehandling för bättre limresultat
Diener Femto, Pico och Nano
Atmosfärisk plasma (”Luft-plasma”/Plasma beam)

I atmosfärisk plasmateknik, strömmar en gas (luft) vid atmosfärstryck genom ett munstycke en hög spänning på ett sådant sätt att ett plasma skapas. Plasma strömmar då ut ur munstycket.

Vid en atmosfärisk plasmabehandling fås två effekter som sker genom de reaktiva partiklarna i plasman:

  • Precisionsrengöring
  • Aktivering

I tillägg avlägsnas eventuellt löst vidhängande partiklar ifrån ytan som ska rengöras/aktiveras med hjälp av den komprimerade tryckluften som ger en aktiv gasstråle.

Med hjälp av att variera processens parametrar såsom tid och avstånd från substrat ytan påverkas behandlingen på olika sätt. Med plasman följer en del värme.

Diener Plasma beam

Hitta din plasma här

Copyright © T Gawalewicz. GA Lindberg AB

Tel: +46 8 703 02 00

Limma ”feta plaster” (Polyeten och Polypropylen) – Det här behöver du tänka på

Feta plaster, som till exempel polypropen (PP) och polyeten (PE) är svåra material att limma. Polyolefiner kallas ibland för ”feta plaster” och har väldigt låg ytspänning.

För att limma ett material bör materialets ytspänning vara högre än det för limmet som ska användas. Annars blir det en effekt som kan liknas vid en vattendroppe på en vaxad bil. D.v.s. du får ingen vätning av limmet på materialet.

Alla flytande material (i detta fall lim) strävar efter att ha så låg energi som möjligt, och i vätskors fall är det i formen av runda droppar.
Ytan måste alltså erbjuda en ännu bättre lösning för limmet.

Lim och ytspänning
Figur 1. Vänster: limmet har högre ytspänning än ytan – ingen vätning. Höger: Limmet har lägre ytspänning än ytan – spontan vätning.

Förutom ytspänningen i sig så måste också limmet hinna väta ytan innan det härdar eller blir för trögflytande.

Om inte dessa två krav uppfylls så är det svårt att uppnå bra vidhäftning och en hållbar limfog.

I princip finns två vägar att gå. Antingen höjer du, på ett eller annat sätt, ytspänningen på materialet (den svårlimmade plasten) så att ett lim fungerar eller så använder du ett lim med lägre ytspänning än materialet.

Alternativ 1 – Utför en förbehandling

1) Använd en primer anpassad för polyolefiner (feta plaster) innan limning. Till exempel Permabond Polyolefin Primer (POP) följt av ett cyanoakrylatlim (snabblim). En primer kan ha många funktioner, varav en är att fungera som en kopplingslänk mellan yta och lim och förbättra vätningen.

2) Plasmabehandling av materialet innan limning för att höja dess ytspänning.

3) Flambehandling eller Etsning för att höja ytspänningen på materialet.
Dessa metoder kan även vara värda att testa vid problem vid limning av andra svårlimmade material, så som silikon eller Teflon.

Alternativ 2 – Använd ett lim som kan limma polyolefiner utan förbehandling

Idag finns det ett fåtal limmer som klarar av att limma feta plaster utan förbehandling:

1) Använda en 2-komponents MetylMetAkrylat (akryllim) som är speciellt framtaget för att limma feta plaster.
Exempel på lim: 3M DP8005, 3M DP8010, Permabond TA4605, Permabond TA4610 och Permabond TA4620.

2) Använda ett smältlim som är speciellt framtaget för att limma polyetenplast. Exempel på smältlim som fungerar bra: 3M 3748DowSil HM-2510

Att tänka på vid limning:

Vid all typ av limning är det av yttersta vikt att ha rena ytor innan limning.

Det bästa är då att använda ett rengöringsmedel som inte lämnar några rester som kan störa limningen.

Helst ska ett rengöringsmedel som används vara ett som i branschen ofta kallas Supercleaner likt 3M Cleaner Spray, som tar bort smuts, olja, fett mm – utan att det lämnar någonting efter sig.

Iso-propanol (IPA) som 3M VHB Rengöring är oftast ett mycket bra val av rengöringsmedel med bra förhållande mellan rengöring och arbetsmiljö. Finns som våtservetter, trasor och ren vätska.

Det är också, ur produktionstekniska aspekter, viktigt att tidigt i en limprocess se på hela limprocessen. Med allt från förpackningsstorlekar, doseringssystem för de olika limmerna, eventuella krav på mixning av exempelvis 2K lim, totalekonomi, hälsa & miljö mm.

För att få hjälp med detta, kontakta gärna ansvarig säljare för just ditt område.