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等離子表面處理提高交聯(lián)聚乙烯絕緣線芯表面印字的清晰牢固度

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2023-06-27
本文分析了交聯(lián)聚乙烯(XLPE)材料印字困難的原因。通過對等離子表面處理機處理過樣品的測試，證明了等離子技術(shù)可以活化交聯(lián)聚乙烯線芯表面，提高印字效果。經(jīng)過等離子處理設(shè)備處理過的絕緣線芯表面印字清晰、牢固。
 
線纜行業(yè)一般采用樹脂型油墨，其成份主要由溶劑、顏料、膠粘劑、樹脂、填充劑、稀釋劑及各種添加劑等組成。絕緣線芯表面印字是否牢固主要通過以下三個性能指標進行判定:一是油墨附著力，印字牢固主要在于油墨與交聯(lián)聚乙烯(XLPE)之間的親和性，這就要求油墨表面附著力必須達到48dyn/cm以上才能保證印字不脫落;二是耐磨性和抗刮性，這是線芯在受到各種外力影響而保證印字不失真所必須達到的;三是干燥與抗粘連性，這是由于印字方式采用以溶劑揮發(fā)干燥方式實現(xiàn)的，只有做到印字的充分干燥才能保證印字不模糊不粘連。

XLPE絕緣線芯表面非常光滑，即使采用進口的聚乙烯(PE)專用油墨印字效果也不理想而且成本較高。因此XLPE絕緣線芯的表面印字一直是最令人頭痛的問題，如何采用一種高效簡便的方法解決這一問題是本次討論的重點。

印字困難的原因


非極性的分子結(jié)構(gòu)
XLPE是一種只含有碳和氫兩種元素的高分子聚合物，其通式可用(—CH2—CH2—)n表示。XLPE分子結(jié)構(gòu)對稱排列緊密，不含有極性基團，是一種非極性材料。油墨中的膠粘劑吸附在其表面，只能形成較弱的色散力，而缺少取向力和誘導力，因而黏附性性能較差。

表面能低
任何材料表面與膠粘劑之間形成粘接狀態(tài)的基本條件是必須形成熱力學的黏附狀態(tài)。它取決于材料表面與膠粘劑之間的潤濕程度(接觸角)、被粘材料表面張力、膠粘劑表面張力及被粘材料與膠粘劑間的表張力。
難粘塑料的表面能比較低，因而其潤濕能力比較差。XLPE的表面能比較低，其對水的接觸角為88°;臨界表面張力31dyn/cm;粘著能75dyn/cm，因此其潤濕能力較差，油墨的附著力小印字困難。聚氯乙烯(PVC)表面張力為39dyn/cm，因此其潤濕能力較好，油墨的附著力好。

存在弱的邊界層
XLPE塑料除了結(jié)構(gòu)上的原因外，還在于材料表面存在弱的邊界層。這種弱的邊界層來自聚合物本身的低分子成份，聚合加工過程中所加入的各種助劑，以及加工儲運過程中所帶入的雜質(zhì)等。這類小分子物質(zhì)極容易析出，匯集于塑料表面，形成強度很低的薄弱界面層，這種弱邊界層的存在大大降低了塑料的粘接強度。

印字問題的解決途徑提高XLPE的印字效果主要通過對材料表面進行處理和研究開發(fā)新型油墨來實現(xiàn)。開發(fā)出一種新型的油墨不是一朝一夕就能解決的問題，而對材料表面處理還是簡單可行的。其中對XLPE塑料表面進行處理主要有以下四種途徑:一是在XLPE塑料表面的分子鏈上導入極性基團;二是提高XLPE的表面能;三是提高XLPE線芯表面粗糙度;四是降低消除絕緣線芯表面的弱界面層。

等離子體處理法比較適用于線纜行業(yè)。等離子技術(shù)是近年來發(fā)展較快的表面處理方法，下面對其工作原理進行簡要介紹。

等離子的特征


等離子體是由電子、正離子和中子(包括不帶電的粒子，如原子、分子、原子團等)所組成。對外界呈電中性的電離氣體。等離子體被稱為除固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。實際上，在熱力學溫度不為零的任何氣體中，都有一定量的原子會發(fā)生電離。但只有當大量的原子發(fā)生電離，其帶電粒子密度足夠大時，才會對其性能產(chǎn)生明顯影響。

等離子表面處理的原理

常壓等離子體是常壓放電(輝光、電暈、高頻和微波等)產(chǎn)生的電離氣體。在電場作用下，氣體中的自由電子從電場獲得能量成為高能量電子。這些高能量電子與氣體中的分子、原子碰撞。如果電子的能量大于分子或原子的激發(fā)能，就會產(chǎn)生激發(fā)分子或激發(fā)原子自由基、離子和具有不同能量的輻射線。常壓等離子體中的活性粒子具有的能量一般都接近或超過C—C鍵或其它含有C鍵的鍵能，通過離子轟擊或注入聚合物的表面，產(chǎn)生斷鍵或引入官能團，使表面活性化以達到改性的目的。

(1)增加表面粗糙度。在等離子體的作用下材料表面的一些化學鍵發(fā)生斷裂，形成小分子產(chǎn)物或被氧化成CO或CO2等，這些產(chǎn)物被壓縮空氣帶走，使材料表面變得凹凸不平，粗糙度增加。

(2)使材料表面活化。在等離子體作用下，材料表面出現(xiàn)部分活性原子、自由基和不飽和鍵，這些活性基團與等離子體中的活性粒子接觸會反應生成新的活性基團。但是，帶有活性基團的材料會受到氧的作用或分子鏈運動的影響，使表面活性基團消失，因此經(jīng)等離子處理的材料表面活性具有一定的時效性。

(3)材料表面發(fā)生接枝反應。在等離子體對材料表面改性中，由于等離子體中活性粒子對表面分子的作用，使表面分子鏈斷裂產(chǎn)生新的自由基、雙鍵等活性基團，隨之發(fā)生表面交聯(lián)、接枝等反應。這一結(jié)果通過電子顯微鏡掃描觀察到。

(4)不改變材料性能。經(jīng)等離子處理的材料改性僅發(fā)生在材料表層(10-10～10-6m之間)，不影響基材固有性能，且處理均勻。


等離子處理試驗測試

測試設(shè)備NE-ATD03直噴等離子表面處理機，技術(shù)參數(shù)如下：

基本參數(shù) 直噴等離子表面處理機
處理寬度 /mm 0-10mm
處理速度 / ( m/min ) 0-200
有效處理距離 /mm 3-15
處理功率（W） 300-1000
直噴等離子表面處理機
NE-ATD03直噴等離子表面處理機

對等離子處理后的絕緣線芯按DINISO8296標準規(guī)定的方法進行了表面張力測試，測得材料表面張力為42～48dyn/cm;按GB/T6995標準規(guī)定的要求對印字進行擦拭試驗，經(jīng)過20次擦拭后字跡仍然清晰可見。處理前后數(shù)據(jù)對比情況見圖1、圖2。
 圖 1 絕緣線芯處理前后的表面張力
圖 1 絕緣線芯等離子處理前后的表面張力
圖 2 等離子處理前后印字擦拭次數(shù)
圖 2 等離子處理前后印字擦拭次數(shù)

等離子表面處理技術(shù)能夠活化XLPE表面，提高印字效果，其具有如下優(yōu)點:(1)改性僅發(fā)生在材料表面層，不影響材料固有性能，且處理均勻性好;(2)處理時間短，溫度低，適用于快速的連續(xù)化生產(chǎn)線;(3)工藝簡單，操作方便。
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