بهبود چسبندگی رنگ پلی یورتان
در این مقاله تأثیر فشار پلاسمای جو بر چسبندگی بین پوشش محافظ و آلیاژ AA1100 جهت بهبود چسبندگی رنگ پلی یورتان مورد بررسی قرار گرفت. دو منبع پلاسما برای تغییرات سطح به کار رفت: فشار جوی جت پلاسما و تخلیه محافظ دی الکتریک. اندازه گیری سطح زیرین و زاویه تماس با آب برای ارزیابی تغییرات روی سطح آلومینیوم پس از پردازش پلاسما انجام شد. پوشش رنگ با استفاده از آزمون چسب (ASTM D3359) مورد آزمایش قرار گرفت. پس از این مراحل بهبود قابل توجهی از چسبندگی سطحی به دست آمد.
آلیاژهای آلومینیوم (Al) به طور گسترده در بسیاری از صنایع استفاده می شود. در بیشتر موارد کاربردی، پردازش اولیه لازم است. به عنوان مثال، تمیز کردن پیش از استفاده و یا فعال کردن. مواد شیمیایی مورد استفاده، که اغلب برای این اهداف استفاده می شود؛ به دلیل تولید محصولات جانبی خطرناک، سازگار با محیط زیست نیستند. در مقابل، استفاده از پلاسما فشار جو ممکن است؛ یک تکنولوژی جایگزین برای پردازش سطح اولیه باشد. امروزه دو سیستم عمده مورد بررسی قرار گرفته است: فشار جوی جت پلاسما (APP) و تخلیه محافظ دی الکتریک (DBD).
فشار اتمسفر پلاسما در فرایندهای صنعتی به دلیل حذف تجهیزات خلاء، گران قیمت است؛ اما چشم انداز جذابی را به دنبال دارد به طوری که می توان با استفاده از مقیاس بندی و پردازش در خط به راحتی هزینه های سرمایه را کاهش داد. جت های پلاسما، نوعی دستگاه هستند که پلاسمای تولید شده توسط تخلیه الکتریکی، فراتر از منطقه تولیدی را به محیط اطراف آن، توسط یک جریان گاز و / یا الکتریکی ارائه می کند. APPJ ها معمولا در گازهای بی اثر با استفاده از مکانیزم های مختلف تحریک (جت های پالس DC فرکانس و کیلوهرتز، جت های سینوسی، جت های RF رادیویی و جت های مجهز به مایکروویو تولید می شوند) تولید می شود. APPJ در دهه های گذشته توجه زیادی را به خود جلب کرده است زیرا می تواند در فضای باز، ایجاد شود و توانایی تولید گونه های واکنشی در دمای اتاق را داشته باشد. یکی دیگر از مزایای جت پلاسما این است که در مقایسه با سایر فرایندهای پلاسما، که در آن نمونه ها در داخل شکاف راکتور قرار می گیرند. استفاده از جت پلاسما به نمونه های مسطح و نازک محدود نمی شود بلکه می تواند برای نمونه های سه بعدی با هندسه پیچیده نیز استفاده شود. APPJ ها برای پردازش استریلیزاسیون، اهداف بیولوژیکی و پزشکی مورد استفاده قرار گرفته اند.
DBD نیز که با عنوان “تخلیه خاموش” شناخته شده است؛ یکی از محبوب ترین روش ها برای تولید پلاسمای غیر متعادل سرد در فشار اتمسفر است. در اصل، DBD تنها برای تولید ازن استفاده می شود. با این حال، در طول سال ها برنامه های کاربردی اضافی مانند تحریک Co، لیزر، لامپ های اکسیمر، صفحه نمایش پلاسمای تخت، کنترل آلودگی، استریلیزاسیون و موارد سطحی (اصلاح، تمیز کردن، قلم زنی) به قابلیت های آن اضافه شده است.
هنگامی که پلاسما در تماس با سطوح قرار می گیرد؛ با توجه به پارامترهای فرایند مانند ورودی انرژی، فشار، ترکیب گاز ، و همچنین ماهیت بستر، انواع فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی می تواند صورت گیرد. مهمترین آنها قلم زنی، رسوب گذاری نازک، تمیز کردن، فعال سازی سطح و غیره می باشد. بسیاری از مواد، به ویژه پلیمرهای شیمیایی بی اثر هستند و نمی توانند به راحتی به مواد دیگر بچسبند. دلیل این مساله عدم وجود گروه های عملکردی قطبی و واکنشی در ساختار آنها است. فعال سازی پلاسما باعث از بین بردن سطح لایه های مرزی ضعیف (اکسید، ساختارهای غیر آلی و غیره)، اتصال متقابل مولکول های سطحی و جذب گروه های کاربردی قطبی جدید می شود.
برخی از تحقیقات در مورد استفاده از انواع مختلف پلاسما برای استفاده در سطح آلومینیوم وجود دارد. در این تحقیقات اثرات تخلیه کورونا بر روی آلیاژ آلومینیوم گزارش شده است. تست های الکتروشیمیایی، کاهش تشکیل واکنش های آنودیک و کاتدی را با تشکیل یک لایه اکسید ضخیم تر نشان دادند. در این مطالعات نتایج اصلاح سطح آلومینیوم، آلومینیوم توسط یک روش پلاسمای کم فشار با استفاده از فرایند شیمیایی سنتی با متیل اتیل کتون (MEK) و بدون استفاده از آن ارائه شده است. در طول زمان طولانی، پردازش پلاسما افزایش قابل توجهی از تجمع آلیاژ آلی و تمیز شدن بهتر سطح را نشان داد که حتی بهتر از نتایج به دست آمده از روش سنتی با MEK بوده است.
استفاده از پلاسما جوی برای تغییر سطح به خصوص برای پلیمر به خوبی شناخته شده است،. با این حال، تنها تحقیقات کمی در مورد DBD یا درمان جت پلاسما روی سطح فلز وجود دارد. همچنین استفاده از روشهای جریان دی اکسید کربن و جت پلاسمایی روی سطح آلیاژ آلومینیوم برای افزایش چسبندگی پوشش پلی اورتان هنوز گزارش نشده است.
در این مطالعه، برای استفاده از آلیاژ آلومینیوم AA1100، از سیستم های APPJ و DBD نازل باز استفاده شد. هدف از این کار یافتن روشی برای فعال کردن سطح آلومینیوم و افزایش چسبندگی پوشش محافظتی پلی اورتان است که در نتیجه کارایی بیشتری دارد.
تجربی
مواد مورد استفاده
مواد مورد استفاده در این کار آلیاژ آلومینیوم (AA1100 (99٪ بود که ابعاد آن ۲۵ میلی متر × ۲۵ میلی متر × ۰.۳ میلی متر بود. نمونه هایی که دریافت شده بدون هیچگونه آماده سازی سطحی قبلی، قبل از هر گونه اندازه گیری و یا آزمایشات پلاسما در حمام اولتراسونیک توسط ایزوپروپانول و در هوای اتاق نگهداری شدند. نمونه ها برای افزایش لنگرگاه مکانیکی بین سطح آلومینیوم و پوشش، جلا داده نشده بودند. بازتولید آزمایش ها با انجام هر نوع در حداقل سه نمونه تایید شد.
فشار جوی جت پلاسما
برای استفاده نمونه های آلومینیومی جهت بهبود چسبندگی رنگ پلی یورتان، یک جت پلاسما با یک نازل گسترده خاتمه یافت. استفاده از چنین نازلی قبلا گزارش نشده است. سیستم جت شامل لوله پریکس با نازل گسترده (Ø = ۲۱ میلی متر)، الکترود ولتاژ بالا (Ni-Cr ضخامت ۰.۳ میلیمتر) درون لوله و یک میز شیشه ای (۲.۳ میلیمتر ضخامت) با یک الکترود زمینی (Ø = ۱۵۵ mm؛ ضخامت = ۵ میلیمتر) زیر آن می باشد. مانع شیشه ای برای جلوگیری از انتقال قوس قرار داده شد و از الکترود فلزی متناوب برای اندازه گیری پارامترهای الکتریکی تخلیه استفاده شد.
