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(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)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(jī)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(gè)性能指標(biāo)進(jìn)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(dá)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(dá)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(shí)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(jìn)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(diǎn)。

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(tuán)，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(dǎo)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(xué)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(chǔ)運(yùn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行處理和研究開發(fā)新型油墨來實(shí)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(jìn)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(dǎo)入極性基團(tuán);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(jìn)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(tuán)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(shí)際上，在熱力學(xué)溫度不為零的任何氣體中，都有一定量的原子會(huì)發(fā)生電離。但只有當(dāng)大量的原子發(fā)生電離，其帶電粒子密度足夠大時(shí)，才會(huì)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(huì)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(tuán)，使表面活性化以達(dá)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(xué)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(tuán)與等離子體中的活性粒子接觸會(huì)反應(yīng)生成新的活性基團(tuán)。但是，帶有活性基團(tuán)的材料會(huì)受到氧的作用或分子鏈運(yùn)動(dòng)的影響，使表面活性基團(tuán)消失，因此經(jīng)等離子處理的材料表面活性具有一定的時(shí)效性。

(3)材料表面發(fā)生接枝反應(yīng)。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(tuán)，隨之發(fā)生表面交聯(lián)、接枝等反應(yīng)。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(yàn)測試

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

基本參數(shù)	直噴等離子表面處理機(jī)
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

NE-ATD03直噴等離子表面處理機(jī)

對等離子處理后的絕緣線芯按DINISO8296標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行了表面張力測試，測得材料表面張力為42～48dyn/cm;按GB/T6995標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求對印字進(jìn)行擦拭試驗(yàn)，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。