Určení povrchového napětí

Pomocí testovacích inkoustů lze určit povrchovou energii (PE) / povrchové napětí (PN) u pevných těles z platu, kovu, skla, keramiky a jiných materiálů. Podle obrazu smáčení se určuje speciálně i přilnavost povrchů pro potisk, polepování, lakování atd.

Určení povrchového napětí se provádí nanesením testovacích inkoustů na testované povrchy; jako čára o délce několika centimetrů, přičemž se sleduje chování inkoustové čáry.

Pokud se inkoustová čára během 2 nebo 4 sekund začne smršťovat – podle specifikace inkoustu – je PN testované plochy nižší než povrchové napětí testovacího inkoustu.

V opačném případě je roztečení čáry známkou toho, že je PN naneseného inkoustu nižší než povrchové napětí povrchu.

Pokud čára zůstane nezměněna během doby pozorování, bylo dosaženo hodnoty povrchového napětí přesně nebo o něco vyšší.

Určení povrchového napětí

V následujícím příkladu aplikace se k testování použiltestovací inkoust PINK z lahvičky o objemu 10 ml s vatovou tyčinkou. Pro každé použití použijte novou vatovou tyčinku.

V tomto příkladu aplikace se zkušební pero PINK 38 Jumbo používá ke kontrole povrchového napětí na černém PE plastu.

Čistota materiálů

Výraz „čistota materiálu“ vyžaduje bližší definici. Může se totiž vztahovat buď k povrchu materiálů (tvarových dílů či fólií), nebo k vnitřnímu složení celého tělesa.

Znečištění materiálu může mít různé příčiny a podoby. Může se jednat jak o znečištění částicemi, tak o nečistoty ve formě filmu na povrchu. První z nich mají podobu nepravidelně rozprostřených jednotlivých bodů.

Znečištění ve formě povrchového filmu naproti tomu pokrývá celý povrch nebo jeho část. I tento film však může být svým vnitřním složením čistý, což ale podléhá příslušné definici, například povrchového napětí či povrchové energie.

Tyto definice se však z principu nemohou vztahovat k vnitřní čistotě zpracovávaného dílu. Protože se jedná o povrchy, které podléhají dalšímu zpracování, je nezbytné definovat také stavy vnější čistoty, což obecně umožňuje pojem „povrchové napětí“.


Dvě zkušební metody, které se vzájemně doplňují

Zpracování se týká například potisku, lakování nebo lepení. Mezi metody, které se při těchto způsobech zpracování používají, patří kontrola povrchů pomocí testovacích inkoustů (jednodušší řešení) a měření kontaktního úhlu. První metoda je snadno aplikovatelná, a tím pádem i jednoduše prakticky použitelná, protože nanášení inkoustu na zkušební plochy nepředstavuje ve výrobních procesech zvláštní problém. Pro druhou metodu je zapotřebí přístrojové vybavení. Složky povrchového napětí dokáže znázornit v rozdělení na polární a disperzní.

Zkoušení pomocí testovacích inkoustů ukazuje pouze součet obou hodnot, což je pro posouzení povrchů většinou dostačující. Ani jednu z metod nelze provádět bezkontaktně nebo kontinuálně. Nemožnost kontinuálního provádění znamená, že u výrobních procesů, jako právě u fólií, se dá měření provádět jen v klidovém stavu, tedy nikoli na běžících pásech.

Ve výjimečných případech lze měření provádět při velmi nízkých rychlostech. Pojem čistota pak může mít dva významy – může označovat buď čistotu povrchu, nebo čistotu složení. Z toho důvodu je nezbytné je jasně odlišit, aby nedocházelo ke zmatení pojmů.


Předběžné ošetření se zvýšeným povrchovým napětím

Pojem předběžné ošetření či příprava se tradičně vztahuje k čištění povrchů mechanickými prostředky, zejména k mytí pomocí rozpouštědel či bez nich. K předběžnému ošetření se už několik desetiletí používá také fyzikální ošetření prostřednictvím koróny, plazmy a opalování. Při něm se povrchy působením elektrické energie mění tak, že se silně zvýší jejich polární podíly, čímž se zvyšuje povrchové napětí, a tím pádem i výrazně zlepšuje přilnavost.

Například u plastů z polyolefinů, jejichž přirozené hodnoty povrchového napětí činí 30 mN/m, lze povrchové napětí relativně snadno zvýšit na hodnoty přes 45 mN/m. Výsledkem jsou velmi dobré parametry přilnavosti pro potisk, lepení a lakování. Těchto hodnot však nelze dosáhnout původními metodami čištění, z čehož je zřejmé, že pro použitelné předběžné ošetření pomocí fyzikálních metod je většinou zapotřebí předčištění mechanickým způsobem.

To platí zejména pro kovové povrchy znečištěné například oleji, které se používají při výrobě fólií nebo tvarových dílů.