Pintajännityksen määrittäminen

Testimusteilla voidaan mitata muovista, metallista, lasista ja keramiikasta valmistettujen esineiden pintaenergia (PE) / pintajännitys (PJ). Musteen leviämisen perusteella voidaan määrittää myös erityisesti, kuinka hyvin esimerkiksi painomusteet, liimat ja lakat tarttuvat pintoihin.

Pintajännitys määritetään levittämällä arvioitavaan pintaan muutaman senttimetrin pituinen viiva testimustetta ja tarkkailemalla musteen käyttäytymistä.

Jos viiva vetäytyy kokoon 2 tai 4 sekunnin kuluessa – musteen ominaisuuksista riippuen – pinnan pintajännitys on matalampi kuin testimusteen.

Jos viiva sen sijaan alkaa levitä, tämä on merkki siitä, että levitetyn musteen pintajännitys on matalampi kuin pinnan.

Jos viiva pysyy muuttumattomana koko tarkkailuajan, on pintajännityksen arvo saavutettu tarkalleen tai se on hieman korkeampi.

Pintajännityksen määrittäminen

Tässä käyttöesimerkissä testaus tehdään testimusteella PINK 10 ml:n pullosta vanupuikkoa käyttäen. Ota jokaisen käytön jälkeen uusi vanupuikko.
Tässä käyttöesimerkissä testataan mustan PE-muovin pintajännitys PINK 38 Jumbo -testikynällä.

Materiaalien puhtaus

Pintojen puhtaus ja materiaalien puhtaus eivät ole käsitteinä aivan sama asia. Kun puhutaan pintojen, kuten esimerkiksi muotokappaleet tai kalvot, puhtaudesta, ei tarkoiteta samaa asiaa kuin puhuttaessa materiaalien puhtaudesta, millä voidaan viitata myös kappaleiden sisäiseen koostumukseen.

Materiaalien pintojen epäpuhtauksilla voi olla useita eri syitä ja ne voivat ilmetä useilla eri tavoilla. On olemassa esimerkiksi yksittäisiä epäpuhtauksia sekä koko pinnan epäpuhtautta. Yksittäiset epäpuhtaudet ilmenevät erillisinä pisteinä, epäsäännöllisesti ja tietyn välimatkan päässä toisistaan. Pinnan epäpuhtaudet sen sijaan peittävän pinnat joko kokonaan tai osittain, ja puhuttaessa pinnan puhtaudesta viitataan pintajännitykseen/pintaenergiaan vastaavan määritelmän mukaisesti.


Pinnan epäpuhtaudet eivät kuitenkaan viittaa materiaalin sisäiseen koostumukseen, mihin viitataan useimmiten puhuttaessa materiaalin puhtaudesta. Koska käsittely kohdistuu juuri pintoihin, on niiden puhtaustilat määriteltävä, mikä on useimmiten mahdollista pintajännityksen käsitteen avulla.


Kaksi erilaista testausmenetelmää täydentää toisiaan

Käsittelyllä tarkoitetaan esimerkiksi painatusta, lakkausta ja liimausta. Yksinkertaisena menetelmänä pintojen testaamiseksi voidaan käyttää testimusteita, toinen mahdollisuus on kosketuskulman mittaus. Testimustemenetelmä on helposti toteutettavissa ja sopii siis hyvin käytännön tilanteisiin, koska muste voidaan levittää pintoihin ongelmitta tuotantoprosessien yhteydessä. Kosketuskulman mittaukseen vaaditaan asianmukaiset laitteet. Sen avulla pintajännityksen komponentit voidaan esittää polaarisiin ja dispersiivisiin jaettuina.

Testimusteen avulla saadaan tulokseksi ainoastaan näiden arvojen summa, mikä kuitenkin useimmiten riittää pintojen arviointiin. Kumpaakaan menetelmää ei voi käyttää kosketuksetta tai yhtäjaksoisesti. Tämä merkitsee sitä, että mittaukset voidaan suorittaa valmistusprosessien aikana, esimerkiksi kalvojen kohdalla, ainoastaan laitteiston ollessa lepotilassa, eikä ratojen ollessa käynnissä. Poikkeustapauksissa mittauksen voisi suorittaa vain hyvin alhaisella nopeudella. Puhuttaessa puhtaudesta viitataan siis aina vain pintojen puhtauteen, ei materiaalien puhtaaseen koostumukseen. Määritelmien kanssa on syytä olla tarkkana, ettei synny väärinkäsityksiä.


Esikäsittely korkeammalla pintajännityksellä

Esikäsittelyllä tarkoitetaan perinteisesti pintojen puhdistamista mekaanisin keinoin, etenkin pesemistä liuottimilla tai ilman. Esikäsittelynä on jo joidenkin vuosikymmenien ajan käytetty myös fysikaalista korona-, plasma- ja liekkikäsittelyä, jolloin pintoja muutetaan sähköisesti vaikuttamalla sillä tavoin, että niiden polaariset komponentit lisääntyvät voimakkaasti, mikä lisää pintajännitystä ja parantaa siten huomattavasti tarttuvuutta.

Esimerkiksi polyolefiineistä valmistettujen muovien, joiden luonnolliset pintajännitysarvot ovat noin 30 mN/m, arvot voidaan nostaa suhteellisen helposti yli 45 mN/m tasolle, mikä tarjoaa erittäin hyvät tarttuvuusarvot tulostamiseen, liimaamiseen ja lakkaukseen. Tällaisia arvoja ei mitenkään pystytä saavuttamaan alkuperäisillä puhdistusmenetelmillä. On kuitenkin havaittu, että useimmiten vaaditaan mekaanista esipuhdistusta, jotta fysikaalisilla menetelmillä saataisiin tulokseksi käyttökelpoinen esikäsittely. Tämä koskee ennen kaikkea metallipintoja, joihin on tarttunut esim. kalvojen tai muoto-ovien valmistuksessa käytettäviä öljyjä.

21.03.2019