Określanie napięcia powierzchniowego

Za pomocą atramentów testowych można określić swobodną energię powierzchniową bądź napięcie powierzchniowe ciał stałych wykonanych z tworzywa sztucznego – metalu – szkła – ceramiki. Zdolność przyczepności do powierzchni powinna być określana na podstawie wzornika rozszerzalności, w szczególności materiałów do druku, sklejania, czy malowania.

Napięcie powierzchniowe określa się poprzez nałożenie atramentów testowych na badane powierzchnie, jako linię o długości kilku centymetrów i obserwowanie jego zachowania.

Jeżeli linia skurczy się w ciągu 2 lub 4 sekund, w zależności od atramentu, napięcie powierzchniowe badanej powierzchni jest mniejsze niż napięcie powierzchni testowanego atramentu.

I odwrotnie: rozszerzenie się linii wskazuje, że napięcie powierzchniowe nałożonego atramentu jest niższe niż to charakteryzujące badaną powierzchnię.

Jeśli linia pozostaje niezmieniona podczas obserwacji, wtedy oznacza to, że napięcie powierzchniowe zarówno tuszu oraz powierzchni są sobie równe lub ich różnica jest nieznaczna.

Określanie napięcia powierzchniowego

W poniższym przykładzie zastosowania, test odbywa sie za pomocą tuszu testowego PINK z butelek o pojemności 10 ml i wacików bawełnianych. Do każdego zastosowania należy wziąć nowy wacik bawełniany.

W tym przykładzie zastosowania napięcie powierzchniowe na czarnym tworzywie PE jest badane za pomocą pióra testowego PINK 38 Jumbo.

Czystość materiałów

Pojęcia czystości powierzchniowej i czystości struktury materiałów wymagają dokładniejszego zdefiniowania. Jeśli brana jest pod uwagę powierzchnia materiału, w formie kształtek czy folii, można tu stosować pojęcie czystości powierzchniowej, ponieważ czystość strukturalna materiałów odnosi się do budowy, a więc również struktury wewnętrznej całego ciała.

Zanieczyszczenie materiałów może wynikać z różnych przyczyn i mieć różne formy. Mogą mieć postać cząstek, jak również filmu. Pierwsze występują punktowo i nieregularnie, rozmieszczone w pewnych odstępach.

Drugie natomiast pokrywają powierzchnię całkowicie lub częściowo i, jeśli są „czyste”, również można je opisywać w kategorii czystości strukturalnej.

W takim przypadku należałoby użyć określonej definicji, np. naprężenia powierzchniowego/energii powierzchniowej. Zanieczyszczenia takie nie odnoszą się jednak do struktury wewnętrznej całego detalu – tę można opisywać tylko w kategorii czystości strukturalnej. W przypadku powierzchni, która podlega dalszej obróbce, należy zdefiniować stany czystości, co możliwe jest dzięki pojęciu napięcia powierzchniowego.


Dwie uzupełniające się wzajemnie metody badania

Obróbka to na przykład drukowanie, lakierowanie i klejenie. Proste metody kontroli polegają w tym przypadku na badaniu powierzchni za pomocą tuszy testowych oraz za pomocą pomiaru kąta zwilżania. Pierwsza z metod jest bardzo prosta i dlatego praktyczna, ponieważ tusz można nanosić na testowane powierzchnie podczas produkcji. Druga metoda wymaga już aparatury. Za jej pomocą można osobno oszacować składowe polarne i dyspersyjne napięcia powierzchniowego.

Badanie metodą tuszy pokazuje tylko sumę tych dwóch składowych. Zazwyczaj wystarcza ono do oceny powierzchni. Obie metody nie mogą być stosowane bezkontaktowo ani w sposób ciągły. To ostatnie oznacza, że w procesach produkcyjnych, jak w przypadku folii, pomiary można przeprowadzać tylko w trakcie postoju, tj. nie na ruchomej wstędze.

W wyjątkowych przypadkach pomiaru można dokonywać przy bardzo małej prędkości przesuwu. Pojęcia czystości powierzchniowej i czystości strukturalnej można stosować zamiennie, przy czym czystość powierzchniowa odnosi się zawsze tylko do samej powierzchni materiału. Najlepiej jednak nie mieszać tych pojęć, ponieważ prowadzi to do nieporozumień.


Obróbka wstępna za pomocą podwyższonego napięcia powierzchniowego

Pojęcie obróbki wstępnej tradycyjnie stosuje się w odniesieniu do czyszczenia powierzchni za pomocą środków mechanicznych, zwłaszcza do mycia z użyciem rozpuszczalników lub bez nich. Od kilku dziesięcioleci do obróbki wstępnej wykorzystuje się również obróbkę fizyczną za pomocą korony, plazmy i płomienia, w przypadku której powierzchnie ulegają zmianie pod wpływem ładunku elektrycznego do tego stopnia, że znacząco zwiększa się ich polarność i tym samym napięcie powierzchniowe, a co za tym idzie – przyczepność.

Na przykład naturalne napięcie powierzchniowe poliolefin o wartości 30 mN/m można stosunkowo łatwo zwiększyć do wartości powyżej 45 mN/m, co zapewnia bardzo dobrą przyczepność farby drukarskiej, klejów i powłok malarskich. Takiego napięcia powierzchniowego nie można uzyskać za pomocą standardowego czyszczenia, niemniej jednak fizyczna obróbka wstępna zwykle musi być poprzedzona czyszczeniem mechanicznym.

Dotyczy to w szczególności powierzchni metali, zanieczyszczonych olejami stosowanymi np. w produkcji folii lub kształtek.