Ragaszkodó polimerek

A gépgyártás során készülő termékek különböző nagyságú és tömegű alkatrészeinek egyre nagyobb részét rögzítik ragasztással, ám ehhez a felhasználni kívánt korszerű műszaki polimerek jelentős hányadát tapadás-elősegítő felületkezelési eljárásnak kell alávetni. Egy hazánkban végzett méréssorozat eredményei szerint a nehezen vagy egyáltalán nem ragasztható műanyagok ragaszthatóvá tételében a hidegplazmával történő kezelés is segítséget nyújthat.

A napjainkban tapasztalható rohamos fejlődés a különféle anyagváltozatok között is igazi versenyt teremt. A szintetikus szerkezeti anyagok egyik nagy csoportját alkotó műszaki polimereket például kiváló tulajdonságaik révén elsősorban olyan gépelemek gyártására és készítésére használják, melyeknél a méretpontosság, a kiemelkedő mechanikai szilárdság, a hő-, vegyszer- és kopásállóság, valamint a jó elektrotechnikai jellemzők egyaránt kiemelten fontos paraméternek számítanak. E népes csoport a poliamidok, a poliolefinek, a poliéterek, az éterketonok, az akrilátok, a fluorpolimerek, a polikarbonátok és a hőre lágyuló poliuretánok mellett számos egyéb eltérő tulajdonságokkal bíró polimerfajtát foglal magába, melyek közös tulajdonsága, hogy általában speciális technológiával készülnek, ezért a hétköznapokból jobban ismert tömegműanyagoknál némileg drágábbak.

Az utóbbi években a gépgyártás során a műszaki műanyagokból álló részegységek egyre nagyobb részét rögzítik ragasztással, mely esztétikusabbá teheti a késztermék megjelenését. Ám ahogy minden konstrukciós megoldásnak vannak előnyei és hátrányai, a ragasztással előállított kötésekre is megfogalmazható néhány jellegzetesség. Az előnyök közé sorolható például, hogy a különböző méretű és tömegű alkatrészek egyaránt jól ragaszthatók, sőt ezzel a technológiával gond nélkül kombinálhatók az eltérő szerkezeti anyagok is. További előnynek tekinthető, hogy a ragasztott kötések minden esetben egyenletes feszültségeloszlást biztosítanak, és a ragasztóanyag a hegesztéssel ellentétben az anyagok tulajdonságait sem csorbítja. Ráadásul a ragasztás más rögzítési módszerekhez képest gyorsan, egyszerűen, különösebb szakértelem nélkül vagy akár automatizáltan is elvégezhető. Hozzá kell tenni ugyanakkor, hogy a kötés teljes szilárdságnak elérésére csak a száradási vagy keményedési idő eltelte után van lehetőség, továbbá a ragasztott kötés a későbbi folyamatos igénybevétel mellett kevésbé számít ellenállónak.

A műszaki polimerek korszerű felhasználását akadályozhatja, hogy többségük alacsony felületi energiával jellemezhető víztaszító (hidrofób) felületnek számít, a magas felületi energiájú vízkedvelő (hidrofil) műanyagok ugyanis lényegesen jobban ragaszthatók. Épp ezért sok esetben a felhasználást megelőzően ragasztás-elősegítő felületkezelés alkalmazására van szükség. Néhány műszaki műanyagot azonban a rendelkezésre álló kezelési technológiák ellenére is nehezen vagy egyáltalán nem ragaszthatónak minősítettek.

A tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy néhány polimer hidegplazmával történő kezelésének hatására a polimerek felületi energiája megváltozik, felszíni rétegük szénláncai pedig néhány mikrométer vastagságban felbomlanak. Az így létrejövő szabad kémiai gyökökhöz a ragasztóanyagok jobban képesek kapcsolódni, azaz a polimer végeredményben ragaszthatóbb lesz.

Egy korábbi kutatás során azonban kiderült, hogy ezek a változások nem tartósak: a hidegplazmával kezelt felület ragasztására ugyanis csak egy bizonyos fazékidőn belül van lehetőség, hiszen az energiaminimumra való törekvés elve miatt az anyag belső szerkezete előbb-utóbb visszarendeződik eredeti állapotába, ezzel együtt pedig a szabad kémiai gyökök is eltűnnek. Felmerülhet tehát a kérdés, hogy egy-egy hidegplazmával történő kezelés milyen hosszú ideig eredményezi a különféle műanyagok ragaszthatóságának javulását?

Mivel a kezelés egyik következményeként megváltozik a polimerek felületi energiája, e paraméter változásának nyomon követése lehetőséget ad a ragasztásra alkalmas fazékidő hosszának becslésére is. Az eredmények alapján kijelenthető, hogy a hidegplazma-kezelés nem azonos mértékben változtatja meg a vizsgált műanyagok felületi energiáját: míg a PP, a HD500, a HD1000, a PTFE, a PA6E és a POMC néven ismert műszaki polimerek tekintetében a felületi feszültség mindössze 10-20 százalékkal nő, a PETP és a PEEK esetén ez a növekedés akár 70 százalék is lehet. Emellett a műanyagok típusától függetlenül az is megállapítható, hogy a kezelés hatása az első 24 órában csak csekély mértékben csökken, a felületi feszültség értéke pedig a kezelés utáni 72 órában sem változik jelentősen. Mindez a műszaki gyakorlat szempontjából azt jelenti, hogy a ragasztást a hidegplazmás kezelést követő 3 napon belül kell elvégezni. A jelenleg csak a kémiai kutatásban használt hidegplazmás kezelésnek tehát a későbbiekben fontos szerep juthat abban, hogy a korábban nem vagy nehezen ragaszthatónak minősített polimereket értéknövelt termékké alakítsák.

Cikkem a New technology magazin 2018/2. számában jelent meg.