コロナ放電表面改質装置

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一般に表面エネルギーが低い物質は、親水性、あるいは接着性が悪く、その結果インキ等の濡れ性も悪いということになります。
そのため表面エネルギーが低い物質に印刷あるいは、他の材質を接着しようとする場合、その表面を活性化させて表面エネルギーを高くしその作業を補助する前処理が必要となります。
この技術を「表面改質技術」と称します。
このページでは「コロナ放電」による表面改質方法を記述しています。

コロナ放電による表面処理について

コロナ放電表面処理

空気中に距離(t)を一定に保った、二つの金属体(電極)を置き、両電極間に高電圧発生器(E)をつなぎます。 次に、電源の電圧を徐々に上げていくと、ある値で音と光を伴った光条が電極間に見られます。(図-1をご参照下さい。)
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高周波高電圧の気中では、電解内にて原子、分子、電子イオン間でのそれぞれの衝突、電子エネルギーの励起(激しく動く)等が起こり、さらに光子の放出が起こります。

この時電極の近傍(周り)にて発光している放電状態を概観から見て、コロナ放電(左写真 紫部分)と名づけています。

このコロナ放電のエネルギーを物質に作用させると、その表面がエネルギーを受け、表面エネルギーが高くなり、活性化された状態(ラジカルな状態)になります。
 
さらにプラスチック等では、表面にカルボニル基等の極性基が生成され、濡れ性が向上することになります。

また、この活性化された状態の時接着すると、その接着力は驚異的に増加します。

このコロナ放電表面処理後、空気中に晒した状態(放置)にすると、そのエネルギーを緩やかに放出し、空気中の分子と反応して、表面エネルギーの低い元の状態に時間の経過と共に自然に戻ります。
 
 
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コロナ放電改質前
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コロナ放電により改質できる素材とその効果
 

コロナ放電表面処理

接着の基本は、接着剤が被着体によく濡れることです。
濡れの程度は、被着体に水滴を落とした時、その水滴と被着体との間に出来る接触角によって表されるか、その表面エネルギーの値で示されます。
これらは簡単に用いる事が困難である為、代わりに目安として“濡れ張力試験法”等が使用されています。

濡れ張力試験法(JIS K6768)

市販されている濡れ張力試験用混合液22.6mN/mから73mN/m(数値の大きいほど親密性が向上する。)を綿棒に浸し、それを被験体の表面に塗布します。
この時撥水すること無しに、ベッタリ濡れる試験用混合液番号の最小値を濡れ性指数としています。
ただし、この方法は付着力を表すものではありません。
下表は当社において調査した、改質前と改質後の濡れ指数の結果です。
(コロナ放電による表面改質のデータです)
プラスチックの改質データ        単位:濡れ指数 mN/m
素材名 電圧 改質前 0.05秒 0.1秒 0.5秒
ポリウレタン 12Kv 31 39 41 54
ポリエチレン 31 47 50 54
PET 31 45 54 54
ポリエステル 36 40 50 54
ポリスチレン 36 45 52 54
ポリアミド(ナイロン6) 38 54 54 54
アクリル 38 50 54 54
ABS 33 52 54 54
ポリプリピレン 31 44 54 54
テフロン 31 36 39 44
シリコンゴム 31 31 32 41
金属の改質データ                         単位:濡れ指数 mN/m
素材名 電圧 改質前 0.05秒 0.1秒 0.5秒
黄銅 10Kv 37 52 54 54
37 52 54 54
アルミ 34 38 54 54
SUS 304 35 37 47 54
クロームメッキ 33 39 54 54
ニッケルメッキ 33 48 54 54

コロナ放電表面処理

スクリーン印刷など、素材へのインキの親水性、付着性の改善、向上。
撥水性素材への接着剤の密着性の向上、及び接着力の強化。
塗装特性、コーティング特性、蒸着特性、ライニング特性の向上。
あらゆる接着の特性向上、及び接着力の改善強化。
コロナ放電表面処理には容易に改質できる素材と、改質可能であるがコロナ放電電解を与える時間を長くとる必要のあるもの、又は改質するがその効果が小なるものなど多種多様あり、実際には予備テストが必要になります。 詳しくはお問合わせ下さい。

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