ẢNH HƯỞNG của PLASMA LẠNH ở áp SUẤT THƯỜNG đến HIỆU QUẢ xử lý bề mặt NHỰA PP

5 431 3
ẢNH HƯỞNG của PLASMA LẠNH ở áp SUẤT THƯỜNG đến HIỆU QUẢ xử lý bề mặt NHỰA PP

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV ẢNH HƯỞNG CỦA PLASMA LẠNH Ở ÁP SUẤT THƯỜNG ĐẾN HIỆU QUẢ XỬ LÝ BỀ MẶT NHỰA PP INFLUENCY OF COLD-PLASMA AT ATMOSPHERIC ON EFFECT OF SURFACE PRETREATMENT OF PLASTIC PP 1, Thái Văn Phước1a, Trần Ngọc Đảm2b Phòng Nghiên cứu Năng lượng Môi trường, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM a phuoctv@hcmute.edu.vn;; b damtn@hcmute.edu.vn TÓM TẮT Các loại bao bì làm từ vật liệu plastic cần phải xử lý bề mặt trước in ấn nhằm giảm thời gian in ấn, tăng chất lượng làm giảm khối lượng mực in hay sơn phủ Các phương pháp xử lý nhiệt, xử lý hóa chất có nhiều nhược điểm tốn nhiều lượng, quy trình xử lý cồng kềnh, sử dụng nhiều hóa chất gây ô nhiễm môi trường Trong nghiên cứu này, mô hình xử lý bề mặt màng mỏng từ plastic công nghệ Plasma nhiệt độ thấp, áp suất thường thiết kế chế tạo để khắc phục nhược điểm Ưu điểm mô hình xử lý bề mặt trực tiếp dây chuyền sản xuất - in ấn bao bì với tốc độ cao Mô hình sử dụng mức lượng 225Wh (150V, 1.5A) để tăng độ hấp thu bề mặt nhựa PP với tốc độ xử lý 30 m/phút Góc tiếp xúc bề mặt nhựa PP từ 1020 trước xử lý giảm xuống 880 sau xử lý Từ khóa: Plasma lạnh, màng nhựa PP, xử lý bề mặt, góc tiếp xúc ABSTRACT Plastic bags should be pretreated before painting or coating due to decrease processing time, mass and increase coating quality The current pretreated methods - using temperature, chemical solution have many disadvantages such as complex system, harmful chemical, and energy loss In this paper, the pretreated plastic film by cold-plasma at atmospheric is studied to solve the disadvantages The advantage of the model is that using directly on plastic bags production line with high speed The result of experiments show that contact angle of plastic film PP reduces from 1020 to under 880 after plasma pretreatment, supplied power – 225Wh (150V, 1.5A) and speed of pretreatment – 30m/min Keywords: Cold-plasma, plastic film PP, surface pretreament, contact angle GIỚI THIỆU Hầu hết loại bao bì sử dụng sản xuất từ vật liệu polymer, bề mặt bao bì in ấn, dán nhãn mác nhằm tăng tính thẩm mỹ, quảng cáo thương hiệu, v.v Hình mô tả quy trình sản xuất in ấn bao bì nhựa: nguyên liệu - (hạt nhựa) nung nóng chảy kéo thành màng mỏng lên khu vực ổn định nhiệt - 2, tiếp sau đưa vào khu vực - nhằm làm căng màng xử lý bề mặt trước in khu vực - 4, tiếp bề mặt in khu vực - 4, làm khô khu vực - lưu trữ thành phẩm khu vực - 373 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Quy trình sản xuất in bao bì: 1-Nguyên liệu, 2-Khu vực ổn định nhiệt, 3-Khu vực căng màng xử lý bề mặt, 4-Khu vực in, 5-Khu vực làm khô, 6-Thành phẩm Vì làm từ vật liệu polymer nên bao bì có mức lượng bề mặt thấp, không xử lý chất lượng in bao bì kém, dễ bị nhòe bong tróc Tại khu vực (Hình 1) bề mặt nhựa xử lý nhiệt xử lý hóa chất nhằm làm tăng tính hấp thu bề mặt nhựa Với phương pháp xử lý bề mặt này, chi phí sản xuất tăng cao, tốn nhiều lượng, quy trình vận hành cồng kềnh gây ô nhiễm môi trường việc sử dụng hóa chất Để giải vấn đề trên, nhóm nghiên cứu chế tạo mô hình ứng dụng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp áp suất thường để xử lý, làm tăng lượng bề mặt màng nhựa Plasma trạng thái thứ tư vật chất, chứa electrons, ion dương, nguyên tử hay phân tử khí trung tính, tia UV nguyên tử, phân tử trạng thái kích thích Khi chiếu chùm tia Plasma lên bề mặt nhựa, hạt mang lượng lớn dạng động chùm tia Plasma bắn phá, bẽ gãy liên kết bề mặt, qua làm bề mặt tăng lượng bề mặt nhựa [1-3] Quá trình tương tác chùm tia Plasma với bề mặt diễn nhanh (vài miligiây) giúp tiết kiệm lượng, đồng thời rút ngắn thời gian xử lý chi phí sản xuất giảm xuống đáng kể THÍ NGHIỆM 2.1 Mô hình thí nghiệm Hình Nguyên lý làm việc mô hình Hình Ảnh thực tế mô hình 374 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Bảng Thông số thí nghiệm Điện áp đầu vào …….……… V 100÷220 Dòng điện đầu vào ………… A 1÷2.5 Vận tốc xử lý …………….m/ph 15 30 Bề rộng vùng Plasma mm 200 Khoảng cách cực mm Đường kính ống ceramic, mm 25 Đường kính ống ceramic, mm 19 Hình Quá trình xử lý thực tế Hình mô tả nguyên lý hoạt động mô hình xử lý, làm tăng lượng bề mặt màng nhựa công nghệ Plasma lạnh, cấu tạo thiết bị gồm điện cực nối vào nguồn điện áp tần số cao, điện cực (một inox với kích thước Ø10×200mm) đặt ống ceramic (Hình 2) điện cực - trục tròn làm từ nhôm (Ø30×210 mm) gắn với hai thành nhựa cách điện (Hình 4) Bộ nguồn (power supply) cung cấp nguồn điện xoay chiều 220V, 50Hz qua hệ thống khếch tạo hai điện cực điện áp cao tần số lớn: 5÷20 kV; 5÷40 kHz Khi cung cấp điện áp cao tần số lớn hai điện cực tạo vùng điện trường lớn kết không khí hai cực bị ion hóa tạo thành chùm tia Plasma Hình 2.2 Tiến hành thí nghiệm Màng nhựa PP (rộng 60mm) bắt lên trục rulo trung gian (Hình 4) nhằm làm căng bề mặt trước vào vùng xử lý Plasma Sau xử lý, màng nhựa vào trục rulo cuối với vận tốc khác động bước thực Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý khảo sát: thời gian xử lý (vận tốc màng nhựa di chuyển qua vùng Plasma), điện áp cường độ dòng điện đầu vào cung cấp cho nguồn Plasma Trong trình xử lý, khoảng cách điện cực ống ceramic giữ không đổi 3mm Hình Góc tiếp xúc màng nhựa: a) Trước xử lý; b) Sau xử lý (150V, 1.75A, 20m/ph) Để đánh giá hiệu trình xử lý ảnh hưởng thông số nói trên, màng nhựa sau xử lý đo góc tiếp xúc θc [4] Mỗi mẫu màng nhựa xử lý thông số cụ thể tiến hành đo góc tiếp xúc lần Năng lượng bề mặt hay hiệu xử lý đánh giá qua thông số góc tiếp xúc bề mặt θc, lượng bề mặt lớn góc tiếp xúc θc nhỏ, để đảm bảo chất lượng in bề mặt nhựa góc tiếp xúc θc ≈880 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình cho thấy ảnh hưởng tốc độ xử lý đến góc tiếp xúc θc màng nhựa PP, thí nghiệm tiến hành với thông số: điện áp đầu vào 150 V, cường độ dòng điện đầu vào 375 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 1.5A Kết cho thấy sau xử lý, chất lượng bề mặt màng nhựa PP tăng lên rõ rệt, góc tiếp xúc θc giảm từ 1020 xuống 880 [5] với tất vận tốc tiến hành khảo sát Cụ thể vận tốc xử lý tăng từ 16 m/ph lên 29 m/ph, góc tiếp xúc bề mặt màng nhựa tăng từ 670 lên 840 Góc tiếp xúc ϴc 120 100 80 60 Lần Lần Lần 40 20 Không xử lý 16 18 20 23 24 25 26 27 28 29 29 Tốc độ xử lý (m/phút) Hình Ảnh hưởng tốc độ xử lý đến hiệu xử lý (góc tiếp xúc θc) 120 Góc tiếp xúc ϴc 100 80 60 Lần Lần Lần 40 20 Không xử lý 1.25 1.5 Dòng điện đầu vào (A) 1.75 Hình Ảnh hưởng dòng điện đầu vào đến hiệu xử lý (góc tiếp xúc θc) Một yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý bề mặt màng nhựa lượng tạo Plasma, mô hình sử dụng khuếch đại từ nguồn điện xoay chiều 220V, 50Hz để tạo hai điện cực (Hình 1) lên điện áp cao tần số lớn: 5÷20 kV; 5÷40 kHz Kết thí nghiệm Hình cho thấy cường độ dòng điện đầu vào thay đổi từ 1A lên 2A (điện áp đầu vào tốc độ xử lý giữ nguyên mức 150V, 20m/ph) chất lượng bề mặt màng nhựa gần không đổi, θc có giá trị thấp 720 cường độ dòng điện đầu vào 1.5A Để đánh giá ảnh hưởng điện áp đầu vào đến hiệu xử lý bề mặt, thí nghiệm lặp lại với mức điện áp khác cường độ dòng điện giữ không đổi 1.5A tốc độ xử lý 20m/ph Kết cho thấy góc tiếp xúc θc thay đổi không nhiều điện áp đầu vào tăng từ 140V lên 220V, hay hiệu xử lý không thay đổi đáng kể 376 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 120 Góc tiếp xúc ϴc 100 80 60 Lần Lần Lần 40 20 Không xử lý 140 150 160 170 180 190 Điện áp đầu vào (V) 200 210 220 Hình Ảnh hưởng điện áp đầu vào đến hiệu xử lý (góc tiếp xúc θc) KẾT LUẬN Từ kết cho thấy sau xử lý Plasma nhiệt độ thấp, chất lượng bề mặt nhựa PP cải thiện rõ rệt, góc tiếp xúc θc giảm từ 1020 xuống 880 thông số vận hành mô hình Yếu tố ảnh hưởng lớn đến hiệu xử lý tốc độ xử lý, thay đổi thông số điện áp đầu vào cường độ dòng điện đầu vào làm chất lượng bề mặt thay đổi không đáng kể Để tiết kiệm lượng đạt độ ổn định hiệu suất xử lý, mô hình sử dụng: điện áp đầu vào 150V, dòng điện 1.5A, tốc độ xử lý 30m/ph Thực tế mô hình cho thấy Plasma tạo hai điện cực có bề rộng 200 mm bề rộng màng nhựa PP xử lý 60mm nên mức lượng sử dụng để xử lý thực tế 67.5Wh với vận tốc 30m/ph Các điện cực thiết kế dạng trục - rulo nên để dàng xử lý hai bề mặt màng nhựa với bề dày khác từ vật liệu nhựa khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bruce Welt, Wesley Taylor Technical Synopsis of Plasma Surface Treatment University of Florida, Gainesville, FL December, 2009 [2] Hubert Rauscher, Massimo Perucca and Guy Buyle Plasma technology for hyperfunctional surfaces 2010 [3] Yves Pauleau, 2006 Materials surface processing by directed energy techniques, Oxford 603 pp [4] Guillaume Lamour, Admed Hamraoui, Andrii Buvailo, et al Contact angle measurements using a simplified experimental setup Journal of Chemical education Vol 87 № 12 December 2010 [5] Frank Hild Surface Energy of Plastics Dec 16, http://www.tstar.com/blog/bid/33845/Surface-Energy-of-Plastics 2009 From AUTHOR’S INFORMATION Thái Văn Phước Phòng Nghiên cứu Năng lượng Môi trường, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM phuoctv@hcmute.edu.vn +84907504297 Trần Ngọc Đảm Phòng Nghiên cứu Năng lượng Môi trường, Khoa Cơ khí chế tạo máy, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM damtn@hcmute.edu.vn +84947760123 377

Ngày đăng: 07/06/2016, 08:30

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan