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.
Manapság az egyik leggyakrabban használt műszaki műanyag az 1970-es években kifejlesztett PEEK – azaz teljes nevén a poli(éter-éter-keton) –, melyet egyedülálló mechanikai és termikus jellemzői és rendkívüli vegyszerállósága révén számos területen alkalmaznak fémek, kerámiák és egyéb műanyagok kiváltására.
Jó kopásállósága és kis sűrűsége miatt használható többek között fogaskerekek, csapágyak és alátétek gyártására, de az ember nélküli repülőeszközök gyártásában és az űrhajózásban egyaránt hasznát veszik.
Az utóbbi években a gépgyártás során a műszaki műanyagokból álló részegységek egyre nagyobb részét rögzítik ragasztással, amely 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. Épp ezért dr. Szakál Zoltán, a Szent István Egyetem Gépészmérnöki Karának kutatója annak járt utána, hogy néhány polimer hidegplazmával történő kezelése miként javíthatja az anyagok ragaszthatóságát.
A tapasztalatok azt mutatják, hogy az eljárás 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. Dr. Szakál Zoltán a kutatásba bevont műszaki polimerek felületi energiájának időbeli változását cseppanalízissel vizsgálta, ami a gyakorlatban azt jelentette, hogy bizonyos időközönként közeli makrófelvételeket készített a vizsgált felületekre tapadt folyadékcseppekről, majd lemérte a különböző formájú cseppek érintkezési szögét.
A kutató később a szabvány szerint összeragasztott műanyag lapok ragasztásának szakítószilárdságát is mérte.
Az eredmények alapján kijelenthető, hogy a hidegplazmakezelés 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.
A kutatás az MTA TTK Anyag- és Környezetkémiai Intézet közreműködésével, valamint az Új Nemzeti Kiválóság Program és az OTKA NKFIH K113039 pályázat (Atmoszférikus hidegplazma eljárással kezelt polimer-felületek adhéziós és tribológiai tulajdonságai) támogatásával valósult meg.
Készült a Szent István Egyetem támogatásával