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siehe: Oberflächenenergie

Oberflächenenergie

Das Bedrucken oder Verkleben von Kunststoffteilen fordert eine hohe Benetzbarkeit der KunststoffoberflächeRotes Minikleid Damen Langarm Schnürung Retro Mantel Vokuhila Ausgestellter Fellkapuze f76yYvIbg. Dabei wird die Benetzbarkeit mit der Oberflächenenergie beschrieben. Hochenergetische (polare) Oberflächen bieten der Druckfarbe oder dem Klebstoff eine bessere Haftung als niederenergetische (unpolare) Oberflächen.

Beim Bedrucken gilt im Allgemeinen, dass die Grenzflächenenergie der zu bedruckenden Oberfläche mindestens so groß sein sollte wie die Oberflächenspannung der Druckfarbe.

Einfacher Test mit Wassertropfen
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Die Benetzbarkeit von Kunststoffen lässt sich schnell und einfach mit Hilfe eines auf die Oberfläche aufgebrachten Wassertropfens beurteilen. Bildet sich ein Wassertropfen, ist die Oberfläche niederenergetisch. Verläuft der Wassertropfen, handelt es sich um eine hochenergetische Oberfläche.

Professionelle Testtinten

Zur genaueren Betrachtung der Benetzbarkeit verwendet man Testtinten und misst den Randwinkel des Tropfens (Messmethoden nach  53 364 oder ASTM D 2578-84).

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Tabelle.Cascade beige beige Winterjacke WELLENSTEYN WELLENSTEYN Winterjacke Cascade DIYH2W9eE
Kritische Oberflächenenergie von Kunststoffen und Vergleichsproben.
kritische Grenzflächen­energie1)
$ \ σ_S \ $
[mN/m]
Polytetrafluorethylen (PTFE) 18,0GrößeM Goose Shelburne Mantel Canada Damen j354AcSRLq
Polyethylen niedriger Dichte (PE-LD) 31,0
Polypropylen (PP-H) 32,0
Polymethylmethacrylat (PMMA) 33 – 44
Polyvinylchlorid (PVC-U) 39,5
Polyamid 6 (PA 6) 43,0
Polyethylenterephthalat(PET) 43,0
Wasser 72,8
Aluminium 1200
Chrom 2400
Eisen 2550

1) =
Die Messergebnisse sind unverbindliche Anhaltswerte und abhängig von der verwendeten Prüfflüssigkeit.
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Zum Bedrucken oder Kleben von Kunststoffoberflächen sollte der Randwinkel möglichst klein sein. Es gilt die Young'sche Gleichung.

Youngsche Gleichung

Nach der Formel von Thomas Young hängt der Randwinkel $ \ θ \ $ eines Flüssigkeits­tropfens ab von der Oberflächenenergie der Flüssigkeit $ \ σ_S \ $ und der soliden Kunststoffoberfläche $ \ σ_{SL} \ $.

Die Energie der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Kunststoffoberfläche ist $ \ σ_L \ $.

Youngsche Gleichung
\[ {cos_θ} = \frac{σ_S-σ_{SL}}{σ_L} \]

Der Zähler beschreibt die kritische Oberflächenenergie und lässt sich zu $ \ σ_C \ $ zusammenfassen.

\[ {cos_θ} = \frac{σ_C}{σ_L} \]
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\( θ \)
  \( = \) Randwinkel
\( σ_S \)
  \( = \) Oberflächenenergie der Flüssigkeit
\( σ_{SL} \)
  \( = \) Oberflächenenergie der Kunststoffoberfläche
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\( σ_C = σ_S-σ_{SL} \)
  \( = \) Kritische Oberflächenenergie
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\( σ_L \)
  \( = \) Energie der Grenzfläche

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