Activación con plasma

Para mejorar el lacado, el pegado, la impresión o la unión por hilo

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Es necesario, para la adhesión de ligandos durante las operaciones de lacado, pegado, impresión o unión por hilo, que la superficie presente una buena humectabilidad. La humectación no solamente se ve impedida por contaminantes con aceites y grasas, sino que la superficie limpia de muchos materiales también puede presentar una humectabilidad insuficiente debido a muchos líquidos, incluidos adhesivos y pinturas. El líquido se agrupa en forma de gotas esféricas y no se adhiere a la superficie, ni siquiera después del endurecimiento o el secado.

La causa es una energía superficial reducida del sustrato. Las sustancias con una energía superficial menor humectan aquellas cuya energía superficial es mayor, pero no a la inversa. Por lo tanto, la energía superficial del líquido aplicado (en el caso de los líquidos, también se habla de tensión superficial en este contexto) debe ser obligatoriamente inferior que la del sustrato.

Activación de plásticos

Algunos plásticos, como, p. ej., el polipropileno o el PTFE, tienen una estructura no polar por su propia naturaleza. Esto implica que dichos plásticos deben someterse a pretratamiento antes de la impresión, el lacado y el pegado. De manera análoga, la energía superficial del vidrio y la cerámica se incrementa activando la superficie en cuestión. En el proceso, se crean puntos de acumulación del líquido aplicado.

La activación suele tener lugar con iniciadores químicos: agentes adhesivos líquidos. A menudo, se trata de sustancias muy corrosivas y nocivas para el medio ambiente. Por un lado, debe conseguirse que dichos líquidos se sequen lo suficiente antes de continuar con el tratamiento; por el otro, no suelen permanecer activos durante mucho tiempo. Algunos materiales no polares, como las poliolefinas, tampoco se activan suficientemente con iniciadores químicos.

Durante la activación en el plasma de aire u oxígeno, se sustituyen enlaces de hidrógeno no polares de los polímeros plásticos por enlaces de oxígeno. Estos pueden proporcionar electrones de valencia libres para unir moléculas de líquidos.

La activación con plasma de baja presión o presión atmosférica también permite pegar o lacar a la perfección plásticos "no pegables", como POM, PE y PP. La energía superficial deseada puede ajustarse con gran precisión, de modo que sea posible evitar el exceso de activación y el consiguiente grabado.

En el plasma de baja presión, aparte de aire y oxígeno, pueden aplicarse otros gases, con los que se acumulan, p. ej., nitrógeno (N2), aminas (NHx) o grupos carboxílicos (-COOH) como grupos reactivos en vez de oxígeno.

Las piezas permanecen activas entre algunos minutos y varios meses.El polipropileno puede someterse a un tratamiento posterior al cabo de varias semanas del tratamiento. No obstante, se recomienda no optar por espacios abiertos para almacenar estas piezas, puesto que atraen el polvo, la contaminación orgánica y la humedad del aire.

La activación puede demostrarse de forma bien impactante sumergiendo una pieza de trabajo tratada y una no tratada en agua (solución polar). En la pieza no tratada, se forman, como es habitual, gotas. La pieza tratada se humecta con agua por completo.

Activación de metales, cerámica y vidrios

Los metales, las cerámicas y los vidrios poseen por lo general unaenergía superficial mayor que los plásticos. No obstante, para estos materiales también existen aplicaciones en las que una activación con plasma implica ventajas. La tensión superficial de las aleaciones de soldadura también es elevada, y se forman gotas esféricas en muchas superficies metálicas. Por este motivo, la activación de metales con plasma también puede mejorar la humectación en los trabajos de soldadura.

Aun así, la activación de metales es muy inestable y, en consecuencia, de breve duración. Si se activa un metal, el tratamiento posterior (pegado, lacado, etc.) debe efectuarse a los pocos minutos u horas, ya que las superficies se unen con agentes contaminantes del aire ambiente de forma rápida y permanente.
Una activación de metales resulta conveniente antes de efectuar procesos como la soldadura o la unión por hilo.

Activación con polvo de plasma

Activación de polvo de polietileno UHMW (de ultraalto peso molecular)

Para muchas aplicaciones, existe la posibilidad innovadora de emplear polvo de polietileno UHMW hidrófilo. Puede utilizarse como aditivo en la goma, con lo que obtiene una resistencia al desgarro mayor. Además, es posible aumentar la fuerza de adhesión entre metal plástico con polvo de PE hidrófilo. Esta hidrofilización se consigue gracias a un tratamiento con plasma en el procedimiento de baja presión. Los parámetros de tratamiento dependen enormemente del tamaño de partícula del polvo. La duración del tratamiento con plasma puede oscilar entre 5 minutos y varias horas. Quedan descartados los daños térmicos en el polvo, puesto que la temperatura del proceso permanece siempre baja con este método de tratamiento. Las características básicas del polvo, como, p. ej., la temperatura de fusión, el grado de cristalinidad y la masa molar, tampoco se ven afectadas. Debido a la gran cantidad de parámetros variables en el proceso, es posible lograr numerosas propiedades de recubrimiento.

Aplicaciones

  • Aditivos en pinturas (pinturas antifricción)
  • Desinfección/reducción de gérmenes en semillas y especias
  • Disminución de la fricción cinética añadiendo polvo de PTFE tratado
  • Fabricación de cajas de plástico selladas con espuma de PUR para su adhesión
  • Activación y grabado de fibras
  • Activación y grabado de granulado de plástico

 

Polietileno UHMW

El polietileno UHMW (Ultra-High Molecular Weight) es un polietileno de ultraalto peso molecular. El polietileno puede considerarse el plástico de formación más sencilla: una cadena de átomos de carbono y simplemente hidrógeno a los lados. Si esta cadena es muy larga, el material recibe el nombre de polietileno UHMW.

Preguntas frecuentes

¿Cómo puede comprobarse la calidad de la activación?

La calidad de la activación puede comprobarse con facilidad y rapidez con dos procedimientos distintos: 

Medición del ángulo de contacto 

En este procedimiento, se mide el ángulo de contacto de una gota de agua respecto a la superficie activada. Cuanto mejor resulta la activación,  más plana queda la gota de agua en la superficie. Sin embargo, este procedimiento rara vez se aplica, puesto que el instrumento de medición es relativamente caro y, por lo general, no es posible efectuar la medición in situ y al momento. En particular, resulta prácticamente o incluso totalmente imposible medir el ángulo de contacto de piezas moldeadas grandes o complejas con la mayoría de los instrumentos de medición sin provocar cortes en dichas piezas.

Tintas de prueba  

Dependiendo del modo en que fluyan estas tintas de prueba, es posible adscribir una energía superficial determinada a los materiales para tratar. La unidad es mN/m [anteriormente: dyn/cm]. El agua tiene una energía superficial de 72,6 mN/m. Las tintas de prueba están disponibles en 10 niveles entre 28 y 105 mN/m.

¿Cómo se realiza una comprobación con el ensayo de corte enrejado? (Plasma de baja presión)

En caso de tiempos de proceso prolongados (superiores a unos 15 minutos) y gases seleccionados de forma adecuada, las superficies no solo se activansino que también se graban. Como resultado, se obtienen superficies rugosas y mates. Con las superficies grabadas se alcanzan las máximas fuerzas de adhesión. Las pinturas suelen comprobarse con el denominado ensayo de corte enrejado (normas: DIN EN ISO 2409 y ASTM D3369-02). Para ello, se laca el plástico y, a continuación, se corta en forma de enrejado (líneas cruzadas) con el instrumento de ensayo de corte enrejado. Después, se pega una cinta adhesiva normalizada y se retira de un tirón. Si quedan fragmentos de pintura atrapados en la cinta adhesiva, la adhesión de la pintura es defectuosa. Los distintos niveles están descritos en las normas.

¿Cuál es la anchura de la pista de activación en el tratamiento con PlasmaBeam y Plasma APC 500? (Plasma de presión atmosférica)

La tecnología de PlasmaBeam puede garantizar una anchura de tratamiento de aprox. 8-12 mm con aire comprimido como gas de proceso. El uso de nitrógeno puro (N2) u oxígeno puro (O2) puede incrementar la anchura de tratamiento

La anchura de tratamiento de Plasma APC 500 es de aprox. 60 mm. Sin embargo, el tratamiento es claramente menos homogéneo que con PlasmaBeam o con el plasma de baja presión. Un tratamiento múltiple consigue aumentar la homogeneidad del tratamiento. 

La anchura de tratamiento depende enormemente de la velocidad..

¿Cuál es la anchura de tratamiento con PlasmaBeam? (Plasma de presión atmosférica)

La anchura de tratamiento de una tobera es de aprox. 8-12 mm. Sin embargo, la anchura de limpieza debe comprobarse de antemano en cada aplicación (p. ej., midiendo el ángulo de contacto).

En caso de uso de oxígeno puro (O2) o nitrógeno puro (N2), se incrementa ligeramente la anchura de tratamiento.

¿Cuál es la velocidad de tratamiento? (Plasma de presión atmosférica)

PlasmaBeam: La velocidad de tratamiento oscila entre algunos centímetros por minuto, en caso de activación de cerámicas o metales, y varios metros por segundo, como sucede en la activación de plásticos (p. ej., activación de cajas plegables antes del pegado). 

Plasma APC 500: La velocidad máxima es de aprox. 100-150 mm/s. Un mayor incremento de la velocidad provoca un tratamiento desigual de la superficie.

¿Se emiten gases durante la activación con plasma? (Plasma de presión atmosférica)

Durante la activación con plasma, se generan principalmente óxidos de nitrógeno (NO, NO2), que deben evacuarse del puesto de trabajo. 

Plasma APC 500: En este caso, debe contarse con la formación de ozono (O3).

¿Qué medios se necesitan para la instalación de PlasmaBeam o Plasma APC 500? (Plasma de presión atmosférica)

  • Aire comprimido seco y sin aceite: aprox. 2000 Nl/h
  • Conexión eléctrica: 230 V/6 A
  • Sistema de aspiración de óxidos de nitrógeno

Durante la comprobación de equipos, puede prescindirse del sistema de aspiración. El tiempo de funcionamiento máximo sin sistema de aspiración no debe ser superior a unos pocos minutos por hora.

La sala de trabajo debe ventilarse a menudo y de forma exhaustiva.

¿Dónde se utiliza principalmente la activación con plasma de presión atmosférica? (Plasma de presión atmosférica)

Esta tecnología es excelente para los siguientes procesos: 

  • Activación local con plasma en plásticos, antes del pegado
  • Activación con plasma en elastómeros, antes del pegado, el flocado o la impresión (p. ej., perfiles de goma en automoción)
  • Activación local con plasma en superficies de metal y cerámica, antes del pegado o la unión por hilo

Plasma APC 500 resulta muy apropiado para el tratamiento de piezas de plástico antes la impresión directa en máquinas de tampografía.

¿Qué ventajas principales aporta la activación con plasma de presión atmosférica? (Plasma de presión atmosférica)

La tecnología de PlasmaBeam es aplicable a procesos en línea, p. ej., activación con plasma de perfiles de goma y tubos continuos antes de la impresión, el pegado, el flocado o el lacado.

Esta tecnología es compatible con el uso de robots, es decir, es posible explorar superficies bidimensionales o tridimensionales con el haz de plasma con la ayuda de robots.

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