Pulizia al plasma
Per un migliore risultato di incollaggio, stampa, verniciatura, bonding, ecc.
Su tutte le superfici si trovano sempre impurità finissime, non visibili all'occhio nudo. L'eliminazione di tali impurità è quasi sempre un presupposto necessario per l'ulteriore lavorazione ottimale della superficie con procedure quali:
Incollaggio | Stampa | Verniciatura | Bonding | Rivestimento | Acidatura
La tecnologia del plasma offre soluzioni per ogni tipo di sporco, di substrato e di post-trattamento, in quanto elimina anche i residui di contaminazione molecolare. Esistono diversi metodi di pulizia, in base alle diverse esigenze del singolo caso.
- Pulizia anche negli interstizi e nelle cavità più piccole
- Pulizia di tutte le superfici dei componenti in un'unica operazione, anche all'interno di corpi cavi
- Rimozione senza residui dei prodotti di degradazione mediante aspirazione sottovuoto
- Nessun danno alle superfici sensibili ai solventi a causa di detergenti chimici
Come funziona la pulizia al plasma?
Un processo importante della tecnologia delle superfici al plasma è la pulizia al plasma. Le particelle di sporco vengono rimosse mediante reazioni chimiche con i gas ionizzati.
Per la riduzione dell'ossido di rame , gli ossidi di rame vengono esposti ad un plasma contenente una miscela di gas idrogeno , riducendo chimicamente gli ossidi e generando vapore acqueo.
Plasma
Polimero di carbonio
Idrogeno
Ossigeno
1. Rimozione degli idrocarburi nel plasma di ossigeno
Micropulitura - Sgrassaggio in plasma di ossigeno
Su quasi tutte le superfici si trovano idrocarburi,residui di grassi, oli o agenti distaccanti. Questi strati riducono drasticamente l'adesione di altri materiali durante il successivo trattamento della superficie. Per questo motivo, la rimozione chimica degli idrocarburi nel plasma di ossigeno è un trattamento standard effettuato prima di qualsiasi processo di verniciatura, stampa o incollaggio.
Le reazioni del plasma in questo metodo di pulizia sono illustrate a titolo di esempio nella sezione "Piccola fisica del plasma".
Si crea un’interazione tra ioni, radicali e radiazioni UV. La radiazione UV ad alta energia scinde le macromolecole. I radicali dell'ossigeno, gli ioni e i radicali scissi dell'idrogeno occupano le estremità libere delle catene polimeriche di H2O e CO2.
I prodotti di degradazione degli idrocarburi nel plasma a bassa pressione sono gassosi e possono pertanto essere aspirati.
Sulle superfici polimeriche, parallelamente all’asportazione dello sporco superficiale, si avvia un'attivazione mediante i radicali dell'ossigeno. Questo tipo di attivazione è il presupposto per una perfetta adesione delle materie plastiche apolari. Per i dettagli, si rinvia alla sezione Attivazione dei materiali.
Oli, grassi o agenti distaccanti contenenti additivi non possono essere sempre rimossi senza lasciare residui nel plasma di ossigeno. Possono infatti formarsi ossidi solidi aderenti al substrato. Se necessario, essi possono essere puliti con ulteriori processi di pulizia a valle.
La pulizia nel plasma di ossigeno funziona praticamente su tutti i materiali. Spesso può essere utilizzata aria secca depurata al posto dell'ossigeno. La rimozione degli idrocarburi deve quindi essere effettuata sia nel plasma a bassa pressione sia nel plasma a pressione atmosferica.
2. Pulizia meccanica mediante microsabbiatura
Plasma di argon
Un tipo di plasma particolarmente semplice è un plasma di gas nobile. Esso consiste unicamente di ioni, elettroni e atomi di gas nobili. Poiché il gas è sempre atomico, non contiene radicali e poiché i gas nobili non sono chimicamente reattivi, non si formano prodotti di reazione. Per effetto dell'energia cinetica degli ioni pesanti, il plasma di argon è comunque attivo.
Pulizia
Per l'energia cinetica derivante dall'impatto degli ioni, vengono eliminati gli atomi e le molecole del rivestimento, riducendolo sempre più.
Il trattamento è efficace su quasi tutte le superfici, cioè su tutti i tipi di sporco. La microsabbiatura permette inoltre di rimuovere quasi tutto lo sporco che resiste agli agenti chimici.
Poiché gli ioni caricati positivamente vengono accelerati su un elettrodo caricato negativamente, l'eccitazione del plasma avviene in un reattore a piastre parallele.
Strutturazione - Acidatura fisica
Gli ioni ricchi di energia distaccano i frammenti non solo da uno strato superficiale, ma anche dal materiale del substrato. Questo comporta una crescente strutturazione e all’irruvidimento della superficie su scala molecolare. Come per la sabbiatura o la levigatura, ne deriva un aumento della superficie, eventualmente anche dei sottostrati, che migliora l'adesione degli strati applicati successivamente.
A differenza degli effetti chimici dell'acidatura nel plasma a bassa pressione, la microsabbiatura non agisce isotropicamente, vale a dire in modo uniforme su tutte le superfici di un componente, ma principalmente in direzione del campo elettrico, perché gli ioni subiscono un'accelerazione in questo senso.
3. Riduzione degli strati di ossido
Gli strati di ossido sono presenti su molte superfici. Solo pochi metalli non tendono a produrre ossidazione dopo un lungo periodo di stoccaggio. Su molti metalli si formano strati di ossido, specialmente durante la pulizia al plasma nel plasma di ossigeno. Gli strati di ossido possono influire negativamente su tutte le fasi di post-trattamento:
- adesione dei contatti elettrici durante il bonding e la saldatura
- scarso contatto elettrico
- scarsa adesione durante l'incollaggio e la verniciatura
Anche sui non metalli si riscontrano spesso depositi solidi ossidati, formatisi in alcuni casi solo in seguito alla pulizia nel plasma di ossigeno. Gli strati di ossido spesso resistono all’azione dei solventi convenzionali. Anche dal punto di vista meccanico sono spesso difficili da trattare, a causa della loro estrema durezza. Si rimuovono invece nel plasma di idrogeno per riduzione.
Ossidazione
Nel plasma di ossigeno o di aria vengono ossidati in modo mirato anche gli strati di metallo estremamente sottili, con pochi livelli di atomi spessi. Questi strati invisibili induriscono e proteggono il metallo da attacchi chimici e meccanici e dall’ulteriore ossidazione. Essi garantiscono una superficie metallica lucida in modo permanente.
L'ossidazione della superficie viene spesso eseguita nel plasma a pressione atmosferica.
Poiché in molti casi è necessario rimuovere diversi tipi di sporco da una superficie, vengono applicati uno dopo l'altro diversi processi di pulizia, come ad esempio:
1. Rimozione di agenti distaccanti (idrocarburi) nel plasma di ossigeno
2. Pulizia micromeccanica di precisione con microsabbiatura al plasma di argon
oppure:
1. Sgrassaggio nel plasma di ossigeno
2. Riduzione degli strati di ossido nel plasma di idrogeno
La pulizia con ossigeno, per contro, è immediatamente seguita dall’attivazione delle superfici apolari da parte dei radicali dell'ossigeno, continuando il processo per un periodo di tempo più lungo al termine della pulizia. Per i dettagli, si rinvia alla sezione Attivazione dei materiali e, in caso di esposizione prolungata, alla successiva Acidatura dei materiali.
Come si può ottenere l’assenza di sostanze LABS?
Le sostanze che interferiscono con la bagnatura della vernice (note con la sigla LABS) causano difetti chiaramente visibili nel prodotto finale, impedendo una bagnatura uniforme della superficie da verniciare . Lo strato di vernice presenta impurità a forma di imbuto e crateri. Tali sostanze possono essere siliconi, sostanze fluorurate (PTFE), determinati oli e grassi .
Il processo al plasma rimuove definitivamente tutte le sostanze che ostacolano la bagnatura della vernice dalla superficie e dall'elastomero stesso.
Possono essere puliti componenti in svariatimateriali , come PVC-U, PVC-C, PP, PE, ABS e PVDF, oltre a componenti metallici .
Dopo la pulizia, a seconda del grado di contaminazione, i pezzi vengono sottoposti a trattamento al plasma della durata massima di un'ora. Per confermare la riuscita del trattamento e quindi l'assenza di LABS , dopo il trattamento al plasma viene eseguito un test LABS, conformemente alla specifica del test Volkswagen PV 3.10.7, che permette di rilevarei residui di silicone con un metodo rapido.
Occorrono solo una lastra di vetro pulita, acetone e una vernice spray standard, che naturalmente deve essere priva di siliconi . Il colore bianco si è dimostrato particolarmente adatto allo scopo. Per il test, il materiale da testare viene collocato sulla lastra di vetro e risciacquato con acetone. Successivamente all’evaporazione dell'acetone, la lastra di vetro viene spruzzata a croce con la vernice spray. Non appena la vernice si è asciugata, è possibile identificare chiaramente se sono ancora presenti residui di silicone sulla superficie. In questi punti la vernice non si bagna e si formano i cosiddetti crateri.
La pulizia al plasma con processi speciali può essere utilizzata anche per il trattamento di materiali a base di silicone . Si può ottenere la completa assenza di sostanze LABS perfino per la gomma siliconica .
Mediante l'uso di una tecnologia al plasma a bassa pressione innovativa ed ecologica, può essere risolto un problema sempre più rilevante rimuovendo le sostanze LABS dalle superfici dei componenti da rivestire . Alcuni dei vantaggi della pulizia al plasma integrata nella catena di produzione sono:
- la riduzione del tasso di rilavorazione
- la riduzione del tasso di scarto
- la prevenzione dei reclami
- una maggiore sicurezza produttiva
Diener electronic offre questo tipo di procedimento anche come trattamento a contratto . A tale scopo l’azienda dispone di numerosi impianti al plasma e di personale qualificato ed esperto. In questo modo possiamo garantire una qualità di superficie ottimale dei vostri pezzi e componenti.
FAQ Domande frequenti
Quali impurità è possibile rimuovere?
Tutte le impurità organiche e filmose di dimensioni fino a circa 1 micrometro possono essere rimosse con gli impianti al plasma di Diener electronic.
Quali sono i principali vantaggi del trattamento con plasma a pressione atmosferica?
La tecnologia PlasmaBeam è applicabile ai processi in linea, ad esempio alla pulizia al plasma di profili metallici continui e tubi prima del rivestimento, dell’incollaggio, della saldatura o della verniciatura.
Questa tecnologia è compatibile con i robot, ovvero le superfici bidimensionali o tridimensionali possono essere scansionate con il getto di plasma per mezzo di robot.
PlasmaBeam consente una pulizia locale della superficie senza la necessità di mascherare l’area circostante, ad esempio la pulizia di pad di incollaggio in Al, Au e Cu prima del wire bonding senza toccare il resto della superficie.
Il plasma atmosferico è in generale consigliabile per la pulizia delle superfici?
Sì, ma in misura molto limitata. Il plasma a bassa pressione offre una flessibilità di processo nettamente maggiore per quanto riguarda i processi di pulizia.
È possibile rimuovere trucioli metallici o polvere dai componenti?
Purtroppo non è possibile rimuovere trucioli metallici o polvere dalle superfici.
Qual è la soluzione migliore: il plasma a bassa pressione o quello a pressione atmosferica?
Nel trattamento delle superfici effettuato da Diener electronic non esiste un "migliore o peggiore", ma solo "adatto o non adatto all'applicazione".
