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La tecnología de tratamiento de superficies modifica las propiedades del material y crea una capa superficial con características mecánicas, físicas y químicas distintas del material de base.
El objetivo del tratamiento de superficies es satisfacer los requisitos funcionales exclusivos del producto en cuanto a resistencia a la corrosión, ornamentación y otros factores. Un método de tratamiento de superficies conocido como técnica de tratamiento con plasma se utiliza para crear la superficie polimérica ideal para que se adhieran las tintas, pinturas y revestimientos.
Este artículo explora el tratamiento superficial con plasma, cómo funciona el proceso, sus mejores usos y dónde es aplicable. Siga leyendo para conocerlo en profundidad.
¿Qué es el plasma?
El fundamento del plasma, el cuarto estado de la materia, es una idea física sencilla. Cuando se aplica energía a la materia, los sólidos se convierten en líquidos, y los líquidos plasmáticos pasan a estado gaseoso. Si añadimos energía, las moléculas de gas se ionizan al calentarse y llevan una carga neta positiva. Cuando se ionizan suficientes moléculas de plasma, se crea un plasma que cambia las propiedades eléctricas generales del gas.
¿Qué es el tratamiento superficial con plasma?
El término "tratamiento superficial con plasma" se refiere a un procedimiento que puede cambiar o aumentar la energía superficial de un material para mejorar su capacidad de recibir un revestimiento o de ser adherido a otro material.
El tratamiento se adapta a las aplicaciones de adhesivos y pinturas e influye en diversos materiales de recubrimiento que favorecen la adherencia: al aplicar el tratamiento con plasma a la superficie se obtiene una superficie de recubrimiento extremadamente fina y de alta tensión, ideal para pegar, recubrir e imprimir. Los materiales que son demasiado hidrófilos o demasiado hidrófobos para el uso previsto pueden tratarse con plasma.
La tecnología de plasma se utiliza para procesos de tratamiento de superficies como la limpieza, el revestimiento, la impresión, la pintura y la unión adhesiva, y suele ser el estándar de la industria para la manipulación de metales, vidrio, papeles y polímeros plásticos.
¿Por qué se utiliza el tratamiento superficial con plasma?
El tratamiento de superficies con plasma se utiliza principalmente para limpiar, mejorar la adherencia de las superficies y crear revestimientos finos.
1. Limpieza por plasma
El limpiador de plasma prepara una superficie eliminando todos los restos orgánicos de diversos materiales en una cámara de vacío. Produce una superficie prístina ideal para la unión o el procesamiento posterior sin crear residuos nocivos. Además, este proceso puede reducir significativamente los problemas de contaminación en comparación con los métodos de limpieza tradicionales.
En el tratamiento con plasma de oxígeno, las especies energéticas de oxígeno también realizan funciones de limpieza al interactuar con las impurezas para producir predominantemente agua y dióxido de carbono. Durante este proceso de limpieza, los contaminantes orgánicos son eliminados por los iones activados por plasma, que los descomponen para que puedan ser evaporados y evacuados de la cámara.
2. Activación de la superficie
Con frecuencia, la superficie de un material polimérico se prepara para su unión o impresión mediante la activación de la superficie con plasma. El polímero se descompone y se producen radicales libres cuando las especies energéticas se exponen a la química de la superficie. Aunque a menudo se requiere oxígeno en este procedimiento, muchas activaciones por plasma pueden llevarse a cabo utilizando aire ambiente.
3. Recubrimiento por plasma
El tratamiento superficial con plasma limpia la superficie del material de impurezas extrañas, lo que lo hace más aceptable para su procesamiento. El método de recubrimiento por plasma aplica una capa de polímero a nanoescala a la superficie de un objeto. El revestimiento resultante no tiene color, ni olor, ni afecta al tacto o al aspecto del material, por lo que es permanente.
4. Grabado con plasma
El grabado por plasma elimina el silicio, el plástico y otros materiales no metálicos excitando iones en un gas para formar plasma. Sin los grabadores químicos, el material se elimina cuando los iones de plasma excitados chocan a nivel atómico. Para que el proceso de grabado sea consistente, deben controlarse la densidad de iones, la temperatura de los electrones y el potencial del plasma.
¿Cómo funciona el tratamiento de superficies con plasma?
El tratamiento con plasma se produce cuando un gas se somete a una fuente de energía como la electricidad o las microondas. El gas se transforma en una mezcla de iones, radicales, electrones libres y otros fragmentos moleculares. El proceso por el que se eliminan todos los rastros de contaminación orgánica es el posterior tratamiento con plasma.
Una boquilla de plasma, una tubería de suministro de gas y un generador de plasma constituyen el procesador de la superficie de plasma en el tratamiento con plasma. La superficie de la pieza se cubre de plasma. La superficie del objeto a procesar se altera al contacto con el plasma y se producen reacciones químicas.
El funcionamiento del tratamiento superficial con plasma puede dividirse en atmosférico y de baja presión o vacío.
● Tratamiento con plasma al vacío
Para la terapia con plasma se puede utilizar una cámara o recinto evacuado. Antes de suministrar la energía en forma de corriente eléctrica, se bombea el aire del interior de la cámara para crear un entorno de alto vacío. A continuación, se permite que el gas fluya hacia el interior de la cámara a baja presión.
Recuerde que el tratamiento con plasma es esencialmente un procedimiento a baja temperatura, lo que permite procesar eficientemente materiales sensibles al calor del plasma. El plasma al vacío se utiliza como tecnología de plasma porque la falta de moléculas de gas dentro de la cámara permite que el gas de tratamiento con plasma se difunda más eficazmente una vez que se ha inyectado en la cámara.
Normalmente, el gas de terapia puede difundirse con mayor eficacia, ya que hay menos posibilidades de que el gas de tratamiento choque con otras moléculas de gas en la cámara para dispersarse y desviarse.
● Tratamiento con plasma atmosférico
El uso de plasmas atmosféricos con "boquillas de chorro" es otro método de tratamiento de superficies. Los plasmas atmosféricos funcionan a presión atmosférica. Son muy útiles cuando se utilizan con un robot o para el tratamiento localizado de piezas en un proceso en línea.
Herramientas y equipos utilizados para el tratamiento de superficies con plasma
Las dos piezas principales de los tipos de tratamiento con plasma son una cámara y un recinto evacuado. Como la terapia de plasma funciona a bajas temperaturas, este equipo ayuda en el proceso de creación de esa temperatura ideal y alto vacío dentro de la cámara. El plasma de chorro atmosférico es otro aparato para el tratamiento con plasma. Para las distintas técnicas se utilizan varias máquinas de tratamiento con plasma.
La maquinaria de limpieza por plasma con película de PP y revestimiento UV puede procesarse con plasma para que el adhesivo de base acuosa se adhiera con firmeza. Su fantástica tecnología de plasma también mejora la tensión superficial, evita las roturas del adhesivo y la unión y ofrece la facilidad de limpiar diversas superficies. Limpia eficazmente los restos minerales de las superficies y elimina la oxidación superficial. Además, se utiliza para limpiar cerámica y preparar las superficies de plásticos y elastómeros.
Los productores industriales de los sectores del ensamblaje, la impresión y la decoración se benefician del control reproducible del proceso de adhesión que proporcionan los equipos de plasma, como los tratadores de superficies por llama. El tratamiento de superficies con plasma sustituye con frecuencia la necesidad de imprimaciones arriesgadas y preparaciones manuales inadecuadas de las superficies.
¿Cuáles son los pros y los contras del tratamiento superficial con plasma?
Pros
Los pros de la cámara de plasma son infinitos; algunos de ellos son los siguientes:
- Se pueden realizar infinitas alteraciones químicas seleccionando los gases o productos químicos adecuados.
- El proceso de plasma es más respetuoso con el medio ambiente que otros métodos de tratamiento de superficies.
- Debido a su consumo mínimo de productos químicos y a los menores gastos en productos químicos y agua, la modificación de la superficie ofrece una ventaja económica sobre el tratamiento húmedo tradicional.
- Además, esta técnica de modificación de superficies utiliza menos agua y energía para secar los materiales tratados.
- Los equipos de tratamiento por plasma en línea mejoran la adherencia de superficies de materiales compuestos, plásticos, metales y vidrio.
- El tratamiento con plasma tiene el potencial de irradiar completamente sustancias químicas peligrosas y venenosas, ya que dispone de la energía necesaria para modificar las estructuras atómicas de las sustancias.
- El plasma ya se emplea como bisturí de gran precisión en procedimientos médicos. El plasma caliente podría utilizarse en medicina para perforar cavidades y esterilizar y cauterizar heridas.
- El tratamiento superficial con plasma es un tratamiento de bajo coste en comparación con otros tratamientos superficiales.
- La adhesión con adhesivos, selladores, barnices y pinturas se ve favorecida por el tratamiento con plasma.
Contras
Por el contrario, el tratamiento con plasma también posee algunas limitaciones que incluyen:
- Determinar la profundidad de penetración del plasma puede resultar desalentador.
- Los mecanismos de adaptación pueden ser difíciles de gestionar.
- El coste de la inversión también puede ser un problema en el tratamiento superficial con plasma.
- Encontrar la dosis eficaz de plasma para diversos materiales puede ser todo un reto.
Aplicaciones industriales del tratamiento de superficies con plasma
El tratamiento de superficies con plasma se encuentra en diversas aplicaciones industriales, algunas de las cuales se comentan a continuación:
1. Industria del embalaje
Las industrias de envasado utilizan el tratamiento superficial con plasma para pegar y sellar botellas de bebidas o mermeladas con el fin de garantizar la firmeza y fiabilidad del envase. Ayuda principalmente a resolver los problemas de pegamento de laminación y apertura por UV.
2. Industria del automóvil
El plasma ayuda a tratar la superficie de adherencia del automóvil, lo que se traduce en propiedades como una mayor adherencia, aislamiento acústico y resistencia a la humedad y al polvo; por otra parte, el uso del plasma como tratamiento previo a la impresión garantiza que no se produzca decoloración ni caída de la pintura. Por lo general, el tratamiento superficial con plasma se utiliza para pastillas de freno de automóviles, retenes de aceite, parachoques, etc.
3. Industria médica
La tecnología del plasma incorporada a la industria médica tiene aplicaciones apasionantes. Los materiales para implantes humanos se tratan superficialmente con plasma para que sean comparables. Además, se mejora la unión de los catéteres médicos. Esta técnica también ayuda en la desinfección de equipos médicos.
4. Industria del plástico
Las superficies de plástico se tratan con plasma para aumentar la adherencia para la impresión. Además, se tratan diferentes objetos para garantizar su firmeza al pegarlos. Normalmente, el tratamiento de superficies con plasma se aplica a juguetes, tapas de botellas de bebidas y electrodomésticos.
5. Industria del cable
El marcado de alambres y cables es otra finalidad del tratamiento con plasma. Generalmente, el tratamiento con plasma atmosférico favorece la adhesión de tintas acuosas, adhesivos y revestimientos para ofrecer una notable resistencia a las manchas y a la abrasión. Sin embargo, el uso de marcajes por inyección de tinta aumenta el rendimiento de los marcajes de cables.
6. Industria textil
El tratamiento de superficies con plasma también es aplicable en la industria textil. Principalmente ayuda a limpiar las fibras para mejorar sus propiedades, incluidas la imprimibilidad, la humectabilidad, la capilaridad de la fibra y la capacidad de teñido. Por lo tanto, además de la esterilización previa de diferentes textiles de uso médico, se mejora la adherencia de la tinta y el teñido de hilos, filamentos y bandas textiles. También aumenta la hidrofilia y la absorción de las fibras proteínicas.
Conclusión
Esperamos que este artículo le haya ayudado a comprender mejor cómo el tratamiento con plasma puede beneficiar a los objetos para mejorar su acabado superficial y su capacidad de adhesión. La amplia gama de aplicaciones del tratamiento superficial con plasma lo hace popular en diferentes industrias manufactureras.
