LIMPIO, SEGURO Y EFICIENTE

© Plasmatreat
LIMPIO, SEGURO Y EFICIENTE: TRATAMIENTO DE ALUMINIO CON PLASMA
ATMOSFÉRICO
Limpo, seguro e eficiente: tratamento de alumínio com plasma atmosférico
Inès A. Melamies
Facts4You
Bad Honnef, Alemania
[email protected]
Foto de encabezamiento:
Plasma Openair facilita
la limpieza exhaustiva,
la activación simultánea
y la aplicación de nano
recubrimientos de
superficies de materiales.
Foto de abertura: o
plasma Openair permite
a limpeza microfIna,
ativação simultânea e
nano revestimento de
superfícies de materiais.
42
L
a fuerza de unión permanente de un adhesivo
o un recubrimiento con diferentes materiales,
tal como plásticos, metales o vidrio requiere,
por un lado, que la superficie del material sea muy
limpia, y por el otro lado, que la energía superficial
del sólido sea mayor que esta del adhesivo líquido
o la pintura. Para cumplir con ambos requisitos
existen diversos pretratamientos, pero el uso de
sustancias químicas húmedas sigue siendo todavía
la práctica más común. Un método, que puede
sustituir por completo el pretratamiento químico,
es la tecnología mediante cabezales de Plasma
atmosférico, desarrollada hace 20 años por el
constructor alemán de instalaciones Plasmatreat,
y que, hoy en día, se utiliza a nivel mundial en casi
todos los sectores de la industria.
N. 1 - 2016 FEBRERO/FEVEREIRO - ipcm_IBÉRICA/LATINO AMÉRICA magazine
A
aderência segura de adesivos e
revestimentos em materiais como
plástico, metal ou vidro, é essencial para
que a superfície do material seja ultra limpa e a
energia da superfície do material sólido seja mais
elevada do que a tensão da superfície do líquido
adesivo ou tinta. Existem vários métodos de prétratamento para conseguir essas duas condições,
mas o mais utilizado ainda são as substâncias
químicas líquidas. Um processo que pode eliminar
completamente a necessidade de pré-tratamento
químico é a tecnologia de jato de plasma
atmosférico desenvolvida há 20 anos pela empresa
de engenharia alemã, Plasmatreat, e atualmente
utilizada em todo o mundo, praticamente em
todos os setores da indústria.
APUESTA POR LA TECNOLOGÍA
FOCO NA TECNOLOGIA
O processo com plasma Openair produz a limpeza
microfina sem produtos químicos e a ativação
simultânea de superfícies de materiais, especialmente
plástico, ligas de alumínio, vidro e cerâmica, em
uma só etapa, em questão de segundos (foto de
abertura). O resultado é a elevada molhabilidade da
superfície e a adesão estável duradoura de adesivos,
tintas, vernizes e espumas. A colagem, impressão ou
revestimento podem ser realizados imediatamente
após o tratamento. O processo é indicado para
processos
de produção
contínuos e
totalmente
automatizados.
O pré-tratamento
pode ser realizado
sob condições em
linha ou fora da
linha de produção,
como previsto.
Como o processo
usa apenas ar
comprimido e
energia elétrica, desde o início, se evitam as emissões
VOC (compostos orgânicos voláteis) durante a
produção.
Um elemento interessante do processo Openair
é o feixe de plasma praticamente sem potencial,
um fator que amplia e simplifica muito a sua
aplicação, especialmente para a indústria eletrônica.
A intensidade do feixe de plasma é tão alta que as
velocidades de tratamento podem alcançar vários
100 m/min.
Limpieza y activación
Limpeza e ativação
Sin el alto grado de activación, al cual que se somete,
por ejemplo, un plástico no polar como el polipropileno,
habrá problemas con la humectación, y la aplicación
de recubrimientos sería imposible. Dr. Alexander Knospe,
Gerente de Innovación de Plasmatreat explica los procesos
químicos: “Durante el pretratamiento con plasma, la
energía superficial del plástico se aumenta de manera
significativa, por lo que en la superficie se forman grupos
polares, tales como funciones hidroxilo. Así, por un lado,
se hace posible la humectación de la superficie completa
con la pintura o el adhesivo y, por otro lado, su enlace
covalente con la superficie, es decir una unión muy estable
de los átomos.” El resultado es una pintura homogénea y
Sem o elevado nível de ativação que um plástico não
polar, como o polipropileno, recebe durante o processo
com plasma, surgiriam problemas de umidade,
tornando impossível o revestimento.
O diretor de inovações da Plasmatreat, Dr. Alexander
Knospe, explica os processos químicos: “Durante o
pré-tratamento com plasma, a energia da superfície do
plástico aumenta substancialmente, pois são criados
grupos polares, como grupos hidroxilos, na superfície.
O efeito disto é duplo: em primeiro lugar, a tinta ou o
adesivo consegue molhar completamente a superfície
e, em segundo lugar, forma ligações covalentes, i.e.,
ligações atômicas muito estáveis, na superfície.”
© Plasmatreat
La tecnología Plasma Openair proporciona, en segundos
y en un sólo paso, la limpieza exhaustiva y libre de
químicos y la activación simultánea de la superficie,
especialmente de plásticos, aleaciones de aluminio, vidrio
y cerámica (Ref. foto de encabezamiento). El resultado
es una mejor humectación de la superficie y una adhesión
permanente de los adhesivos, lacas, pinturas o espumas.
El pegado, la impresión o el lacado se pueden realizar
inmediatamente después del tratamiento. El método
se puede integrar a la producción completamente
automatizada
y continua.
Opcionalmente,
el pretratamiento
se lleva a cabo en
o fuera de la línea
de producción
bajo presión
atmosférica. Para
el funcionamiento
se requieren sólo
aire comprimido y
1
energía eléctrica,
y por lo tanto, en
la producción se evita la emisión de COV (Compuestos
Orgánicos Volátiles / Volatile Organic Compounds) desde
el principio.
Una característica especial de la tecnología Openair es
el chorro de plasma prácticamente libre de potencial.
Una propiedad, la cual amplia y simplifica en gran
medida su aplicabilidad para la industria electrónica
particularmente. La intensidad del chorro de plasma
es tan alta, que se puede alcanzar velocidades de
procesamiento de varios 100m/min.
1
El diagrama muestra
una superficie no polar
de plástico, tratada
con plasma, como
función de la distancia
y la velocidad. Después
del tratamiento la
superficie ya es polar y
la energía superficial ha
aumentado >72mJ/m²
con una gran ventana de
proceso.
A figura mostra uma
superfície de plástico
não polar pré-tratada
como uma função de
distância e velocidade
com plasma. O
tratamento torna a
superfície polar e a
energia da superfície
sobe para >72 mJ/m²
(72 dyne) com ampla
abertura de processo.
ipcm_IBÉRICA/LATINO AMÉRICA magazine - FEBRERO/FEVEREIRO 2016 - N. 1
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LIMPIO, SEGURO Y EFICIENTE: TRATAMIENTO DE ALUMINIO CON PLASMA ATMOSFÉRICO
LIMPO, SEGURO E EFICIENTE: TRATAMENTO DE ALUMÍNIO COM PLASMA ATMOSFÉRICO
2
Espectroscopia
infrarroja: durante la
limpieza exhaustiva,
Plasma Openair limpia
la superficie de metal de
todas las impurezas y la
contaminación orgánica,
tal como aceites y grasas,
así como el agua en la
capa límite.
Medição
espectroscópica
com infravermelhos:
limpando as superfícies
de metal a um nível
microfino, o Plasma
Openair elimina toda a
sujeira e contaminantes
orgânicos, como óleo e
graxa, e também a água
que adere à interface.
la adhesión permanente de los pegados y recubrimientos
también en condiciones de máxima utilización. Las
pruebas de Plasmatreat han demostrado que, por el
pretratamiento de plasma, la energía superficial de
materiales de plástico se puede aumentar a más de
72 mJ/m² (Fig. 1).
El tratamiento
con plasma
atmosférico
Openair de
superficies
metálicas es
la condición
fundamental
para los procesos
posteriores de
aplicación de
lacado y una alta
protección contra
la corrosión. El
plasma limpia
la superficie de
metal de todas
las impurezas y la
2
contaminación
orgánica, tal
como aceites y grasas, así como el agua en la capa límite
(Fig. 2). Simultáneamente se realiza la activación de la
superficie. El tratamiento es muy uniforme, los resultados
del pretratamiento son reproducibles y los parámetros
ajustados se controlan por un sistema de monitoreo
computarizado.
A través de esta tecnología de plasma se elimina por
completo la necesidad de un pretratamiento adicional con
capa de primer a base de solventes o el cepillado y el lavado
de superficies.
Sustitución de cromado
Los métodos convencionales de cromado tratan
el componente completo. Las partes a las que no
se debería aplicar el recubrimiento, tienen que ser
cubiertas por máscaras o hay que remover la capa
en un paso siguiente. Ya que el adhesivo se aplica
sólo a una parte pequeña del componente a tratar, el
pretratamiento automatizado y selectivo es de interés
particular para los fabricantes. El pretratamiento de
las superficies a pegar se realiza muy seguido por la
aplicación manual de detergentes que contienen
solventes, decapantes o agentes de adhesión. Un
44
N. 1 - 2016 FEBRERO/FEVEREIRO - ipcm_IBÉRICA/LATINO AMÉRICA magazine
O resultado é um acabamento de pintura homogêneo e
adesão estável duradoura de adesivos e revestimentos,
mesmo sob condições de carga muito exigentes. Os
testes na Plasmatreat demonstraram que, em muitos
casos, os valores de energia de superfície em excesso
de 72mJ/m² (72 dyne) podem ser obtidos quando os
plásticos são pré-tratados com
esta tecnologia de plasma (fig. 1).
No caso dos metais, o tratamento
por plasma atmosférico Openair
cria a condição necessária
decisiva para os processos
de pintura subsequentes ou
para alcançar um alto grau de
proteção contra a corrosão. O
plasma limpa a superfície do
metal, removendo toda a sujeira
e os contaminantes orgânicos,
como óleos e graxas, além da
água, que aderem à interface
(fig. 2). A ativação é realizada
simultaneamente. O tratamento
é extremamente uniforme.
Os resultados do pré-tratamento
© Plasmatreat
são reproduzíveis e as definições
de parâmetros são monitoradas
com o auxílio de um sistema de controle do processo
por computador. Esta tecnologia de plasma elimina
totalmente a necessidade de pré-tratamento adicional
envolvendo primers à base de solventes ou lavagem e
escovamento da superfície.
Distribuição com cromagens
Os processos de cromagem convencionais tratam o
componente inteiro. As áreas que não necessitam de
revestimento devem ser mascaradas ou, depois de
aplicado, o revestimento deve ser removido dessas
áreas, em uma fase sucessiva. Como, na maioria dos
casos, apenas uma pequena área do componente entra
em contato com algum adesivo, um pré-tratamento
automatizado, localizado, seria muito interessante para
os fabricantes. Muitas vezes, as superfícies que devem ser
coladas também são pré-tratadas com a aplicação manual
de detergentes à base de solventes, fluidos de decapagem
ou promotores de aderência. Este método além de ser
caro e instável, também representa um risco potencial para
a saúde dos operadores.
A combinação do plasma Openair e de sua tecnologia
irmã, PlasmaPlus, oferece uma alternativa ecológica segura
HECHOS
APUESTA
DESTACADOS
POR LA TECNOLOGÍA
DEL MES
FOCO
DESTAQUES
NA TECNOLOGIA
DO MÊS
método costoso, inestable, además probablemente
nocivo para la salud del usuario.
Una alternativa ecológica y muy eficiente es la
combinación de Plasma Openair y su tecnología
hermana PlasmaPlus. Mientras el primer método se
ocupa de la limpieza exhaustiva y la activación de la
superficie, el segundo proporciona a continuación
la aplicación de un recubrimiento funcional. La
plasma polimerización, la tecnología innovadora,
desarrollada y patentada en cooperación con
el Instituto Alemán de Investigación Fraunhofer
IFAM, Bremen no necesita una cámara de vacío.
La tecnología proporciona por primera vez la
aplicación área-selectiva de plasma recubrimiento
de superficies de materiales bajo ambiente normal.
La capa adhesiva y anticorrosiva proporciona no
sólo una buena protección contra la corrosión, sino
también una excelente base para muchos adhesivos
(Fig. 3). Knospe dice: “Para crear la capa, al plasma
atmosférico se agrega un compuesto orgánico
de silicio. El plasma, altamente excitado, causa la
fragmentación del compuesto y éste se dispersa sobre
la superficie formando una capa hialina (Fig. 4).
No obstante, la composición química puede variar
según la aplicación.”
Actualmente, PlasmaPlus se utiliza en gran escala
para superficies de aluminio en la tecnología solar
y en la construcción de vehículos. Comparado con
otras tecnologías para aplicación de recubrimientos,
las ventajas de este método están, además en la
integración en línea, ante todo, en la aplicación
selectiva del recubrimiento. La protección contra
la corrosión es muy eficaz especialmente para
aleaciones de aluminio. La capa protege el aluminio
durante varios días en comparacion con el método de
niebla salina (DIN50021) sin transformar ópticamente
la superficie de metal.
Aplicación de recubrimientos con plasma
en la producción de automóviles
Desde hace muchos años, en TRW Automotive, líder
mundial en sistemas de seguridad para vehículos,
la tecnología Openair-PlasmaPlus se utiliza en
carcasas de bomba de motor para mejorar la
dirección asistida. A fin de evitar la corrosión, a las
costuras adhesivas de las superficies metálicas de
componentes relacionados con la seguridad se
aplica un recubrimiento de protección selectiva. El
recubrimiento se aplica en línea y asegura la máxima
e altamente eficiente. Enquanto a primeira proporciona
uma limpeza ultrafina e a ativação da superfície, a
segunda permite que o revestimento funcional seguinte
seja aplicado imediatamente. A nova tecnologia de
polimerização PlasmaPlus, patenteada e desenvolvida
em colaboração com o instituto de pesquisa alemão
Fraunhofer IFAM, em Bremen, não precisa de câmara
de vácuo. Ela permite, pela primeira vez, a aplicação
de revestimento com plasma, em zonas localizadas
de superfícies de materiais, em condições ambientais
normais. O revestimento com promotor de aderência, com
efeitos anticorrosivos, não só proporciona um alto grau de
proteção contra a corrosão, mas é também uma excelente
base adesiva para muitos adesivos (fig. 3). Knospe:
“Um composto de organosilicio é adicionado ao plasma
a pressão atmosférica para produzir um revestimento.
Devido à excitação de alta energia no plasma, este
composto é fragmentado e depositado como um filme
vítreo na superfície (fig. 4). A composição química pode
variar dependendo da aplicação em questão.”
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LIMPIO, SEGURO Y EFICIENTE: TRATAMIENTO DE ALUMINIO CON PLASMA ATMOSFÉRICO
LIMPO, SEGURO E EFICIENTE: TRATAMENTO DE ALUMÍNIO COM PLASMA ATMOSFÉRICO
No processo PlasmaPlus
o filme promotor de
aderência anticorrosivo,
não só proporciona um
alto grau de proteção
contra a corrosão, mas
também uma boa
superfície de colagem
para muitos adesivos.
4
La imagen muestra el
corte transversal de una
capa de PlasmaPlus con
un espesor de aprox.
100 nm, 50,000 veces
amplificación por SEM
(microscopio electrónico
de barrido).
Corte transversal
de uma camada
PlasmaPlus de
aproximadamente
100 nm de espessura
(ampliação de 50.000
vezes, com microscópio
eletrônico).
46
Perfiles de alumínio libre de cromo
Revestimento com plasma na produção de
automóveis
En general, los perfiles de aluminio para el interior,
como por ejemplo los perfiles de puertas o ventanas,
se pintan o laminan para fines decorativos. El
revestimiento es de
papel decorativo
con alta calidad
de la impresión
o de láminas de
plástico especiales
y da a los perfiles
un excelente
aspecto óptico.
En el exterior,
los productos
que obtienen
3
revestimientos
de láminas
son repisas de
ventanas o postes
de rejas. El pegado
sobre superficies
de aluminio es
muy complicado
puesto que el
metal tiene
la capacidad
de oxidarse.
El óxido penetra
4
en la superficie
y provoca que,
a largo plazo, el pegado pueda despegarse de la
superficie por el impacto del clima y los cambios de
temperatura.
Por esta razón se requiere la aplicación de una capa
protectora, aunque hoy en día la aplicación de
cromado es el estado de arte en el pretratamiento de
perfiles de aluminio. El proceso está basado en hasta
N. 1 - 2016 FEBRERO/FEVEREIRO - ipcm_IBÉRICA/LATINO AMÉRICA magazine
A TRW Automotive, líder do mercado global para os
sistemas de segurança de veículos, aplicou as tecnologias
Openair-PlasmaPlus em alojamentos
da bomba do sistema de direção,
por muitos anos. A fim de evitar a
corrosão deste componente essencial
para a segurança, as juntas coladas
das superfícies do componente
metálico recebem um revestimento
localizado sob pressão atmosférica.
O revestimento é aplicado em linha
e oferece a melhor proteção possível
contra a penetração de umidade.
O revestimento com plasma a pressão
atmosférica desempenha um papel
fundamental aqui. O teste SWAAT
(Sea Water Acetic Acid Test) mostrou
que as juntas coladas de alojamentos
de alumínio fundido protegidas por
plasma apresentam uma taxa de
corrosão rastejante cerca de dez vezes
mais lenta do que os componentes
não tratados.
© Plasmatreat
La capa adhesiva y
anticorrosiva, utilizada
en el método PlasmaPlus
proporciona no sólo
una buena protección
contra la corrosión, sino
también una excelente
base para muchos
adhesivos.
A tecnologia PlasmaPlus já é amplamente aplicada em
superfícies de alumínio em setores como a engenharia
solar e a construção de veículos. Além do seu uso
em linha, a principal vantagem em comparação com
outros métodos de revestimento é principalmente a
sua capacidade de revestimento localizado. O efeito
anticorrosão é especialmente eficaz em ligas de alumínio.
A camada consegue proteger o alumínio por vários dias
contra a névoa salina direta (DIN 50021), sem afetar a
aparência do metal.
© Saint-Gobain
3
protección contra la penetración de la humedad.
La aplicación del recubrimiento con plasma
atmosférico juega un papel muy importante. Los
ensayos de corrosión en agua de mar acidificada
con ácido acético (SWAAT del inglés - Sea Water
Acetic Acid Test) mostraron que las costuras
adhesivas de las carcasas de aluminio fundido por
presión tratadas con plasma sufren una corrosión
diez veces más lenta en comparación con las
componente no tratados.
Perfis de alumínio sem cromo
Os perfis de alumínio para áreas
internas, como perfis de portas
ou decorações para janelas são
geralmente pintados ou encapados
com lâminas, para fins decorativos. O revestimento é
feito com papéis decorativos impressos de alta qualidade
ou folhas de plástico especiais que dão uma aparência
superior aos perfis. Na área exterior, elementos como
peitoris e mourões são revestidos com folhas metálicas.
A obtenção de uma ligação adesiva em superfícies de
alumínio, no entanto, é uma tarefa bastante difícil, pois o
HECHOS
APUESTA
DESTACADOS
POR LA TECNOLOGÍA
DEL MES
FOCO
DESTAQUES
NA TECNOLOGIA
DO MÊS
material tende a formar óxidos na superfície. Esses óxidos
migram para a superfície do ligante, às vezes causando
deslaminação quando expostos aos agentes atmosféricos
e variações de temperatura.
Por este motivo, é preciso aplicar um revestimento
de proteção e a cromagem é a última palavra em
tecnologia de pré-tratamento de superfície para perfis
de alumínio. O processo envolve a imersão até dez
vezes em banhos contendo cromo, o que produz águas
residuais contaminadas que necessitam de tratamento
extensivo. Em logística de produção, a
cromagem é utilizada como uma fase de
refinação adicional antes da embalagem. Na
produção de perfis complexos e de grandes
dimensões, isso pode representar custos de
até 30 centavos de euro por metro. Dado que
as velocidades normais do acondicionamento
são de aproximadamente 20 a 30 m / min, é
compreensível que se queira reduzir esse custo.
Além da necessidade de redução de custos,
há também a exigência de um processo mais
ecológico, que não use metais pesados.
A tecnologia de plasma Openair visa essas
duas preocupações (fig. 5). Graças à facilidade
de integração dos bicos de plasma, o prétratamento de perfis de alumínio pode ser feito
diretamente na máquina de embalar. Durante
esse processo, os bicos são posicionados em
sobreposição na direção das superfícies que
devem ser embaladas, permitindo, assim,
um pré-tratamento completo para perfis de
interiores. Outros requisitos em matéria de influências
ambientais e térmicas são preenchidos pela PlasmaPlus,
cujo revestimento nano fornece uma superfície adesiva
ideal para adesivos de embalagem.
Resumen
Resumo
La tecnología Openair es un método de
pretratamiento ecológico y muy económico. Con él se
puede no sólo simplificar el proceso y reducir los gastos
de operación, sino también aumentar el rendimiento y
la calidad del producto de manera significativa. Todas
las toberas utilizadas son completamente compatibles
con los sistemas robóticos y el usuario las puede
integrar directamente en las nuevas o ya existentes
líneas de producción. El método se puede integrar en
el proceso continuo y completamente automatizado
de producción y se destaca tanto por su eficacia como,
ante todo, por su alta fiabilidad y reproducibilidad. ‹
A tecnologia de plasma descrita acima é um processo
de pré-tratamento ecológico e econômico. Ela não só
pode reduzir as etapas do processo e diminuir os custos
operacionais, mas também aumenta significativamente o
rendimento e a qualidade do produto. Todos os sistemas
de bicos utilizados são totalmente compatíveis com
aplicações em robótica e podem ser integrados em linhas
de produção novas ou existentes, a qualquer momento,
pelo usuário. A técnica, adequada para processos de
produção totalmente automatizados e contínuos, além
de ser altamente eficaz, também demonstra um alto nível
de confiabilidade e reprodutibilidade do processo. ‹
© Plasmatreat
diez pasos de inmersión, entre otros, en un baño de
cromo y deja las aguas residuales tan contaminadas,
que se necesita un costoso tratamiento de depuración.
En la logística de producción, el cromado es un
paso adicional de ennoblecimiento, que se realiza
antes del revestimiento en láminas y cuesta hasta
30 céntimos de euro por metro para perfiles más
grandes y de forma compleja. Dado que la velocidad
típica del proceso de envolvimiento es 20-30m/min,
es comprensible el deseo de reducir los costos. Pero
además de este deseo,
existe la exigencia de
un método ecológico
que no utiliza metales
pesados. La tecnología
Openair cumple con
ambos requisitos (fig. 5).
Gracias a la integración
fácil de las toberas
de plasma, el
pretratamiento de
perfiles de aluminio
se puede realizar
directamente en la
máquina recubridora.
La posición superpuesta
de las toberas
en la superficie a
envolver asegura
5
un pretratamiento
efectivo, en particular
para perfiles usados en el interior. Si hay que cumplir
con mayores exigencias ambientales y climáticas,
PlasmaPlus proporciona un nano-recubrimiento que
ofrece la base óptima para adhesivos de revestimiento.
5
La tobera rotativa
realiza limpieza
exhaustiva y activación
de la barra de aluminio.
El recubrimiento
subsiguiente PlasmaPlus
puede sustituir por
completo el cromado
antes del envolvimiento.
Um bico rotativo realiza
a limpeza microfina e a
ativação do acabamento
de alumínio. Um
revestimento
PlasmaPlus sucessivo
elimina completamente
a cromagem, antes
do processo de
embalagem.
ipcm_IBÉRICA/LATINO AMÉRICA magazine - FEBRERO/FEVEREIRO 2016 - N. 1
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