O que é o tratamento superficial?

O que é o tratamento superficial?

A energia superficial de materiais sólidos e a necessidade de tratamento superficial de polímeros. É frequentemente necessário ligar materiais de plástico a metais ou a outros materiais de plástico, ou simplesmente proceder à impressão numa superfície de plástico.

De forma a ter sucesso nesta tarefa, o adesivo líquido, ou tinta, deve ser capaz de molhar a superfície do material. E é aqui que as tecnologias de tratamento corona e tratamento de plasma são necessárias.

A molhabilidade depende de uma propriedade específica da superfície: Energia superficial, frequentemente designada por tensão superficial.

A energia superficial, como a tensão superficial, é medida em mN/m. A energia superficial do substrato sólido afeta diretamente a capacidade de molhabilidade da superfície por um líquido. A molhabilidade, por sua vez, é facilmente demonstrada através de medições do ângulo de contacto. O ângulo de contacto é o ângulo entre a linha tangente no ponto de contacto e a linha horizontal da superfície sólida.

Quando uma gotícula de líquido é colocada numa superfície horizontal sólida suave, pode espalhar-se sobre o substrato e o ângulo de contacto irá aproximar-se de zero, em caso de molhabilidade completa.

Por outro lado, se a molhabilidade for parcial, o ângulo de contacto resultante atinge o equilíbrio no intervalo entre 0 e 180 graus.

Quer saber mais sobre o tratamento superficial de metais? Clique aqui.

 

Molhabilidade da superfície

A figura 1 do lado direito ajuda a ilustrar a diferença entre boa e má molhabilidade.

Quanto mais elevada for a energia superficial do substrato sólido em relação à tensão superficial do líquido, melhor será a molhabilidade e menor será o ângulo de contacto.

Para que exista uma ligação adequada entre uma superfície líquida e a superfície de um substrato, a energia superficial do substrato deve exceder a tensão do líquido em cerca de 2-10 mN/m.

 

Energia superficial de materiais sólidos

A figura 2 à direita mostra valores absolutos da energia superficial de materiais sólidos e a tensão superficial de muitos plásticos, incluindo polietileno e polipropileno, é frequentemente insuficiente para ligação ou impressão.

Estes materiais têm propriedades muito úteis, como inércia química, coeficiente de fricção reduzido, desgaste elevado, resistência ao desgaste e punção, etc.

No entanto, a fraca molhabilidade destes polímeros coloca ao designer o problema da ligação ou decoração destes materiais. O tratamento pode melhorar a molhabilidade do material, aumentando a energia superficial do material, e afetar positivamente as características de aderência através da criação de locais de ligação.

Os métodos mais avançados e bem-sucedidos de tratamento superficial baseiam-se num princípio de descarga de alta tensão no ar.

Leia mais sobre o princípio aqui: Os princípios básicos do tratamento de plasma

Leia mais sobre os princípios básicos do tratamento superficial corona aqui

Princípios básicos da descarga de alta tensão no ar e respetiva aplicação no tratamento superficial

Na presença de uma descarga de alta tensão num espaço de ar, os eletrões livres sempre presentes no ar aceleram e ionizam o gás. Quando a descarga elétrica é muito forte, as colisões de eletrões a alta velocidade com moléculas de gás não resultam em perda de impulso, e ocorre o choque de eletrões.

Quando uma peça de plástico é colocada na trajetória de descarga, os eletrões gerados na descarga atingem a superfície com energias 2 a 3 vezes superiores à necessária para quebrar as ligações moleculares na superfície da maioria dos substratos.

Isto cria radicais livres muito reativos.

Estes radicais livres, na presença de oxigénio, podem reagir rapidamente e formar vários grupos funcionais químicos na superfície do substrato. Os grupos funcionais resultantes desta reação de oxidação são os mais eficazes no aumento da energia superficial e no reforço da ligação química à matriz de resina. Estes incluem grupos carbonilo (-C=O-), carboxilo (HOOC-), hidroperóxido (HOO-) e hidroxilo (HO-).

O tratamento com descarga de alta tensão apenas modifica as características superficiais, sem afetar as propriedades internas do material.

A tecnologia de tratamento da superfície elétrica (EST) tridimensional da Tantec baseia-se na descarga de alta tensão e alta frequência no ar. Os objetos tridimensionais passam através de uma região de descarga entre dois elétrodos (figura 3 à direita).

A descarga é mantida num grande espaço entre os elétrodos estabelecendo uma elevada diferença de potencial entre os elétrodos. A alta tensão aplicada é apenas uma condição para um tratamento eficaz.

Um tratamento uniforme das peças que se deslocam a alta velocidade requer a transferência de energia de alta eficiência da fonte de energia para a região de descarga. A descarga corona a frequências de 15 a 25 kHz realiza a transferência de energia de alta eficiência à medida que os eletrões oscilam no espaço entre os elétrodos. Foi demonstrado que quanto mais alta for a frequência, mais baixa será a potência para atingir um determinado nível de tratamento.

A tecnologia EST atinge um tratamento uniforme das superfícies de objetos tridimensionais em linhas de alta velocidade, mantendo uma diferença de potencial entre os elétrodos até 80 kV com frequências entre 15 e 25 kHz. Nestas condições, os objetos com secções transversais de 100 mm (4 pol.) de largura podem ser tratados em linha à medida que se movem continuamente através de uma câmara de tratamento.

Um sistema de tratamento da superfície elétrica é composto por um gerador de alta frequência, um transformador de alta tensão e elétrodos de tratamento. O gerador produz um sinal de saída cuja frequência é automaticamente ajustada na gama de 15 a 25 kHz consoante a impedância da carga, otimizando a potência disponível para o tratamento.

O transformador de alta tensão aumenta o sinal de saída do gerador até ao nível necessário para gerar a descarga da intensidade pretendida.

A estação de tratamento é concebida em torno de dois elétrodos: um elétrodo de tratamento e um contraelétrodo (normalmente com um potencial de ligação à terra). Os elétrodos são concebidos para cada aplicação.

A Tantec oferece uma seleção de dispositivos de tratamento de plasma para tratamento superficial de plasma de diferentes materiais.

Consulte a lista de produtos na nossa página de produtos de plasma: Equipamento de tratamento de plasma

Prazo de validade das superfícies tratadas

O prazo de validade de materiais pré-tratados varia de horas a anos, dependendo do plástico, da respetiva fórmula, do modo como foi tratado e da exposição a temperaturas elevadas após o tratamento.

A pureza do material é o fator mais importante. O prazo de validade é limitado pela presença de componentes com peso molecular reduzido, como agentes antibloqueio, libertação de moldes, antiestáticos, etc.

Eventualmente, estes componentes migram para a superfície de polímeros limpos. Recomenda-se, assim, a impressão ou ligação ao material logo após o tratamento. No entanto, após a superfície tratada ser interligada com um revestimento, tinta, adesivo ou outro material, a ligação torna-se permanente.

Aplicações da tecnologia de tratamento da superfície elétrica (EST) da Tantec

Os materiais seguintes foram tratados com sucesso utilizando a tecnologia EST:

  • Polietileno (PE) * Plexiglas (PMMA)
  • Polipropileno (PP) * Teflon (PTFE)
  • Poliestireno (PS) * Policarbonato (PC)
  • Borracha EPDM * Poliuretano (PUR)
  • ABS etc.

Estas são algumas das aplicações específicas:

  • Tratamento de superfícies de dispositivos de teste biomédicos com vista ao reforço da molhabilidade das superfícies para fluxo de líquido confluente.
  • Tratamento de corpos de seringas antes da impressão.
  • Tratamento da superfície interna de conetores de agulhas antes da ligação de uma agulha de aço inoxidável.
  • Tratamento do isolamento de cabos eletrónicos para melhorar a aderência de tintas e revestimentos.
  • Tratamento de tampas e coberturas de recipientes químicos antes da aplicação de material vedante ou impressão.
  • Tratamento de garrafas de plástico antes da aplicação de rótulos autocolantes.
  • Tratamento de perfis feitos de borracha EPDM para o setor automóvel antes da aplicação de um adesivo para fixação de cerdas de flocagem ou tecido de decoração.

Tratamento do isolamento de cabos eletrónicos para melhorar a aderência de tintas e revestimentos.

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