Metalización de plásticos
Procesos > ► Modificacion superficial
¿Por qué el plástico se metaliza?
Las piezas de plástico se pueden recubrir con metal en un proceso de metalización, como la metalización al vacío o la galvanoplastia de plástico, tanto con fines estéticos como mecánicos. Visualmente, una pieza de plástico recubierta de metal presenta un mayor brillo y reflectividad. Otras propiedades, como la resistencia a la abrasión y la conductividad eléctrica, que no son características innatas del plástico, se obtienen a menudo mediante la metalización. Los componentes de plástico metalizado se utilizan en aplicaciones similares a las piezas chapadas en metal, pero tienden a ser de menor peso y tienen una mayor resistencia a la corrosión, aunque no en todos los casos. Además, la conductividad eléctrica se puede controlar en componentes de plástico metalizado y su fabricación es económica. Para metalizar una pieza de plástico, se utilizan varios métodos comunes: metalización al vacío, rociado por arco y llama o enchapado. También es posible metalizar una película de transferencia y usar métodos alternativos para aplicar la película a la superficie del sustrato. Procesos de metalización A continuación se presentan algunos de los métodos y procesos comunes para metalizar plástico.
Metalización al vacío
Antes de que pueda comenzar el proceso, el componente de plástico se lava y se recubre con una capa base, de modo que la capa de metal quede lisa y uniforme. A continuación, se evapora un metal (típicamente aluminio) en una cámara de vacío. Luego, el vapor se condensa sobre la superficie del sustrato, dejando una fina capa de revestimiento metálico. Todo el proceso tiene lugar dentro de una cámara de vacío para evitar la oxidación. Este proceso de deposición también se denomina comúnmente deposición física de vapor. Según la aplicación del componente, se puede aplicar una capa superior después de la deposición para aumentar las propiedades, como la resistencia a la abrasión. Los componentes de plástico metalizado que reciben sus capas a través de este proceso se encuentran en una variedad de aplicaciones, desde partes interiores de automóviles hasta ciertos tipos de láminas. Puede utilizar la plataforma de descubrimiento de proveedores de Thomas para encontrar empresas que brinden servicios de metalización al vacío.
Pulverización con llama y arco
En la pulverización con llama básica, se utiliza un dispositivo manual para pulverizar una capa de revestimiento metálico sobre el sustrato. En la pulverización con llama, la fuerza principal detrás de la deposición es una llama de combustión, impulsada por oxígeno y gas. El polvo metálico se calienta y se funde, ya que una llama de combustión acelera la mezcla y la libera en forma de aerosol. Este proceso tiene una alta tasa de deposición y crea capas muy gruesas, pero los recubrimientos tienden a ser porosos y algo ásperos. Debido a la naturaleza del proceso de aplicación, los recubrimientos metalizados se pueden aplicar a áreas específicas de los componentes, lo cual es útil cuando se trabaja con componentes complejos o con formas inusuales. El proceso es relativamente fácil y requiere un entrenamiento mínimo. La pulverización por arco es similar a la pulverización por llama, pero la fuente de energía es diferente. En lugar de depender de una llama de combustión, la pulverización por arco deriva su energía de un arco eléctrico. Dos cables, compuestos del material de revestimiento metálico y que transportan corriente eléctrica de CC, se tocan en sus extremos: la energía que se libera cuando los dos cables se tocan calienta y derrite el cable, mientras que una corriente de gas deposita el metal fundido en la superficie del cable sustrato, creando una capa de metal. Al igual que el rociado con llama, el recubrimiento resultante típicamente sufre de alta porosidad.
Galvanoplastia de plástico y galvanoplastia sin electricidad
La galvanoplastia de plástico generalmente se divide en dos categorías, dependiendo de la presencia de corriente eléctrica. En el revestimiento sin electricidad, no se utiliza corriente eléctrica; en la galvanoplastia se utiliza corriente eléctrica. Ambos procesos tienden a ser más efectivos que la metalización al vacío en la producción de capas metálicas con fuerte adherencia, aunque el enchapado tiende a ser más peligroso. El recubrimiento sin electricidad se usa a menudo para depositar metal de níquel o cobre sobre sustratos de plástico. Primero, la superficie del plástico se graba usando una solución oxidante. Debido a que la superficie se vuelve extremadamente susceptible a los enlaces de hidrógeno como resultado de la solución oxidante, generalmente aumenta durante la aplicación del recubrimiento. El recubrimiento se produce cuando el componente plástico (grabado posterior) se sumerge en una solución que contiene iones metálicos (níquel o cobre), que luego se unen a la superficie plástica como un recubrimiento metálico. Para que la galvanoplastia (o galvanoplastia electrolítica) tenga éxito, la superficie de plástico primero debe volverse conductora, lo que se puede lograr a través de la galvanoplastia básica sin electricidad. Una vez que la superficie de plástico es conductora, el sustrato se sumerge en una solución. En la solución hay sales metálicas, conectadas a una fuente de corriente positiva (cátodo). También se coloca un conductor anódico (cargado negativamente) en el baño, que crea un circuito eléctrico junto con las sales cargadas positivamente. Las sales metálicas son atraídas eléctricamente al sustrato, donde crean una capa metálica. A medida que ocurre este proceso, el conductor anódico, generalmente hecho del mismo tipo de metal que las sales metálicas, se disuelve en la solución y reemplaza la fuente de sales metálicas, que se agota durante la deposición.
Proceso de metalización
En el proceso de metalización al vacío o deposición de vapor, se deposita una capa de metal sobre películas de plástico utilizando varios métodos diferentes, que van desde la deposición de vapor hasta la galvanoplastia. Al preparar las superficies para la adhesión, se deben considerar las diferencias de superficie entre el tipo de sustratos de película, las variaciones potenciales de las características de la película dentro de diferentes familias de sustratos, variaciones con el uso del mismo sustrato entre cámaras de metalización al vacío y cualquier posible variación dentro de un extremo. use la aplicación, incluso cuando use películas idénticas.
Metalización
El propósito fundamental de un acabado galvánico es obtener un depósito cuyo efecto persista durante un período al menos igual a la vida media del objeto sobre el que se aplica. Actualmente, los plásticos se usan ampliamente para un gran número de aplicaciones, pero no todos ellos reciben un tratamiento de metalización. Las razones por las que los plásticos metalizados son múltiples. De hecho, desde un punto de vista económico, la elección de un material plástico como el ABS, en comparación con una pieza de metal, permite reducir el peso del objeto, los costos de energía relacionados con las diferentes etapas de transformación, como la limpieza mecánica y transporte. Además, una pieza de ABS tiene un aspecto brillante después del moldeado y, por lo tanto, requiere depósitos de espesor más bajo que una pieza en metales, para lo cual es necesario limitar la porosidad de la superficie. Por razones técnicas, los recubrimientos metálicos otorgan a los polímeros un efecto decorativo, protección contra el calor, contra los rayos ultravioletas, contra los solventes y también brindan nuevas propiedades de resistencia mecánica. Además, se utiliza el acoplamiento de las propiedades dieléctricas de los termoplásticos y la conductividad de los metales depositados químicamente y / o electrolito, para numerosas aplicaciones tales como placas de circuito impreso o blindaje electrostático y electromagnético. Desde un punto de vista estético, la metalización del plástico también tiene como objetivo, en el sector de la decoración y perfumería, dar un aspecto metálico de color final. Finalmente, la metalización de materiales plásticos completa el uso de polímeros por su gran libertad de forma, color, apariencia y peso. Estos son cada vez más buscados por los diseñadores y especialmente por diseñadores automotrices.
Principios
La metalización por medios químicos en un no conductor consiste en depositar una película metálica por inmersión en una solución que contiene un metal capaz de reducirse a la superficie de la material. Los componentes moldeados se montan sobre montajes giratorios para facilitar la metalización con espesores de capa que varían de 0.1 a 1 μm; típicamente, se usa aluminio, para aplicaciones especiales también cobre o metales nobles que se calientan y vaporizan eléctricamente. Para espesores de capa superiores a 0,2 μm, las capas metálicas son opacas, y las capas más gruesas también pueden depositarse con vapor. Los plásticos que contienen plastificantes requieren una capa base, las capas metálicas reflectantes una capa protectora.
Se han desarrollado diversas técnicas. La técnica más utilizada se realiza en 2 fases:
- Metalización inicial por inmersión en diferentes baños, por química autocatalítica (línea química).
- Reinfor Refuerzo electrolítico de la película metálica conductora delgada (línea electrolítica).
Durante la primera fase, la superficie del material se modifica para aumentar la porosidad en el orden de unos pocos micrómetros. Esta porosidad servirá de base para anclar los depósitos metálicos realizados en la segunda fase del proceso. De hecho, gracias a estas porosidades, es posible adherir un depósito delgado de níquel químico (0.2-0.5 μm), que será el punto de partida para hacer que la superficie sea conductora. La capa conductora puede entonces ser reforzada por electrodeposición.
Los plásticos no son conductores y no todos son equivalentes al proceso de metalización. Por experiencia, no todos los plásticos pueden ser metalizados satisfactoriamente. La categoría de plástico que mejor se presta para la metalización es la del copolímero de acrilonitrilo butadieno estireno, comúnmente llamado "ABS" (dispersión de nódulos de butadieno en una matriz de copolímero de estireno y acrilonitrilo).
Técnicas de vacío
La deposición de metales en alto vacío es de mayor importancia que los métodos de presión atmosférica. El metal se evapora y se condensa sobre la superficie fría del sustrato en una cámara de vacío (10e-2 – 10e-3 Pa). Forma una película densa con alta reflectividad. Se utilizan los siguientes métodos:
- Evaporación térmica, en la que se genera calor mediante calentamiento eléctrico, inducción o corriente que fluye directamente a través del metal fundido que se va a evaporar.
- Evaporación por haz de electrones, en la que se enfoca un haz de electrones de alta energía sobre el metal que se va a evaporar.
- Pulverización catódica en la que se enciende una descarga de gas (generalmente en atmósfera de argón) en la cámara: las paredes de la cámara forman el ánodo, mientras que el metal se sitúa sobre el cátodo de barra o placa. Los iones de gas energéticos que bombardean la superficie del metal desprenden partículas, algunas de dimensiones atómicas, que se depositan en la superficie del sustrato. Los campos magnéticos se emplean con frecuencia para aumentar la eficiencia de la evaporación y reducir el estrés térmico al que está expuesto el sustrato
Las técnicas de evaporación térmica no permiten la deposición de aleaciones de composición definida porque el fraccionamiento ocurre como resultado de las diferencias en los puntos de ebullición de los componentes de la aleación. La deposición de aleaciones es posible mediante el uso de evaporación por haz de electrones y pulverización catódica. Todos los evaporadores funcionan con un chorro dirigido de vapor metálico, por lo que la cámara de vacío no se llena por completo con una atmósfera de vapor metálico, lo que explica por qué solo se recubre la superficie del sustrato que está en línea directa con el evaporador. Por esta razón, la superficie de moldeo no debe ser demasiado rugosa y no debe tener muescas. Debido al tiempo requerido para generar un alto vacío, los sustratos se introducen en la cámara en lotes y se unen a una plataforma giratoria para que puedan recubrirse sucesivamente.
Adherencia de un depósito metálico sobre polímeros
La superficie del plástico debe modificarse químicamente para crear en la superficie de los grupos polares o hidrófilos, por ejemplo, hidroxilo y carboxílico. La unión extrañamente fuerte entre el polímero el depósito metálico se asoció con las fuerzas de Van der Waals o las uniones químicas entre el metal y el plástico. También se basa en el anclaje mecánico. En este caso, la superficie rugosa del plástico retiene el metal debido a un efecto llamado "perno de presión". Durante los siguientes pasos, las cavidades o microporos presentes en la superficie después del grabado, se rellenan con metal. La adhesión mecánica creada evita la separación del metal de la superficie plástica. En realidad, la adherencia obtenida es ciertamente una combinación de estas dos hipótesis. Estos son más o menos favorecidos dependiendo del tipo de plástico y el rango de preparación utilizado.
¿Qué es la adhesión?
La Sociedad Americana de Métodos de Prueba (ASTM) define la adhesión "el estado en el que dos superficies se mantienen unidas por fuerzas interfaciales, que pueden consistir en fuerzas de valencia o efectos concurrentes, o ambos". Se cree ampliamente que, aunque la membresía es un proceso complejo, hay esencialmente dos fuerzas principales involucradas: enlaces químicos e interconexión mecánica. Hay dos tipos de enlaces químicos que afectan a la adhesión: enlaces iónicos y fuerzas de Van der Waals. Los enlaces iónicos se originan a partir de la atracción electrostática entre iones de carga opuestos y son el resultado del intercambio de electrones entre las capas de valencia de dos átomos. Los enlaces de Van der Waals, por otro lado, se derivan de la interacción entre las cargas positivas y negativas de los átomos o moléculas más grandes adyacentes. El último tipo de enlace está más extendido en las moléculas de cadena larga, como las que componen los polímeros subyacentes de plásticos, tintas, recubrimientos y adhesivos. Aunque los enlaces individuales de Van der Waals son relativamente débiles, las fuerzas de atracción presentes a lo largo de la película polimérica ayudan a crear una fuerza importante y fundamental para garantizar la adhesión.
Interconexión mecánica
Además de los enlaces de Van der Waals, la interconexión mecánica que se produce entre la superficie del sustrato y la capa de tinta, recubrimiento o adhesivo proporciona una importante contribución a la adhesión. A diferencia de los enlaces químicos, esta interconexión física tiene un mecanismo relativamente intuitivo: la topografía compleja del sustrato crea puntos de conexión mecánica que favorecen la adhesión del polímero al sustrato plástico. En consecuencia, cualquier material orgánico o inorgánico que evite o dificulte el contacto interfacial entre la superficie del polímero de una tinta, recubrimiento o adhesivo y la superficie del sustrato, termina por inhibir la adhesión. Este fenómeno se puede atribuir a una capa extremadamente delgada (a veces solo unos pocos angstroms), que debilita el enlace de Van der Waals y / o bloquea la interconexión física. Esta delgada película contaminante puede ser el resultado de métodos de limpieza inadecuados o incompletos, formación de óxido después de la limpieza, protección insuficiente de las superficies limpiadas de aceites, grasas, huellas dactilares, agentes de liberación o la deposición de moléculas presentes en el aire. de la planta, generada por otras actividades de producción o procesamiento aguas arriba
Fase de grabado
Las soluciones de grabado y tinción son soluciones oxidantes de ácidos y están compuestas de agua, ácido crómico y ácido sulfúrico (5- 20 min / 68°C), esta fórmula es la más utilizada hoy en día. Ofrece una amplia gama de trabajos y permite el procesamiento de una gran cantidad de materiales plásticos (ABS, ABS / PC, PP, PA). Para obtener un humedecimiento uniforme del material plástico es necesario agregar un catalizador de oxidación, esto puede ser "pentóxido de vanadio" o "anhídrido molibdico". En cualquier tratamiento galvánico, la solución electrolítica está contenida en un tanque, normalmente rectangular, hecho de material polimérico inerte con respecto a la solución, es decir, PVC y PP. El PP tiene una mejor resistencia a la deformación por calor pero no resiste ambientes oxidantes (por ejemplo, cromatos).
Proceso de metalización oro, plata y cobre
Las bajas temperaturas de fusión de metales se aplican a superficies de plástico con pistolas de metalización; Las capas de oro, plata y cobre se precipitan por reducción química (por ejemplo, con formaldehído) a partir de soluciones de sales metálicas. Para garantizar la adhesión permanente de los recubrimientos de superficies metálicas aplicados por deposición de vapor con espesores de 50 a 100 μm, los componentes plásticos se sumergen primero en baños de grabado para endurecer químicamente su superficie. Los agentes de grabado adecuados están disponibles para la mayoría de los termoplásticos, laminados PF, resinas EP y espumas PUR integrales; Algunos materiales plásticos pueden ser galvanizados sin pretratamiento. Las superficies rugosas se activan en soluciones de sales de metales preciosos, lo que permite el uso de métodos sin electrodos para depositar una capa de cobre firmemente adherida de los baños de cobre sobre superficies de plástico. A su vez, la capa de cobre se electrochaca más con cobre y luego niquelada o cromada.