Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe
Estudio de caso INNOVENT e.V.

Activación con plasma de diversos plásticos

Evaluación de la humectabilidad, la morfología de la superficie y la resistencia a la tracción de la unión adhesiva con el adhesivo epoxídico

Oliver Beier y Andreas Pfuch, de la asociación registrada INNOVENT e.V. Technologieentwicklung (desarrollo tecnológico en español), han investigado la activación con plasma de diversos plásticos después del tratamiento con el piezobrush® PZ3 y el módulo “Standard” en la fase de prueba beta.

INNOVENT Jena: Plasmaaktivierung verschiedener Kunststoffe

Se utilizaron diferentes métodos para el análisis de la activación de plasma. En el caso de los tres materiales investigados, el polipropileno (PP), el policarbonato (PC) y el politetrafluoroetileno (PTFE), pudo demostrarse una mejor humectabilidad a través de la medición del ángulo de contacto del agua después del tratamiento a una velocidad de 20 mm/s. Además, las imágenes del microscopio de fuerza atómica (atomic force microscopeo AFM, por sus siglas en inglés) muestran un aumento de la rugosidad de las superficies después del tratamiento con el piezobrush® PZ3.  La mejora de la humectabilidad y la nano-rugosidad de la superficie mediante el tratamiento con el piezobrush® PZ3 conducen a una mejora significativa de la adherenciadel PP y el PTFE. Por ejemplo, las pruebas de adhesión de las uniones adhesivas con el adhesivo epoxídico DP460 de 3M sobre PP y PTFE mostraron un aumento significativo de la resistencia a la tracción en las muestras previamente activadas por plasma en comparación con las muestras no tratadas.

Activación con plasma de diversos plásticos

Mediciones del ángulo de contacto del agua para evaluar la humectabilidad

Para evaluar el efecto de la activación por plasma y sus diferentes conjuntos de parámetros, se depositan 10 gotas de agua destilada con un volumen de 1 µl en cada una en las respectivas muestras. Con el instrumento de medición del ángulo de contacto OCA 20, de la empresa DataPhysics GmbH, se miden los ángulos de contacto con la superficie. Cuanto menor sea el ángulo de contacto, mayor será la humectabilidad. Se realizaron un total de seis conjuntos de parámetros diferentes en todas las muestras. Los parámetros más importantes aquí son la velocidad de tratamiento, la distancia entre el módulo de plasma y el sustrato y el número de pases de tratamiento (DL). La velocidad se ajusta constantemente a 20 mm/s en todas las pruebas por medio de una unidad de desplazamiento automático. Como distancias de tratamiento se eligen 2 y 4 mm y para cada una de ellas se aplican respectivamente una, dos y cuatro pasadas con el piezobrush® PZ3. En todas las pruebas, los pasajes con una distancia de 3 mm sobre la superficie se reticulan.

Las figuras 1 a 3 muestran claramente que la humectabilidad en todos los plásticos aumenta cuando son tratados con el piezobrush® PZ3. Incluso solo con un pasaje (1 DL) se logran muy buenos resultados, que se mejoran ligeramente al tener lugar más travesías (2 y 4 DL).

Medición de la rugosidad de la superficie con el microscopio de fuerza atómica

El análisis de la morfología de la superficie también ha revelado que un solo ciclo de tratamiento con el piezobrush® PZ3 cambia las superficies de plástico. En estas pruebas se opera a una velocidad de 20 mm/s con una distancia de 4 mm entre el módulo y el sustrato. Con el microscopio de fuerza atómica MFP3D de Asylum Research, se miden las muestras de referencia así como las muestras tratadas con el piezobrush® PZ3. A continuación, se realiza la determinación de la rugosidad de las superficies. A medida que aumenta el número de pases de plasma, la rugosidad en el rango de nm también aumenta, como puede apreciarse en las figuras 4 a 6.

Pruebas de adhesión de una unión adhesiva entre
plásticos y acero con adhesivo epoxídico

Haftungsuntersuchungen eines Klebeverbunds zwischen Kunststoff und Stahl mit Epoxidklebstoff

Para la última serie de pruebas, relacionadas con la aplicación, los tres plásticos PP, PC y PTFE se unen utilizando el adhesivo epoxídico DP460 de 3M con un punzón de acero. En este sentido, la unión adhesiva no se carga. Después de un tiempo de endurecimiento de 2 horas a 65°C se determina la resistencia a la tracción según la norma UNE-EN ISO 4624. En este caso, 10 muestras se someten a una prueba de tracción adhesiva con el sistema de pruebas Inspekt table 50 kN de Hegewald y Peschke. Mientras que la resistencia a la tracción de las muestras tratadas con plasma del PC está en el orden de magnitud de la referencia (véase la Fig. 8), tanto el PP como el PTFE muestran una mejora significativa en la unión adhesiva, incluso después de una sola pasada con el piezobrush® (véase la Fig. 7 y 9).

Resumen de los resultados

La investigación de la activación por plasma de diversos plásticos PP, PC y PTFE con el piezobrush® PZ3 muestra que incluso una sola pasada sobre las superficies a una velocidad de 20 mm/s produce una mejora significativa y reproducible de la humectabilidad. Además, las superficies están rugosas en el rango de nm. En los ensayos finales de la resistencia a la tracción de la unión adhesiva con el adhesivo epoxídico se esclarece que tanto la mejora de la humectabilidad como el aumento de la rugosidad son criterios necesarios, pero no siempre suficientes, para una mejora de la adhesión. Aunque el pretratamiento con piezobrush® PZ3 no mejora la resistencia a la tracción del PC y del adhesivo epoxídico seleccionado, sí lo hace para las uniones correspondientes con PP y PTFE.

En general, los probadores beta de INNOVENT atestiguan que el piezobrush® PZ3 tiene una configuración de programa claramente estructurada e intuitiva. Además, es posible un cambio fácil y seguro entre los dos módulos “Stándard” y “Nearfield”. Y por último, pero no menos importante, la prueba produjo buenos y homogéneos resultados de tratamiento para los parámetros de plasma investigados.

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