ES2163561T5 - Procedimiento para aumentar la humectabilidad de superficies de articulos. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA TRATAMIENTO PREVIO SUPERFICIAL DE PIEZAS (36) DE TRABAJO QUE SE CARACTERIZA POR MEDIO DE UNA DESCARGA ELECTRICA, QUE MEDIANTE DESCARGA CON ARCOS (30,32) ELECTRICOS DE NO TRANSMISION, BAJO AFLUENCIA DE UN GAS DE TRABAJO, SE GENERA UN RAYO (34) DE PLASMA LIGADO Y SE APLICA EN LA SUPERFICIE A SER TRATADA DE LA PIEZA (36) DE TRABAJO CON ESTA APLICACION DE RADIACION DE PLASMA.

Description

Procedimiento para aumentar la humectabilidad de superficies de artículos.

La invención se refiere a un procedimiento para aumentar la humectabilidad de artículos con líquidos mediante un tratamiento previo de su superficie por descarga eléctrica con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Cuando se intenta recubrir, pintar o pegar con adhesivo superficies de artículos, a menudo resulta necesario someterlos a un tratamiento previo que retire las impurezas de la superficie, cambiándose de esta manera, en particular en el caso de artículos de plástico, la estructura molecular de tal forma que la superficie pueda humectarse con líquidos, tales como adhesivos, pinturas y similares.

El artículo titulado "Surface Treatment of Plastics by Plasmajet", Kiyozumi, Journal of Adhesion Society of Japan, 1968 da a conocer un procedimiento con las características del preámbulo de la reivindicación 1. En el caso de este procedimiento, se hará funcionar el arco eléctrico con una tensión continua.

Un procedimiento conocido para el tratamiento previo de hojas de plástico consiste en dejar actuar una descarga corona sobre la superficie de la hoja. A tal fin, la hoja se hace pasar por una hendidura pequeña entre los electrodos corona. Sin embargo, este procedimiento sólo puede aplicarse a hojas relativamente delgadas. Además, este procedimiento puede ocasionar un tratamiento previo no deseado del dorso de la hoja, por ejemplo cuando entre el electrodo del dorso y la hoja se encuentra una burbuja de aire en la cual tiene lugar otra descarga.

Para el tratamiento previo de la superficie de hojas más gruesas o artículos macizos, se ha descrito en el documento DE 43 25 939 C1 una tobera corona de la cual sale una corriente de aire que se mantiene en oscilación o recirculación entre los electrodos, generando una zona de descarga en forma de hoja, en la cual los haces de la descarga corona pueden hacerse pasar por la superficie que se debe tratar del artículo. Sin embargo, dicha tobera corona no es apta para el tratamiento previo de artículos que presentan un relieve relativamente profundo, puesto que no pueden alcanzarse o alcanzarse solamente con dificultad las aristas internas, ranuras profundas y similares con una zona de descarga de gran superficie. Además, esta tobera corona conocida es de una construcción relativamente complicada y voluminosa, debido a que se necesita un accionamiento con motor para generar la corriente de aire oscilante o de recirculación.

El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para el tratamiento previo de las superficies de artículos por descarga eléctrica que puede aplicarse también a superficies de piezas con un relieve relativamente complicado.

Este objetivo se alcanza mediante las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

El procedimiento es apto para el tratamiento de artículos tanto conductores como no conductores, en particular de artículos de plástico. Además de ello, se ha hallado que el método descrito anteriormente permite generar un haz que por un lado es químicamente tan activo como para conseguir un tratamiento previo de superficie eficaz, pero por otro lado puede tener una temperatura tan baja como para no dañar ni siquiera superficies sensibles.

Otras ventajas del procedimiento consisten en que puede llevarse a cabo un tratamiento previo prácticamente libre de ozono y excluirse de forma fiable un tratamiento previo no deseado del dorso. En los artículos no conductores se evita también una carga no deseada de la superficie.

Son conocidos procedimientos para la generación de un plasma como tales en formas de realización muy variadas. Por ejemplo, el documento US-A-3 515 839 describe un soplete de arco que se utiliza para la soldadura, proyección de plasma, corte y similares. El documento US-A-3 849 584 describe un dispositivo con varios quemadores de plasma para la fusión de metales. El documento DE-C-685 455 describe un soplete de arco para la generación de temperaturas extremamente altas. En este soplete, el gas de trabajo se suministra con un movimiento de torsión, que de esta forma circula alrededor del arco, producido entre un electrodo en forma de espiga y una rejilla, en forma de remolino. El documento FR-A-1 181 788 describe un procedimiento para la erosión por arco, en el cual el arco, alrededor del cual circula un gas inerte, se transmite directamente al metal a electroerosionar. El documento US-A-3 579 027 describe un procedimiento de ignición para un quemador de plasma, en el cual se produce en primer lugar una descarga en forma de cono entre la punta de un electrodo en forma de varilla y un electrodo tubular que rodea al anterior. El documento US-A-2 892 067 describe un quemador de plasma de alta temperatura, en el cual el arco es soplado fuera de la tobera del quemador con la ayuda de un gas de trabajo.

Ninguna de estas publicaciones contiene la propuesta de utilizar un plasma de temperatura relativamente baja para el tratamiento previo de superficies de artículos.

Las reivindicaciones subordinadas muestran desarrollos ulteriores y formas de realizaciones ventajosos del procedimiento según la invención.

El tubo de tobera se compone preferentemente de un material cerámico y está rodeado por la circunferencia exterior de una camisa eléctricamente conductora que está unida eléctricamente al electrodo anular, o forma una sola pieza con éste, y se extiende en el extremo opuesto hasta aproximadamente el nivel de la punta del electrodo en forma de espiga. En este caso, una tensión relativamente baja ya es suficiente para generar una descarga corona a través del material cerámico, que enciende la descarga de arco. Por lo tanto, para encender el haz basta con elevar el nivel de la tensión de trabajo sin que se requiera una tensión de encendido sustancialmente elevada.

El gas de trabajo -por ejemplo aire o argón- se introduce en el tubo de tobera preferentemente al nivel del electrodo en forma de espiga, de tal manera que fluye por el tubo de tobera en movimiento de torsión. En este caso en el tubo de tobera se forma un vórtice uniforme cuyo centro canaliza el arco. Incluso cuando el electrodo en forma de espiga está orientado no exactamente de forma axial, se obtiene un arco muy estable que se extiende en forma de una rama única bien definida a lo largo del eje del tubo de tobera desde la punta del electrodo en forma de espiga hasta aproximadamente la boca del tubo de tobera, y sólo entonces se despliega en varias ramas que conducen radialmente al electrodo anular. El punto en que el arco se despliega en las varias ramas forma una fuente casi puntiforme para el haz reactivo. El "enfoque" y la divergencia del haz pueden influenciarse en este caso también variando el caudal del gas de trabajo sin que la configuración geométrica del generador tenga que cambiarse.

Si se utiliza un gas de trabajo con aditivos apropiados, el generador puede emplearse también para el "recubrimiento en un plasma" de superficies.

Al electrodo se aplica preferentemente una tensión alterna de alta frecuencia en el orden de magnitud de 10 a 30 kV, a la que puede superponerse un componente pequeño de tensión directa para estabilizar la descarga. Un generador AF simplemente variable y apto para generar esta tensión alterna se ha descrito en el documento DE 42 35 766 C1. Preferentemente, el electrodo angular está conectado con tierra para evitar accidentes o daños de artículos eléctricamente conductores provocados por descargas no deseadas. Con la camisa también conectada con tierra, se consigue un apantallamiento del proceso de descarga contra influencias perturbadoras externas así como una alta compatibilidad electromagnética (CEM) del dispositivo.

Es ventajoso integrar varios generadores de haz dispuestos en una o varias filas desplazados por huecos en un cabezal de trabajo común, lo cual permite someter artículos de gran superficie a un tratamiento previo uniforme de manera económica. Los electrodos anulares están formados en este caso por un bloque eléctricamente conductor común a todos los generadores en el cual se han empotrado los tubos de tobera individuales. La disposición de los generadores individuales puede ser tan compacta que las secciones transversales de los haces individuales de plasma se solapan mutuamente al nivel de la superficie de los artículos que se deben tratar en la dirección transversal al movimiento relativo del cabezal de trabajo y del artículo.

A continuación, se ilustrarán formas de realizaciones ejemplificativas preferidas de la invención con mayor detalle, haciendo referencia al dibujo, en el cual:

la Fig. 1 muestra una sección longitudinal esquemática de un generador de haz; y

la Fig. 2 muestra una vista frontal de un cabezal de trabajo con varios generadores de haz.

El generador de haz 10 representado en la Figura 1 presenta una carcasa 12 en forma de bote de plástico, provisto lateralmente con un enlace 14 para el suministro de un gas de trabajo. En la abertura de la carcasa 12 está sujeto coaxialmente un tubo de tobera de cerámica. Dentro de la carcasa 12 está dispuesto por el centro un electrodo de cobre en forma de espiga 18 cuya punta llega hasta el interior del tubo de tobera 16. La circunferencia exterior del tubo de tobera está rodeada fuera de la carcasa 12 de una camisa 20 de un material eléctricamente conductor, la cual forma un electrodo anular 22 en el extremo libre del tubo de tobera 16. El electrodo anular 22 limita una abertura de tobera 24 cuyo diámetro es un poco más pequeño que el diámetro interno del tubo de tobera 16, de modo que en la salida del tubo de tobera se obtiene un cierto embotellamiento.

La camisa 20 y por tanto el electrodo anular 22 está conectada con tierra, y entre dicho electrodo anular y el electrodo en forma de espiga 18 se aplica, por medio de un generador de alta frecuencia 26, una tensión alterna de una frecuencia en el orden de magnitud de 20 kHz, la cual es regulable y puede situarse durante el funcionamiento del generador de haz aproximadamente en el orden de magnitud de 5 a 30 kV.

El enlace 14 para el gas de trabajo está dispuesto excéntricamente con relación a la carcasa 12, con el resultado que el gas de trabajo suministrado fluye por el tubo de tobera 16 con un movimiento de torsión, tal como se indica con la flecha 28 en la Figura 1. Apoyado por el embotellamiento en la salida del tubo de tobera, se forma un vórtice de gas estable cuyo centro se extiende a lo largo del eje del tubo de tobera.

La camisa eléctricamente conductora 20 se extiende en el extremo por el lado de la carcasa aproximadamente hasta el nivel de la punta del electrodo en forma de espiga 18. Elevando el nivel de la tensión da por resultado que se produce en primer lugar una descarga corona en la punta del electrodo en forma de espiga 18. Los haces de descarga luminosos de color azul se extienden radialmente hacia la pared del tubo de tobera 16, mientras que el transporte de los portadores de carga se efectúa pasando por el material cerámico del tubo de tobera 16. Dicha descarga corona produce los iones necesarios para encender, al aumentar la tensión, una descarga corona entre el electrodo en forma de espiga 18 y el electrodo 22. Cuando el gas de trabajo utilizado es aire, se obtiene un arco 30 luminoso de color blanco-azul que se extiende desde la punta del electrodo en forma de espiga 18 en un canal delgado bien definido a lo largo del eje del tubo de tobera 16 hasta aproximadamente la mitad de la abertura de salida 24. Sólo allí el arco se divide en varias ramas 32 que conducen radialmente al electrodo anular 22. El punto en el cual el arco axial 30 se ramifica en las ramas individuales 32 es al mismo tiempo el origen de una "llama" luminosa que, cuando el gas de trabajo utilizado es el aire, es de color ligeramente dorado, que de momento se interpreta como haz de plasma 34.

Dicho haz de plasma 34 se utiliza para el tratamiento previo de superficies. En el ejemplo ilustrado, el haz de plasma sirve para el tratamiento previo de la superficie de un artículo 36 de plástico en la zona de una ranura 38. Se aprecia que el haz de plasma 34 penetra en la ranura 38, lo cual permite someter a un tratamiento previo eficaz también el fondo de la ranura, que con otras técnicas es de acceso difícil.

No está totalmente probado que la "llama", que aquí se ha denominado como haz de plasma 34, es verdaderamente un plasma en el sentido proprio, es decir, un medio por lo menos parcialmente ionizado. Se ha intentado probar que este medio tiene conductividad eléctrica poniendo los extremos de dos conductores, de los cuales uno se había conectado directamente con una pila y el otro a través de una bombilla, en dicha llama. Sin embargo, la bombilla se iluminó sólo cuando una de las ramas 32 del arco saltó sobre los extremos del conductor y los conectó. Por lo tanto, la conductividad del haz de plasma 34 es sustancialmente menor que la del plasma dentro del arco. Posiblemente la "llama" es solamente un plasma de baja ionización o un medio que contiene sólo radicales libres o átomos o moléculas excitados. No obstante, se ha podido comprobar sin duda alguna que el haz de plasma 34 tiene el efecto deseado de tratamiento previo sobre las superficies de artículos introducidos en el haz. Se introdujeron varias superficies de plástico, que normalmente no pueden humectarse con agua, en el haz de plasma 34 y a continuación se recubrieron con agua. Las zonas de las superficies tratadas con el haz de plasma podían humectarse con agua después del tratamiento. Este efecto puede observarse también con polímeros altamente fluorados, tales como por ejemplo PTFE. También resultaba posible someter superficies metálicas a un tratamiento previo eficaz con la ayuda del haz de plasma 34 y limpiarlas retirando por ejemplo residuos de aceite de silicona y similares. Además de ello, en los ensayos con metales comunes se ha hallado que el haz de plasma 34 está prácticamente exento de efectos oxidantes. Ni siquiera el tratamiento de artículos de aluminio dio lugar a una capa de óxido.

La temperatura del haz de plasma 34 es relativamente baja. Igual que con una llama de vela, es posible pasar el dedo con velocidad moderada por el haz de plasma sin que se produzcan quemaduras.

En las formas de realización ejemplificativas ensayadas hasta el momento, el tubo de tobera 16 tiene un diámetro interno de aproximadamente 8 mm, mientras que la distancia axial entre la punta del electrodo en forma de espiga 18 y la abertura de tobera 24 es de aproximadamente 55 mm. El diámetro interno de la abertura de tobera 24 es de aproximadamente 5 mm. En estas condiciones se obtiene un haz de plasma 34 con una longitud de aproximadamente 30 mm y un diámetro máximo de aproximadamente 5 mm. Aumentando la distancia entre el electrodo en forma de espiga y la abertura de tobera 24, se permite mejorar la concentración de rayos y con ello el alcance del haz de plasma. El embotellamiento en la abertura de tobera 24 parece favorecer también la concentración de rayos del haz de plasma.

Si se aumenta el caudal del gas de trabajo por el tubo de tobera 16, el origen del haz de plasma se desplaza más al exterior, es decir, hacia la pieza, volviéndose la llama más larga y más delgada. Al mismo tiempo, el curvado de las ramas radiales 32 del arco hacia el exterior, tal como puede apreciarse por la Figura 1, aumenta. Si en cambio se reduce la corriente del gas de trabajo o se apaga por completo, el arco 30 axial se amplía hasta tal extremo que finalmente llena todo el interior del tubo de tobera. A consecuencia de ello, el haz de plasma 34 se hace más corto y su origen deja de ser puntiforme, distribuyéndose en forma de hoja sobre la sección transversal de la abertura de tobera 24. Con un caudal moderado del gas de trabajo, puede apreciarse que el arco 30 sigue la corriente de gas en movimiento de torsión dentro del tubo de tobera. Al aumentar el caudal de gas paulatinamente, el arco 30 se comprime cada vez más en dirección radial y se fija en el eje del tubo de tobera. Según parece, el arco 30 queda canalizado por el efecto del centro del vórtice de gas. Con un caudal de gas lo suficientemente alto, este efecto produce un haz de plasma 34 muy estable que parte de un origen puntiforme muy cerca del centro de la abertura de tobera 24. Una selección adecuada de la posición del artículo 35 con relación al generador de haz 10, permite controlar precisamente el lugar y la extensión de la zona de superficie tratada así como la intensidad del tratamiento con plasma.

Debido a la longitud relativamente grande del haz de plasma 34, la distancia entre el artículo y la abertura de salida 24 del quemador de plasma puede elegirse lo suficientemente grande para evitar que la acción directa de las ramas 32 del arco dañe la superficie. Igualmente puede evitarse una transferencia del arco al artículo en caso de artículos eléctricamente conductores.

Como puede apreciarse por la Figura 1, el generador de haz 10 tiene en su totalidad dimensiones radiales relativamente pequeñas, lo cual permite integrar varios generadores de haz del mismo tipo de forma concentrada en un solo cabezal de trabajo apto para el tratamiento de superficies de artículos relativamente grandes. Un ejemplo de un cabezal de trabajo 40 de este tipo se ha representado en la Figura 2. Aquí, en lugar de la camisa 20 de la Figura 1, se ha previsto un bloque metálico 42 en una sola pieza en el cual se ha dejado un espacio para los orificios de toberas 24 de los generadores de haz individuales y el cual forma al mismo tiempo los electrodos anulares correspondientes. Los tubos de tobera 16 según la Figura 1 están empotrados en el bloque metálico 42 - lo cual no puede apreciarse en la Figura 2.

En el ejemplo representado, los orificios de tobera 24 están desplazados por huecos en dos filas paralelas y dispuestos solapándose mutuamente. Por lo tanto, al desplazar el cabezal de trabajo 40 en dirección de la flecha A en la Figura 2 sobre la superficie que se debe tratar de un artículo plano, la superficie del artículo puede someterse a un tratamiento previo con una "cortina de plasma" sustancialmente uniforme, cuya anchura puede controlarse a voluntad conectando o desconectando generadores de haz individuales.

Claims (3)

1. Procedimiento para aumentar la humectabilidad de la superficie de artículos con líquidos, mediante un tratamiento previo de la superficie por descarga eléctrica, produciéndose mediante la descarga en un plasma con la adición de un gas de trabajo un haz focalizado de un medio reactivo, produciéndose la descarga en un plasma a modo de descarga de arco y haciendo pasar este haz por la superficie que hay que tratar del artículo, caracterizado porque la descarga de arco se hace funcionar con la ayuda de una tensión alterna de alta frecuencia, y porque el haz de medio reactivo se hace pasar por el artículo sin la transmisión de la descarga de arco, extendiéndose el arco producido de este modo desde la punta de un electrodo en forma de espiga dispuesto en un tubo de tobera hasta la boca del tubo de tobera.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas de trabajo se deja fluir por el tubo de tobera (16) con la formación de un vórtice y el arco (30) se canaliza en el centro del vórtice de gas.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la descarga de arco se enciende con la ayuda de una descarga de corona.