ES2318090T3 - Procedimiento de metalizacion de un tanque de plastico y procedimiento de metalizacion de una paleta de plastico. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de metalización de un tanque (50) de plástico con al menos una abertura (8), que comprende los pasos de: - preparar una cámara para los procesos (20) de vacío; - introducir dicho tanque (5) de plástico dentro de dicha cámara (20); - crear un vacío previo en dicha cámara (20); - someter al gas dentro de dicha cámara (20) a un campo eléctrico, de forma que se genere un plasma adecuado para formar, en la superficie externa de dicho tanque (50), una capa superficial (14) modificada con una humectabilidad mejorada; - crear un vacío elevado en dicha cámara (20); - llevar a cabo, con la técnica de vacío de PVD (Deposición del Vapor Físico), la deposición de una capa de material metálico (15) conductor superponiendo dicha capa (14) de la superficie del tanque (50) para obtener un tanque (1) metalizado en su exterior, y - reestablecer la presión atmosférica en dicha cámara (20).
Description
Procedimiento de metalización de un tanque de
plástico y procedimiento de metalización de una paleta de
plástico.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento para la metalización de un tanque de plástico con al
menos una abertura y un procedimiento para la metalización de una
paleta de plástico.
Un tanque metalizado por medio del procedimiento
de metalización de la presente invención, cuando está soportado
mediante una paleta y alojado en un recipiente metálico de forma que
está en contacto con el mismo, identificar un contenedor capaz de
prevenir la formación de carga electrostática, concebido para el
almacenamiento y/o el transporte de líquidos o polvos, en
particular los inflamables, y también, pero no exclusivamente capaz
de ser utilizado en entornos con un alto riesgo de explosión. Como
se sabe, la presencia de una capa externa superficial conductora
permite el drenaje rápido, hacia un medio conectado a tierra, de la
posible electricidad estática que se acumula en la superficie
externa de un tanque, por ejemplo durante el traslado del
contenedor, el llenado/vaciado del tanque o en otras circunstancias
en las que se produce cualquier forma de fricción en la
superficie.
Además, es necesario prever la posibilidad de
utilizar el tanque en zonas en las que hay un riesgo de explosión,
por ejemplo empresas químicas o zonas previstas para barnizar, donde
se utilizan y se manipulan sustancias que pueden detonar, incluso
si el material dentro del tanque no es explosivo per se.
En la industria, los tanques de plástico se
utilizan ahora ampliamente para almacenar y transportar productos
líquidos, pulverizados, granulares y volátiles.
Con respecto a los tanques metálicos, los
tanques de plástico tienen innumerables ventajas, como la
resistencia a la corrosión, la capacidad para recuperar su forma
original si es sometido a deformaciones y el aislamiento
térmico.
Para transportar líquidos se utilizan
normalmente tanques de plástico, llamados normalmente GRG (Grandes
Recipientes a Granel), con capacidades de entre 450 y 3000
litros.
Dichos tanques están alojados dentro de
recipientes metálicos soportados por paletas que consisten de simple
madera, de plástico o de metal.
Mientras que el tanque lleva a cabo la tarea de
contener el líquido, el recipiente metálico garantiza la resistencia
estructural necesaria, preservando la integridad del tanque en caso
de esfuerzos debidos a golpes, caídas y vibraciones del
contenedor.
De esta forma el contenedor satisface los
requerimientos de seguridad tanto durante el almacenamiento en el
almacén, como durante el desplazamiento y el transporte.
El problema es más complejo en el caso de que
dichos contenedores estén previstos para contener y transportar
materiales, en particular materiales que son inflamables y/o que
tienen un alto riesgo de explosión, y se desplazan, se llenan o se
vacían en zonas de riesgo de explosión clasificadas por
R044-001 en el informe CENELEC (Feb. 1999) del
Comité Européen de Normalisation Electrotechnique, Bruselas.
En particular, entre las sustancias inflamables
que pueden contener los GRG de plástico es necesario considerar
aquellas con un punto de inflamabilidad medio y alto, por ejemplo
3,2 y 3,3 según RID ADR IMO.
En efecto, se sabe que los tanques de plástico,
hechos, por ejemplo, de polietileno de alta densidad (HDPE), están,
como todos los cuerpos aislados eléctricamente, sujetos a la
acumulación de carga eléctrica en la superficie mediante el efecto
triboeléctrico durante su manipulación, la carga y la descarga del
material desde el tanque o simplemente mediante la exposición a
flujos de aire relativamente secos.
La carga eléctrica, o la electricidad estática
acumulada de esta manera genera a su vez alrededor del tanque un
campo eléctrico cuya intensidad puede alcanzar valores tan elevados,
incluso solo localmente, por el efecto de la forma geométrica del
tanque o de los elementos que lo rodean (que a su vez pueden estar
ya cargados o cargados mediante la inducción
eléctrica/polarización), de forma que se supere la resistencia
aislante al entorno (aire o soportes) que rodea los
contenedores.
Esto puede determinar el aumento de los arcos
eléctricos, con el riesgo consiguiente de la ignición de los
vapores desprendidos por los tanques, de las sustancias contenidas
en los mismo o de los vapores presentes con anterioridad en el
entorno externo, por ejemplo, en el caso de las zonas de riesgo de
explosión.
Contra las ventajas mencionadas anteriormente el
material plástico del que está hecho el tanque, que determina su
aislamiento eléctrico, es la causa principal de la formación de
descargas electrostáticas o arcos eléctricos.
Es por lo tanto necesario evitar la acumulación
de carga eléctrica en la superficie de los contenedores y, más
específicamente, de los tanques proporcionándoles provisiones
adecuadas que permitan su fácil dispersión a tierra.
En el caso de contenedores o tanques
completamente metálicos esto se consigue proporcionando simplemente
conexiones adecuadas a tierra para los mismos.
No obstante, hoy en día, los contendores más
ampliamente utilizados son aquellos que comprenden un tanque de
plástico no solo porque son los más rentables y prácticos sino
también porque tienen una mejor compatibilidad y más amplia con las
sustancias que tienen que contener.
Hay una importante necesidad para evitar la
formación de carga electrostática para este tipo de contenedores
aislados eléctricamente, por ejemplo, a través del revestimiento de
la superficie externa del tanque con un material conductor,
completamente adherente o incluso simplemente en contacto, que puede
estar conectado a tierra.
El revestimiento puede ser continuo o
discontinuo, con más o menos mallas compactas, siempre que sean
tales para asegurar una baja resistividad superficial.
Entre las tendencias más recientes de la
tecnología está la de formar directamente, en la superficie externa
de los contenedores, una capa altamente conductora.
Se conocen diversos procedimientos de tecnología
punta para formar capas conductoras en la superficie de los
contenedores previstos para el almacenamiento y transporte de
materiales peligrosos e inflamable y para la manipulación de los
propios contenedores en zonas de alto riesgo de explosión.
Como sustituto para el revestimiento con
barnices conductores, que tiene el inconveniente de no asegurar una
resistividad lo suficientemente baja, y de ser muy degradable y
escamoso con el paso del tiempo, en el documento EP 674.470 se ha
propuesto formar una capa conductora sinterizante de polvos
metálicos en la superficie de un tanque de plástico.
Por sinterizar, en resumen, nos referimos a un
proceso en el que se rocía un polvo metálico, cinc y/o cobre
específicamente, sobre la superficie del contenedor y se calienta o
se trata al mismo tiempo la superficie mediante una llama, de forma
que la superficie se funde e incorpora el polvo metálico.
También existen procedimientos para el barnizado
y la galvanoplastia de materiales plásticos.
Los procedimientos mencionados anteriormente
tienen el inconveniente de no proporcionar una superficie
uniformemente conductora, de requerir un gasto sustancial de
energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de los
dispositivos generadores de calor, de producir una gran cantidad de
residuos perjudiciales que necesitan ser eliminados y, por lo
tanto, de estructuras y equipos adecuados para dicha utilidad con un
aumento consiguiente en los costes para la industria.
Se debe resaltar que el grosor de la capa
conductora obtenida con las técnicas conocidas es del orden de
milímetros y permite que se obtenga únicamente una ligera
conductividad eléctrica.
El problema que forma la base de la presente
invención se soluciona mediante un procedimiento conforme a la
reivindicación 1 para la metalización de un tanque de plástico con
al menos una abertura y mediante un procedimiento conforme a la
reivindicación 2 para la metalización de una paleta de plástico.
En particular, por medio del procedimiento
conforme a la invención, la superficie externa de un tanque de
plástico, hecho preferiblemente de HDPE (polietileno de alta
densidad), se modifica a través del tratamiento con plasma para
mejorar su humectabilidad y se reviste con una capa de material
metálico depositado a través de técnicas de vacío PVD (Deposición
del Vapor Físico).
El tanque que se va a metalizar está hecho de
material plástico, de manera ventajosa pero no necesariamente, de
polietileno de alta densidad (HDPE).
Con el término polietileno, utilizado en la
presente descripción, queremos indicar tanto polietileno puro, como
mezclas de polímeros que incluyen polietileno o polietileno junto
con otras sustancias, por ejemplo, materiales de carga o agentes de
refuerzo.
De manera ventajosa, el procedimiento para la
metalización de un tanque de plástico se lleva a cabo con técnicas
de vacío PVD que tienen la ventaja de no producir residuos y de no
generar subproductos, dado que se llevan a cabo todos los pasos de
la producción en seco.
Las técnicas de deposición de vacío PVD
constituyen una solución válida y efectiva para el reemplazo
definitivo del proceso de galvanoplastia en plástico que es
altamente contaminante y peligroso para la salud humana.
El tanque de plástico metalizado por medio de
técnicas de vacío PVD tiene mejores características en términos de
la dureza de la superficie, la estabilidad química y la resistencia
a la corrosión con respecto a la metalización obtenida conforme a
los procedimientos descritos con referencia a la técnica
anterior.
Los pasos de metalización conforme al
procedimiento de la presente invención se llevan a cabo en un
entorno gaseoso de tipo particular, definido como plasma, cuya
función se volverá más clara a partir del resto de la
descrip-
ción.
ción.
El plasma es un gas parcialmente ionizado
caracterizado por la presencia simultánea de moléculas neutras,
iones positivos y electrones libres en cantidades suficientes para
obtener una conductividad eléctrica sustancial.
El plasma frío utilizado en el procedimiento
conforme a la invención se obtiene al aplicar un campo eléctrico de
una intensidad de forma que se ioniza el gas residual en un entorno
en el que se ha creado previamente una condición de vacío o, de
forma equivalente, una presión inferior a la presión
atmosférica.
Esta condición permite la ejecución de
reacciones en un rango de temperatura de 30 a 80ºC que solo son
posibles a presión atmosférica a temperaturas comparables a las
temperaturas de deformación/reblandecimiento de plástico del
material plástico, si no mayores.
Esto se debe al hecho de que la presión muy baja
dentro de la cámara y consiguientemente la convectividad reducida,
permiten que se utilicen las fuentes de calor para vaporizar los
metales incluso del orden de 1000-1500ºC sin dañar
el tanque.
Antes de la metalización, se trata la superficie
externa del tanque para aumentar la adhesión de la subsiguiente
capa conductora. Se bombardea sustancialmente el polímero del
material plástico del tanque con electrones e iones negativos de
gases inertes (por ejemplo, argón, nitrógeno) o gases reactivos (por
ejemplo, oxígeno, óxido de nitrógeno, diversos componentes
fluorados y clorados al igual que aire corriente) para así
activarlo, haciendo que esté disponible para el paso subsiguiente
de metalización por vacío.
Los procesos de deposición de vapor mediante
fenómenos físicos (PVD) son definidos como atómicos, dado que el
material que se va a depositar, en forma de partículas atómicas
obtenidas por vaporización de una fuente sólida (proceso de
sublimación) o líquida (proceso de evaporación), es transportado a
través del plasma.
La condición de vacío asegura que la vía media
libre de las partículas presentes en la misma aumenta hasta un
punto en el que permite que las propias partículas alcancen la
superficie del material plástico del tanque sin que ellas mismas
estén sometidas a colisiones.
Esta particular condición ambiental permite que
las partículas alcancen la superficie del tanque de plástico con
una energía de forma que se modifiquen las características
químicas-físicas del material y, en el subsiguiente
paso de metalización, se deposite el material metálico de manera
uniforme sobre la superficie modificada con anterioridad.
Cuando el vapor del material que va a ser
depositado mezclado con el plasma está en contacto con la parte que
va a ser tratada, se condensa cubriendo toda la superficie de manera
uniforme.
El material que va a ser depositado puede ser un
elemento, (por ejemplo, Al, Ag, Cr), un compuesto (por ejemplo,
SiO_{2}) o una aleación, por ejemplo, acero inoxidable.
Se tienen en cuenta dos procesos PVD en esta
invención, para ser precisos: la evaporización térmica en vacío y
la pulverización catódica por PVD.
La evaporación térmica en vacío, que incluye la
sublimación, es un proceso PVD en el que el material que va a ser
depositado, calentado convenientemente, es vaporizado en un entorno
de vacío elevado, que permite su condensación uniforme sobre la
superficie del tanque que va a ser metalizado.
La pulverización catódica por PVD es un proceso
de deposición de partículas extraídas de un electrodo mediante un
proceso no térmico.
En este caso se extraen los átomos de la
superficie de un electrodo formado del material que va a ser
depositado mediante la transferencia del momento de las partículas
energéticas, normalmente iones acelerados por el efecto de un campo
eléctrico en un plasma, que golpea o bombardea la superficie del
electrodo.
Vale la pena observar que con la evaporación
térmica en vacío, son indispensables cámaras del proceso de mayor
tamaño con respecto a la técnica de pulverización catódica por PVD
dado que, por las razones explicadas anteriormente, es necesario
mantener una distancia sustancial entre el material plástico del
tanque y la fuente de calor.
La pulverización catódica por PVD ofrece la
ventaja de ser capaz de depositar no solo elementos y compuestos
sino también aleaciones, una operación que no es posible llevar a
cabo con la evaporización térmica en vacío dado que habría la
separación de los distintos componentes que forman la aleación para
las temperaturas superiores a la temperatura eutéctica.
Con respecto a la evaporación térmica en vacío,
la pulverización catódica por PVD es un proceso más lento de
deposición pero ofrece una mejor calidad desde el punto de vista de
la uniformidad de la capa depositada y permite la deposición de
aleaciones como el acero inoxidable, de forma que se obtiene una
capa metalizada con una resistencia excelente a los arañazos y con
características excelentes de conductividad eléctrica.
El grosor de la capa metalizada obtenida por
medio de las técnicas PVD es, además, tan pequeño (valores menores
de un micrómetro) que el tanque metalizado mantiene las
características de elasticidad del material plástico del que está
formado, asegurando al mismo tiempo la conductividad eléctrica
requerida.
En efecto, a partir de las pruebas realizadas
sobre el producto final se ha observado que incluso una capa
metálica que tenga un grosor menor a un micrómetro es fácilmente
suficiente como para garantizar la conductividad de la superficie
necesaria para una puesta a tierra rápida de la carga eléctrica.
Se debería observar que la menor cantidad de
material metálico consumido en la deposición con técnicas PVD
permite que se realice un ahorro sustancial en términos de las
materias primas utilizadas, con una clara ventaja económica.
Además, esto permite que se utilicen los metales nobles, como la
plata o incluso el oro, con una alta conductividad eléctrica y
resistencia a la pasivación.
Por último, el ritmo de deposición del material
metálico se puede determinar y controlar, de lo que se deriva la
ventaja de ser capaz de definir con la máxima precisión el grosor
final de la capa metalizada.
Las características y ventajas adicionales de la
invención se volverán más claras a partir de la siguiente
descripción de una realización preferida, dada de forma no limitante
haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
la figura 1 representa una vista esquemática de
un contenedor que comprende un tanque metalizado conforme al
procedimiento de la presente invención;
la figura 2 representa una vista de corte
transversal de una porción de la pared del tanque metalizado de la
figura 1;
la figura 3 representa una vista esquemática de
un aparato para tratar, conforme al procedimiento de la invención,
la superficie de un tanque de plástico para así obtener el tanque
metalizado de la figura 1;
la figura 4 representa una vista de corte
transversal esquemática de un detalle del aparato de la figura
3;
la figura 5 representa una vista de corte
transversal esquemática de un detalle del aparato de la figura 3
conforme a una realización distinta.
Haciendo referencia a las figuras adjuntas, con
C se indica un contenedor en su conjunto para transportar
sustancias, en esta caso específico un líquido, previsto también
para ser utilizado en entornos de alto riesgo de explosión.
El contenedor C comprende un tanque 1 alojado en
un recipiente metálico 2 y soportado por una paleta 3, en el
ejemplo, una paleta de tamaño estándar.
El tanque 1 es un cuadrado paralelepípedo con
esquinas redondeadas y está hecho de un material plástico a través
de los procedimientos habituales de extrusión por soplado o de
conformación rotativa y está luego metalizado con el procedimiento
de la presente invención conforme a la reivindicación 1.
El material extrudido por soplado o conformado
rotativamente puede, en una realización preferida, ser de
polietileno de alta densidad (HDPE) que tiene las mismas
características químicas-físicas que el polietileno
pero con una mayor resistencia de la estructura final del
tanque.
La paleta 3 puede estar hecha de material
metálico o de material aislante, por ejemplo, madera o plástico. En
el ejemplo de la figura 1, la paleta 3 está hecha de un material
metálico.
En el caso en el que la paleta 3 esté hecha
también de material plástico, dicha paleta puede ser metalizada al
vacío con el mismo procedimiento de metalización como el que se
describe de ahora en adelante para la metalización de un tanque 50
de plástico.
Para la puesta a tierra de la paleta 3, o de una
paleta de plástico metalizada, se suministra un conductor trenzado
5 para la conexión entre la paleta 3 y una toma 6 de tierra, dado
que la conexión eléctrica entre la paleta 3 y el recipiente
metálico 2 está garantizada mediante el contacto mecánico.
En el caso en el que la paleta esté fabricada de
madera es necesario proporcionar un conductor trenzado para la
conexión eléctrica del recipiente metálico con tierra. Durante el
transporte se puede reemplazar la tierra 6 con la estructura
metálica del equipo mecánico que transporta el contenedor o mediante
otros medios que están en cualquiera caso conectados a tierra.
El tanque 1 está provisto de aberturas para
cargar 8 y descargar 9 el material, equipadas cada una con sendas
uniones roscadas 10 y 11 de tubería. En la unión 10 de tubería de
carga se enrosca una tapa 7 roscada internamente, que, en el caso
de que esté hecha de material plástico, de manera ventajosa puede
estar metalizada en su exterior mediante los procedimientos de la
presente invención o mediante otros. En el ejemplo de la figura 1,
la tapa 7 está hecha de material metálico.
En la unión 11 de tubería de descarga se enrosca
una válvula 12 de descarga, a través de la cual es posible
controlar el caudal saliente del líquido del tanque 1. La conexión
entre el recipiente metalizado 2 y la tapa 7 de carga puede
realizarse a través de una cadena metálica 40.
Esto permite que la posible electricidad
estática acumulada en la tapa 7 sea puesta a tierra y permite que
el operación de carga sea fácil, exonerando al usuario de tener que
llevar a cabo cualquier acción sobre la tapa que no sea la
operación de enroscar/desenroscar.
La válvula 12 de descarga puede estar hecha de
material metálico o de material aislante, por ejemplo plástico. En
el ejemplo de la figura 1, la válvula 12 está hecha de material
metálico.
En el caso de que la válvula 12 esté hecha de
material plástico, puede ser metalizada de manera ventajosa en un
vacío con el mismo procedimiento de metalización con el que está
metalizado el tanque 50.
Para la conexión eléctrica entre el recipiente
metálico 2 y la válvula 12 de descarga es posible de la misma
manera utilizar una cadena o un conductor trenzado 41.
Se crea una vía eléctrica continua desde la
válvula 12 de descarga, desde la tapa 7 de carga y desde el tanque
1, a través del recipiente metálico 2, hacia la tierra 6.
El conductor trenzado 5 puede ser reemplazado
por vástagos conductores, cadenas o similares.
El recipiente metálico 2 está fijado a la paleta
3 por medios adecuados, no representados en las figuras, por
ejemplo mediante tiras de chapa metálica dobladas con forma de U que
se extienden alrededor del segmento periférico del recipiente
metálico y fijadas a la paleta por medio de tornillos o
similares.
Haciendo referencia a la figura 2, la pared del
tanque 1 vista en una vista de corte transversal tiene una capa
base 13 de material plástico cuya superficie externa, o sea, la
superficie de la capa que mira hacia el exterior del tanque, ha
sido modificada a través del tratamiento de plasma de forma que se
define una capa superficial 14 limpia y excitada para así tener una
mejor humectabilidad y una mejor adhesión de la capa metálica
propiamente dicha.
Además, la pared del tanque 1 comprende una capa
15 de material metálico asociada en superposición con la capa
superficial 14 mencionada anteriormente a través de la deposición
con una técnica de vacío de PVD (Deposición del Vapor Físico).
De manera ventajosa, la capa 15 de material
metálico está dispuesta en contacto con el recipiente metálico 2,
de forma que toda la superficie externa del tanque 1 es
necesariamente equipotencial con el recipiente 2.
Haciendo referencia en particular a las figuras
3 a 5, se describe de ahora en adelante el procedimiento para
tratar un tanque 50 de plástico, para así obtener el tanque 1. Dicho
procedimiento se lleva a cabo a través de un aparato indicado en su
conjunto como 51.
Como se puede ver en la figura 3, el aparato 51,
en sus partes esenciales, comprende:
- -
- una cámara para los procesos 20 de vacío,
- -
- un grupo 21 de bombeo para evacuar el aire de la cámara 20,
- -
- un sistema 22 para suministrar y controlar el flujo de gas,
- -
- un sistema 24 de suministro de corriente eléctrica para los electrodos 25 colocado en la cámara 20 (fig. 4).
La cámara 20 está provista de una ventana 28
para el control visual del plasma y del paso de evaporación del
metal y está controlada, en la fase de pruebas, con un espectrómetro
de masa de helio para garantizar su perfecta estanqueidad y
hermeticidad en condiciones de un vacío menor del de las condiciones
reales de trabajo.
La cámara 20 está provista de una abertura que
permite un acceso completo al interior de la cámara 20 y con la que
está asociada una puerta 29 de cierre hermético para cerrarla.
Haciendo referencia a la figura 4, la cámara 20
comprende:
- -
- uno o más electrodos; en el ejemplo hay dos en número y están indicados con el 25,
- -
- una toma y un grupo móvil 26 que comprenden pinzas 31 para levantar el tanque 50 para ser metalizado y medios de actuación para mover las pinzas 31 dentro de la cámara 20.
Dentro de la cámara 20 se define una zona de
proceso que incluye los electrodos 25 adecuados para generar un
campo eléctrico suficiente para sostener el plasma.
Los electrodos 25, o cátodos, están dispuestos
dentro de la cámara 20 de forma que se adhieren a las paredes. Los
electrodos 25, son normalmente placas metálicas, hechas
preferiblemente de acero inoxidable, aluminio o titanio, a las que
se aplica un suministro de corriente eléctrica de CC (corriente
continua) o RF (radiofrecuencia), por ejemplo, una frecuencia de
13,56 MHz o de 2,45 GHz, a través de la fuente 24 de suministro
eléctrico (fig. 3).
La metalización de la superficie externa del
tanque 50 se lleva a cabo en la cámara 20 al llevar a cabo los
pasos listados de ahora en adelante.
En un primer paso se coloca el tanque 50 de
plástico en la cámara 20 de forma que es sujetado y soportado por
las pinzas 31 insertadas dentro de la unión 10 de tubería de carga,
siempre que la unión 11 de tubería de descarga esté cerrada con
medios adecuados para permitir el paso del gas, aire en el ejemplo,
y no de las moléculas
metálicas.
metálicas.
En el ejemplo, los medios mencionados
anteriormente comprenden una membrana 30 cuyas características son
tales que permite el paso de aire y para evitar la entrada de
vapores de metal dentro del tanque 50. Esto se obtiene, por ejemplo
y no para fines limitantes, con muchos diafragmas con perforaciones
no alineadas de manera que se forma un laberinto.
El paso de aire es esencial en el paso de la
evacuación del aire dentro de la cámara 20 y, por lo tanto, de la
que está dentro del tanque 50.
También es importante evitar la entrada dentro
del tanque 50 de las partículas de metal durante el paso de la
metalización. En efecto, dichas partículas, que se depositan en el
interior del tanque fijándose a sus paredes, estarían
peligrosamente en contacto con el producto, por ejemplo, un ácido,
para cuyo transporte está concebido el tanque.
De manera alternativa, las pinzas 31 pueden
estar insertadas en la unión 11 de tubería de descarga, siempre que
la unión 10 de tubería de carga esté cerrada por medio de una
membrana.
El proceso de metalización consiste en:
- -
- un primer paso de un tratamiento previo de plasma del tanque 50, teniendo la tarea de limpiar y modificar/activar (ataque químico) una capa 14 de la superficie de la capa base 13 de la que consiste el tanque 50 y
- -
- un segundo paso de deposición a través de una deposición con una técnica de vacío de PVD de una capa 15 de material metálico sobre la capa 14 de la superficie modificada/activada.
Para llevar a cabo el proceso de metalización es
necesario insertar el tanque 50 en la cámara 20 y fijarlo por medio
de unión 10 de tubería de carga a las pinzas 31.
Después de haber cerrado la puerta 29 de cierre
hermético, se accionan las bombas rotatorias 32 mecánicas del grupo
21 de bombeo hasta que se produce un vacío previo menor que un valor
del orden de 10^{-1} milibares.
Las bombas rotatorias 32 mecánicas tienen una
capacidad de succión de forma que producen una presión dentro de la
cámara de un valor entre 10^{-1} y 10^{-2} milibares, en un
espacio de tiempo variable conforme al tamaño de la cámara 20, como
una indicación en un espacio de tiempo de 2-3
minutos.
Es necesario el sistema 22 para suministrar y
controlar el flujo de gas para establecer el valor de la presión
dentro de la cámara 20 de forma automática y precisa, proporcionando
un flujo de gas que entra dentro de la cámara, en particular para
reestablecer la presión atmosférica al final del proceso, por
ejemplo, por medio de válvulas 34 de aguja, que pueden ser
reemplazadas con válvulas de cierre hermético equivalentes.
Los electrodos 25 excita eléctricamente el gas
residual contenido en la cámara 20, incluso añadido a través del
sistema 22, ionizándolo parcialmente y sosteniendo el plasma.
Entonces se aplica electricidad de CC o RF a los
cátodos 25 adecuado para suministrar el plasma, en las condiciones
de presión mencionadas anteriormente, con suficiente energía para
modificar las características químicas-físicas de
la superficie externa de la capa base 13, rompiendo el enlace de
carbono del polímero del que está hecho.
Como consecuencia, se mejora la humectabilidad
de la superficie externa de la capa base 13, o sea se proporciona
una capa superficial 14 modificada, limpiada y excitada para una
mejor adhesión de las partículas de metal.
Así, el resultado del tratamiento de plasma es
la formación de nuevos grupos funcionales en la superficie externa
de la capa base 13 del tanque 50.
Dado que la energía del plasma no es suficiente
para penetrar profundamente en la capa base 13, solo se modifican
las capas moleculares externas, produciendo de esta manera la capa
14 de la superficie. Las propiedades de la parte restante de la
capa base 13 permanecen sin cambios.
Preferiblemente, durante el paso de la
activación de la capa base 13 del tanque 50, la toma y el grupo
móvil 26 se ocupan del desplazamiento de las pinzas 31 con respecto
a la cámara 20. Esto determina un desplazamiento correspondiente
del tanque 50, con una mejora en la uniformidad de la capa 14 de la
superficie activada/excitada que se está acumulando.
Según cambian el tamaño y la presión de trabajo
de la cámara 20 y la disposición de los electrodos 25, la
electricidad de CC o RF necesaria para el paso del tratamiento de
plasma cambia. La operación de excitación de la capa base 13, con
la formación de una capa 14 de la superficie, es, además, utilizada
para limpiar la superficie externa de la capa base 13 de posibles
impurezas orgánicas que podrían reducir la eficiencia del proceso
de metalización y la adhesión de la capa de material metálico 15. La
capa 14 de la superficie mencionada anteriormente, sobre la que se
deposita luego el vapor de metal, debe ser entendida como una capa
intermedia con distintas características de las del material
plástico del que está hecho el tanque 50.
Después de completarse el paso de limpieza y
mordentado del plasma, se corta el plasma interrumpiendo el
suministro a los electrodos 25 y se prosigue con el proceso de
metalización.
En primer lugar, se accionan las bombas 33 de
difusión que producen un vacío elevado del orden de 10^{-3}
milibares o menor, preferiblemente del orden de 10^{-5}
milibares.
Las bombas 33 de difusión tienen una capacidad
de succión de forma que producen, en un espacio de tiempo variable
conforme al tamaño de la cámara 20, una presión dentro de la cámara
20 de un valor entre 10^{-3} y
10^{-7} milibares.
10^{-7} milibares.
Una vez se ha alcanzado el valor de presión
óptima dentro de la cámara 20, incluso actuando sobre la válvula 34
para incrementar la presión en el caso de que la presión en la
cámara 20 sea demasiado bajo, se reactivan los electrodos 25 de
forma que se determina una nueva condición ambiental del plasma
dentro de la cámara 20.
Preferiblemente, durante el paso de la
metalización del tanque 50, la toma y el grupo móvil 26 se ocupan de
mover las tenazas 31 con respecto a la cámara 20. Esto determina un
movimiento correspondiente del tanque 50, con una mejora en la
uniformidad de la capa de material metálico 15 que se está
acumulando.
La cámara 20 ilustrada en la figura 4 está
recomendada en particular para la deposición con la técnica de
pulverización catódica por PVD (pulverización catódica) por medio de
la que es posible depositar cualquier material, elemento, compuesto
o aleación.
En el ejemplo, la fuente de pulverización
catódica por PVD se realiza en los electrodos 25 previstos para
sostener el plasma.
No obstante, es posible proporcionar diferentes
electrodos previstos específicamente para el tratamiento de la capa
base 13 y para la metalización subsiguiente.
El valor de la presión inferior a la utilizada
para llevar a cabo el mordentado determina la formación de un
plasma más energético, capaz de extraer las partículas de metal de
la fuente de pulverización catódica por PVD.
La pulverización catódica por PVD, como se ha
indicado anteriormente, está recomendado en particular para la
deposición de capas de acero inoxidable y de cromo.
El vacío elevado dentro de la cámara 20 y el
tratamiento de plasma descrito anteriormente, a los que está
sometida la capa base 13 antes del paso de metalización por vacío,
aseguran una distribución uniforme y una adhesión perfecta a la
superficie 14 de las partículas de metal extraídas de la fuente de
pulverización catódica por PVD con la formación de la capa de
material metálico 15.
La figura 5 hace referencia a una realización
distinta de la cámara 20, adecuada para ser utilizada en el caso de
una técnica de deposición de PVD mediante evaporación térmica de
vacío elevado. En este caso, una vez se ha completado el paso de
limpieza y mordentado del plasma, se corta el plasma y no se
reactiva de nuevo y se procede con el proceso de metalización.
La cámara 20 comprende una fuente de calor,
indicada mediante el 36, sobre la que se dispone el metal 35 que va
a ser vaporizado.
De manera ventajosa, la fuente 36 es un
filamento de tungsteno, o sea, el metal con el punto más elevado de
fundición, 3283ºK para ser precisos, a presión atmosférica.
\newpage
De manera alternativa, el filamento de tungsteno
puede ser reemplazado por otro elemento con una forma distinta, por
ejemplo, una espiral, realizada con un material distinto siempre que
sea capaz de calentarse sin fundirse hasta una temperatura
suficiente como para vaporizar el metal 35 dispuesto sobre el
mismo.
El proceso de vaporización considerado más
arriba también se define como sublimación, o sea, el paso inmediato
de estado sólido a estado gaseoso. El metal 35 vaporizado por la
fuente 36 de calor, transformado en partículas de metal, se
distribuye de manera uniforme en el vacío, depositando mediante la
condensación en la capa 14 de la superficie altamente
receptiva.
Tanto para el proceso de evaporación térmica en
vacío como de pulverización catódica por PVD, al finalizar el
tratamiento de metalización, se inyecta aire en la cámara 20 a
través del sistema 22 que comprende las válvulas 34, para
reestablecer la presión atmosférica, para refrigerar la superficie
del tanque 1 y para permitir que se pueda abrir la puerta 29, para
proceder con la extracción del tanque metalizado 1.
La capa metálica depositada tiene un grosor de
entre 0,01 \mum y 3 \mum, preferiblemente 0,1 \mum, suficiente
para evitar la formación de carga electrostática, siempre que haya
disponible una vía eléctricamente continua a tierra.
Sin afectar el hecho de que lo indicado
anteriormente es una descripción completa de la realización
preferida de la invención, los expertos en la técnica pueden
proponer muchas variantes, modificaciones y equivalentes.
Por lo tanto, se debe comprender que la anterior
descripción es ilustrativa, pero no limitante, del objeto de la
invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Un procedimiento de metalización de un tanque
(50) de plástico con al menos una abertura (8), que comprende los
pasos de:
- -
- preparar una cámara para los procesos (20) de vacío;
- -
- introducir dicho tanque (5) de plástico dentro de dicha cámara (20);
- -
- crear un vacío previo en dicha cámara (20);
- -
- someter al gas dentro de dicha cámara (20) a un campo eléctrico, de forma que se genere un plasma adecuado para formar, en la superficie externa de dicho tanque (50), una capa superficial (14) modificada con una humectabilidad mejorada;
- -
- crear un vacío elevado en dicha cámara (20);
- -
- llevar a cabo, con la técnica de vacío de PVD (Deposición del Vapor Físico), la deposición de una capa de material metálico (15) conductor superponiendo dicha capa (14) de la superficie del tanque (50) para obtener un tanque (1) metalizado en su exterior, y
- -
- reestablecer la presión atmosférica en dicha cámara (20).
2. Un procedimiento de metalización de una
paleta de plástico, que comprende los pasos de:
- -
- preparar una cámara para los procesos (20) de vacío;
- -
- introducir dicha paleta (5) de plástico dentro de dicha cámara (20);
- -
- crear un vacío previo en dicha cámara (20);
- -
- someter al gas dentro de dicha cámara (20) a un campo eléctrico de forma que se genere un plasma adecuado para formar, en la superficie externa de dicha paleta (3), una capa superficial (14) modificada con una humectabilidad mejorada;
- -
- crear un vacío elevado en dicha cámara (20);
- -
- llevar a cabo, con la técnica de vacío de PVD (Deposición del Vapor Físico), la deposición de una capa de material metálico conductor superponiendo dicha capa de la superficie de la paleta para obtener una paleta metalizada en su exterior, y
- -
- reestablecer la presión atmosférica en dicha cámara (20).
3. Un procedimiento conforme a la reivindicación
1 o 2, en el que dicha técnica de vacío de PVD comprende una
evaporación térmica en vacío.
4. Un procedimiento conforme a la reivindicación
1 o 2, en el que dicha técnica de vacío de PVD comprende una
deposición catódica por PVD.
5. Un procedimiento conforme a la reivindicación
3, en el que dichos materiales metálicos conductores están
seleccionados de entre el grupo que comprende Al, Ag, Cr, Au.
6. Un procedimiento conforme a la reivindicación
4, en el que dichos materiales metálicos conductores están
seleccionados de entre el grupo que comprende Cu, Zn, Al, Ag, Cr,
Au, acero o aleaciones metálicas.
7. Un procedimiento conforme a una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que la capa depositada tiene un
grosor de entre 0,01 y 3 \mum.
8. Un procedimiento conforme a una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho vacío previo corresponde
a una presión medida en el interior de dicha cámara (20) del orden
de 10^{-1} milibares o menor.
9. Un procedimiento conforme a una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho vacío elevado
corresponde a una presión medida en el interior de dicha cámara
(20) del orden de 10^{-1} milibares o menor.
10. Un procedimiento conforme a la
reivindicación 2, en el que dicha paleta está provista de al menos
una
abertura.
abertura.
11. Un procedimiento conforme a la
reivindicación 1 o 10, en el que dicha al menos una abertura está
cerrada por medios (30) adecuados para permitir el paso de gas y
para evitar el paso de moléculas metálicas.
12. Un procedimiento conforme a la
reivindicación 11, en el que dichos medios (30) comprenden una
membrana de laberinto.
13. Un procedimiento conforme a la
reivindicación 1, en el que se desplaza dicho tanque (50) en la
cámara (20) durante dicho paso de deposición con la técnica de
vacío de PVD.
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