Líquido, en polvo o curado UV: cómo seleccionar un proceso de recubrimiento para plásticos

Líquido, en polvo o curado UV: cómo seleccionar un proceso de recubrimiento para plásticos

Puntos clave

• Los límites de temperatura del sustrato eliminan primero algunas opciones: los ciclos de curado del recubrimiento en polvo superan lo que toleran muchos termoplásticos.
• El curado UV es rápido y de línea de visión; la geometría sombreada requiere otro mecanismo o un curado complementario.
• La contracción por curado somete la interfaz a esfuerzo, y los sistemas de curado más rápido generalmente la someten más.
• Las emisiones y los costos de energía pertenecen a la comparación, no solo el precio del recubrimiento por pieza.

Seleccionar un proceso de recubrimiento para un componente plástico suele presentarse como una elección entre materiales de recubrimiento. Es más útil plantearla como una elección entre mecanismos de curado, porque el curado es lo que impone las restricciones: temperatura, geometría, velocidad y el esfuerzo que el recubrimiento transmite a la pieza al endurecer.

La temperatura del sustrato elimina primero algunas opciones

Antes de cualquier análisis de desempeño, la tolerancia al calor del sustrato reduce el abanico de opciones.

El recubrimiento en polvo convencional se cura a temperaturas muy superiores a las que resisten los termoplásticos de uso general. El polipropileno, el ABS, el polietileno y la mayoría de los termoplásticos de ingeniería se deforman mucho antes de que termine un ciclo estándar de recubrimiento en polvo. Eso limita el polvo convencional sobre plásticos a los materiales de ingeniería de alta temperatura, los termofijos y los compuestos, y aun así la pieza debe tolerar el curado completo sin cambio dimensional.

Los sistemas de polvo de baja temperatura y de curado UV amplían considerablemente el intervalo, pues curan a temperaturas que muchos termoplásticos aceptan, y conservan las ventajas del polvo: emisiones muy bajas y alto aprovechamiento del material. Siguen siendo especializados, con una base de proveedores más reducida y menos opciones de formulación que los sistemas líquidos.

Los recubrimientos líquidos, ya sean base solvente, base agua o de curado UV, generalmente operan dentro de los límites de los termoplásticos, razón por la cual dominan el recubrimiento de plásticos.

El mecanismo de curado determina la tolerancia a la geometría

El curado térmico (evaporación del solvente, entrecruzamiento con calor o curado químico a temperatura ambiente) llega a donde llegó el recubrimiento. La geometría no lo limita más allá de la capacidad de aplicar el recubrimiento en primer lugar.

El curado ultravioleta es de línea de visión. Donde la luz no llega, el recubrimiento no cura, y una capa sin curar bajo una superficie curada es la falla clásica del UV: la pieza parece seca, la adhesión es deficiente y el material residual sigue cambiando durante días. La geometría compleja requiere varias posiciones de lámpara, rotación de la pieza o una formulación de doble curado con un mecanismo secundario térmico o por humedad que complete las zonas sombreadas.

Esta es la razón más común por la que las pruebas de recubrimiento UV tienen éxito en muestras planas y fallan en piezas de producción, y es totalmente predecible a partir de la geometría de la pieza en la etapa de evaluación.

El esfuerzo por contracción es una restricción real

Todo recubrimiento se contrae al curar o secar, y una película adherida a un sustrato transmite esa contracción como esfuerzo de tensión tanto a la interfaz como a la superficie del sustrato.

Los sistemas UV desarrollan ese esfuerzo rápidamente porque curan en segundos, lo que los hace más propensos a provocar el levantamiento de bordes en una unión marginal. En sustratos susceptibles al agrietamiento por esfuerzo ambiental (en particular policarbonato y acrílico), la combinación del esfuerzo por contracción y el solvente o monómero residual puede iniciar microfisuras (crazing) que aparecen días después del recubrimiento.

Las películas más gruesas se contraen más en términos absolutos, por lo que conviene considerar explícitamente la interacción entre el espesor de película requerido y el mecanismo de curado, en lugar de tratar el espesor solo como una cuestión de cobertura.

La comparación práctica

El líquido base solvente sigue siendo la opción más flexible: amplia variedad de formulaciones, buena humectación en sustratos difíciles, aplicación tolerante y soporte maduro de proveedores. Sus costos son el control de emisiones, el manejo y almacenamiento de solventes, la energía de secado y el espacio en planta para el oreo y los hornos, además del riesgo de agrietamiento por esfuerzo que el solvente conlleva en sustratos susceptibles.

El líquido base agua reduce sustancialmente las emisiones y simplifica el cumplimiento y el manejo. El desempeño es comparable en muchas aplicaciones. Es más sensible a la humedad y la temperatura ambiente durante la aplicación y el oreo, y el secado es más lento y más intensivo en energía que la evaporación de solventes.

El líquido de curado UV es rápido, compacto y esencialmente libre de emisiones, con excelente dureza y resistencia química gracias a una película muy entrecruzada. Sus restricciones son el curado de línea de visión, el esfuerzo por contracción y los límites de espesor de película que impone la atenuación de la luz a través de capas pigmentadas.

El polvo, cuando el sustrato lo permite, ofrece un aprovechamiento del material muy alto, ausencia de solvente, películas gruesas de una sola capa y excelente durabilidad. Su restricción en plásticos es la temperatura, además de la necesidad de una superficie conductora o de un proceso adaptado a sustratos no conductores.

Costos que quedan fuera del precio del recubrimiento

Las comparaciones basadas en el costo por litro o por pieza producen habitualmente la respuesta equivocada, porque los costos de proceso difieren más que los de los materiales.

Los sistemas con solvente implican equipo de control de emisiones, permisos, compra y disposición de solventes y la energía para operar los hornos. Los sistemas base agua implican energía de secado y control de clima durante la aplicación. Los sistemas UV implican reemplazo de lámparas y carga eléctrica, pero muy poco más. El polvo implica energía de horno y un sistema de recuperación que devuelve al uso la mayor parte del exceso de aplicación (overspray).

La eficiencia de transferencia varía ampliamente entre los métodos de aplicación y afecta de forma importante el consumo de material. Las tasas de retrabajo y de desecho difieren según el proceso, y un sistema con una ventana de aplicación estrecha genera más de ambos. El espacio en planta y el trabajo en proceso difieren en un orden de magnitud entre una línea UV que cura en segundos y una línea con solvente que requiere un túnel de oreo y un horno de horneado.

Una secuencia de selección

El orden eficiente es: establecer la tolerancia de temperatura del sustrato y eliminar lo que esta descarta; evaluar si la geometría permite el curado de línea de visión; definir el requisito de desempeño en términos de la exposición real en servicio; comprobar el requisito de producción y de tiempo de ciclo frente a cada opción restante; y luego comparar el costo total, incluidas emisiones, energía, espacio y retrabajo esperado.

Esta secuencia suele dejar una o dos opciones viables, y entonces las pruebas con piezas reales (incluida la geometría complicada, en el material de producción) lo deciden. Las pruebas en placas planas no resuelven nada y son la razón por la que las selecciones de recubrimiento se revisan con tanta frecuencia después de la instalación.

El método de aplicación interactúa con la elección del curado

El mecanismo de curado reduce las opciones; el método de aplicación determina si el sistema elegido realmente puede depositarse de forma consistente sobre la pieza.

El rociado convencional y HVLP maneja casi cualquier geometría y ofrece una eficiencia de transferencia modesta, con un exceso de aplicación que debe capturarse. La aplicación electrostática mejora sustancialmente la eficiencia de transferencia, pero necesita una trayectoria conductora, que en plásticos significa un imprimante conductor o un tratamiento de superficie que haga a la pieza susceptible de carga: un paso adicional que debe incluirse en la comparación. El recubrimiento por flujo y por cortina es adecuado para piezas planas o sencillas con alto volumen de producción. El recubrimiento por inmersión cubre por completo la geometría compleja y da un control limitado de la distribución del espesor de película, con marcas de escurrimiento como problema recurrente.

Cada método tiene una ventana de viscosidad y de sólidos, que restringe la formulación, la cual a su vez interactúa con el mecanismo de curado. Un sistema UV formulado para recubrimiento por cortina no es directamente utilizable en una cabina de rociado electrostático. Definir el método de aplicación junto con el mecanismo de curado, y no después, evita seleccionar un recubrimiento que no se puede aplicar como la línea necesita aplicarlo.

Lecturas relacionadas

• Recubrimientos industriales
• Adhesión de recubrimientos en poliolefinas
• Avances en el curado con UV-LED
• Especificaciones de recubrimiento para interiores y exteriores
• Fallas en recubrimientos de tacto suave (soft-touch)

¿Necesita ayuda con este tema?

The Sabreen Group ofrece apoyo de ingeniería independiente para la selección de procesos de recubrimiento, el diseño de líneas y la calificación de componentes plásticos. Nuestro equipo de servicios de ingeniería trabaja con fabricantes en desarrollo de procesos, calificación de materiales y resolución de problemas en producción. Contáctenos para analizar su aplicación.

Preguntas frecuentes

¿Se pueden recubrir plásticos con pintura en polvo?

Algunos sí. El recubrimiento en polvo convencional requiere temperaturas de curado que exceden la temperatura de deflexión térmica de la mayoría de los termoplásticos de uso general, por lo que se limita a plásticos de ingeniería de alta temperatura, termofijos y compuestos. Los sistemas de polvo de baja temperatura y de curado UV amplían el intervalo, pero siguen siendo una vía especializada y no la opción predeterminada.

¿Qué limita a los recubrimientos de curado UV?

La línea de visión. El curado ultravioleta ocurre donde llega la luz, por lo que los huecos, las contrasalidas y las zonas sombreadas curan mal o no curan. La geometría compleja requiere varias posiciones de lámpara, rotación de la pieza o una formulación de doble curado que se complete químicamente en las zonas sombreadas.

¿Por qué importa la contracción por curado?

Porque un recubrimiento que se contrae mientras está adherido a un sustrato transmite esa contracción como esfuerzo a la interfaz y a la superficie del sustrato. Los sistemas de curado rápido, en particular los UV, desarrollan el esfuerzo con rapidez, lo que puede causar el levantamiento de bordes en uniones marginales y el agrietamiento por esfuerzo en sustratos susceptibles como el policarbonato.

¿Cómo se comparan los sistemas base agua con los base solvente?

Los sistemas base agua reducen sustancialmente las emisiones de solvente y la carga de manejo y cumplimiento asociada, y las formulaciones modernas tienen un desempeño comparable en muchas aplicaciones. Son más sensibles a la humedad y la temperatura ambiente durante la aplicación y el oreo, y el secado generalmente es más lento y más intensivo en energía.

¿Qué debe guiar la selección?

Primero, la tolerancia de temperatura del sustrato, pues elimina opciones de forma categórica. Luego la geometría, ya que determina si el curado de línea de visión es viable. Después el requisito de desempeño, la producción y, por último, el costo total, incluidos el control de emisiones, la energía y el retrabajo, y no solo el precio del recubrimiento.

---