Revestimento condutor em plástico: um guia prático para materiais, adesão e testes

O plástico é o material que a maioria dos designers procura quando precisam de algo leve, resistente e barato para moldar, e também é, por natureza, um isolante. A carga estática se acumula na superfície, a poeira gruda nela e a interferência eletromagnética passa através de um invólucro de plástico como se a parede não existisse. Um revestimento condutor em plástico é a resposta usual, mas só funciona bem quando é escolhido pelo polímero subjacente, e não pelo valor de condutividade impresso em uma folha de dados.

Depois de mais de uma década desenvolvendo líquidos iônicos e aditivos funcionais para aplicações em polímeros e eletrônica, observamos a repetição do mesmo padrão: a química raramente é o ponto fraco. A adesão, o pré-tratamento, o controle de cura e a forma como uma peça revestida é finalmente aterrada decidem se o projeto se manterá em campo.

Por que vale o esforço um revestimento condutor em plástico

Em uma peça metálica, a condutividade é uma propriedade do material a granel. Numa peça plástica é algo adicionado à superfície, e essa diferença molda toda a tarefa de engenharia. Três requisitos orientam a maioria dos projetos:

• Controle estático. O manuseio de bandejas, suportes de fita e filmes de embalagem precisam de um caminho controlado até o aterramento, para que a carga não se acumule e seja descarregada em componentes eletrônicos sensíveis.
• Blindagem eletromagnética. Uma camada condutora em um invólucro atenua a interferência que entra e sai do invólucro, razão pela qual o plástico revestido continua comum em instrumentação e hardware de comunicação.
• Circuitos funcionais. Interruptores de membrana, superfícies de toque e antenas impressas usam tintas condutoras para transportar pequenas correntes através de um filme flexível.

O desempenho é normalmente expresso como resistividade superficial em ohms por quadrado: aproximadamente 10 ⁴ para 10 ⁶ ohms/quadrado é condutor, 10 ⁶ para 10 ⁹ dissipativo e 10 ⁹ para 10 ¹² antiestático, enquanto a blindagem geralmente exige 10 ⁰ para 10 ² ohms/quadrado. Saber qual banda seu produto realmente precisa economiza dinheiro, já que um revestimento cheio de carbono geralmente faz o trabalho de um prateado por uma fração do custo.

Como os revestimentos condutores realmente funcionam em um polímero

Um revestimento é uma película fina e não uma placa metálica. É um aglutinante, geralmente acrílico, epóxi, poliuretano ou uma resina à base de água, que carrega algo condutor.

Sistemas baseados em preenchimento

Negro de fumo, grafite, flocos de prata, níquel e cobre revestido de prata funcionam da mesma maneira: acima de uma determinada carga, as partículas se tocam e formam uma rede através do filme seco. Abaixo desse limite, a resistência aumenta acentuadamente, e é por isso que a carga de enchimento, o tempo de mistura, a espessura do filme e o cronograma de cura são tão importantes. Um filme ligeiramente preenchido ou pulverizado de forma irregular pode ler megohms onde a especificação prometia quilo-ohms.

Sistemas Iônicos e Intrinsecamente Condutivos

Líquidos iônicos, sais de amônio quaternário e produtos químicos relacionados movem íons em vez de elétrons, proporcionando uma dissipação suave e dependente da umidade, adequada para filmes antiestáticos. Polímeros condutores como PEDOT:PSS formam uma estrutura conjugada que transporta elétrons e pode ser revestida com espessura suficiente para permanecer opticamente transparente. Ambas as rotas são atraentes onde a transparência, a flexibilidade ou o baixo carregamento de partículas são importantes, e ambas precisam de um controle de umidade mais rígido do que um filme preenchido com metal.

Comparando as rotas de revestimento comuns

Trate os números abaixo como pontos de partida para seus próprios testes, e não como valores garantidos.

A adesão é onde a maioria dos projetos falha

Os plásticos não são metais. O polipropileno e o polietileno não tratados ficam próximos a 30 mN/m de energia superficial, enquanto a maioria dos ligantes de revestimento precisam de um substrato acima de aproximadamente 38 a 42 mN/m antes de molharem e se unirem adequadamente. ABS, policarbonato e poliamida são mais amigáveis, mas ainda chegam com desmoldantes, poeira e contaminação de manuseio.

O pré-tratamento é a resposta prática. O tratamento por plasma e corona aumenta a energia superficial e adiciona grupos polares, o tratamento por chama faz o mesmo para muitas poliolefinas e os primers servem onde o equipamento não está disponível. Cubra dentro da janela de ativação, porque as superfícies tratadas voltam ao seu estado original em horas ou dias.

Dois outros modos de falha merecem atenção. Os revestimentos à base de solvente podem quebrar sob tensão as misturas de policarbonato, portanto, a escolha do solvente precisa de testes em peças reais, e os sistemas curados por calor podem deformar molduras de paredes finas, razão pela qual os revestimentos de baixa temperatura e de cura por UV são frequentemente escolhidos para PVC e PET.

Uma sequência prática de aplicação

Passando da amostra para a produção, esse pedido reduz ao mínimo as surpresas.

1. Confirme o grau do polímero e meça sua energia superficial antes de solicitar qualquer revestimento.
2. Limpe as peças para remover agentes desmoldantes, óleos e poeira e manuseie-as com luvas.
3. Pré-tratamento por plasma, corona ou chama e registre os parâmetros para que possam ser repetidos.
4. Cubra as aberturas dos conectores, as saliências dos parafusos e os contatos de aterramento e verifique se o mascaramento sobrevive ao spray.
5. Aplique passagens finas e sobrepostas a uma distância consistente, em vez de uma camada pesada.
6. Cura de acordo com o sistema aglutinante, uma vez que a condutividade em filmes à base de carga geralmente melhora à medida que o filme seca.
7. Teste as primeiras peças de produção quanto à resistividade, adesão e espessura antes de executar o lote.
8. Dê a cada parte blindada um caminho de aterramento definido, porque um filme condutor não aterrado faz muito pouco.

O que medir antes de aumentar a escala

É fácil medir a condutividade em uma amostra fresca e parar por aí. É mais útil saber como o revestimento se comporta em serviço.

• Resistividade superficial, medida em temperatura e umidade controladas com uma sonda paralela, em peças e não apenas em cupons planos.
• Adesão, utilizando um teste de fita hachurada na face revestida e nas bordas cortadas após o revestimento.
• Espessura do filme seco, rastreada ao longo da peça para que cantos grossos e reentrâncias finas sejam capturados.
• Umidade e ciclos térmicos, que expõem os sistemas iônicos à umidade e os sistemas de enchimento ao estresse da interface.
• Testes de abrasão e flexão para filmes que serão manuseados, enrolados ou dobrados durante a montagem.
• Eficácia da blindagem em um invólucro montado, porque costuras, lacunas e pontos de fixação não revestidos limitam o desempenho com mais frequência do que o próprio filme.

Combinando a rota com a peça

A escolha certa geralmente depende da geometria e do ambiente. Painéis e bandejas grandes e simples são adequados para revestimentos cheios de carbono que pulverizam rapidamente. Caixas com reentrâncias profundas e nervuras internas podem precisar de um enchimento condutivo na resina ou de um processo a vácuo, porque uma pistola de pulverização não consegue alcançar todos os lugares. As janelas transparentes apontam para polímeros condutores ou sistemas antiestáticos iônicos que permanecem transparentes, e as peças expostas a solventes ou névoa salina precisam que o comportamento de corrosão dos sistemas cheios de metal seja revisado o mais cedo possível, e não tarde.

O custo pertence à mesma conversa. O custo total por peça aceitável é uma comparação mais honesta do que o preço por litro de revestimento.

Ao compor o revestimento Beats

Nem todo problema estático precisa de uma etapa de revestimento. Uma química antiestática pode ser composta na resina para que a moldagem acabada dissipe a carga sem operação secundária. Essa abordagem atinge superfícies internas, sobrevive à limpeza e ao manuseio e remove totalmente a máscara, razão pela qual é popular em caixas de transporte, filmes e molduras complexas.

Se você está avaliando essa rota, nossa visão geral de agentes antiestáticos para plásticos, têxteis, eletrônicos e fitas explica onde os aditivos compostos ganham seu lugar e onde um revestimento ainda funciona melhor.

As compensações são compatibilidade e permanência. Um aditivo deve dispersar-se de forma limpa, não deve descolorir ou fragilizar o polímero e deve permanecer na peça em vez de migrar para a superfície e ser removido.

Escolhendo a química por trás do aditivo

Os líquidos iônicos são um kit de ferramentas prático aqui porque o cátion e o ânion podem ser selecionados quase independentemente. Um cátion de amônio quaternário emparelhado com um ânion fluorado, por exemplo, dá um sal termicamente estável, essencialmente não volátil, que se mistura em um polímero ou revestimento sem o odor e a evaporação que os surfactantes antiestáticos convencionais trazem.

Líquido iônico de amônio quaternário de tetrafluoroborato de tetraetilamônio Tetrafluoroborato de tetraetilamônio com 99% de pureza, CAS 429-06-1, um líquido iônico de amônio quaternário para catálise, eletrólitos e aplicações de aditivos industriais. Ver Produto →

A estrutura também rege os detalhes. Cadeias alquílicas mais longas e ânions maiores tendem a amolecer o filme e retardar o movimento dos íons, enquanto ânions menores e mais polares aumentam a condutividade e a sensibilidade à umidade. Líquidos iônicos à base de hidroxila e éter são frequentemente escolhidos quando a compatibilidade com uma resina polar ou um revestimento à base de água é importante. Defina primeiro a banda de resistividade, a temperatura de processamento e o regime de limpeza e depois deixe a química seguir.

Nas formulações de revestimentos e filmes, os aditivos iônicos são geralmente uma pequena fração da mistura, geralmente em torno de um a cinco por cento do peso do filme seco, ajustados para cima apenas até que a resistividade desejada seja alcançada.

Mantendo um projeto no caminho certo

Um revestimento condutor em plástico é um sistema e não um produto. Polímero, pré-tratamento, química, cura e aterramento têm que concordar entre si, e uma fraqueza em qualquer um deles se mostra como um fracasso no campo.

A disciplina que funciona não tem glamour: medir a energia superficial antes de escolher um revestimento, testar a adesão antes de aumentar a escala e verificar o desempenho após a umidade e o ciclo térmico, e não apenas no dia em que as peças foram fabricadas.

Se você quiser discutir um substrato específico, alvo de resistividade ou química aditiva, nossa equipe técnica terá prazer em ajudar .