Exploración del recubrimiento en polvo para materiales compuestos

Los avances en la tecnología del recubrimiento en polvo lo convierten en un acabado superficial viable para un número creciente de aplicaciones de materiales compuestos.

Composites World Septiembre 2024 Vol 10 No 9 Autor: Scott Francis, Redactor Jefe Desde la industria aeroespacial y automovilística hasta los artículos deportivos, los materiales compuestos se están abriendo camino en un número cada vez mayor de aplicaciones.
Sin embargo, conseguir el acabado perfecto para los materiales compuestos puede ser todo un reto.
Entra en juego el recubrimiento en polvo, un proceso de acabado utilizado tradicionalmente para los metales, que ahora está ganando terreno para los sustratos no metálicos.
El recubrimiento en polvo consiste en aplicar un polvo seco a un sustrato mediante un proceso de aplicación electrostática.
A continuación, la pieza revestida se cura con calor para formar un acabado duradero, protector y estéticamente agradable.
El proceso ofrece numerosas ventajas, como un acabado uniforme, mayor resistencia al desconchado y al rayado, y beneficios medioambientales debido a la ausencia de contaminantes atmosféricos peligrosos (HAP) y compuestos orgánicos volátiles (COV).
A pesar de sus ventajas, hay varias consideraciones importantes para utilizar el recubrimiento en polvo como acabado de los materiales compuestos.
Una de las principales consideraciones es la sensibilidad térmica de los sustratos.
Los procesos tradicionales de recubrimiento en polvo requieren un curado a altas temperaturas, normalmente 150-200°C.
Sin embargo, muchos materiales compuestos no pueden soportar estas temperaturas sin degradarse o deformarse.
Se han desarrollado recubrimientos en polvo de baja temperatura para resolver este problema.
Estos recubrimientos curan a temperaturas significativamente más bajas, en torno a 120-150°C, lo que los hace adecuados para sustratos sensibles a la temperatura.
Otras soluciones de baja temperatura son los recubrimientos en polvo que utilizan luz ultravioleta (UV) para el proceso de curado, lo que ofrece la posibilidad de una exposición al calor aún menor para los materiales sensibles al calor.

Una empresa a la vanguardia de estas innovaciones es Keyland Polymer (Cleveland, Ohio, EE.UU.), conocida por su trabajo en el recubrimiento en polvo curable por UV.
La historia de Keyland está entrelazada con la de su empresa hermana, DVUV (Cleveland), que supuestamente introdujo la primera línea de recubrimiento en polvo curable por UV de Norteamérica.
Centrada inicialmente en el recubrimiento en polvo de tableros de fibra de densidad media (MDF), DVUV se dio cuenta rápidamente del potencial de los recubrimientos en polvo curables por UV más allá de los sustratos tradicionales.
Esto llevó a la formación de Keyland Polymer en 2006, con la misión de hacer avanzar la tecnología de recubrimiento en polvo curable UV mediante la investigación y el desarrollo (I+D) continuos.
El principal producto de Keyland, UVMax®, se ha convertido en sinónimo de recubrimientos en polvo curables por UV de alta calidad.
A lo largo de los años, la empresa ha ampliado sus conocimientos para incluir revestimientos para metales, plásticos y materiales compuestos, incluidos los materiales de fibra de carbono.
Esta diversificación ha posicionado a Keyland como líder en el recubrimiento de sustratos termosensibles y no conductores que los recubrimientos en polvo tradicionales tienen dificultades para tratar.
«El recubrimiento en polvo proporciona un recubrimiento muy decorativo y funcional en una sola capa, lo que ofrece una enorme eficacia en comparación con otras tecnologías», dice Andrew Walton, director de desarrollo empresarial de Keyland Polymer.
«Gran parte del trabajo de I+D que seguimos haciendo es para esos sustratos no conductores sensibles al calor que tradicionalmente no se podían recubrir con pintura en polvo, piezas que tradicionalmente se recubrirían con pintura húmeda.
Estamos muy entusiasmados con el recubrimiento de estos materiales porque podemos proporcionar los atributos del recubrimiento en polvo a sustratos con los que tradicionalmente no se podía hacer, proporcionando una alta eficacia de transferencia…». [TE] y un acabado muy duradero». El TE se refiere al porcentaje de un revestimiento o pintura que se adhiere a una superficie prevista en comparación con la cantidad de material desperdiciado. Debido a su proceso de aplicación mediante pistolas de pulverización electrostática para depositar material cargado sobre un sustrato, el recubrimiento en polvo es capaz de ofrecer un TE elevado. Los recubrimientos en polvo UV de Keyland Polymer se han utilizado en varias industrias, como la de equipos deportivos y recreativos, la aeroespacial y la de automoción. En la industria deportiva, por ejemplo, los recubrimientos proporcionan mayor durabilidad y rendimiento a productos como bicicletas, raquetas de tenis y palos de golf. En los sectores aeroespacial y de automoción, la empresa está trabajando en proyectos de I+D para explorar el uso de sus revestimientos para componentes interiores, así como revestimientos funcionales que ofrezcan características de rendimiento específicas. Walton afirma que la capacidad interna de la empresa para fabricar resinas le permite adaptar las fórmulas de las resinas para satisfacer las necesidades únicas de las distintas aplicaciones. Esta flexibilidad ha permitido a Keyland desarrollar revestimientos con alta resistencia química, resistencia a la decoloración por UV y otras propiedades especializadas.

Pintura en Polvo de Curado UV

Además de introducir el riesgo de deformación o degradación de las piezas de material compuesto o plástico, el calor excesivo durante el proceso de curado puede afectar a las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, como la resistencia a la tracción y la elasticidad.
Los recubrimientos en polvo de curado UV son especialmente útiles para recubrir este tipo de materiales porque se curan instantáneamente cuando se exponen a la energía de la luz UV, lo que ayuda a mitigar el riesgo de alterar las propiedades del material.
Al utilizar luz UV para curar el revestimiento, es posible conseguir un acabado duradero y de alta calidad sin dañar el sustrato.
La directora de marketing de Keyland Polymer, Rebecca Lonczak, explica: «Nuestra formulación UV estándar se cura mucho menos que cualquier otro revestimiento en polvo termoestable tradicional o de baja temperatura. Para piezas que tienen estos umbrales de temperatura más bajos, el recubrimiento en polvo de curado UV es una solución ideal.»
Lonczak señala que el equipo de aplicación de los recubrimientos en polvo UV es similar al de los recubrimientos en polvo tradicionales, pero la diferencia clave es la inclusión de un fotoiniciador en la formulación del polvo y la necesidad de luz UV para completar el proceso de curado.
La aplicación de recubrimientos en polvo UV requiere consideraciones específicas sobre el equipo y el proceso.
«El polvo y el sistema van de la mano», dice Walton.
El proceso implica dos pasos distintos: fusión y curado.
Hay que calentar el polvo para que fluya, lo que puede conseguirse utilizando varias fuentes de calor, como la convección y el calor infrarrojo (IR).
Una vez que el polvo ha fluido y está a una temperatura elevada, hay que exponerlo a la luz UV para que se endurezca y reticule.

Consideraciones adicionales

Además de requerir un curado a menor temperatura, las piezas de material compuesto requieren algunas consideraciones adicionales antes del recubrimiento en polvo.
GEOMETRÍA COMPLEJA: Las piezas de fibra de carbono suelen tener formas y contornos intrincados, lo que puede dificultar la aplicación uniforme del polvo.
Las técnicas de aplicación avanzadas, como las pistolas electrostáticas con boquillas ajustables, pueden ayudar a conseguir una cobertura uniforme.
Girar o inclinar la pieza durante la aplicación también puede garantizar que el polvo llegue a todas las superficies.
PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE: Antes del proceso de recubrimiento, la preparación adecuada de la superficie es crucial para garantizar la adherencia y durabilidad del recubrimiento en polvo.
Las piezas de fibra de carbono y materiales compuestos suelen tener superficies lisas y no porosas que pueden dificultar la adherencia de los recubrimientos.
Las técnicas de preparación de la superficie, como el chorro de arena, el grabado químico o la aplicación de una imprimación, pueden mejorar la adherencia.
Cuando se trata de materiales compuestos, es esencial seleccionar un método que no dañe las fibras ni la matriz de resina.
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA: En cuanto a la adherencia, el proceso de recubrimiento en polvo se basa en la atracción electrostática para mantener el polvo en su sitio antes del curado.
La fibra de carbono es intrínsecamente conductora, lo que puede ayudar en la aplicación del polvo.
Sin embargo, la conductividad puede variar según la formulación del compuesto y la orientación de la fibra.
Como garantizar una carga electrostática adecuada y constante en toda la pieza es vital, técnicas como el uso de una imprimación conductora o la conexión a tierra de la pieza pueden mejorar el proceso de aplicación.
Walton afirma que existen numerosas imprimaciones conductoras y promotores de adhesión.
De hecho, Keyland tiene una imprimación de este tipo diseñada específicamente para piezas compuestas.
Las piezas se pulverizan o sumergen antes del recubrimiento en polvo, según la complejidad de la pieza y las limitaciones del proceso del sistema.

De cara al futuro

Keyland Polymer está ampliando continuamente los límites de la tecnología de recubrimiento en polvo UV.
La empresa está investigando activamente formas de reducir aún más las temperaturas de curado, y algunos proyectos apuntan a temperaturas tan bajas como 100°C.
Estos avances abren nuevas posibilidades de recubrimiento de sustratos sensibles al calor y ayudan a ampliar la gama de aplicaciones de los recubrimientos en polvo UV.
Como la demanda de materiales ligeros y de alto rendimiento sigue creciendo, el desarrollo y perfeccionamiento de los procesos de recubrimiento en polvo para materiales compuestos puede contribuir al avance de diversas aplicaciones.
Walton afirma que aplicaciones como los vehículos eléctricos, el almacenamiento de energía y la I+D aeroespacial, sobre todo en el ámbito de la movilidad aérea avanzada (AAM), están impulsando el interés por utilizar el recubrimiento en polvo de nuevas formas.
«Definitivamente estamos viendo un aumento de las solicitudes de recubrimientos funcionales y no tanto decorativos».
El recubrimiento en polvo tiene mucho que ofrecer como opción de acabado, dada su promesa de combinar durabilidad, protección, estética y ventajas medioambientales.
Con los avances tecnológicos que resuelven las preocupaciones sobre la sensibilidad térmica de los sustratos y otros retos del uso del material, el recubrimiento en polvo está preparado para desempeñar un papel creciente en las aplicaciones de compuestos.