Efeito de pré-tratamento do alumínio na adesão do revestimento de PTFE

Abstract

Os fluoropolímeros são plásticos que se destacam pela sua elevada resistência térmica, química e mecânica, bem como pelas suas propriedades de antiaderência. Entre o vasto leque de aplicações que este tipo de polímeros possui, é na área dos revestimentos que se destacam. Por sua vez, o alumínio é um dos metais mais utilizados como suporte deste tipo de revestimentos, uma vez que é térmica e mecanicamente estável à temperatura de processamento dos fluoropolímeros. Apesar das suas excelentes propriedades, a superfície do alumínio é pouco rugosa e é constituída por uma camada de composição química heterogénea, o que impede que a interação substrato-revestimento possua a resistência e durabilidade desejada. Para combater estes dois fatores, na empresa FLAMA S.A. a superfície do alumínio é submetida a um processo de tratamento químico, que envolve um conjunto de operações onde se destacam o desengorduramento e a decapagem. Assim, o objetivo desta tese consistiu em identificar e compreender de que forma os tratamentos de superfície do alumínio influenciam o sistema substrato-revestimento. Através da análise de modo de falha potencial (FMEA) identificou-se um conjunto de falhas do processo que necessitavam de atenção imediata, tendo-se avaliado as causas e consequências de cada uma na adesão, homogeneidade e durabilidade do revestimento de poli(tetrafuloretileno) (PTFE), em função das condições a que o metal era sujeito. Para tal, recorreu-se à avaliação da perda de massa das placas de alumínio, à análise da espessura e homogeneidade da película formada na superfície do metal, à medição de ângulos de contacto, ao teste da quadrícula, bem como ao controlo do pH das águas de lavagem. A análise dos resultados obtidos e a correlação entre eles permitiram concluir que quanto menor é a concentração de desengordurante, menor é o ângulo de contacto formado entre a superfície do alumínio e a água e, por sua vez, menor é a interação revestimento-substrato. Esta análise juntamente com a ferramenta de qualidade FMEA permitiu ainda conclui que é totalmente indesejável trabalhar com concentrações de desengordurante inferiores a 18,3mL/L, uma vez que existe uma grande quantidade de resíduos que são arrastados para as fases posteriores do processo, levando à diminuição do tempo útil dos banhos de lavagem e decapagem. Relativamente aos banhos de decapagem, observou-se, através da avaliação da perda de massa, que quanto maior é a concentração de decapante, mais severo é o ataque ao metal por parte do ácido, traduzindo-se numa maior perda de alumínio. Finalmente no que diz respeito à espessura do revestimento, verificou-se que o impacto da concentração dos banhos é praticamente insignificante. Contudo, é essencial que em zonas específicas da placa de alumínio não exista qualquer tipo de pulverização manual da tinta, não só pelo facto desta situação levar a que a espessura do revestimento exceda o máximo admitido pelo fornecedor, mas para se evitar um consumo desnecessário de tinta.

Fuoropolymers are plastics that stand out for their high heat, chemical and mechanical resistance, and also for their nonstick properties. This type of polymers has a lot of applications, but in the field of coatings is where they really stand out. In turn, aluminum is one of the most used metals as support for these coatings, because it’s thermally and mechanically stable at the processing temperature of fluoropolymers. Although aluminum has excellent properties, the aluminum’s surface is slightly rough and consists of a layer of heterogeneous chemical composition, which jeopardize the interaction substrate-coating and thus the strength and durability desired of the coated material. To overcome these two factors, at FLAMA SA the aluminum’s surface is chemically treated by a process that involves a set of operations which include degreasing and etching. In this context the aim of this thesis was to identify and understand how the aluminum’s surface treatment affect the substrate-coating system. Using the failure mode and effects analysis (FMEA) analysis it was possible to identify a set of process failures that needed immediate attention. These was achieved my assessing the effect of each surface treatment conditions on the adhesion of poly(tetrafulorethylene) (PTFE), durability and homogeneity of the coat. The procedures used to monitor such effects included measuring the aluminum plates weight loss, film thickness, contact angle and the pH of the rinsing water. The homogeneity of the films was assessed by eye and adhesion of PTFE to the aluminum surface was monitored using the cross-cut test. Based on the analysis of the results obtained and the correlation between them is was concluded that the lower the degreasing concentration, the lower the contact angle formed between de aluminum’s surface and the water is. Hence, the lower is the coating-substrate interaction. This analysis together with the quality tool FMEA also allowed to conclude the use of degreasing with concentrations lower than 18,3mL/L must be avoided due to the large amount of waste that is dragged to the later stages of the process reducing the lifetime of the rinsing and etching baths. As regards the etching baths, measuring of the loss weight of the aluminium plates as a function of concentration showed that the higher etching concentration, the stronger is the acid attack on the metal. Finally, in what concerns the coating thickness it was found that the effect of the baths concentration is practically negligible. Moreover, defect zones should not be disguised by manual paint spraying as this leads to coating thickness values beyond the limits recommended by the manufacturer and are associated with unnecessary paint consumption.