MéTODO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL DE ESTRUCTURAS DE MATERIAL COMPUESTO CON HACES DE PLASMA ATMOSFéRICO

CAMPO DE LA INVENCIóN

La invención se refiere a un método de tratamiento superficial de superficies de material compuesto con haces de plasma atmosférico para, en particular, facilitar su unión adhesiva a otra superficie de material compuesto u otro substrato.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

Actualmente el diseño de uniones adhesivas es un campo de creciente interés dentro de Ia industria aeronáutica, especialmente en el caso de estructuras fabricadas con materiales compuestos de fibra de carbono. El número y Ia importancia estructural de las uniones adhesivas crecen progresivamente con el paso de los años, y en Ia mayor parte de los casos Ia resistencia de las estructuras viene determinada por Ia resistencia de sus uniones.

Las uniones adhesivas presentan numerosas ventajas respecto a las uniones mecánicas tradicionales (remachadas o atornilladas): las uniones encoladas no requieren taladrar Ia estructura, distribuyen los esfuerzos sobre un área mayor que las uniones mecánicas, añaden un menor peso y tienen una mayor resistencia a Ia fatiga.

El resultado obtenido al llevar a cabo una unión adhesiva viene deter- minado por el tipo de interacción entre las fases en contacto. Dicha interacción se produce mediante diversos mecanismos de adhesión: formación de enlaces químicos en Ia intercara, entrecruzamiento mecánico, adhesión electrostática, difusión de macromoléculas y adsorción o mojado.

Al llevar a cabo ensayos mecánicos sobre uniones adhesivas, se obtie- nen energías de unión varias veces superiores a las energías de enlace teóricas obtenidas mediante métodos de cálculo. Esto se debe a que el esfuerzo mecánico aplicado sobre Ia unión encolada provoca una deformación

local apreciable de las fases, y en caso de que los materiales sean disipativos, se produce un considerable consumo de energía en las regiones próximas a Ia rotura debido a las deformaciones viscoelásticas o plásticas. Esta sinergia entre Ia energía necesaria para romper los enlaces interfaciales, y Ia energía necesaria para deformar los sólidos, consigue aumentar Ia resistencia de Ia unión adhesiva.

Pero todas las ventajas que presentan las uniones adhesivas se ven condicionadas por una serie de factores que afectan a su rendimiento: el tratamiento superficial previo al encolado de los sustratos, Ia temperatura de servicio de Ia unión, las tensiones térmicas residuales que se generan debido a las diferencias en los coeficientes de expansión térmica entre el adhesivo y los adherentes, y Ia geometría de Ia unión. De igual manera hay que tener en cuenta que Ia durabilidad de Ia adhesión interfacial de una estructura encolada sometida a Ia acción de agentes externos es crítica debido a los efectos provocados por altos niveles humedad, fluctuaciones de temperatura e incidencia de radiación ultravioleta.

Una vez optimizado el diseño de Ia unión adhesiva, teniendo en cuenta factores geométricos y térmicos, Ia preparación superficial de los sustratos previa a su encolado es quizá el factor más determinante del rendimiento final y Ia durabilidad de Ia unión.

Las superficies poliméricas normalmente son difíciles de mojar y encolar debido a que poseen bajos niveles de energía superficial, pueden ser incompatibles con los adhesivos o hasta químicamente inertes, o simplemente estar cubiertas por contaminantes o capas límite débiles. La cantidad de factores que intervienen en el rendimiento final de las uniones adhesivas entre materiales poliméricos hace muy difícil el encontrar sistemas de aseguramiento de su calidad. La intervención de tantas variables en el fenómeno de Ia adhesión provoca que en algunos casos, conseguir una estabilidad y una repetitividad en el resultado obtenido en una unión adhesiva resulte complicado. Por este motivo, en muchas ocasiones el control de Ia uniones encoladas requiere de complejos y costosos ensayos que se emplean para garantizar Ia calidad final. El obtener un proceso de encolado fiable y

repetitivo permite reducir o eliminar estos ensayos, garantizando Ia calidad final con un importante descenso en los costes productivos.

La preparación superficial de los sustratos es una de las fases del proceso de encolado que determina en mayor medida el resultado final obtenido de Ia unión, y por tanto Ia optimización de esta fase condiciona el aseguramiento de Ia calidad obtenida. Por este motivo a Io largo de Ia historia se han desarrollado diversos tratamientos superficiales para mejorar Ia adherencia de los sustratos poliméricos. Todos estos tratamientos tienen como fin el mejorar el rendimiento final de Ia unión adhesiva y poder garantizar Ia no-variabilidad de los resultados obtenidos. Entre los tratamientos desarrollados, los más comunes son los relacionados con Ia utilización de agentes químicos oxidantes, Ia utilización de diversos métodos fisicoquímicos y finalmente, Ia introducción de grupos funcionales en Ia superficie de los sustratos.

Todos estos tratamientos se encuentran ampliamente desarrollados en infinidad de aplicaciones industriales, pero muchos de ellos presentan determinados inconvenientes:

- Métodos Químicos: Ia utilización de disolventes orgánicos tales como Ia metil-etil cetona (MEK), el alcohol isopropílico (IPA), Ia acetona o el tolueno en procesos de limpieza y preparación superficial, presentan riesgos de inflamabilidad así como problemas de seguridad e higiene para los operarios.

- Métodos Físicos: los sistemas de abrasión mecánica (lijado, chorreado,... etc.), deben ser precedidos por tratamientos de limpieza y desengrase. Estos procesos generan residuos que deben ser retirados posteriormente para que no contaminen Ia superficie a encolar. Además, en el caso de que Ia abrasión sea excesiva, se puede llegar a dañar gravemente Ia topografía de Ia superficie tratada, disminuyendo Ia superficie de contacto, perjudicando el entrecruzamiento mecánico, y en definitiva, debilitando Ia unión adhesiva.

- Métodos Físico-químicos: los tratamientos físico-químicos (llama, corona, oxidantes químicos,... etc.) aumentan notablemente Ia mojabilidad y Ia adhesión de los sustratos poliméricos, debido a que introducen grupos oxigenados (carbonilo, hidroxilo y carboxilo) sobre las superficies poliméricas tratadas. Todos estos métodos se encuentran ampliamente extendidos en Ia

industria del procesado de polímeros, pero su principal inconveniente reside en Ia falta de estabilidad de las superficies tratadas. La mejora en las características adhesivas obtenida mediante estos tratamientos se degradan gradualmente con el paso del tiempo, por Io que las características finales de Ia unión adhesiva dependerán de Ia degradación de los sustratos pre-tratados. Esta degradación tiene fundamentalmente dos causas: Ia reorientación y migración de los grupos funcionales oxigenados hacia el interior del polímero durante su almacenamiento, y Ia pérdida parcial de las especies de menor peso molecular. Otro inconveniente de este tipo de tratamientos es que provocan procesos de división molecular. Las escisiones dan lugar a especies de bajo peso molecular en superficie que generan nuevas interfases que pueden ser muy sensibles a las condiciones ambientales y su degradación puede afectar provocando un descenso tanto de las propiedades de Ia unión adhesiva como de su durabilidad a largo plazo. Para superar los inconvenientes derivados de Ia degradación y pérdida de propiedades de todos estos tratamientos superficiales, se conocen métodos para Ia mejora de Ia adhesión de sustratos poliméricos mediante sistemas que se aplican en dos fases:

1.-Activación superficial mediante métodos físicos o fisicoquímicos. 2.-Aplicación de un compuesto químico que interactúa con las especies superficiales protegiendo Ia activación y actuando como promotor de adhesión. Los principales inconvenientes de todos estos métodos son Ia complicación debida a Ia adición de etapas al proceso de tratamiento así como Ia especificidad del producto químico empleado como promotor de adhesión, que debe ser adecuado a cada naturaleza química del sustrato.

Los tratamientos superficiales mediante láser requieren de equipos caros y complejos, y su rendimiento se ve disminuido por Ia pequeña área que son capaces de cubrir los haces láser, y los problemas derivados de Ia degradación térmica de las superficies tratadas. Los tratamientos con radiación Ultravioleta constituyen una interesante alternativa para el tratamiento de superficies poliméricas. La irradiación UV puede aplicarse de forma independiente, o conjuntamente con oxígeno u

ozono. El principal inconveniente de este tipo de tratamientos es que requieren de un proceso de limpieza previo con disolventes orgánicos, con el consiguiente encarecimiento del tratamiento y problemas de seguridad e higiene.

Los tratamientos mediante plasma mejoran sustancialmente Ia adhesión de sustratos poliméricos, alcanzando los niveles deseados de activación superficial y mojabilidad. Con este tipo de tratamientos se llegan a conseguir uniones adhesivas con una resistencia cuatro veces superior a Ia alcanzada por las tratadas mediante métodos abrasivos.

El aumento en los niveles de energía superficial y mojabilidad puede ser potenciado mediante Ia utilización de sistemas de plasma combinados con Ia adición de un gas, mezcla de gases o un monómero que incorpore de forma selectiva diferentes tipos de especies químicas a Ia superficie polimérica, bajo condiciones controladas de proceso.

Los sistemas de plasma convencionales presentan un gran inconveniente, el plasma se genera a baja presión por Io que las dimensiones de los elementos a tratar se ven limitadas por el tamaño de Ia cámara presurizada. La aparición de equipos capaces de generar plasma a presión atmosférica elimina los inconvenientes dimensionales y amplia sensiblemente el campo de aplicación de este tipo de tratamientos, haciéndolos susceptibles de ser automatizados e instalados en un sistema de producción en línea. Este sistema es simple, no requiere de operaciones auxiliares, activa las superficies tratadas a Ia vez que elimina contaminantes, y no se degrada sensiblemente para tiempos de almacenamiento razonables.

Entre Ia técnica conocida sobre plasma atmosférico cabe señalar Ia des- crita en las siguientes patentes:

- U.S. Patent No. 5,185,132. "Atmospheric plasma reaction and appara- tus therefore". Esta patente describe un método de generación de plasma atmosférico, introduciendo un gas o mezcla entre un gas noble y uno reactivo en una vasija, en Ia que reaccionan bajo Ia acción de electrodos recubiertos por material dieléctrico. Se describe así mismo Ia configuración y el funcionamiento de un generador de plasma atmosférico.

- U.S. Patent No. 5,928,527. "Surface modification using atmospheric

pressure glow discharge plasma source". En esta patente se describe un método de modificación superficial empleando plasma atmosférico generado a partir de una señal de radiofrecuencia. Dicho plasma se genera a partir de oxígeno o de Ia mezcla de oxígeno y un gas inerte a una temperatura inferior a los 100 ⁰ C. A Io largo de esta patente se enumeran aplicaciones de este método de modificación superficial que afectan a gran diversidad de materiales (semiconductores, polímeros, compuestos,... etc.) y aplicaciones industriales (limpieza de contaminantes orgánicos, decapado de pinturas, ataque localizado durante Ia fabricación y montaje de componentes en microelectrónica, esterilización de instrumental quirúrgico, modificación de materiales compuestos previa a su unión adhesiva, ...etc.) sin detallar ni determinar parámetros y condiciones de utilización.

- JP 2005005579 "Atmospheric plasma processing apparatus for stable transportation of works and prevention of electromagnetic wave leakage". Describe un equipo para tratamiento en continuo mediante plasma atmosférico, así como sus correspondientes protecciones electromagnéticas para evitar fugas.

Se conocen así mismo distintas aplicaciones directas del plasma atmosférico como método de activación de una superficie, previo a Ia aplicación de un producto químico que actúa como promotor de adhesión, como las descritas en las siguientes patentes:

- US6800331. "Preparation of functional polymeric surface".

- WO0216051. "Surface cleaning and modification processes, methods and apparatus using physico-chemically modified dense fluid sprays". - US5425832. "Process for a surface treatment of a glass fabric"

Actualmente Ia industria aeronáutica muestra una acusada tendencia a Ia incorporación de estructuras primarias fabricadas con material compuesto. Los materiales compuestos empleados mayoritariamente en Ia fabricación de estructuras aeronáuticas están formados por una matriz polimérica reforzada con fibras (carbono, vidrio, aramida). Las estructuras fabricadas con este tipo de materiales reducen sustancialmente el peso final de Ia aeronave, y consecuentemente su consumo de combustible. Por Io general se trata de estructu-

ras en las que un elemento base en forma de laminado sólido es reforzado superficialmente con rigidizadores. En gran parte de los casos dichos rig id iza- dores van unidos al laminado mediante uniones adhesivas. Dada Ia enorme importancia estructural de estas uniones, su preparación superficial previa cobra especial relevancia.

En esta industria cobra especial relevancia el aseguramiento de Ia calidad por razones obvias de seguridad. Por este motivo se trata de emplear procesos que den lugar a resultados satisfactorios y repetitivos, y que garanticen el rendimiento final de los componentes fabricados. La fiabilidad y repro- ducibilidad del tratamiento superficial, determina las propiedades finales de Ia estructura encolada.

En el ámbito de Ia industria aeronáutica, Ia preparación superficial previa a Ia unión adhesiva de componentes fabricados con materiales compuestos de matriz polimérica se ha llevado a cabo tradicionalmente mediante dos sistemas:

1.- Abrasión mecánica (lijado) + limpieza con disolventes orgánicos (MEK o IPA). El principal inconveniente de este método reside en que se suele llevar a cabo de forma manual, Io que provoca su escasa repetitividad y su alta dependencia de las condiciones de tratamiento del operario. 2.- Utilización de tejidos pelables + limpieza con disolventes orgánicos.

Los pelables son unos tejidos de fibras poliméricas (poliésteres, poliami- das,...etc), que se sitúan sobre Ia superficie polimérica a tratar, protegiéndola de Ia contaminación y mejorando su acabado superficial. Antes de llevar a cabo Ia unión adhesiva se retira el tejido pelándolo de Ia superficie donde se encuentra, y limpiando esta con disolventes orgánicos. La estructura del tejido genera Ia micro-rugosidad necesaria como preparación superficial previa a Ia unión adhesiva. El principal inconveniente de este método reside en Ia enorme cantidad de parámetros que intervienen en el proceso y que pueden afectar al rendimiento de Ia unión adhesiva preparada mediante este método. Este gran número de factores que pueden alterar el rendimiento del proceso hacen que requiera de constantes controles de calidad.

Dado que los métodos tradicionalmente empleados para Ia preparación

superficial previa a Ia unión adhesiva de elementos fabricados con materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibras continuas presentan ciertos inconvenientes, resulta necesario determinar un método fiable, económico continuo y reproducible que pueda sustituir a los anteriormente citados.

SUMARIO DE LA INVENCIóN

La presente invención propone un método de tratamiento superficial de una estructura de material compuesto con un haz de plasma a presión atmos- férica, producido por un generador de plasma dotado de una boquilla de emisión, para facilitar su unión adhesiva a otra estructura de material compuesto, que se caracteriza porque: a) el haz de plasma emitido por Ia boquilla, que puede incluir un gas reactivo, se proyecta sobre Ia estructura de material compuesto a una distancia de ella comprendida entre 0,2 y 10 cm; b) el haz de plasma se proyecta sobre Ia estructura de material compuesto con un ángulo de incidencia comprendido entre 75° y 105°.

La utilización del método objeto de Ia presente invención se ha revelado eficaz en Ia activación de sustratos poliméricos, aumentando su energía superficial y su mojabilidad. Dicha activación superficial es de vital importancia a Ia hora de potenciar las propiedades mecánicas de uniones adhesivas entre elementos fabricados con materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra de carbono. Actualmente, un gran número de estructuras aeronáuticas se fabrican mediante unión adhesiva de componentes fabricados con materiales compuestos de estas características, por Io que Ia utilización del método objeto de Ia presente invención mejora el comportamiento general de estas estructuras.

El método objeto de Ia presente invención mejora Ia adhesión de los sustratos poliméricos tratados ya que genera especies activas oxigenadas en superficie, modifica Ia topografía y disminuyen Ia presencia de contaminantes tales como el Flúor o las Siliconas, que resultan muy perjudiciales para el rendimiento de Ia unión adhesiva. Por ello no sólo no requiere de operaciones

de limpieza con disolventes orgánicos anteriores o posteriores, sino que es capaz por sí mismo de eliminar de Ia superficie tratada elementos que degradan las propiedades mecánicas de Ia unión.

Una ventaja del método objeto de Ia presente invención es que al utilizar generadores de plasma trabajando a presión atmosférica permite extender el tratamiento a aplicaciones aeronáuticas, en las que las estructuras a tratar suelen tener grandes dimensiones. La posibilidad de generar y proyectar plasma a presión atmosférica facilita además Ia automatización del proceso y su implantación en sistemas de fabricación en línea. Otra ventaja es que Ia automatización del tratamiento permite a su vez el desarrollo de sistemas de monitorización en línea de Ia calidad del proceso de preparación superficial, tales como Ia medida de ángulos de contacto sobre las piezas tratadas. En cualquier caso, el sistema asegura Ia repetitividad del tratamiento, Io que facilita Ia implantación de sistemas de control de calidad mediante muestreo estadístico, o incluso sistemas de calidad garantizada que no requieran de ensayos durante el proceso.

Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIóN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra Ia evolución de los ángulos de contacto en un ensayo de aplicación de un tratamiento superficial según Ia invención de un material compuesto de fibra de carbono y resina epoxi con plasma al variar Ia velocidad del plato móvil (tiempo de tratamiento).

Las Figuras 2, 3 y 4 son micrografías que muestran, respectivamente, una superficie de material compuesto antes de ser tratada según el método objeto de Ia presente invención y después de tratada a una velocidad de 5m/min y a una velocidad de 1 m/min.

La Figura 5 muestra Ia evolución de los porcentajes atómicos de O, C y de Ia relación O/C en Ia superficie de un material tratado según el método objeto de Ia presente invención en función de Ia velocidad del plato móvil.

La Figura 6 muestra Ia evolución de los porcentajes atómicos de N, S y F en Ia superficie de un material tratado según el método objeto de Ia presente invención en función de Ia velocidad del plato móvil.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

El método de tratamiento superficial de estructuras de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados con fibra de carbono como preparación previa a Ia unión adhesiva que es el objeto de Ia presente invención, se basa en Ia adaptación de las variables que se indicarán seguidamente para optimizar el resultado final a obtener en función de las características químicas de Ia matriz polimérica a tratar.

Tipo de generador de plasma atmosférico. El método de tratamiento superficial de estructuras de material compuesto según Ia presente invención se puede llevar a cabo empleando equipos comerciales de generación de plasma atmosférico, independientemente de sus características técnicas particulares y del sistema que empleen para generar el plasma. Este método es muy flexible en cuanto a Ia configuración de Ia boquilla, se pueden emplear boquillas puntuales que emitan focos tronco-cónicos de plasma y también se pueden diseñar boquillas que cubran superficies mayores alineando fuentes puntuales solapadas. Este último sistema permite mayor flexibilidad a Ia hora de elegir el área a tratar, ya que se pueden emplear Ia totalidad de las fuentes puntuales, o solo parte de ellas para cubrir áreas más pequeñas. De igual forma también se pueden emplear boquillas que distribuyan el plasma sobre una superficie lineal, Io que garantiza una mayor homogeneidad del tratamiento, o hasta boquillas circulares, capaces de generar diferentes perfiles de tratamiento. En el caso del encolado de estructuras aeronáuticas, el área a tratar coincide siempre con Ia superficie de contacto entre los rigidizadores y Ia piel base del

elemento, por tanto viene determinada por Ia anchura y longitud de Ia base del rigidizador.

Distancia entre Ia boquilla y el sustrato. En el método según Ia invención, el plasma es proyectado a presión atmosférica en forma de tronco de cono, por Io que cuanto mayor distancia exista entre Ia boquilla y el sustrato, mayor será Ia superficie tratada. Pero por el contrario, cuanto mayor sea Ia distancia al sustrato, menor será Ia potencia y efectividad de Ia activación superficial. Por estos motivos se debe alcanzar una solución de compromiso entre las dimensiones del área tratada por el haz y su efectividad, considerán- dose que está comprendida entre 0,2 y 10 cm. La distancia óptima en el caso de materiales compuestos de fibra de carbono se encuentra entre los 0,5 y 3 cm. Para distancias inferiores, Ia degradación térmica suele dañar tanto el material base como las propiedades finales de Ia unión encolada, y para distancias superiores, Ia efectividad del tratamiento se reduce considerablemente. Al disminuir Ia distancia entre Ia boquilla y Ia superficie, aumenta Ia intensidad del tratamiento, y se puede aumentar su velocidad lineal. ángulo de incidencia del haz de plasma. En el método según Ia invención se ha comprobado que, estando comprendido entre 75° y 105°, el ángulo de incidencia del haz de plasma, no afecta sensiblemente a las propiedades de Ia superficie tratada, siempre que se aplique dentro de las tolerancias de distancia establecidas. Esta no dependencia del ángulo de incidencia, resulta de especial interés a Ia hora de tratar superficies curvas.

Potencia aplicada para generar el haz de plasma. En el método según Ia invención Ia potencia del haz de plasma determina las características finales alcanzadas por el tratamiento. Si se emplea una potencia excesiva, Ia ablación superficial puede llegar a eliminar toda Ia micro-rugosidad, perjudicando a Ia resistencia y durabilidad de Ia unión adhesiva. De igual forma, una potencia excesiva puede degradar térmicamente Ia superficie a tratar, generando interfases débiles que perjudiquen el rendimiento de Ia unión. Por el contrario, si Ia potencia del plasma no es suficiente, el material base de matriz polimérica no conseguirá alcanzar el nivel deseado de activación superficial, por Io que no se alcanzará una mejora apreciable en el comportamiento de su unión

adhesiva. En el caso de los materiales compuestos de fibra de carbono, Ia potencia óptima de tratamiento se encuentra entre los 2000 y los 3000 W.

Gas o mezcla de gases a emplear. En el método según Ia invención el tratamiento superficial mediante plasma atmosférico se puede combinar con Ia acción de uno o más gases reactivos, que producen una modificación selectiva del sustrato en función de su naturaleza y del grado de activación buscado. El plasma generado en el reactor puede ser proyectado hasta el sustrato con Ia ayuda de un sistema de aire comprimido, pero si Ia química del adherente así Io requiere, se pueden emplear otros gases o mezclas de gases reactivos (02, N2, Ar, ...etc.) que potencian Ia acción del plasma atmosférico, introduciendo especies activas que aumentan Ia energía superficial del polímero a activar.

Para sustratos de material compuesto de fibra de carbono y resina epoxi, fibra de vidrio y resina epoxi ó fibra de carbono y resina de bismaleimida el gas reactivo apropiado es aire. Velocidad del tratamiento. En el método según Ia invención para el tratamiento de estructuras aeronáuticas resulta recomendable utilizar velocidades de proceso superiores a los 20m ² /h. Se ha observado como óptima para materiales compuestos de fibra de carbono y resina epoxi una velocidad lineal de I m/min, siendo Ia anchura del haz Ia misma que Ia de Ia superficie a tratar. Esta velocidad produce Ia ablación y composición deseada y es suficientemente rápida para Ia producción en serie de elementos grandes a ser utilizados en su posterior ensamblaje en conjuntos de estructuras aeronáuticas.

Superficie tratada. El área tratada depende tanto de Ia velocidad lineal del tratamiento como de Ia superficie que es capaz de cubrir Ia boquilla que expulsa el plasma. El objetivo de este tratamiento es su aplicación en grandes elementos cuyas áreas a tratar sean fundamentalmente franjas de anchura variable, típicamente comprendida entre 25 y 400 mm.

- Automatismos. El método objeto de Ia presente invención es susceptible de automatización y de integración como una fase más del proceso productivo empleado actualmente. Para Ia automatización este proceso se plantean dos alternativas diferenciadas:

a) Instalación del cabezal de plasma sobre un robot capaz de desplazarse sobre Ia pieza a tratar y aplicar el tratamiento de forma selectiva. Este tipo de automatismo es el deseable en el caso de piezas de grandes dimensiones como es el caso de revestimientos o largueros. Con Ia utilización de sistemas de control numérico se puede programar el automatismo para que aplique el tratamiento exclusivamente sobre las áreas sobre las que posteriormente se va a aplicar el adhesivo. La versatilidad de este sistema permite programar el tratamiento individualizado de infinidad de elementos simplemente teniendo en cuenta el posicionamiento de estos respecto a unas marcas de referencia. b) Instalación del cabezal de plasma sobre un soporte fijo y desplazamiento de las piezas en un banco motorizado con movimiento en las direcciones de los tres ejes y posibilidad de rotación. En caso en que Ia complejidad técnica del cabezal de plasma atmosférico complique su instalación sobre un automatismo, este puede ser instalado sobre un soporte fijo. En este caso Ia pieza sería Ia que se desplazaría para completar Ia secuencia de barrido sobre las superficies a tratar.

- Control de proceso. La automatización total del tratamiento permite Ia implantación de sistemas de monitorización en línea de Ia calidad del proceso de preparación superficial, tales como Ia medida de ángulos de contacto sobre las piezas tratadas. En cualquier caso, el sistema asegura Ia repetitividad del tratamiento, Io que facilita Ia implantación de sistemas de control de calidad mediante muestreo estadístico, o incluso sistemas de calidad garantizada que no requieran de ensayos durante el proceso. En este caso se pueden implan- tar sistemas automatizados de determinación de ángulo de contacto sobre Ia superficie tratada.

Seguidamente describimos los resultados de algunos ensayos realizados aplicando el método objeto de Ia presente invención. Ensayo 1 Se sometió a tratamiento un panel de material compuesto de fibra de carbono y resina epoxi (panel 977-2) variando Ia velocidad del plato móvil (de

1 m/min a 10 m/min) y con los valores de otras variables del procedimiento que se indican seguidamente:

- Potencia del haz de plasma: 2362W

- Distancia plato móvil-haz: 0.75 cm - Número de tratamientos consecutivos: 1

En Ia figura 1 se puede observar Ia evolución de los ángulos de contacto estáticos medidos con diferentes líquidos patrón al variar Ia velocidad del plato móvil. A medida que disminuye Ia velocidad del plato móvil (aumento del tiempo de tratamiento), el ángulo de contacto es menor y aumenta Ia mojabili- dad (disminuye el ángulo de contacto).

El ángulo de contacto es un indicador importante ya que es condición indispensable para que una unión adhesiva sea eficaz, que exista un contacto íntimo entre el adherente y el adhesivo y para ello el adhesivo debe mojar toda Ia superficie del adherente. Esta capacidad de mojado o mojabilidad se cuantifica mediante Ia energía superficial (σ _S v), que varía según el ángulo de contacto. El ángulo de contacto se refiere al ángulo que forma Ia superficie del adhesivo al entrar en contacto con el adherente. El valor del ángulo de contacto depende principalmente de Ia relación que existe entre las fuerzas adhesivas entre el adhesivo y el adherente y las fuerzas cohesivas del adhesivo. Cuando las fuerzas adhesivas son muy grandes en relación con las fuerzas cohesivas, el ángulo de contacto es menor de 90 grados, teniendo como resultado que el adhesivo moja Ia superficie del adherente. Cuanto menor sea el ángulo de contacto (mayor mojabilidad), mayor será Ia energía superficial y más íntimo el contacto adhesivo-adherente, obteniendo así una unión adhesiva más eficaz.

Las Figuras 2-4 muestran que al aumentar Ia velocidad del plato móvil, es decir, al disminuir el tiempo de tratamiento al haz, se produce una ligera decapación de Ia superficie tratada (eliminación de material superficial), mientras que Ia superficie expuesta durante un tiempo mayor (menor velocidad del plato móvil) es menos rugosa. Este comportamiento se atribuye a Ia ablación superficial producida por el tratamiento con haz de plasma, de modo que al disminuir Ia velocidad del plato móvil y ser el tratamiento más agresivo,

se produce una mayor decapación dejando superficies del material compuesto con menor rugosidad.

La figura 5 muestra que conforme disminuye Ia velocidad del plato móvil (aumenta Ia velocidad de tratamiento), mayor es el porcentaje atómico de oxígeno así como Ia relación O/C, ambas en Ia superficie del material, favoreciendo Ia adherencia del mismo. Del mismo modo, en Ia figura 6 se observa que los porcentajes atómicos de N y S de las primeras capas atómicas aumentan según menor es Ia velocidad del plato móvil, Io cual es indicativo de que aumenta Ia profundidad del tratamiento. También es destacable Ia continua disminución del porcentaje atómico de F según decrece Ia velocidad del plato. La presencia de F es perjudicial para Ia unión encolada y es debida a los agentes desmoldeantes usados.

Las superficies con energía superficial baja suelen ser apolares. La formación de grupos oxigenados en Ia superficie del material incrementa Ia polaridad en Ia superficie, favoreciendo Ia adhesión intrínseca puesto que aparecen "nuevas" fuerzas de Van der Waals, (que están directamente asociadas al contacto íntimo de las superficies a unir) y puentes de hidrógeno (que son enlaces Io suficientemente fuertes como para permitir uniones encoladas de solicitaciones estructurales) De modo que cuanto más polar sea Ia superficie (mayor sea Ia relación O/C), mayor será Ia energía superficial y más efectiva Ia unión adhesiva. Ensayo 2

Se sometió a tratamiento un panel de material compuesto variando Ia distancia de tratamiento y con los valores de otras variables del procedimiento que se indican seguidamente:

- Potencia del haz de plasma: 2200W

- Velocidad del tratamiento (1 m/min)

El objetivo ha sido evaluar Ia durabilidad del tratamiento aparte de por Ia variación de los elementos comentada, mediante Ia tenacidad de Ia línea de encolado, obteniéndose los siguientes resultados.

El modo de fallo de elementos tratados mediante haz de plasma es por cohesión, es decir, Ia rotura tiene lugar en Ia película de adhesivo. Por otro lado, en los elementos que no han sido tratados, el modo de fallo es por adhesión, es decir, Ia rotura tiene lugar en Ia intercara material compuesto- adhesivo. Estos datos indican que Ia superficie obtenida por haz de plasma en materiales compuestos no sufre degradación en el transcurso de al menos 25 días desde el tratamiento.

Este tipo de ensayos demuestra que las propiedades de Ia superficie polimérica activada no se degradan dentro de los tiempos habituales de vida en taller de las piezas antes de proceder a su encolado por Io que Ia introducción de este proceso flexibiliza Ia secuencia de producción respecto a métodos de preparación superficial que son más sensibles a Ia degradación atmosférica.

En Ia realización preferente que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.