Metalización de plásticos: un proceso con resultados brillantes que usa la tecnología de vacío

En nuestra vida cotidiana hemos normalizado abrir una bolsa de patatas fritas y ver una capa metálica en su interior o contemplar el color plateado o dorado de la tapa de una crema facial que le da esa estética de lujo que llama tanto la atención, sabiendo que están hechos de plástico. Sin embargo, el plástico no puede, por su naturaleza intrínseca, tener una capa reflejante: se trata de un material polimérico no metálico, compuesto principalmente de carbono, hidrógeno y otros elementos, con una estructura molecular amorfa o semicristalina, con una baja densidad de electrones libres, por lo que en su estado natural, su superficie tiende a ser opaca o, en el mejor de los casos, presenta un brillo difuso, pero no un reflejo intenso.

En cambio, los metales, tienen una estructura cristalina y una alta densidad de electrones libres en su estructura que absorben y reflejan la luz de forma eficiente, lo que resulta en un aspecto brillante y reflectante. Por lo tanto, esos productos, como las bolsas de patatas, las cremas faciales, el reverso de los blísters de pastillas, chips de nuestros ordenadores (o nuestros mismos ordenadores en su carcasa), cualquier material, accesorio o juguete de plástico que quiere emular el efecto de un metal como papel de regalo, hebillas, bisutería, etc., llevan una capa de metal finísima para ofrecer este efecto, obtenida mediante un proceso de metalización de plásticos.

¿Cómo funciona este proceso? Lo explicamos en este post, ya que tiene mucho que ver con las tecnologías de vacío.

¿Qué es el metalizado o metalización de plásticos?

Como ya hemos apuntado, la metalización de plásticos es un proceso que implica depositar una capa delgada de metal sobre la superficie de un artículo de plástico. Este proceso se utiliza con frecuencia para mejorar las propiedades estéticas, conductivas, reflectantes o protectoras de los productos plásticos.

El proceso se puede hacer con metales diversos, como aluminio, cobre, plata, oro, cromo y níquel entre los más comunes, que se eligen por su capacidad para formar una capa delgada y adherirse adecuadamente a la superfície del plástico, y dependiendo de la aplicación para a la que se vayan a destinar, se elegirá uno u otro.

Aunque los plásticos metalizados que quizá nos vendrán antes a la cabeza son los que tienen una función ornamental, para ofrecer una apariencia metálica, la metalización de plásticos se utiliza en una amplia gama de aplicaciones, como en la industria automotriz, electrónica y de embalaje, entre otras, para aportar propiedades adicionales al plástico, como conductividad eléctrica, reflectividad o resistencia a la corrosión.

El proceso de metalización al vacío generalmente se realiza en una cámara de vacío especializada llamada cámara de deposición, ya que se trata de un sistema que aporta ventajas muy importantes frente a otros sistemas de metalización como el pulverizado por aerosol o la metalización con pintura conductora.

Los pasos de la metalización de plásticos con sistema de vacío

Aunque, como siempre ocurre, los pasos pueden depender del tipo de aplicación específica de la metalización de plásticos, los pasos comunes de este proceso suelen ser:

1. Preparación del sustrato

Se prepara la superficie del plástico deforma adcuada para asegurar la adhesión óptima del metal. Esto puede incluir la limpieza y desengrase del plástico, así como el tratamiento de la superficie para mejorar su adherencia, como la aplicación de una capa base adhesiva.

2. Carga del sustrato

Los artículos de plástico preparados se introducen en la cámara de deposición, bien sujetos para que no se muevan durante el proceso en el que se elimina el aire de la cámara mediante el cambio de la presión del interior.

3. Evaporación del metal

Una vez el plástico está dentro de la cámara de deposición, se coloca una fuente de metal, que generalmente es un filamento o un material en forma de lámina, en una posición opuesta a los sustratos de plástico. El metal se calienta hasta que se evapora, generando un vapor metálico en la cámara. Gracias al vacío no se requieren elevadas temperaturas para esta evaporación, ya que el vacío reduce la presión atmosférica dentro de la cámara, lo que disminuye el punto de ebullición del metal. Esto permite que el metal se evapore a temperaturas más bajas en comparación con la evaporación en condiciones atmosféricas normales.

4. Condensación del metal

El vapor metálico se condensa sobre la superficie de los sustratos de plástico. La condensación por vacío no requiere tanta refrigeración como en otros sistemas, ya que la temperatura a la que se ha llegado para la ebullición no ha sido tan alta. Debido al vacío en la cámara, el metal se deposita en forma de una capa delgada y uniforme en la superficie del plástico, dado que se eliminan los gases y el aire que podrían interferir en la deposición del metal. Esto crea un entorno libre de impurezas y partículas que podrían afectar la calidad del recubrimiento. Además, el vacío reduce la dispersión de las partículas metálicas, lo que favorece su deposición uniforme sobre la superficie del plástico, formando una capa delgada y homogénea.

5. Finalización del proceso

Una vez que se ha depositado la capa de metal deseada, se detiene la evaporación y se permite que la cámara se ventile para volver a la presión atmosférica. Los artículos metalizados se retiran de la cámara de deposición y se someten a inspección y acabado final.

¿Qué se logra con la metalización de plásticos?

Como hemos explicado al principio, la metalización de plásticos tiene varias funciones. Citamos algunas de ellas con ejemplos:

• Estética: el metalizado de plásticos se utiliza para mejorar la apariencia de los productos, brindando un aspecto metálico brillante y atractivo. Un ejemplo de ello pueden ser las hebillas de cinturón metalizadas o las cremas faciales u otros cosméticos premium, que imitan la apariencia del metal, incluso a veces metales preciosos como el oro o el bronce.
• Barrera: el recubrimiento metálico actúa como una barrera protectora contra la humedad, el oxígeno y otros contaminantes, preservando la frescura y calidad de los productos. Un ejemplo de ello son las bolsas de patatas fritas con recubrimiento interior metálico para mantenerlas crujientes y protegerlas de la humedad y la oxidación, o los blísters de pastillas, cuyo recubrimiento metálico proporciona una capa impermeable que las protege de la humedad, la luz y otros factores ambientales perjudiciales para mantener su eficacia y prolongar su vida útil.
• Conductiva: el metalizado de plásticos proporciona conductividad eléctrica y/o térmica, lo que puede ser beneficioso en aplicaciones electrónicas y de sensores y permite una mejor disipación del calor en ciertas aplicaciones. Esto ocurre, por ejemplo, en los componentes electrónicos recubiertos de plástico metalizado para garantizar una buena conductividad y conexión, así como una mejor gestión del calor.
• Reflectante: el recubrimiento metálico mejora la capacidad del plástico para reflejar la luz, creando un aspecto brillante y reflectante. De ello se benefician, por ejemplo, la señalización vial, cuyos letreros suelen ser de plástico recubiertos de metal, para reflejar la luz de los faros de los vehículos, mejorando la visibilidad nocturna y aumentando la seguridad en las carreteras, así como la iluminación, que al reflejar y dirigir eficientemente la luz en lámparas y luminarias, mejoran la eficiencia energética y proporcionan una iluminación intensa y uniforme.
• Función protectora: la capa metálica en plásticos u otros metales ofrece protección contra la corrosión, mejorando la durabilidad y vida útil de los objetos. Esto ocurre con los utensilios médicos recubiertos de metal para una mayor resistencia a la corrosión y facilidad de limpieza.
• Función antimicrobiana: algunos recubrimientos metálicos tienen propiedades antibacterianas o antimicrobianas, lo que ayuda a mantener la higiene y reducir el riesgo de infecciones. Esto también beneficia los utensilios médicos y otros que inhiben el crecimiento de bacterias y contribuyen a un entorno estéril.

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Ventajas de la metalización de plásticos al vacío

Como hemos explicado, la tecnología de vacío supone ventajas muy valoradas en procesos industriales frente a otros sistemas de recubrimiento con metal reflectante, como pueden ser:

• Metalización en aerosol, que implica la pulverización de partículas metálicas en suspensión sobre la superficie del plástico. Aunque puede ser más rápido y menos costoso en comparación con el proceso al vacío, la adherencia y la uniformidad pueden variar, y puede requerir recubrimientos adicionales para proteger el metal. Sus aplicaciones suelen ser:
  • Aplicaciones industriales de gran escala que requieren una rápida cobertura y una alta tasa de producción, como revestimientos de protección contra la corrosión en objetos grandes o estructuras metálicas.
  • Proyectos donde la forma o tamaño del objeto a metalizar dificulta el proceso de vacío, como superficies irregulares o con geometrías complejas.
  • Trabajos de restauración y retoque, donde la metalización en aerosol puede ser más conveniente para aplicar capas metálicas en áreas específicas o para reparar recubrimientos existentes.
• Metalización con pintura conductora, donde se aplica una capa de pintura conductora sobre el plástico, que contiene partículas metálicas o compuestos conductores. Si bien puede lograrse una apariencia metálica, es menos duradera y puede requerir una capa más gruesa de pintura para obtener resultados similares a la metalización al vacío. Algunas de sus aplicaciones son:
  • Aplicaciones en las que se requiere una conductividad eléctrica adicional junto con la apariencia metálica, como recubrimientos en componentes electrónicos o en proyectos de electrónica de potencia.
  • Proyectos a pequeña escala o prototipado rápido, donde la simplicidad y flexibilidad del recubrimiento con pintura conductora pueden ser más ventajosas.
• Recubrimiento de películas delgadas, en la que se utilizan técnicas como la deposición química de vapor (cuyas siglas en inglés son CVD, por chemical vapor deposition) o la pulverización catódica para depositar capas delgadas de metales sobre el plástico. Estas técnicas pueden ofrecer control de espesor y adherencia, pero pueden ser más complejas y costosas en comparación con la metalización al vacío, aunque se pueden llevar a cabo tanto en condiciones atmosféricas como también de vacío. Algunas de sus aplicaciones son:
  • Industrias donde se requiere una precisión y control extremos sobre el espesor de la capa metálica, como la fabricación de dispositivos electrónicos microscópicos o semiconductores.
  • Aplicaciones que requieren el uso de metales especializados o aleaciones con propiedades específicas, como en la fabricación de sensores o dispositivos ópticos.
  • Proyectos de investigación y desarrollo en los que se exploran nuevas técnicas de deposición de metales para aplicaciones específicas.

Para superar las desventajas de la pintura conductora y del aerosol, el vacío aporta ventajas como:

• Adherencia y uniformidad: la metalización al vacío permite lograr una alta adherencia y uniformidad en la capa metálica depositada sobre la superficie del plástico. Al eliminar el aire y los gases presentes en la cámara de deposición al vacío, se evitan problemas como la formación de burbujas o la mala adherencia entre el metal y el plástico.
• Control del espesor: el proceso de metalización al vacío permite un control preciso del espesor de la capa metálica depositada. La presión y el tiempo de evaporación pueden ajustarse para lograr capas delgadas y uniformes con un espesor deseado, lo que resulta en una apariencia estética y funcional consistente.
• Evitación de la oxidación: el vacío en la cámara de deposición previene la oxidación del metal durante el proceso de metalización. Al minimizar la presencia de oxígeno y otros gases reactivos, se mantiene la integridad y calidad del metal depositado, evitando la formación de óxidos no deseados.
• Amplia gama de metales: ea tecnología de vacío permite la metalización con una amplia gama de metales, como aluminio, cobre, plata, oro, cromo, níquel, entre otros. Esto proporciona flexibilidad en la elección de metales que ofrecen diferentes propiedades estéticas y funcionales para satisfacer las necesidades específicas de cada aplicación.

Bombas de vacío para metalización

Para procesos de metalización de plásticos deben usarse bombas de vacío que tengan prestaciones como:

• Capacidad de evacuación: las bombas de vacío deben tener la capacidad de evacuar eficientemente el aire y los gases de la cámara de deposición, alcanzando el nivel de vacío necesario para el proceso.
• Estabilidad del vacío: las bombas deben ser capaces de mantener un nivel de vacío constante y estable durante el proceso de metalización para lograr resultados consistentes y de alta calidad.
• Compatibilidad con gases y productos químicos: las bombas deben ser compatibles con los gases y productos químicos utilizados en el proceso de metalización de plásticos para evitar daños o contaminación.
• Bajo nivel de ruido y vibración: idealmente es deseable que las bombas de vacío produzcan niveles mínimos de ruido y vibración para un entorno de trabajo cómodo y seguro.
• Mantenimiento y fiabilidad: las bombas de vacío deben ser fiables y requerir un mantenimiento adecuado para garantizar un funcionamiento continuo y prolongado.