Composición
Los adhesivos y selladores son formulaciones complejas que se utilizan para unir sustratos o sellar juntas o huecos. Vienen en diferentes formas, pero comúnmente son dispersiones que contienen materiales poliméricos o agentes de curado, tensioactivos y solventes. Los adhesivos pueden ser reactivos o no reactivos. Para los adhesivos reactivos, la adhesión puede inducirse mezclando dos o más componentes reactivos, como una resina epoxi y un endurecedor, o puede ser inducida por estímulos externos como la radiación UV, el calor o la humedad. Para los adhesivos no reactivos, la adhesión es inducida por estímulos físicos como la presión o la evaporación del solvente, por ejemplo. En el caso de un sellador, la función principal es sellar juntas o espacios y evitar que la humedad, solventes o gases entren o salgan de un sistema o componente, aunque muchos selladores pueden tener múltiples funciones.
La mayoría de los adhesivos y selladores están compuestos de materiales poliméricos o contienen monómeros u oligómeros que forman una red polimérica reticulada después de la reacción. En consecuencia, el peso molecular y la estructura molecular de estos componentes son críticos para las propiedades del material tanto antes como después de la adhesión. Muchas formulaciones de adhesivos y selladores son sistemas de dos fases, que incluyen emulsiones que contienen polímero disperso o sólidos dispersos en el caso de masilla. En ambos casos, el tamaño de las partículas y las gotas pueden ser fundamentales para el rendimiento del producto.
Cualquier persona que tenga la intención de utilizar adhesivos y selladores se enfrenta al desafío formidable de la selección correcta del material, así como la determinación de los procesos adecuados. El adhesivo o sellador debe fluir sobre la superficie del sustrato y luego cambiar de un líquido fluido a un sólido estructural sin crear tensiones internas dañinas en la junta. Muchos de los problemas de adhesivo o sellador que evolucionan no se deben a una mala elección del diseño del material o de la unión, sino que están directamente relacionados con técnicas de producción defectuosas, que en su mayoría carecen de un control de proceso adecuado.
¿Por qué es importante la medición de la viscosidad en la preparación de las formulaciones?
Hay muchos tipos de adhesivos y selladores a tener en cuenta al configurar un proceso de fabricación. La consideración cuidadosa de la viscosidad ayuda a elegir el material adecuado tanto para el diseño del producto como para el proceso de fabricación requerido para construirlo.
Los adhesivos modernos son a menudo una formulación compleja de componentes que realizan funciones especiales. La formulación de materias primas en sistemas de unión y sellado adhesivos útiles es en sí mismo un amplio campo de tecnología. Los adhesivos y selladores se pueden producir en varias formas: líquidos de una y dos partes, soluciones a base de solventes, emulsión a base de agua, película con o sin soporte, gránulos preformados o extrusiones conformadas, y muchas otras formas. Esta variedad de posibilidades de formulación y formas de uso final son indicativas del avanzado estado de desarrollo de adhesivos y selladores.
La viscosidad (y reología) es uno de los parámetros más importantes en la producción y procesamiento de adhesivos. El material entrante adicional debe someterse a prueba de viscosidad antes de su uso (por ejemplo, en un sistema de dosificación). Se pueden usar diversos solventes, agentes solubles, polvos resinosos o cargas inertes para controlar la viscosidad del adhesivo. La viscosidad de los sistemas adhesivos puede necesitar aumentar o disminuir según la aplicación y el entorno operativo.
- El control de la viscosidad es un método comúnmente utilizado para mantener un producto consistente y un grosor de línea de unión. ESPESORES y los agentes tixotrópicos se usan para mantener un grosor razonable de la línea de pegamento mediante el ajuste de la viscosidad.
- Las características de flujo se pueden regular mediante la incorporación de rellenos, mediante el uso de scrims o cintas tejidas como "cuñas internas" dentro del adhesivo en sí, o mediante la regulación cuidadosa del ciclo de curado. Se incorporan rellenos para controlar la viscosidad de los adhesivos, así como otras propiedades.
- El atrapamiento de aire puede ser una fuente de falla, especialmente en aplicaciones pequeñas. La eliminación de aire de un sistema, antes de la aplicación, puede ser un paso de procesamiento necesario. Los espacios de aire podrían evitar que el adhesivo interactúe completamente con la superficie del sustrato, lo que puede provocar una disminución de la resistencia. Diluyentes reduce la viscosidad y reduce el tiempo que tardan los adhesivos en humedecer eficazmente el sustrato. La viscosidad reducida también ayuda a eliminar el aire atrapado y la acción capilar del adhesivo al llenar los poros y las cavidades que pueden estar en la superficie del sustrato. Sin embargo, la adición de diluyentes, especialmente resinas líquidas sin reaccionar, generalmente produce una disminución de la densidad de reticulación, lo que a su vez puede dar como resultado una menor resistencia a altas temperaturas y una menor resistencia ambiental.
- Ratio de mezcla Para muchos materiales de dos partes puede ser un problema importante. Algunos sistemas son muy sensibles a cambios menores en la relación de mezcla. Muchos materiales están balanceados estequiométricamente y una mezcla fuera de proporción puede hacer que el material se cure de manera irregular y / o no funcione a su capacidad óptima. Algunos materiales que no son tan sensibles a la relación de mezcla pueden presentar características ligeramente diferentes cuando la relación varía. Los materiales que curan con una mezcla fuera de relación pueden tener una dureza y resistencia a la tracción ligeramente diferentes, lo que afecta el rendimiento final. Una solución alternativa para cumplir con los estrictos requisitos con respecto a la relación de mezcla podría ser monitorear continuamente la viscosidad durante todo el proceso de mezcla y regular las cantidades de diferentes componentes / materiales según las características de flujo deseadas.
- La mezcla de adhesivos de dos partes es una función básica del proceso, pero es esencial para que estos adhesivos funcionen correctamente. Una mezcla insuficiente puede provocar una reacción química parcial que conduce a un curado parcial. Un material curado insuficiente muy probablemente dará como resultado una resistencia de unión pobre y propiedades físicas más bajas. Además, la mezcla del recipiente original puede ser muy importante. Los rellenos u otros componentes podrían asentarse. Asegurando un mezcla homogénea de cada componente antes de mezclar (para dos partes) es vital para lograr las máximas propiedades. Las mediciones de viscosidad en múltiples puntos de la mezcla pueden ayudar a controlar y regular la homogeneidad al nivel deseado para la aplicación.
Los requisitos de procesamiento lentos y críticos de algunos adhesivos pueden ser una desventaja importante, particularmente en operaciones de producción de alto volumen. Si el adhesivo tiene múltiples componentes, las piezas se deben pesar y mezclar cuidadosamente. La operación de ajuste a menudo requiere calor y presión. El tiempo de fraguado prolongado hace que las plantillas y los accesorios sean necesarios para el montaje. Los controles de proceso rígidos también son necesarios, porque las propiedades adhesivas dependen de los parámetros de curado y las preparaciones de la superficie. La inspección de las juntas terminadas para el control de calidad es muy difícil. Esto también requiere un control estricto sobre todo el proceso de unión para garantizar una calidad uniforme. Las técnicas de prueba no destructivas no pueden predecir cuantitativamente la resistencia de la articulación.
Mediciones de viscosidad en pruebas
La prueba es una función extremadamente crítica en la industria de adhesivos y selladores por varias razones. No se pueden predecir de manera confiable las características de la junta basándose únicamente en los parámetros del adhesivo, el sustrato y el diseño de la junta. La viscosidad del adhesivo es una indicación de la facilidad con que el producto se puede bombear o extender sobre una superficie. Revela información, junto con la velocidad de fraguado del líquido y la tensión superficial, que es pertinente a las características de humectación del adhesivo e información sobre la edad y la composición del adhesivo. Las mediciones de viscosidad para adhesivos o selladores de flujo libre generalmente se basan en uno de los siguientes métodos descritos en ASTM D 1084. Las pruebas de adhesivos y selladores se llevan a cabo por una variedad de razones. Están acostumbrados a:
- Elija entre materiales o procesos, como adhesivo, adhesivo o diseño de juntas;
- Monitoree la calidad de los materiales de producción para asegurarse de que no hayan cambiado desde la última vez que se verificó su uso en el proceso de unión;
- Confirme la efectividad de un proceso de unión, como la limpieza o curado de superficies; o
- Investigue parámetros o variables de proceso que puedan conducir a diferencias medidas en el rendimiento del bono
Hay dos categorías generales de pruebas para adhesivos y selladores: pruebas de propiedades fundamentales y pruebas de uso final. Las pruebas de propiedades fundamentales, como las pruebas de viscosidad, generalmente se emplean para evaluar la consistencia del adhesivo o sustrato entrante una vez que se verifica que el sistema de unión es adecuado en una aplicación específica. A menudo, las pruebas de propiedades fundamentales se llevan a cabo después de una falla o un hecho inexplicable para determinar si un cambio en el material entrante puede haber sido el posible culpable. La Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) y otras organizaciones profesionales, como el Departamento de Defensa de los EE. UU. Y la Sociedad de Ingenieros Automotrices, han especificado una serie de pruebas estándar para adhesivos y selladores.
Control de calidad de los materiales entrantes: También puede ser necesario probar internamente el producto a granel entrante en busca de propiedades fundamentales. Estas inspecciones generalmente consisten en una evaluación de las propiedades físicas y químicas tales como: color, viscosidad, porcentaje de sólidos, peso por galón, vida útil, tiempo abierto y flujo. Un porcentaje extremadamente alto de defectos puede atribuirse a una mala mano de obra o falta de comprensión con respecto a la adhesión. Las especificaciones son una parte necesaria de un programa de control de calidad. Una especificación simplemente es una declaración de los requisitos que debe cumplir el adhesivo, el sellador o el proceso para ser aceptado para su uso.
Los adhesivos pueden ser de un solo componente, pero a menudo consisten en dos componentes, la resina y el endurecedor. Todos los componentes por separado y el producto mezclado deben ser probados en viscosidad. Algunas de las pruebas estándar para caracterizar las propiedades fundamentales del material para adhesivos y selladores son las siguientes:
- ASTM D1084 Viscosidad de adhesivos
- ASTM D2556 Viscosidad aparente del adhesivo que tiene propiedades de flujo dependientes de la velocidad de corte
- ASTM D3236 Viscosidad de adhesivos termofusibles y materiales de recubrimiento
Gestión de la viscosidad en los sistemas de entrega.
Cuando se utilizan para fines de fabricación general y automotriz, estos nuevos adhesivos industriales se aplican utilizando una amplia variedad de sistemas de suministro de adhesivo. Estos van desde sistemas de aplicación completamente robóticos, que aplican rápidamente una gota de adhesivo precisa y uniformemente medida a una pieza de trabajo, como un panel de la carrocería sin imprimación o parabrisas, hasta sistemas aplicadores con pistola utilizados por los trabajadores de la planta para aplicar adhesivos manualmente a paneles y piezas. durante el montaje de la línea de producción. Para lograr un flujo y un cordón de material más consistentes durante la aplicación, se pueden agregar reguladores de viscosidad del fluido aguas abajo de la bomba.
La reología y la viscosidad son algunas de las características más importantes asociadas con los selladores y adhesivos que deben mostrar propiedades similares a los líquidos (deben fluir) para ser aplicados, pero también deben tener suficiente 'pegajosidad' para adherirse o unir sustratos, comportamiento que está influenciado por propiedades viscoelásticas. Una vez aplicados, la mayoría de los materiales se diseñan para someterse a una transición líquido-sólido para formar un sello o unión adhesiva robusta. Para adhesivos de baja viscosidad, la viscosidad es importante para penetrar en las superficies de pegado y para fluir hacia el espacio de pegado. Para adhesivos de alta viscosidad, se requiere la viscosidad correcta para salvar espacios más grandes y evitar que fluya hacia pequeños espacios y poros en la superficie.
La viscosidad es una medida de las características del flujo y su control es una de las operaciones más importantes de los pasos de entrega de adhesivos y selladores. Puntos clave sobre cómo la viscosidad de la suspensión es crítica:
- Mediante la medición de la viscosidad, se pueden notar cambios en la densidad, estabilidad, contenido de solvente y peso molecular. La viscosidad es un indicador efectivo de distribución de tamaño de partícula. Los cambios en la distribución del tamaño de partícula pueden afectar propiedades como la densidad, la reología y el espesor del recubrimiento. Las propiedades que pueden verse afectadas son resistencia química, características térmicas, resistencia a los golpes, contracción, flexibilidad, facilidad de servicio y resistenciaEl monitoreo continuo de la viscosidad y la realización de los ajustes necesarios a la formulación son esenciales para lograr las propiedades correctas de los adhesivos y selladores en las respectivas aplicaciones.
- El control y monitoreo continuo de la viscosidad es esencial para detectar y evitar problemas en la entrega debido a factores ambientales: la temperatura, el nivel de humedad, el dióxido de carbono, el pH y el oxígeno, entre otros productos químicos, pueden tener un efecto adverso en los adhesivos y selladores.
Para tener un proceso de aplicación uniforme y para no desperdiciar materiales y optimizar el uso de energía, es altamente deseable que la viscosidad se regule automáticamente a un valor sustancialmente constante. Monitoreo y control de la viscosidad en línea y en tiempo real es esencial para mejorar el rendimiento y reducir costos en casi todos los procesos de formulación y entrega de adhesivos y selladores. Los operadores de procesos se dan cuenta de la necesidad de un viscosímetro que monitorea la viscosidad y la temperatura, y podría usar la viscosidad con compensación de temperatura como la variable clave del proceso para garantizar la consistencia y reducir las fallas.