Composizione
Adesivi e sigillanti sono formulazioni complesse utilizzate per legare substrati o sigillare giunti o lacune. Esistono in forme diverse ma sono comunemente dispersioni contenenti materiali polimerici o agenti indurenti, tensioattivi e solventi. Gli adesivi possono essere reattivi o non reattivi. Per gli adesivi reattivi, l'adesione può essere indotta mescolando insieme due o più componenti reattivi, come una resina epossidica e un indurente, oppure può essere indotta da stimoli esterni come radiazioni UV, calore o umidità. Per adesivi non reattivi, l'adesione è indotta da stimoli fisici come ad esempio la pressione o l'evaporazione del solvente. Nel caso di un sigillante, la funzione principale è quella di sigillare giunti o lacune e impedire all'umidità, ai solventi o ai gas di entrare o uscire da un sistema o componente, sebbene molti sigillanti possano avere più funzioni.
La maggior parte degli adesivi e dei sigillanti sono composti da materiali polimerici o contengono monomeri o oligomeri che formano una rete polimerica reticolata dopo la reazione. Di conseguenza il peso molecolare e la struttura molecolare di questi componenti sono fondamentali per le proprietà del materiale sia prima che dopo l'adesione. Molte formulazioni di adesivi e sigillanti sono sistemi a due fasi, che includono emulsioni contenenti polimero disperso o solidi dispersi nel caso del mastice. In entrambi i casi la dimensione delle particelle e la dimensione delle gocce possono essere fondamentali per le prestazioni del prodotto.
Chiunque intenda utilizzare adesivi e sigillanti deve affrontare la formidabile sfida della corretta selezione dei materiali e della determinazione dei processi corretti. L'adesivo o sigillante deve fluire sulla superficie del substrato e quindi passare da un liquido fluido a un solido strutturale senza creare dannose sollecitazioni interne nel giunto. Molti dei problemi relativi all'adesivo o al sigillante che si evolvono non sono dovuti a una cattiva scelta del materiale o del design del giunto, ma sono direttamente correlati a tecniche di produzione difettose per lo più prive di un adeguato controllo del processo.
Perché la misurazione della viscosità è importante nella preparazione delle formulazioni?
Ci sono molti tipi di adesivi e sigillanti da considerare quando si imposta un processo di fabbricazione. Un'attenta considerazione della viscosità aiuta a scegliere il materiale giusto sia per la progettazione del prodotto che per il processo di fabbricazione richiesto per costruirlo.
Gli adesivi moderni sono spesso una formulazione complessa di componenti che svolgono funzioni speciali. La formulazione di materie prime in sistemi di incollaggio e sigillatura utili è di per sé un ampio campo di tecnologia. Adesivi e sigillanti possono essere prodotti in varie forme: liquidi mono e bicomponenti, soluzioni a base solvente, emulsione acquosa, film supportato o non supportato, pellet preformato o estrusioni sagomate e numerose altre forme. Questa varietà di possibilità di formulazione e forme di utilizzo finale sono indicative dello stato avanzato di sviluppo di adesivi e sigillanti.
La viscosità (e reologia) è uno dei parametri più importanti nella produzione e nella lavorazione degli adesivi. Ulteriori materiali in entrata devono essere sottoposti a test di viscosità prima dell'uso (ad es. In un sistema di dosaggio). Vari solventi, agenti solubili, polveri resinose o riempitivi inerti possono essere utilizzati per controllare la viscosità dell'adesivo. Potrebbe essere necessario aumentare o ridurre la viscosità dei sistemi adesivi a seconda dell'applicazione e dell'ambiente operativo.
- Il controllo della viscosità è un metodo comunemente usato per mantenere uno spessore costante del prodotto e della linea di legame. Addensanti e agenti tixotropici sono usati per mantenere uno spessore ragionevole della linea di colla attraverso la regolazione della viscosità.
- Le caratteristiche del flusso possono essere regolate dall'incorporazione di riempitivi, mediante l'uso di rasature o nastri tessuti come "spessori interni" all'interno dell'adesivo stesso o mediante un'attenta regolazione del ciclo di polimerizzazione. I riempitivi sono incorporati per controllare la viscosità degli adesivi e altre proprietà.
- L'intrappolamento dell'aria può essere fonte di guasti soprattutto nelle piccole applicazioni. La rimozione dell'aria da un sistema, prima dell'applicazione, può essere una fase di elaborazione necessaria. Le intercapedini d'aria potrebbero impedire all'adesivo di interfacciarsi completamente con la superficie del substrato, con conseguente riduzione della resistenza. diluenti ridurre la viscosità e ridurre il tempo impiegato dagli adesivi per bagnare efficacemente il supporto. La viscosità ridotta aiuta anche a rimuovere l'aria intrappolata e favorisce l'azione capillare dell'adesivo nel riempimento di pori e cavità che possono trovarsi sulla superficie del substrato. Tuttavia, l'aggiunta di diluenti, in particolare le resine liquide non reagite, di solito determina una riduzione della densità del reticolato che a sua volta può comportare una riduzione della resistenza alle alte temperature e una minore resistenza ambientale.
- Rapporto di miscelazione per molti materiali in due parti può essere un grosso problema. Alcuni sistemi sono molto sensibili alle variazioni minori nel rapporto di miscelazione. Molti materiali sono bilanciati stechiometricamente e una miscela fuori rapporto può causare una polimerizzazione irregolare del materiale e / o un rendimento non ottimale. Alcuni materiali che non sono così sensibili al rapporto di miscelazione possono presentare caratteristiche leggermente diverse quando si varia il rapporto. I materiali che induriscono con una miscela fuori rapporto possono avere una durezza finale e una resistenza alla trazione leggermente diverse, influenzando così le prestazioni finali. Una soluzione alternativa per soddisfare requisiti rigorosi rispetto al rapporto di miscelazione potrebbe essere il monitoraggio continuo della viscosità durante il processo di miscelazione e la regolazione delle quantità di diversi componenti / materiali a seconda delle caratteristiche di flusso desiderate.
- La miscelazione di adesivi in due parti è una funzione di processo di base ma è essenziale per il corretto funzionamento di questi adesivi. Una miscelazione insufficiente può provocare una reazione chimica parziale che porta a una parziale polimerizzazione. Un materiale polimerizzato insufficiente molto probabilmente si tradurrà in scarsa forza di adesione e proprietà fisiche inferiori. Inoltre, la miscelazione del contenitore originale può essere molto importante. Riempitivi o altri componenti potrebbero depositarsi. Garantire a miscela omogenea di ciascun componente prima della miscelazione (per due parti) è vitale per ottenere le massime proprietà. Le misurazioni della viscosità in più punti della miscela possono aiutare a monitorare e regolare l'omogeneità al livello desiderato per l'applicazione.
I requisiti di elaborazione lenti e critici di alcuni adesivi possono essere uno svantaggio principale, in particolare nelle operazioni di produzione ad alto volume. Se l'adesivo ha più componenti, le parti devono essere accuratamente pesate e miscelate. L'operazione di impostazione richiede spesso calore e pressione. Il tempo impostato prolungato rende le maschere e le attrezzature necessarie per il montaggio. Sono inoltre necessari controlli di processo rigidi, poiché le proprietà adesive dipendono dai parametri di polimerizzazione e dai preparati superficiali. L'ispezione dei giunti finiti per il controllo di qualità è molto difficile. Ciò richiede anche un controllo rigoroso sull'intero processo di incollaggio per garantire una qualità uniforme. Le tecniche di prova non distruttive non possono prevedere quantitativamente la forza articolare.
Misurazioni della viscosità nei test
I test sono una funzione estremamente critica nel settore degli adesivi e dei sigillanti per diversi motivi. Non è possibile prevedere in modo affidabile le caratteristiche del giunto basandosi esclusivamente sui parametri dell'adesivo, del substrato e del disegno del giunto. La viscosità adesiva indica la facilità con cui il prodotto può essere pompato o distribuito su una superficie. Rivela informazioni, insieme alla velocità di presa del liquido e alla tensione superficiale, pertinenti alle caratteristiche di bagnabilità dell'adesivo e informazioni relative all'età e al composto dell'adesivo. Le misurazioni della viscosità per adesivi o sigillanti a flusso libero si basano generalmente su uno dei seguenti metodi descritti in ASTM D 1084. I test sugli adesivi e sui sigillanti vengono condotti per una serie di motivi. Sono usati per:
- Scegli tra materiali o processi, come adesivi, aderenti o design di giunti;
- Monitorare la qualità dei materiali di produzione per assicurarsi che non siano cambiati dall'ultima volta in cui sono stati verificati per l'uso nel processo di incollaggio;
- Confermare l'efficacia di un processo di incollaggio, come la pulizia o l'indurimento delle superfici; o
- Indagare su parametri o variabili di processo che possono determinare differenze misurate nella performance dell'obbligazione
Esistono due categorie generali di test per adesivi e sigillanti: test di proprietà fondamentali e test di utilizzo finale. I test di proprietà fondamentali, come i test di viscosità, vengono generalmente utilizzati per valutare la consistenza dell'adesivo o del substrato in entrata una volta verificato il sistema di giunzione come idoneo in un'applicazione specifica. Spesso vengono eseguiti test di proprietà fondamentali dopo che si è verificato un errore o un evento inspiegabile per determinare se un possibile cambiamento nel materiale in arrivo potrebbe essere stato il possibile colpevole. Numerosi test standard per adesivi e sigillanti sono stati specificati dall'American Society for Testing and Materials (ASTM) e da altre organizzazioni professionali come il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti e la Society of Automotive Engineers.
Controllo di qualità dei materiali in entrata: Potrebbe anche essere necessario testare internamente il prodotto sfuso in entrata per le proprietà fondamentali. Queste ispezioni di solito consistono in una valutazione delle proprietà fisiche e chimiche come: colore, viscosità, percentuale di solidi, peso per gallone, durata utile, tempo aperto e flusso. Una percentuale estremamente elevata di difetti può essere ricondotta a una cattiva lavorazione o alla mancanza di comprensione per quanto riguarda l'adesione. Le specifiche sono una parte necessaria di un programma di controllo di qualità. Una specifica è semplicemente una dichiarazione dei requisiti che l'adesivo, il sigillante o il processo devono soddisfare per essere accettati per l'uso.
Gli adesivi possono essere monocomponenti, ma spesso sono composti da due componenti, la resina e l'indurente. Tutti i componenti separatamente e il prodotto miscelato devono essere sottoposti a test di viscosità. Alcuni dei test standard per la caratterizzazione delle proprietà fondamentali dei materiali per adesivi e sigillanti sono i seguenti:
- ASTM D1084 Viscosità degli adesivi
- ASTM D2556 Viscosità apparente dell'adesivo con proprietà di flusso dipendenti dalla velocità di taglio
- ASTM D3236 Viscosità di adesivi hot melt e materiali di rivestimento
Gestione della viscosità nei sistemi di consegna
Quando vengono utilizzati sia per scopi automobilistici che di produzione generale, questi nuovi adesivi industriali vengono applicati utilizzando un'ampia varietà di sistemi di erogazione degli adesivi. Questi vanno dai sistemi di applicazione completamente robotici - che applicano rapidamente un cordone di adesivo preciso e misurato in modo coerente a un pezzo in lavorazione, come un pannello della carrozzeria o un parabrezza non primerizzato - ai sistemi di applicazione a pistola utilizzati dai lavoratori dell'impianto per applicare manualmente adesivi a pannelli e parti durante l'assemblaggio della linea di produzione. Per ottenere un flusso e un cordone di materiale più costanti durante l'applicazione, è possibile aggiungere regolatori di viscosità del fluido a valle della pompa.
La reologia e la viscosità sono alcune delle caratteristiche più importanti associate a sigillanti e adesivi che dovrebbero mostrare proprietà simili ai liquidi (dovrebbero fluire) per essere applicati, ma devono anche avere un 'tack' sufficiente per aderire o legare insieme i substrati - comportamento che è influenzato dalle proprietà viscoelastiche. Una volta applicati, la maggior parte dei materiali viene quindi progettata per subire una transizione liquido-solido in modo da formare una tenuta robusta o un legame adesivo. Per gli adesivi a bassa viscosità, la viscosità è importante per penetrare nelle superfici di incollaggio e per fluire nello spazio di incollaggio. Per gli adesivi ad alta viscosità è necessaria la viscosità corretta per colmare spazi più grandi e per evitare che scorra in piccoli spazi e pori sulla superficie.
La viscosità è una misura delle caratteristiche di flusso e il suo controllo è una delle operazioni più importanti delle fasi di consegna degli adesivi e del sigillante. Punti chiave su come la viscosità dei liquami è fondamentale:
- Attraverso la misurazione della viscosità, si possono notare variazioni di densità, stabilità, contenuto di solvente e peso molecolare. La viscosità è un indicatore efficace del distribuzione delle dimensioni delle particelle. Le modifiche alla distribuzione delle dimensioni delle particelle possono influire sulle proprietà tra cui densità, reologia e spessore del rivestimento. Le proprietà che possono essere interessate sono resistenza chimica, caratteristiche termiche, resistenza agli urti, restringimento, flessibilità, facilità di manutenzione e resistenzaIl monitoraggio continuo della viscosità e l'esecuzione delle necessarie regolazioni della formulazione sono essenziali per ottenere le giuste proprietà degli adesivi e dei sigillanti nelle rispettive applicazioni.
- Il monitoraggio e il controllo continui della viscosità sono essenziali per rilevare ed evitare problemi di erogazione dovuti a fattori ambientali: temperatura, livello di umidità, anidride carbonica, pH e ossigeno, tra gli altri prodotti chimici, possono avere effetti negativi sull'adesivo e sui sigillanti.
Al fine di avere un processo di applicazione uniforme e di non sprecare materiali e ottimizzare l'utilizzo di energia, è altamente desiderabile che la viscosità sia regolata automaticamente su un valore sostanzialmente costante. Monitoraggio e controllo della viscosità in linea e in tempo reale è essenziale migliorare le prestazioni e ridurre i costi in quasi tutti i processi di formulazione e consegna di adesivi e sigillanti. Gli operatori di processo comprendono la necessità di un viscosimetro che monitora la viscosità e la temperatura e potrebbe utilizzare la viscosità con compensazione della temperatura come variabile di processo chiave per garantire coerenza e ridurre i guasti.