Pruebas de Adhesión
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Adhesión
A diferencia de la soldadura, todos los polímeros se pueden unir entre sí y con otros materiales, como madera, textiles, vidrio y metales, mediante el uso de adhesivos, con la excepción de la adhesión con solvente, que estrictamente hablando debe considerarse como un proceso de soldadura. Durante la adhesión, los sustratos no se ponen en contacto directamente entre sí. En este caso, una capa de polímero similar o diferente que puede difundirse parcialmente en la superficie del sustrato es responsable de la unión. No se necesita calor o se necesita muy poco para la adhesión, de modo que la estructura y las propiedades de los sustratos de unión permanezcan sin cambios. A diferencia de la soldadura, la adhesión también se puede utilizar para la unión de grandes superficies, un hecho que tiene una importancia considerable en la industria del embalaje. Las uniones adhesivas pueden ser ópticamente superiores a las uniones soldadas, lo cual es importante con los polímeros transparentes. Sin embargo, la fabricación de uniones adhesivas fuertes a menudo requiere procesos de varias etapas y puede llevar varios días. La resistencia de las uniones adhesivas de polímeros se puede probar de forma no destructiva solo hasta un punto muy limitado. Para unir plásticos se utiliza una amplia gama de adhesivos con varios mecanismos de adhesión y curado (ver ! Adhesivos). Algunos polímeros se pueden ablandar aplicando solventes y luego fusionarlos. Estrictamente hablando, esta técnica debe considerarse como soldadura por difusión. También se emplean con frecuencia adhesivos basados en disolventes que se endurecen por evaporación de los disolventes. Los disolventes también pueden hacer que la superficie de los sustratos de unión se hinche y, por lo tanto, pueden facilitar la difusión mutua de las moléculas del adhesivo y las moléculas del sustrato. Esto solo es posible con termoplásticos. Aunque la adhesión con solventes o adhesivos a base de solventes es simple y económica, a menudo surgen problemas con este proceso debido al envejecimiento de la unión porque el solvente no se puede eliminar completamente de la junta después de la unión. El termosellado y los adhesivos fundidos también han ganado importancia en la unión de plásticos. Las mayores fuerzas de unión adhesiva con polímeros se obtienen generalmente con adhesivos de uno o dos componentes de endurecimiento químico. En la mayoría de los casos, los adhesivos de un solo componente requieren calentamiento para la reacción de curado, mientras que los sistemas de dos componentes también curan a temperatura ambiente. Los procesos de adhesión ahora se pueden automatizar ampliamente. Se pueden realizar procesos de adhesión continuos y tiempos de ciclo cortos, particularmente cuando se utilizan adhesivos termosellados y fundidos. Los polímeros se pueden clasificar por su comportamiento de unión adhesiva como:
- Polímeros de fácil unión
- Polímeros de unión limitada
- Polímeros de unión difícil
Las diferencias en la capacidad de unión se deben a variaciones en la solubilidad de los polímeros y la polaridad de las macromoléculas. Otras influencias son la tensión superficial y, por tanto, la humectabilidad. Un requisito previo para la adhesión es que la tensión superficial del adhesivo sea inferior o igual a la del polímero. Solo cuando esto se aplica, el aglutinante se adapta a los contornos de la superficie sólida durante la etapa de humectación para que puedan ocurrir las reacciones interfaciales físicas y químicas requeridas para una buena adhesión. Solo en los adhesivos a base de disolventes que contienen componentes que se disuelven fuertemente se puede despreciar hasta cierto punto el criterio de humectación. Si la tensión superficial del plástico es inferior a la del adhesivo, la superficie debe prepararse mecánicamente o, en el caso de polímeros de difícil adherencia, debe tratarse químicamente. Los polímeros fácilmente adheribles son: poli(cloruro de vinilo) con bajo contenido de plastificante, poliestireno, poliacrilatos, policarbonatos y poliuretanos, así como resinas de poliéster, epoxi y fenólicas en estado no reforzado y reforzado. Mientras que el poliestireno se puede unir más fácilmente con adhesivos a base de solventes, los miembros restantes del grupo se pueden unir de manera confiable con una variedad de adhesivos sin tratamiento previo o después de la rugosidad mecánica. Las superficies de los sustratos de unión deben limpiarse con solventes o mecánicamente, incluso cuando se trate de polímeros fácilmente adheribles, para eliminar los contaminantes y los agentes de liberación residuales. Los polímeros de unión limitada incluyen PVC con alto contenido de plastificante, que debe limpiarse a fondo con solventes orgánicos antes de la aplicación del adhesivo. El pronunciado comportamiento de contracción e hinchamiento del PVC puede dificultar el uso de adhesivos a base de solventes. El PVC plastificado se puede unir de manera rápida y confiable usando solo solventes (p. ej., tetrahidrofurano). Se encuentran mayores problemas con la adhesión a cauchos sintéticos y poliamida. Este último se puede unir por difusión utilizando ácido fórmico; de lo contrario, se requieren adhesivos de dos componentes que, sin embargo, proporcionan una unión fuerte solo si la superficie del sustrato de poliamida se ha rugoso mecánicamente. Además, la adhesión a la poliamida depende en gran medida de la estructura química del polímero. Los polímeros difíciles de unir incluyen todas las poliolefinas, fluoropolímeros, poliacetales y resinas de silicona. Estos polímeros no se pueden unir en estado no tratado. Las poliolefinas pueden grabarse químicamente y tratarse electrostáticamente mediante el uso de equipos de descarga de corona o tratarse con una llama oxidante. Se debe tener cuidado de que la estructura básica del plástico no sea alterada por el pretratamiento de la superficie. Las mayores dificultades se encuentran en la unión adhesiva de copolímeros de fluoroetileno-propileno y politetrafluoroetileno, que pueden unirse con adhesivos solo después de grabar con sodio en amoníaco líquido o naftalenida de sodio. Aunque ambos procesos son complicados, dan enlaces de alta resistencia mecánica y buena resistencia al envejecimiento. Los desarrollos actuales en adhesivos están relacionados con la mejora de la fuerza de unión, la resistencia y la estabilidad, y con la simplificación de la procesabilidad. Un ejemplo son los adhesivos reactivos de un solo componente a base de cianoacrilatos, que son ideales para unir caucho y cuyo endurecimiento toma solo segundos o minutos. También se pueden alcanzar altas velocidades de fabricación con termosellado y adhesivos fundidos, cuya principal ventaja es su ausencia de disolventes. Los adhesivos fundidos a base de poliamidas, poliésteres lineales o polisulfonas aromáticas muestran una buena estabilidad térmica y tienen tiempos de procesamiento de una fracción de segundo. De los adhesivos de reacción de dos componentes, los poliuretanos flexibles tienen una amplia gama de usos para unir polímeros, incluida la unión de construcción y la fabricación de laminados como materiales de embalaje, láminas de núcleo ligero, láminas de metal laminadas con película y polímeros revestidos de metal.
Pruebas de adhesión
La pruebas de pelado o prueba de exfoliaciónson es una prueba de despegado para determinar la resistencia adhesiva del material o la resistencia de la unión adhesiva entre dos materiales. Esta resistencia adhesiva puede denominarse "adherencia" de un material, ya que es una medida de la resistencia de las muestras a la separación entre sí después de que se haya aplicado el adhesivo. Este valor medido puede usarse luego para determinar si la unión adhesiva es lo suficientemente fuerte o demasiado fuerte para la aplicación y si se necesita un proceso de unión o adhesivo diferente.
La resistencia al desprendimiento determina la resistencia adhesiva (también llamada resistencia a la fractura adhesiva). Las pruebas físicas de los productos de envasado mediante pelado pueden informarnos mucho sobre sus propiedades y el proceso de fabricación, como la consistencia de sellado, la resistencia de la unión, la capacidad de adherencia, las propiedades cohesivas de la interfaz, la durabilidad de la unión y otros parámetros.
Hay dos razones principales para realizar una prueba de peeling:
1. Evaluar la uniformidad de la adhesión de un tipo dado de interfaz adhesiva sensible a la presión, lo que indica una mala adhesión entre los adhesivos y los adherentes.
2. Distinguir entre criterios aceptables e inaceptables, determinando el rango de resistencia adhesiva que sea aceptable para el consumidor o para el propósito del adhesivo.
¿Cómo se realiza una prueba de peeling?
Las mediciones requieren un medidor de fuerza, agarres adecuados (capaces de sujetar las muestras firmemente y sin deslizamiento durante las pruebas) y un mecanismo accionado por un motor para tirar del producto a prueba a una velocidad constante y un ángulo controlado. La curva de la carga versus la distancia pelada muestra un pico inicial y la línea de enlace, ejemplo de una prueba de pelado.
Los tipos más comunes de pruebas de exfoliación para medir la resistencia adhesiva son la exfoliación en T, la exfoliación de 90 grados y la exfoliación de 180 grados. La prueba de pelado en T es un tipo de prueba de tracción realizada sobre dos sustratos flexibles que se han unido y se han colocado en agarres de prueba de pelado de modo que un sustrato sobresalga y el otro se pegue mientras el área adherida sobresale horizontalmente para que toda la configuración forma una "T". La prueba de 90 grados requiere un accesorio de prueba de desprendimiento de 90 grados para determinar la resistencia adhesiva entre un sustrato (placa) flexible y rígido (placa), donde la placa se encuentra horizontalmente con el extremo agarrado de la cinta sobresaliendo perpendicular mientras el resto está unido a la placa para que forme una "L".
Pruebas de pelado
Debido a que los adhesivos son muy débiles en el pelado, las pruebas para medir la resistencia al pelado son muy importantes. Las pruebas de pelado implican quitar un adherendo flexible de otro adherente que puede ser flexible o rígido. La muestra se suele pelar en un ángulo de 90° o 180°. Los tipos más comunes de prueba de pelado son los métodos de pelado en T y tambor trepador. Los valores resultantes de cada método de prueba pueden ser sustancialmente diferentes; por tanto, es importante especificar el método de prueba utilizado. Los valores de pelado se registran en libras por pulgada de ancho de la muestra adherida. Tienden a fluctuar más que los resultados de otras pruebas adhesivas debido al área extremadamente pequeña en la que se localiza la tensión durante la carga. La prueba de pelado en T se describe en ASTM D1876 y es la más común de todas las pruebas de pelado. Generalmente, este método de prueba se usa cuando ambos adherentes son flexibles. Una prueba de pelado a 90°, como la prueba de pelado en campana (ASTM D3167), se usa cuando un adherendo es flexible y el otro es rígido. El miembro flexible se despega en un ángulo constante de 90° a través de una disposición de carrete. Por tanto, los valores obtenidos son generalmente más reproducibles. La muestra de pelado en tambor trepador se describe en ASTM D1781. Este método de prueba está destinado a determinar la resistencia al desprendimiento de revestimientos de metal delgados en núcleos de panal, aunque generalmente se puede usar para juntas en las que al menos un miembro es flexible. Una variación de la prueba de pelado en T es una prueba de pelado de 180° descrita en ASTM D903. Se usa comúnmente cuando un adherente es lo suficientemente flexible como para permitir un giro de 180° cerca del punto de carga. Esta prueba ofrece resultados más reproducibles que la prueba de pelado en T porque el ángulo de pelado se mantiene constante.