Composição
Adesivos e selantes são formulações complexas usadas para ligar substratos ou selar juntas ou lacunas. Eles vêm em diferentes formas, mas geralmente são dispersões contendo materiais poliméricos ou agentes de cura, surfactantes e solventes. Os adesivos podem ser reativos ou não reativos. Para adesivos reativos, a adesão pode ser induzida pela mistura de dois ou mais componentes reativos, como resina epóxi e endurecedor, ou pode ser induzida por estímulos externos, como radiação UV, calor ou umidade. Para adesivos não reativos, a adesão é induzida por estímulos físicos, como evaporação por pressão ou solvente, por exemplo. No caso de um selante, a função principal é selar juntas ou lacunas e impedir que umidade, solventes ou gases entrem ou escapem de um sistema ou componente, embora muitos selantes possam ter várias funções.
A maioria dos adesivos e selantes são compostos de materiais poliméricos ou contêm monômeros ou oligômeros que formam uma rede polimérica reticulada após a reação. Consequentemente, o peso molecular e a estrutura molecular desses componentes são essenciais para as propriedades do material antes e depois da adesão. Muitas formulações adesivas e selantes são sistemas de duas fases, que incluem emulsões contendo polímero disperso ou sólidos dispersos no caso de calafetar. Em ambos os casos, o tamanho da partícula e o tamanho da gota podem ser críticos para o desempenho do produto.
Qualquer pessoa que pretenda usar adesivos e selantes enfrenta o desafio formidável da seleção correta de material, bem como a determinação de processos adequados. O adesivo ou selante deve fluir para a superfície do substrato e depois mudar de um líquido escoável para um sólido estrutural sem criar tensões internas prejudiciais na junta. Muitos dos problemas de adesivo ou selante que evoluem não se devem a uma má escolha de material ou design de junta, mas estão diretamente relacionados a técnicas de produção com defeito, principalmente sem o controle adequado do processo.
Por que a medição da viscosidade é importante na preparação das formulações?
Existem muitos tipos de adesivos e selantes a serem considerados ao configurar um processo de fabricação. A consideração cuidadosa da viscosidade ajuda a escolher o material certo tanto para o design do produto quanto para o processo de fabricação necessário para construí-lo.
Os adesivos modernos costumam ser uma formulação complexa de componentes que desempenham funções especiais. A formulação de matérias-primas em sistemas adesivos de colagem e vedação úteis é, ela própria, um amplo campo de tecnologia. Adesivos e selantes podem ser produzidos de várias formas: líquidos de uma e duas partes, soluções à base de solvente, emulsão à base de água, filme suportado ou não suportado, pelotas pré-formadas ou extrusões moldadas e várias outras formas. Essa variedade de possibilidades de formulação e formas de uso final são indicativas do estado avançado de desenvolvimento de adesivos e selantes.
A viscosidade (e reologia) é um dos parâmetros mais importantes na produção e processamento de adesivos. Outros materiais recebidos devem ser testados quanto à viscosidade antes do uso (por exemplo, em um sistema de dosagem). Vários solventes, agentes solúveis, pós resinosos ou cargas inertes podem ser usados para controlar a viscosidade do adesivo. A viscosidade dos sistemas adesivos pode precisar ser aumentada ou diminuída, dependendo da aplicação e do ambiente operacional.
- O controle de viscosidade é um método comumente usado para manter um produto consistente e uma espessura da linha de ligação. Espessantes e agentes tixotrópicos são usados para manter uma espessura razoável da linha de cola através do ajuste da viscosidade.
- As características de fluxo podem ser reguladas pela incorporação de envasadoras, pelo uso de cordões ou fitas tecidas como "calços internos" dentro do próprio adesivo ou pela cuidadosa regulação do ciclo de cura. As cargas são incorporadas para controlar a viscosidade dos adesivos, bem como outras propriedades.
- O aprisionamento de ar pode ser uma fonte de falha, especialmente em pequenas aplicações. A remoção de ar de um sistema, antes da aplicação, pode ser uma etapa de processamento necessária. As folgas de ar podem impedir que o adesivo interfira totalmente na superfície do substrato, o que pode resultar em menor resistência. Diluentes reduza a viscosidade e reduza o tempo necessário para que os adesivos molhem efetivamente o substrato. A viscosidade reduzida também ajuda na remoção do ar retido e na ação capilar do adesivo no preenchimento de poros e cavidades que podem estar na superfície do substrato. No entanto, a adição de diluentes, especialmente resinas líquidas que não reagiram, geralmente resulta em menor densidade de reticulação que, por sua vez, pode resultar em menor resistência a altas temperaturas e menor resistência ambiental.
- Proporção da mistura para muitos materiais de duas partes pode ser uma questão importante. Alguns sistemas são muito sensíveis a pequenas mudanças na taxa de mixagem. Muitos materiais são equilibrados estequiometricamente e uma mistura fora de proporção pode fazer com que o material cure erraticamente e / ou não atinja sua capacidade ideal. Alguns materiais que não são tão sensíveis à proporção de mistura podem exibir características ligeiramente diferentes quando a proporção é variada. Os materiais que curam com uma mistura fora da razão podem ter dureza final levemente diferente e resistência à tração, afetando o desempenho final. Uma solução alternativa para atender a requisitos rigorosos com relação à taxa de mistura poderia ser monitorar continuamente a viscosidade durante todo o processo de mistura e regular quantidades de diferentes componentes / materiais, dependendo das características de fluxo desejadas.
- A mistura de adesivos de duas partes é uma função básica do processo, mas é essencial para que esses adesivos funcionem corretamente. Uma mistura insuficiente pode resultar em uma reação química parcial que leva à cura parcial. Um material curado insuficiente provavelmente resultará em baixa resistência de união e menores propriedades físicas. Além disso, a mistura do recipiente original pode ser muito importante. Enchimentos ou outros constituintes podem assentar. Garantir uma mistura homogênea de cada componente antes da mistura (para duas partes) é vital para obter o máximo de propriedades. As medidas de viscosidade em vários pontos da mistura podem ajudar a monitorar e regular a homogeneidade no nível desejado para a aplicação.
Os requisitos de processamento lento e crítico de alguns adesivos podem ser uma grande desvantagem, principalmente em operações de produção de alto volume. Se o adesivo tiver vários componentes, as peças devem ser cuidadosamente pesadas e misturadas. A operação de configuração geralmente requer calor e pressão. Um longo tempo de montagem torna os gabaritos e acessórios necessários para a montagem. Controles rígidos de processo também são necessários, porque as propriedades adesivas dependem dos parâmetros de cura e das preparações da superfície. A inspeção de juntas acabadas para controle de qualidade é muito difícil. Isso também exige controle rigoroso sobre todo o processo de colagem para garantir qualidade uniforme. Técnicas de teste não destrutivas não podem prever quantitativamente a força da articulação.
Medições de viscosidade em testes
O teste é uma função extremamente crítica na indústria de adesivos e selantes por várias razões. Não se pode prever com segurança as características da junta com base apenas nos parâmetros do adesivo, substrato e design da junta. A viscosidade adesiva é uma indicação de quão facilmente o produto pode ser bombeado ou espalhado sobre uma superfície. Ele revela informações, juntamente com a taxa de endurecimento do líquido e a tensão superficial, que são pertinentes às características de umedecimento do adesivo e informações sobre a idade e composição do adesivo. As medições de viscosidade para adesivos ou selantes de fluxo livre geralmente são baseadas em um dos métodos a seguir descritos na ASTM D 1084. Os testes de adesivos e selantes são realizados por vários motivos. Eles são usados para:
- Escolha entre materiais ou processos, como adesivo, aderência ou design de junta;
- Monitorar a qualidade dos materiais de produção para garantir que eles não tenham sido alterados desde a última vez em que foram verificados para uso no processo de colagem;
- Confirme a eficácia de um processo de colagem, como limpeza ou cura de superfícies; ou
- Investigue parâmetros ou variáveis de processo que possam levar a diferenças medidas no desempenho do título
Existem duas categorias gerais de testes para adesivos e selantes: testes de propriedades fundamentais e testes de uso final. Testes de propriedades fundamentais, como testes de viscosidade, são geralmente empregados para avaliar a consistência do adesivo ou substrato recebido, uma vez que o sistema de junta é verificado como adequado em uma aplicação específica. Geralmente, são realizados testes de propriedades fundamentais após uma falha ou ocorrência inexplicável para determinar se uma alteração no material recebido pode ter sido o possível culpado. Vários testes padrão para adesivos e selantes foram especificados pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) e outras organizações profissionais, como o Departamento de Defesa dos EUA e a Sociedade de Engenheiros Automotivos.
Controle de qualidade dos materiais recebidos: Também pode ser necessário testar internamente o produto a granel recebido quanto a propriedades fundamentais. Essas inspeções geralmente consistem em uma avaliação de propriedades físicas e químicas como: cor, viscosidade, porcentagem de sólidos, peso por galão, vida útil, tempo de abertura e vazão. Uma porcentagem extremamente alta de defeitos pode ser atribuída a falta de mão de obra ou falta de entendimento em relação à adesão. As especificações são uma parte necessária de um programa de controle de qualidade. Uma especificação é simplesmente uma declaração dos requisitos que o adesivo, selante ou processo deve atender para ser aceito para uso.
Os adesivos podem ser de componente único, mas geralmente consistem em dois componentes, a resina e o endurecedor. Todos os componentes separadamente e o produto misto precisam ser testados quanto à viscosidade. Alguns dos testes padrão para caracterizar propriedades fundamentais do material para adesivos e selantes são os seguintes:
- ASTM D1084 Viscosidade de adesivos
- ASTM D2556 Viscosidade aparente do adesivo com propriedades de fluxo dependentes da taxa de cisalhamento
- ASTM D3236 Viscosidade de adesivo termofusível e materiais de revestimento
Gerenciamento de viscosidade em sistemas de entrega
Quando usados para fins automotivos e de fabricação em geral, esses novos adesivos industriais são aplicados usando uma ampla variedade de sistemas de distribuição de adesivos. Eles variam de sistemas de aplicação totalmente robóticos - que aplicam rapidamente um cordão de adesivo preciso e medido de forma consistente a uma peça de trabalho, como um painel de carroceria ou pára-brisa sem primer - a sistemas aplicadores baseados em pistola usados por trabalhadores da fábrica para aplicar manualmente os adesivos em painéis e peças durante a montagem da linha de produção. Para atingir um fluxo mais consistente e cordão de material durante a aplicação, reguladores de viscosidade de fluido podem ser adicionados a jusante da bomba.
Reologia e viscosidade são algumas das características mais importantes associadas a selantes e adesivos que devem exibir propriedades semelhantes a líquido (eles devem fluir) para serem aplicados, mas também devem ter "aderência" suficiente para aderir ou ligar substratos - comportamento que é influenciado por propriedades viscoelásticas. Depois de aplicados, a maioria dos materiais são projetados para passar por uma transição líquido-sólido para formar uma vedação robusta ou ligação adesiva. Para adesivos de baixa viscosidade, a viscosidade é importante para penetrar nas superfícies de colagem e fluir para a lacuna de colagem. Para adesivos de alta viscosidade, a viscosidade correta é necessária para preencher lacunas maiores e evitar que flua para pequenas lacunas e poros na superfície.
A viscosidade é uma medida das características do fluxo e seu controle é uma das operações mais importantes das etapas de entrega de adesivos e selantes. Pontos-chave sobre como a viscosidade da pasta é crítica:
- Através da medição da viscosidade, podem ser observadas alterações na densidade, estabilidade, teor de solvente e peso molecular. A viscosidade é um indicador eficaz da distribuição de tamanho de partícula. As alterações na distribuição do tamanho das partículas podem afetar as propriedades, incluindo densidade, reologia e espessura do revestimento. As propriedades que podem ser afetadas são resistência química, características térmicas, resistência a choques, retração, flexibilidade, facilidade de manutenção e resistência. O monitoramento contínuo da viscosidade e os ajustes necessários à formulação são essenciais para obter as propriedades corretas dos adesivos e selantes nas respectivas aplicações.
- O monitoramento e o controle contínuo da viscosidade são essenciais para detectar e evitar problemas na entrega devido a fatores ambientais - temperatura, nível de umidade, dióxido de carbono, pH e oxigênio, entre outros produtos químicos, podem ter um efeito adverso nos adesivos e selantes.
Para ter um processo de aplicação uniforme e para não desperdiçar materiais e otimizar o uso de energia, é altamente desejável que a viscosidade seja regulada automaticamente para um valor substancialmente constante. Monitoramento e controle de viscosidade em linha em tempo real é essencial para melhorar o desempenho e reduzir custos em quase todos os processos de formulação e entrega de adesivos e selantes. Os operadores de processo percebem a necessidade de um viscosímetro que monitore a viscosidade e a temperatura e possa usar a viscosidade compensada pela temperatura como a principal variável do processo para garantir consistência e reduzir falhas.