Fallas de Pegado Adhesivo
Comprender los mecanismos de los modos de falla en las uniones adhesivas: cómo diseñar juntas pegadas robustas y duraderas que funcionen durante toda la vida útil del producto.
Cómo identificar las fallas de pegado adhesivo
La falla adhesiva es una falla de la unión en la interfaz entre el adhesivo (o los recubrimientos, tintas de impresión, selladores) y el sustrato. La falla cohesiva ocurre cuando una fractura permite que quede una capa de adhesivo en ambas superficies. El examen del modo de falla ofrece información valiosa sobre las variables del proceso que afectan la resistencia y la durabilidad de la junta pegada. El proceso de pegado involucra tanto fuerzas adhesivas como cohesivas, y las fallas suelen presentar más de un modo de falla. Los cuatro modos de falla son: falla adhesiva (interfacial), falla cohesiva (dentro del adhesivo), falla del sustrato (falla del material) y falla de modo mixto (una combinación de fallas adhesivas y cohesivas). La delaminación puede ocurrir durante el proceso de fabricación o en cualquier momento durante el almacenamiento o la vida útil en servicio del producto. Las uniones adhesivas robustas deben poseer tanto resistencia como durabilidad de la unión. Con demasiada frecuencia, los mecanismos de falla críticos no se identifican correctamente, y los fabricantes terminan comprando equipo innecesario y costoso mientras buscan una solución.
Tipos de modos de falla en el pegado adhesivo y cómo se originan
La adhesión entre dos materiales involucra la ciencia de superficies, el diseño de la junta y la química del adhesivo (o de la tinta/recubrimiento). Las juntas adhesivas pueden fallar de manera adhesiva o cohesiva. El modo de falla se refiere al mecanismo mediante el cual una unión adhesiva se rompe o falla como resultado del esfuerzo o la fuerza aplicada. Cuando las uniones fallan, es fundamental identificar las causas subyacentes.
Las juntas adhesivas pueden fallar de manera adhesiva o cohesiva
Falla adhesiva
Las fallas adhesivas ocurren en la interfaz entre el adhesivo y el sustrato. El adhesivo se separa limpiamente del sustrato. Visualmente, quedará adhesivo residual en cualquier punto, pero solo en una de las dos superficies. Las fallas adhesivas casi siempre se originan en el proceso de fabricación, como la contaminación por partículas extrañas, la migración de aditivos químicos hacia la línea de unión adhesiva, los atributos de viscosidad y espesor de la interfaz pegada, el curado inadecuado, y las fluctuaciones de temperatura pueden generar un esfuerzo excesivo en las uniones adhesivas debido a las diferentes propiedades de expansión térmica. El adhesivo debe humectar correctamente la superficie del sustrato, de lo contrario la resistencia de la unión será menor a la máxima posible.
Falla cohesiva
La falla cohesiva provoca la fractura del adhesivo y se caracteriza por la presencia visual del material adhesivo en las caras correspondientes de ambos sustratos. La unión entre el adhesivo y los sustratos es más fuerte que el adhesivo mismo. Las fallas cohesivas que ocurren en campo suelen deberse a un diseño de junta deficiente.
Falla del sustrato
La falla del sustrato (o falla del adherente) representa la resistencia de unión óptima, en la que el material mismo se rompe en lugar de la unión.
Falla de modo mixto
Las fallas de modo mixto presentan características tanto de la falla adhesiva como de la falla cohesiva, debido a que la interfaz está parcialmente degradada. Básicamente, este modo de falla es una fase de transición en la que la resistencia de la unión adhesiva es menor que la resistencia a la falla cohesiva.
Cómo diseñar uniones adhesivas resistentes para la manufactura
Las uniones adhesivas fallan por diversas razones, entre ellas el diseño de la pieza, el moldeo, los materiales y su almacenamiento, el pretratamiento, el ensamblaje y las condiciones de operación en campo. En el mundo actual de la manufactura global, los componentes suelen producirse en un país y enviarse a otro para su ensamblaje. Este protocolo, por sí solo, introduce factores que dificultan aún más el pegado.
¿Por qué fallan las uniones adhesivas?
Las fallas de pegado adhesivo pueden ocurrir por diversas causas, entre ellas el diseño de la pieza, el moldeo, los materiales y su almacenamiento, el pretratamiento, el ensamblaje y las condiciones de servicio. En el entorno actual de manufactura global, los componentes se fabrican habitualmente en un país y se entregan en otro para su ensamblaje. Este protocolo, por sí solo, introduce factores que dificultan aún más el pegado.
Documentos técnicos
Publicaciones y referencias detalladas sobre la ciencia de la adhesión, la preparación de superficies y los métodos de pegado.
Cómo resolver los problemas de adhesión en plásticos
La ciencia para resolver los problemas de adhesión en plásticos
Métodos para el pegado por adhesión de PPS
Técnicas para medir el pegado por adhesión
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Cómo afectan las superficies de los polímeros y los ángulos de contacto al pegado adhesivo
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La morfología y el procesamiento del polímero afectan, en última instancia, la facilidad o dificultad de las operaciones de pegado. Los plásticos semicristalinos suelen ser más difíciles de pegar que los plásticos amorfos. Los acetales, los nylons, las poliolefinas, el PPS, los policarbonatos, el PTFE y los hules/elastómeros presentan los mayores retos. Los aerosoles lubricantes externos migratorios, como las siliconas, nunca deben usarse en las instalaciones de moldeo, ya que se transportan por el aire hacia todas las demás máquinas y se depositan sobre las piezas moldeadas.
La preparación de la superficie es fundamental para lograr una alta resistencia de la unión adhesiva. Las superficies deben estar limpias y libres de contaminación por suciedad, grasa y aceites. Los materiales de bajo peso molecular (LMWM, por sus siglas en inglés), como las siliconas, los productos desmoldantes y los agentes antideslizantes, inhiben el pegado. Al limpiar superficies plásticas, el exceso de solvente genera capas límite débiles que dejan una acumulación de neblina (haze) que inhibe el pegado. Al utilizar el pretratamiento por plasma en la superficie, existen niveles óptimos de humectación: debe evitarse tanto el sobretratamiento como el subtratamiento.
Ángulos de contacto y energía superficial. Comprender el ángulo de contacto y sus propiedades físicas de interacción entre sólidos y líquidos aporta información valiosa para determinar las condiciones óptimas de humectación de la superficie para el pegado adhesivo. Mientras mayor sea la energía superficial del sustrato sólido en relación con la tensión superficial de un líquido (agua, tintas de impresión, adhesivos, recubrimientos, etc.), mejor será su "humectabilidad" y menor su ángulo de contacto. Los ángulos de contacto se ven afectados tanto por los cambios en la química de la superficie como por los cambios en la topografía de la superficie.
El ángulo de contacto de avance es más sensible a los componentes de baja energía (sin modificar) de la superficie del sustrato, mientras que el ángulo de retroceso es más sensible a los grupos oxidados de alta energía introducidos por los pretratamientos de superficie. Por lo tanto, el ángulo de retroceso es en realidad la medición más representativa del componente modificado de la superficie después de los pretratamientos, medido con soluciones dyne. Por ello, es importante medir tanto el ángulo de contacto de avance como el de retroceso en todos los materiales con superficie modificada.
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