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Diagnóstico de falhas de adesão em plásticos

Responda a cinco perguntas sobre como sua colagem, impressão ou revestimento falhou. O diagnóstico classifica as causas mais prováveis e indica o que verificar primeiro.

Diagnosticar a falha

Responda ao que você sabe e pule o que não sabe. A classificação parte da ordem em que essas causas aparecem na prática - tratamento insuficiente ou decaído em primeiro lugar, com ampla margem, depois desmoldante e silicone, depois migração de aditivos - e se ajusta às suas respostas.

1. Onde ocorreu a falha? Examine as duas faces da junta que falhou ou da impressão que se soltou - um estereomicroscópio de 10-40x resolve a questão em minutos.
2. Qual é o plástico?
3. Quando falhou?
4. A superfície recebeu pré-tratamento?
5. O que você observou? (marque todas as opções aplicáveis)

Causas comuns de falha de adesão em plásticos

Cada causa lista os sinais que apontam para ela, como confirmá-la e como corrigi-la. Altere uma variável de cada vez; a prova mais forte de uma causa é conseguir eliminar o defeito e fazê-lo voltar.

Energia de superfície baixa demais (sem tratamento ou subtratada)

O adesivo, a tinta ou o revestimento nunca molhou a superfície, então quase não tem onde se ancorar. É a causa isolada mais comum em poliolefinas, acetal, fluoropolímeros e TPEs.

Sinais típicos

  • Descolamento limpo - o plástico parece intacto
  • Os líquidos formam gotas, retraem ou apresentam olhos de peixe
  • Um plástico de baixa energia: PP, PE, TPO, acetal, PTFE, silicone

Como confirmar

Como corrigir

  • Faça o pré-tratamento: chama, corona, plasma atmosférico ou plasma frio, ou Pyrosil® para fluoropolímeros e silicone
  • As metas típicas são de 38-44 dyn/cm para tintas e adesivos; colagens estruturais exigem mais (náilon 50-54)
  • Verifique o nível de tratamento a cada turno

Leia mais: Pré-tratamento de superfície · Energia de superfície explicada

O tratamento decaiu antes do processamento

A peça foi tratada, mas a energia de superfície adicionada se perdeu antes da impressão ou da colagem. Superfícies tratadas perdem energia à medida que as cadeias poliméricas se reorientam e os aditivos migram para a superfície - em poliolefinas, principalmente nas primeiras 24 horas, e mais rápido em armazenamento quente.

Sinais típicos

  • Peças tratadas em lotes e armazenadas
  • Bons resultados em peças recém-tratadas, ruins em estoque mais antigo
  • Uma linha que funciona no inverno e falha no verão

Como confirmar

  • Trate uma peça nova e revista-a ou cole-a imediatamente - se funcionar, o problema está entre o tratamento e o processo
  • Meça uma curva de decaimento: 0, 1, 4 e 24 horas; 3, 7, 14 e 28 dias

Como corrigir

  • Registre na especificação do processo um intervalo máximo entre tratamento e colagem
  • Trate em linha, logo antes do processo; mantenha as peças tratadas em local fresco
  • Um primer aplicado logo após o tratamento preserva a ativação; o Pyrosil® dura de semanas a meses

Leia mais: Quanto tempo dura o tratamento por plasma

Desmoldante, silicone ou outra contaminação

Algo na superfície impede o contato: desmoldante com silicone, oleosidade das mãos, overspray em suspensão no ar, óleo de compressor ou resíduo de solvente de limpeza. O pré-tratamento ativa tudo o que estiver na superfície, então uma peça contaminada ainda pode passar em um teste de dyne.

Sinais típicos

  • Boa leitura de dyne, adesão ruim
  • Falhas irregulares (um tratamento falho tende a afetar peças ou lotes inteiros)
  • Olhos de peixe, crateras ou retração

Como confirmar

  • Ensaio com lote dividido usando peças moldadas sem desmoldante externo
  • FTIR-ATR ou XPS da superfície que falhou e de amostras de limpeza (swab)
  • Sopre o ar comprimido da fábrica sobre um pano branco limpo

Como corrigir

  • Nunca use sprays de silicone em uma fábrica de moldagem - eles chegam a todas as máquinas
  • Prefira desmoldantes solúveis em água; evite cera e desmoldantes internos em peças que serão pintadas
  • Limpe com um solvente que dissolva o contaminante e não ataque a peça - o álcool remove sujeira superficial, não hidrocarbonetos
  • Luvas sem talco; nenhuma luva ou embalagem que contenha silicone

Leia mais: Defeitos de revestimento em peças moldadas · Falhas de colagem

Migração de aditivos (plastificantes, agentes deslizantes, afloramento)

Os aditivos do plástico - plastificantes, agentes deslizantes e antiestáticos, retardantes de chama, desmoldantes internos - migram para a superfície após a moldagem e enfraquecem a interface. São desproporcionalmente comuns em falhas tardias.

Sinais típicos

  • Aprovado inicialmente, falhou dias, semanas ou meses depois
  • Película cerosa ou gordurosa em peças envelhecidas
  • PVC flexível, TPE ou grades para filmes e tampas com aditivos deslizantes

Como confirmar

  • Compare a adesão em peças novas e envelhecidas
  • FTIR ou XPS da interface que falhou
  • Teste outro lote ou grade como controle

Como corrigir

  • Mude o grade ou o pacote de aditivos; evite desmoldantes internos
  • Trate e cole ou revista logo após a moldagem
  • Use um adesivo resistente à migração ou um primer de barreira

Leia mais: Por que tintas e revestimentos delaminam · Preparação de plásticos para pintura

Tinta, revestimento ou adesivo inadequado para o plástico

Em uma superfície limpa e adequadamente tratada, algumas químicas ainda não aderem a certas resinas. O produto foi qualificado em outro substrato ou para outra janela de processo.

Sinais típicos

  • Descolamento limpo apesar de bons níveis de dyne
  • Funciona em um plástico ou cor, falha em outro

Como confirmar

  • Ensaio lado a lado com um produto qualificado para este grade específico

Como corrigir

  • Escolha uma química qualificada para a resina ou adicione um primer ou promotor de adesão

Leia mais: Colagem e união · Serviços de engenharia

Cura incompleta ou aplicação inadequada

O adesivo ou revestimento nunca atingiu a resistência total: proporção de mistura errada, tempo ou calor insuficientes, dose UV baixa ou excesso de material. Aplicar adesivo em excesso é uma das principais causas de falhas de colagem.

Sinais típicos

  • Adesivo ou revestimento partido ao meio (falha coesiva)
  • Material mole ou pegajoso
  • Linhas de colagem espessas ou irregulares

Como confirmar

  • Verifique a proporção de mistura, o tempo e a temperatura de cura e a dose UV
  • Teste de dureza ou de fricção com solvente do filme curado

Como corrigir

  • Mantenha as linhas de colagem finas e uniformes - normalmente 3-5 mil (milésimos de polegada) para máxima resistência ao cisalhamento
  • Epóxis bicomponentes precisam de cerca de 7 dias a 75°F (24°C) para cura completa, a menos que a cura seja acelerada por calor
  • Cartuchos pré-dosados eliminam erros de mistura

Leia mais: Colagem e união

Tensões internas de moldagem e ataque de solventes

Solventes ou monômeros do adesivo, da tinta, do revestimento ou do produto de limpeza atacam um plástico amorfo sob tensão - policarbonato, acrílico, poliestireno, ABS - e o trincam na linha de colagem, às vezes horas depois.

Sinais típicos

  • Microfissuras ou trincas perto da colagem ou da impressão
  • Plásticos amorfos: PC, PMMA, PS, ABS
  • Falhas concentradas em áreas de alta tensão

Como confirmar

  • Teste de imersão para tensão por solvente (ácido acético glacial para ABS)
  • Recoza um conjunto de peças abaixo da temperatura de deflexão térmica e compare

Como corrigir

  • Escolha uma química compatível com a resina
  • Reduza as tensões internas de moldagem por meio das condições de moldagem ou de recozimento

Leia mais: Fissuração sob tensão ambiental

Projeto da junta e tensão térmica

Falhas coesivas em campo costumam ser causadas por um projeto de junta inadequado: sobreposição insuficiente, cargas de descolamento ou clivagem, ou plásticos colados a metal ou vidro que se dilatam em taxas muito diferentes com a variação de temperatura.

Sinais típicos

  • Falha após ciclagem térmica
  • Começa nas bordas ou cantos
  • Plástico colado a metal ou vidro

Como confirmar

  • Teste de ciclagem térmica do conjunto
  • Compare a dilatação dos dois materiais com o alongamento do adesivo

Como corrigir

  • Projete a junta para cisalhamento, não para descolamento; aumente a sobreposição
  • Use um adesivo mais tenaz e flexível e controle a espessura da linha de colagem

Leia mais: Colagem e união

Camada limite fraca na película do plástico

A colagem é mais forte que a película externa da peça. Material degradado durante a moldagem, uma camada de aditivo aflorado, uma película pobre em resina ou vitrificada, ou turvação deixada por excesso de solvente se desprende junto com o adesivo.

Sinais típicos

  • Uma película de plástico no lado do adesivo ou do revestimento
  • Grades com carga ou com muito material reprocessado
  • Boas leituras de dyne, baixa resistência ao descolamento

Como confirmar

  • FTIR da face do adesivo que falhou
  • Teste um lote de resina virgem como controle
  • Revise a temperatura do fundido e o tempo de residência

Como corrigir

  • Corrija as condições de moldagem; limite o material reprocessado
  • Remova a película vitrificada de moldagem por tamboreamento ou jateamento
  • Use apenas a quantidade necessária de solvente de limpeza

Leia mais: Por que tintas e revestimentos delaminam

Sobretratamento

Além do ponto ótimo, o tratamento fragmenta a superfície do polímero em uma camada fracamente ligada que falha sob carga. Mais tratamento não é melhor.

Sinais típicos

  • Nível de dyne alto, superfície fraca ou pulverulenta
  • Furos de alfinete; falha logo abaixo da superfície do plástico
  • Selagem a quente ou soldagem afetadas nas etapas seguintes

Como confirmar

  • Escada de tratamento: teste a adesão em vários níveis de tratamento

Como corrigir

  • Reduza a densidade de potência da corona ou a dose de chama e de plasma
  • No plasma frio, reduza o tempo antes de reduzir a potência
  • Especifique um limite superior, além do limite inferior, de tratamento

Leia mais: Pré-tratamento de superfície

Umidade no plástico

Resinas higroscópicas - náilon, policarbonato, ABS - absorvem água. Aquecidas durante a cura, elas a liberam na linha de colagem ou no revestimento na forma de bolhas e empolamentos. O náilon pode absorver mais de 3% do seu peso.

Sinais típicos

  • Bolhas, vazios ou empolamentos após cura a quente
  • Peças de náilon, PC ou ABS
  • Pior nas estações úmidas

Como confirmar

  • Seque uma amostra de peças e compare

Como corrigir

  • Cole ou revista logo após a moldagem
  • Armazene as peças lacradas com dessecante; seque antes do processamento

Leia mais: Colagem de náilon

Ataque ambiental (umidade, produtos químicos, UV)

A junta estava boa até encontrar calor e umidade, produtos de limpeza, combustíveis, suor ou luz solar. Uma colagem aprovada no dia em que é feita pode falhar meses depois por ataque hidrolítico na interface.

Sinais típicos

  • Aprovada em teste a seco, falhou após a exposição
  • Adesivo ou revestimento amolecido, inchado ou descolorido

Como confirmar

  • Envelhecimento acelerado - por exemplo, 5 dias a 158°F (70°C) em ambiente seco e 5 dias a 90°F (32°C) / 90% UR, comparados a um controle em condições ambientes, seguidos de teste de descolamento ou de fita

Como corrigir

  • Escolha um adesivo ou revestimento especificado para a exposição
  • Associe, na especificação, cada teste de adesão imediato a um teste após envelhecimento

Leia mais: Envelhecimento acelerado · Teste de fita ASTM D3359

A colagem resistiu - a peça quebrou

Quando o próprio plástico fratura e a colagem permanece intacta, a colagem é mais forte que o material: a falha do substrato é o resultado ideal de um processo de colagem. Se a peça quebrou com uma carga baixa demais, o problema é a peça, não a adesão.

Sinais típicos

  • O plástico fraturou longe da linha de colagem
  • Adesivo intacto nas duas peças

Como confirmar

  • Compare a carga de falha com o requisito de projeto

Como corrigir

  • Reforce a peça: geometria, grade ou condições de moldagem

Leia mais: Falhas de colagem

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre falha adesiva, coesiva e do substrato?

Na falha adesiva (interfacial), o adesivo se separa de forma limpa e permanece em apenas uma superfície - geralmente um problema de energia de superfície, contaminação ou migração. Na falha coesiva, o próprio adesivo fratura e permanece nas duas superfícies - analise a cura, a aplicação e o projeto da junta. Na falha do substrato, o plástico se rompe em vez da colagem, o que representa a resistência de colagem ideal. A falha de modo misto apresenta características tanto da falha adesiva quanto da coesiva.

Qual é a causa mais comum de falha de tinta ou adesivo em plásticos?

Tratamento de superfície insuficiente ou decaído, com ampla margem. A contaminação por desmoldante e silicone vem em segundo lugar, e a migração de aditivos em terceiro - esta última é desproporcionalmente comum em falhas que aparecem semanas após a produção.

Por que o adesivo não adere ao polipropileno?

O polipropileno tem baixa energia de superfície - cerca de 29-31 dyn/cm - e nenhum grupo polar, por isso a maioria dos adesivos não consegue molhá-lo. O tratamento a chama, corona ou plasma eleva a energia de superfície à faixa de 38-44 dyn/cm e adiciona grupos polares aos quais o adesivo pode se ligar.

O nível de dyne está bom, mas a colagem ainda falha. Por quê?

Quase sempre é contaminação. O pré-tratamento ativa tudo o que estiver na superfície, e uma solução de dyne lê sem problema algum um contaminante ativado. Aumentar o nível de tratamento não ajuda; rastreie o contaminante - desmoldante de silicone, óleos, overspray, ar comprimido - até sua origem.

Limpar com álcool isopropílico melhora a adesão?

Só um pouco. O álcool é um solvente fraco: remove a sujeira superficial, mas não contaminantes de hidrocarbonetos, e não eleva a energia de superfície de um plástico de baixa energia. Use um solvente que dissolva o contaminante real sem atacar a peça e faça o pré-tratamento dos plásticos de baixa energia.

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Scott Sabreen

Scott Sabreen
Presidente e Engenheiro-Chefe
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