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Colle a base di resine termoindurenti                              
 
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Generalità

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Resine formo-fenoliche

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Resine resorcine-formaldeide

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Resine urea-formaldeide

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Colle di melammina-formaldeide

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Resine epossidiche

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Resine furaniche

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Colle poliuretaniche

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Siliconi

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Colle a base di resine termoplastiche

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Generalità

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Colle a base di cellulosa

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Colle viniliche

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Colle poliacriliche

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Elastomeri

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Altre materie plastiche

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Colle miste

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Colle anaerobiche

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RESINE EPOSSIDICHE

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Informazioni generali

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Applicazioni

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I principi dell'adesione

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I principi dell'adesione

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Fattori che provocano l'adesione

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Fattori che influenzano l'unione

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Scelta di una resina per l'incollaggio

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La scelta di una resina per l'incollaggio

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Applicazione

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Materiali

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Cottura

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Messa in opera

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Vantaggi degli incollaggi

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Svantaggi degli incollaggi

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Cose da sapere

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Stoccaggio

                                                             

 

 

Gran parte delle colle è di natura organica, sia che siano di origine vegetale, sia che siano di origine animale. Questo vale anche per le resine termoplastiche e termoindurenti. Le gomme e le resine forniscono la gran parte delle colle industriali. 

 

Colle a base di resine termoindurenti:   UP

 

Sono poco sensibili all’azione del caldo e del freddo. La loro coesione è elevata e la fluidità ridotta. Alcune permettono di ottenere assemblaggi primari o strutturali. Gli assemblaggi primari sono quelli che devono produrre una forte resistenza meccanica ma sopportano solo carichi statici (ex: mobili), gli assemblaggi strutturali devono, invece, sopportare anche carichi dinamici.

 

Resine formo-fenoliche:                                          UP

aderiscono perfettamente su legno, carta e tessuti a base di fibre di cellulosa. Sugli altri materiali l’aderenza è buona ma insufficiente a sopportare carichi elevati. Queste resine garantiscono anche una perfetta adesione legno-metallo. L’indurimento avviene per mezzo di un catalizzatore (formaldeide + acido o base) la cui scelta dipende dalla natura dei materiali da incollare. La forte acidità o alcalinità può rovinare i materiali da assemblare. Un acido debole è raccomandato come additivo per catalizzare quando si devono eseguire incollaggi a caldo. Se si lavora con temperature poco elevate, il catalizzatore deve avere un PH compreso tra 3.5 e 8. Queste resine si presentano sotto forma di soluzioni concentrate di resina nell’alcool e anche in soluzioni o in emulsioni acquose. Alcune sono polveri solubili in acqua o alcool.

Colle facili da impiegare, hanno una grande solidità e una buona resistenza all’invecchiamento e alle intemperie. Come inconvenienti presentano il fatto che l’incollaggio necessita di una forte pressione e di temperature elevate, è necessario tenere controllata la temperatura delle parti assemblate prima di porle in esercizio o lavorarle, l’incollaggio di superfici curve pone problemi, il colore della colla è antiestetico e le resine fenoliche sono tossiche.

 

Resine resorcine-formaldeide:                              UP      

queste colle hanno il vantaggio di poter indurire sia a temperatura ambiente sia a temperature controllate con un catalizzatore neutro che non altera i materiali da assemblare. Queste colle possono formare giunzioni spesse e non necessitano quindi di forti pressioni; non è necessario riscaldarle ad alta temperatura e tollerano bene l’umidità. Resistono bene alle intemperie e all’invecchiamento. L’inconveniente maggiore è il prezzo elevato.

 

Resine urea-formaldeide:                                      UP          

sono incolori e facili da preparare e da mettere in opera. Offrono una buona resistenza a patto che gli incollaggi non siano troppo vecchi. Si sono riscontrati talvolta risultati mediocri con l’utilizzo di catalizzatori acidi o quando la preparazione è stata fatta sotto un carico troppo elevato. Vengono messe in opera sia a caldo (o sotto pressione) sia a freddo. Si aggiunge un induritore poco prima dell’utilizzo. E’ possibile utilizzare delle polveri ma l’applicazione è piu’ delicata. L’incollaggio è incolore e possiede una buona resistenza meccanica. E’ possibile realizzare delle giunzioni spesse e inoltre queste resine non sono tossiche e tollerano bene l’umidità. Per contro offrono poca resistenza all’acqua cosa che rende necessario proteggere la parte incollata.

  

Colle di melammina-formaldeide:                        UP    

hanno il vantaggio, sulle resine fenoliche, di avere il colore delle resine a base di urea e di offrire caratteristiche uguali e qualche volta superiori a quelle delle resine fenoliche. Queste colle, mescolate a resine a base di urea, permettono di ottenere colle resistenti all’acqua bollente. Le soluzioni di melammina formaldeide sono troppo instabili, pertanto, in commercio, vengono fornite sotto forma di polveri solubili in acqua. I principali vantaggi consistono in una resistenza meccanica elevata dei giunti, una temperatura d’indurimento moderata (tra 80 e 110°C), una buona resistenza all’umidità e all’invecchiamento e, infine, il fatto che la colla è incolore. Per contro, le soluzioni di colla hanno una durata di conservazione limitata, sono di bassa viscosità e l’indurimento puo’ essere ottenuto esclusivamente a caldo.

 

Resine epossidiche:                                                       UP  

permettono di ottenere assemblaggi resistenti agli sforzi meccanici tra numerosi materiali minerali, metallici o organici. Queste resine possono essere liquide o solide a temperatura ambiente a seconda della lunghezza della loro catena molecolare. Reagiscono con gli induritori acidi o basici per dare dei prodotti duri e infusibili. Si distinguono due tipi di resine: quelle che induriscono già a freddo e quelle che induriscono a caldo al di sopra dei 120°C. Le colle a freddo sono liquide, pastose o in soluzione; prima dell’incollaggio vi si mescola la quantità necessaria di un induritore liquido o in soluzione. Queste colle permettono l’incollaggio del vetro, della pomice, del cemento, della carta, dei tessuti, di resine termoindurenti lavorate e del poliestere e anche di alcune materie termoplastiche come i poliammidi e il polimetilmetacrilato.

Le colle a caldo sono solide a temperatura ambiente: l’induritore è aggiunto dal produttore. Questa soluzione è stabile per parecchi anni. Per l’applicazione di queste colle si fa un preriscaldamento delle parti da incollare seguito da un’applicazione della colla; si assemblano le parti fin tanto che la colla è ancora liquida. Fatto ciò si mettono le parti in forno per effettuare l’indurimento.

 

Resine furaniche:                                                         UP   

hanno un’affinità notevole con i substrati nei materiali termoindurenti. Su molti supporti come plastiche, ceramiche e metalli, i derivati dell’alcool furfurilico hanno delle eccellenti proprietà adesive. Sotto forma di “sciroppi”, senza solventi, permettono di realizzare degli incollaggi spessi indurendo senza ritenzione di corpi volatili. La sua attitudine elevata alla polimerizzazione e il suo potere solvente nei confronti di numerose resine permettono l’utilizzo dell’alcool furfurilico per la fabbricazione di colle sintetiche in soluzione, colle nelle quali il solvente si polimerizza contemporaneamente al resto della colla.

 

Colle poliuretaniche:                                                   UP

permettono di assemblare a freddo, senza pressione, numerosi materiali: metalli, gomme, plastiche e vetro. Queste colle, ottenute per combinazione di poliisocianato e polialcool (colla bicomponente), hanno varie formulazioni; il loro inconveniente consiste in una certa aggressività che si arriva ad eliminare modificando i costituenti di base. Gli adesivi a base di poliuretano sono particolarmente raccomandati per la realizzazione di assemblaggi sottoposti a forti sollecitazioni meccaniche e termiche. Oltre alla loro flessibilità offrono una eccellente adesione su una gran quantità di supporti e un buon comportamento anche a basse temperature. Per contro, bisogna rimarcare che un’esposizione prolungata alla luce, e particolarmente ai raggi ultravioletti, fa cadere sensibilmente le proprietà meccaniche del giunto.

 

Siliconi:                                                                         UP         

La messa a punto, nel 1957, di un elastomero siliconico monocomponente aveva dato un segnale di partenza per un tipo d’incollaggio basato sul silicone che poi non ha cessato di svilupparsi e di conquistare nuovi spazi d'utilizzo. All'’inizio aveva avuto il nome di "gomma autovulcanizzante".

I siliconi coprono oggi tutta una gamma di elastomeri monocomponenti che vulcanizzano a temperatura ambiente. Permettono di ottenere incollaggi resistenti e duraturi sulla gran parte dei materiali: metalli, materie plastiche, legno, vetro e materiali da costruzione. Su polimeri ritenuti difficili da incollare come il polietilene e il politetrafluoretilene, l’adesione può essere buona a condizione di aver effettuato una preparazione adeguata delle superfici. Se le condizioni di utilizzo sono particolarmente severe è necessario utilizzare un’altra colla come primaria. E’ riparabile e lavorabile, è molto tossico. Attualmente è piu’ caro della gran parte delle resine.

 

  

 

Colle a base di resine termoplastiche       UP

 

Sono impiegate generalmente in soluzione, sotto forma di film o in preparazioni termofusibili. A causa della loro termoplasticità, della loro debole coesione e della loro notevole fluidità, questi adesivi non danno incollaggi molto resistenti. Il range di temperature di utilizzo è molto ristretto e va da 0 a 50°C dal momento che al di sopra dei 50°C la resistenza della giunzione decresce rapidamente mentre al di sotto degli 0°C la sua fragilità ne limita l’impiego. Questi adesivi non permettono altro che la realizzazione di assemblaggi secondari.

 

Colle a base di cellulosa:                                            UP

gli esteri di cellulosa, in particolare gli acetati e i nitrati, sono impiegati da molto tempo come colle per l’uso domestico. Sono eccellenti colle per la plastica. Il nitrato di cellulosa è stato utilizzato con successo nell’industria del rame. Quando è necessario ottenere degli incollaggi spessi, vi si possono incorporare delle polveri di amianto, ossido di zinco, alluminio, zinco, ecc. ecc. e anche dei plastificanti o dei solventi. La metilcellulosa è impiegata per applicazioni speciali o nella costituzione di colle.

 

Colle viniliche:                                                              UP

le resine viniliche, in particolare l’acetato di polivinile, sono molto utilizzate come colle per legno e carta. L’indurimento è rapido e la messa in opera è facile su macchine di produzione intensiva. Però la loro resistenza all’umidità e al calore non è paragonabile a quella delle colle termoindurenti. Le colle di acetato di vinile sono perfette per l’incollaggio di carta, tessuti, legno, abrasivi e vetro se sono utilizzate in soluzione.

 

Colle poliacriliche:                                                       UP  

il polimetacrilato, il dimetile e il poliacrilato d’etile possono essere impiegati sotto forma di colle dando dei film trasparenti e molto resistenti. Sono apparsi come colle nel 1978 e le loro possibilità d’incolaggio sono praticamente illimitate dal momento che è possibile realizzare degli incollaggi con elevatissime caratteristiche meccaniche anche su materiali diversi tra loro. Queste resine viscose sono semplicemente depositate su una delle due superfici da incollare mentre un attivatore liquido è applicato su quell’altra. La polimerizzazione si effettua qualche minuto dopo l’assemblaggio (sistema a due componenti). Esistono altre soluzioni come l’utilizzo di un elastomero in soluzione in un monomero vinilico che richiama la generazione di radicali liberi (perossidi). Il perossido e lo stabilizzante che vi viene aggiunto vanno a costituire la resina. L’attivatore che è il risultato di un prodotto di condensazione permette di avviare e propagare la polimerizzazione dei monomeri vinilici. I risultati migliori si sono ottenuti con materiali come il policarbonato, il polivinilcloruro, i poliammidi, sia incollando due superfici della stessa natura, sia incolando due di questi materiali insieme. Inoltre, i metalli (acciai, alluminio e ferro), il legno, la pomice e tessuti impregnati, costituiscono un vasto campo d’applicazione.

 

Elastomeri:                                                                 UP 

le gomme naturali e quelle sintetiche sono utilizzate da molto tempo, in uno stato piu’ o meno vulcanizzato, per costituire delle colle essendo la loro adesività molto forte sulla gran parte delle superfici. La qualità degli incollaggi dipende soprattutto dalla natura delle gomme impiegate e dallo stato nel quale sono poste sul giunto. In questi ultimi anni si sono sviluppate delle colle a base di neoprene, utilizzate con o senza induritore, aggiunto o incorporato.

 

Altre materie plastiche:                                            UP  

diverse resine termoplastiche servono alla preparazione di colle specifiche e sono spesso mescolate ad altri adesivi. Tra queste sono da citare principalmente il polistirene, il polibutilene, i poliammidi solubili e le resine di “cumarone”.

 

Colle miste:                                                                UP   

numerose sono le colle la cui formulazione comprende come minimo due resine della stessa famiglia o di famiglie vicine. Si sono sviluppate partendo dal mescolare due prodotti differenti aventi ciascuno proprietà adesive proprie. Questi prodotti possono reagire per formare dei composti o avere solamente un’azione fisica reciproca, come il potere solvente nei confronti di una autopolimerizzazione ulteriore o potere bagnante. Tra le colle miste ottenute per reazione di prodotti differenti, ci sono soprattutto gomme modificate da resine, in particolare i fenoli come il fenolo, il cresolo, il naftolo e il nitrato acrilico. Le colle di neoprene sono spesso trattate in questa maniera.

 

Colle anaerobiche:                                                   UP

chiamate così per analogia con certi batteri che vivono in assenza d’aria, sono composte da molecole i che non legano con l’ossigeno e che non riescono a legare tra loro in presenza di ossigeno. Si puo’ quindi dire, in prima approssimazione, che la polimerizzazione si produce solo quando si toglie l’ossigeno e che per questo, bisogna porre il prodotto in assenza d’aria, eliminare l’ossigeno restante combinandolo ad un prodotto ossidabile come un metallo. L’aspetto interessante di questa polimerizzazione è che il prodotto liquido non evapora e non cambia di volume passando allo stato solido. Queste colle, i poliesteri metacrilici, sono utilizzate principalmente per l’assemblaggio di parti metalliche lisce e per fermare le viti.

 

 

Resine epossidiche                   UP 

 

La definizione di “epoxy” viene da “ponte di ossigeno” riferendosi a due atomi di carbonio legati con un doppio legame che legano a loro volta con un atomo di ossigeno.

Il polimero che costituisce la catena puo’ essere di differenti nature ma il piu’ ricorrente risulta essere il bifenolo.

Le resine epossidiche sono classificate come termoindurenti.

Ci sono due famiglie di resine epossidiche: quelle che induriscono a temperatura ambiente e quelle che necessitano di un apporto di calore per indurire. Queste ultime, comunque, non sopportano temperature superiori ai 200°C.

Ci sono inoltre resine bicomponenti e monocomponenti.

Resine bicomponenti:

sono resine che hanno una vita molto lunga, da uno a molti anni. Per ciascuna resina bicomponente c’è un rapporto di mescolamento che conviene rispettare il piu’ possibile. Questo rapporto è calcolato in maniera tale da far sì che a ciascuna molecola di resina ne corrisponda una di indurente in modo che dopo l’indurimento, il prodotto sia inerte al 100%.

Resine monocomponenti:

non sono altro che delle resine bicomponenti preparate dal produttore, cosa che ne facilita l’utilizzo da parte dell’utilizzatore e evita errori di mescolamento. Per contro, però, l’aspettativa di vita di queste resine è molto piu’ limitata perché il prodotto contiene l’induritore che le rende instabili. Sono da prendere delle precauzioni per lo stoccaggio poiché la viscosità aumenta di giorno in giorno fino a raggiungere un livello, verso la fine della vita, che non permette piu’ un utilizzo normale del prodotto. L’impiego di solventi leggeri in resine monocomponenti ne rallenta l’evoluzione della viscosità ma modifica il processo d’indurimento lasciando delle tracce d’impurezze.

In generale, comunque, le resine epossidiche sono materiali poco sensibili all’azione del calore, del freddo e anche di prodotti chimici come acidi o idrocarburi. Alcune di queste resine permettono l’ottenimento di assemblaggi strutturali che sopportano sforzi dinamici importanti.

 

Le “cariche” sono di fatto il terzo componente che rientra nella fabbricazione di una resina epossidica. La carica è introdotta sia nella resina, sia nella resina e l’induritore insieme. Il tasso di carica varia a seconda della granulometria delle polveri utilizzate e anche a seconda dell’effetto voluto. C’è un limite a questo tasso, soprattutto per le cariche metalliche con fini elettrici, limite che prende il nome di soglia di particolato. Oltre questa soglia la resina epossidica è conduttrice, al di sotto è isolante. Il passaggio da isolante a conduttore è molto sensibile (dell’ordine dello 0,1%).

Le cariche possono essere di diversa natura: sono utilizzati metalli, ceramiche, minerali e altri materiali come polveri di marmo, nerofumo, coloranti, ecc. ecc.

L’apporto di una carica in una resina, qualunque sia la sua natura, genera delle modificazioni nelle su caratteristiche. I principali effetti ricercati sono di tipo elettrico, termico, ottico (opacità o riflettività), meccanico (viscosità o durezza).

Una volta stabilita la natura della carica, restano da definire la forma e le dimensioni dei grani. Prendendo ad esempio la polvere d’argento, se ne possono utilizzare tre tipi: sferico, colloidale, truciolo.

La polvere d’argento a grani sferici: i grani di polvere hanno la forma di biglie piene aventi tutte lo stesso diametro. L’interesse in questo tipo di grano risiede principalmente nell’effetto di planarità piuttosto che non  nell’effetto elettrico che è relativamente povero.

La polvere d’argento sotto forma di truciolo: i grani d’argento hanno forma diversa l’uno dall’altro. La conduttività elettrica è mediocre ma il costo basso di questo tipo di carica ne fa la piu’ utilizzata.

La polvere d’argento a grani colloidali:  nasce dalla divisione di corpi solidi cristallini. I grani di tipo colloidale sono delle specie di micro sospensioni d’argento in una soluzione che contiene dei corpi insolubili. La conduttività elettrica prodotta da questo tipo di carica è molto importante. Comunque anche questa puo’ variare a seconda delle modalità di ottenimento dei grani a partire dai cristalli iniziali. Questo tipo di carica è sovente utilizzato per progetti speciali o unici.

 

Determinato il tipo di carica si procede al suo mescolamento nella resina e nell’induritore. Il miscuglio ottenuto non ha la stessa granulometria della carica iniziale. In effetti, durante la preparazione si formano dei grumi di grani, perciò la granulometria finale puo’ essere fino a 10-15 volte la dimensione del singolo grano.

Una volta reso omogeneo il prodotto, si considerano tutti i grani come circondati dalla resina, cosa che riduce considerevolmente l’effetto della carica sul prodotto.

Una resina caricata con argento non sarà quindi tanto conduttrice quanto lo è l’argento puro, così come una resina caricata con alluminio non sarà conduttrice termica tanto bene quanto lo è l’alluminio puro.

Il trasferimento di energia che determina la conduzione elettrica avviene per “effetto  tunnel”: lo spessore di resina tra due grani di argento è talmente basso che esiste un’attrazione polare tra i grani lasciando un passaggio aperto per la conduzione. Questo effetto è tanto piu’ importante quanto piu’ le molecole formanti la resina sono compresse. E’ comunque raro che prima della cottura questi prodotti siano conduttori.

In generale, l’utilizzo di resine caricate permette di ottenere un prodotto composto avente caratteristiche miste provenienti sia dalle caratteristiche della carica sia dalle caratteristiche della resina polimerica. Se l’utilizzatore realizza da solo la miscela carica-resina, puo’, conoscendo le caratteristiche dei materiali isolati, e in considerazione dei propri bisogni, adattare il tasso di carica al fine di ottenere un prodotto specifico per la sua applicazione.

 

 

Applicazioni:                                 UP

 

In microelettronica:

-     Incollaggio conduttore elettrico: rimpiazza la saldatura permettendo di lavorare a temperature   

      piu’ basse e talvolta anche a temperatura ambiente.

-         Incollaggio isolante elettrico: permette una resistenza meccanica piu’ importante, soprattutto in caso di vibrazioni. Isola da eventuali corto circuiti.

-         Protezione: sia per rivestimento che per stampaggio, permette una protezione totale sia nei confronti di choc meccanici, sia dall’ambiente.

-         Incollaggio ottico: permette di incollare componenti optoelettrici senza perdere le qualità ottiche richieste (trasparenza e opacità)

-         Incollaggio conduttore termico: permette di limitare le perdite di trasferimento termico dovute all’incollaggio e permette di dissipare di conseguenza piu’ facilmente ogni apporto calorico.

-         Incollaggio strutturale (meccanico): questo tipo di incollaggio è utilizzato principalmente per l’integrazione di un elemento ibrido in una scatola e per il suo isolamento. Oltre alla necessità di una grande resistenza meccanica, questo tipo di prodotti deve obbligatoriamente avere delle buone caratteristiche di isolamento meccanico (con una tenuta almeno fino a 10^-7 torr.)

 

In maniera piu’ larga, le resine epossidiche sono adattate a altre numerose applicazioni che toccano i settori piu’ diversificati come:

Agro-alimentare, medicale, elettronica per il grande pubblico, ottico, bigiotteria, costruzioni, decorazioni, restauro di opere d’arte, profumeria, ecc. ecc.

Le resine epossidiche rappresentano la migliore soluzione se si vuole ottenere un prodotto avente una grande resistenza meccanica e una durata praticamente illimitata.

 

 

I principi dell’adesione                   UP       

 

Gli incollaggi, come tutti gli altri modi di assemblaggio, sono sottoposti a differenti parametri e rischi che possono portare fino all’errore. Molti di questi errori sono dovuti principalmente alla negligenza e all’ignoranza circa i differenti principi legati all’adesione. Per ben comprendere le differenti cause di incollaggi difettosi bisogna elencare tutti i fattori che influenzano l’assemblaggio e l’adesione poiché l’aderenza finale si compone di piu’ tipi d’adesione.

 

Fattori che provocano l’adesione:                            UP

Le forze di legame, anche se spesso ignorate, sono parte integrante di un buon incollaggio. Esistono due tipi di legame: legami primari (chimici) e secondari (fisici). Questi due tipi di legame si esercitano nella composizione macromolecolare delle superfici. I legami primari, chimici, sono covalenti o ionici e non hanno che poco effetto nei fenomeni d’aderenza. Questi legami formano l’adesione chimica. I legami secondari sono quelli che possono intervenire nella realizzazione di una giunzione adesiva. Questi creano quella che si chiama adesione fisica. Spesso deboli e differente natura, queste forze sono unite nell’agire in maniera intra e inter molecolare.

Le forze dette di Van Der Waals sono le piu’ attive. Queste forze sono generate dalle attrazioni tra atomi e molecole e decrescono con la distanza. Tra gli altri tipi di legami secondari, si trovano le forze di Keesom, che riguardano la dipolarizzazione, le forze di Debyes che risultano dalle induzioni, ecc. In piu’, conoscendo la polarità dei materiali utilizzati e delle resine, si puo’ definire la compatibilità e la fattibilità di un incollaggio. Esempi: polietilene (non polare, cattiva adesione), polipropilene (non polare, adesione difficile), polistirene (non polare, buona adesione), cloruro di polivinile PVC ( polare, buona adesione), polimetilmetacrilato PMMA (polare, buona adesione), poliammide (polare, difficile o pessima adesione).

 

Fattori che influenzano l’unione:                              UP

si tratterà della bagnabilità e dello stato della superficie dei materiali metallici messi in contatto con la colla. Nel caso in cui la superficie sia molto liscia, la bagnabilità è scarsa. Queste insufficienze possono portare a degli scollamenti dovuti ad una cattiva adesione. La bagnabilità: una goccia di liquido, posata sulla superficie di un solido si distende (diffonde) di piu’ o di meno a seconda che il liquido bagni o non bagni il solido. Se il liquido è acqua, si dirà del solido che è idrofilo o idrofugo a seconda della sua bagnabilità. Lo stato della superficie dei materiali dipende dalla preparazione degli stessi: per esempio, il minimo che si possa fare per ottenere un incollaggio corretto è sgrassare a dovere tale superficie.

Si può pensare di realizzare questa operazione in varie maniere: lavaggio, bagno,….. con l’aggiunta di un effetto meccanico di abrasione, sabbiatura, levigatura, ecc.

Ci sono poche possibilità che un incollaggio sia resistente e duri molto a lungo in assenza di bagnabilità e se la superficie da incollare è impastata (inquinamento organico).

In questo caso si può considerare l’adesione come se fosse puntuale  con una durata limitata che non lascia alcuna soluzione tecnologica affidabile.

I fenomeni che si producono  all’interfaccia tra un solido e un liquido sono estremamente complessi e poco conosciuti. Un solido immerso in un liquido si comporterà come uno scambiatore di ioni. Questo tipo di reazione darà luogo a fenomeni di tipo elettrico.

E’ possibile modificare la bagnabilità di un solido  con un liquido agendo sulla fase liquida (ovvero la resina d’incollaggio), o su entrambi contemporaneamente. Questi materiali sono generalmente dei reattivi o degli attivanti.  I materiali che favoriscono la bagnabilità possono essere di differente natura, piu’ spesso dei prodotti a molecole dissimmetriche a lunga catena di idrocarburi.

La tensione superficiale è importante se si vuole valutare l’energia di una superficie: è un altro approccio per descrivere la bagnabilità di una superficie da parte di un liquido. Quando una goccia d’adesivo liquido viene messa su una superficie tende ad assumere la forma piu’ condensata possibile, vale a dire sferica. Questo fenomeno è caratteristico di tutti i liquidi. Ogni molecola liquida esercita sulla superficie una forza verticale diretta verso l’interno del materiale. In questo stato il liquido è in equilibrio  con la superficie. Questa forza è chiamata tensione superficiale del liquido. La tensione superficiale è un lavoro o un’energia e si esprime in N/m. Dipende dalla temperatura e diminuisce quando la temperatura aumenta: l’adesivo diviene piu’ liquido e assicura così una migliore bagnabilità della superficie. (Nota: ogni adesivo assume su una superficie una forma sferica. Questo dipende dalla bagnabilità della superficie che a sua volta dipende dalle energie superficiali della superficie e del liquido. Il bagnaggio della superficie non puo’ avvenire se la tensione superficiale del liquido è inferiore alla tensione superficiale critica della superficie del materiale). La rugosità è definita dalle asperità del materiale da incollare.  E’ chiaro che si intende una tale definizione su un materiale puro, privo di impurità. Lo stato della superficie del materiale è dato dai differenti metodi di fabbricazione dello stesso: possono essere ottenuti vari tipi di geometrie differenti. Esistono tre valori che permettono di misurare la rugosità e questi valori sono particolarmente importanti in un incollaggio: R1 , R2 , Ra.

  1.     R1 profondità di rugosità: è la differenza tra la sommità piu’ elevata e l’avvallamento piu’ basso su un riferimento di lunghezza. È determinata dal valore medio riferito a piu’ misurazioni.

  2.     R2 profondità di livellamento: è la differenza tra la piu’ grande altezza del profilo e l’altezza della linea del profilo medio.

  3.     Ra valore medio della rugosità: questa grandezza è definita come il valore medio delle distanze algebriche (positive e negative) delle estremità della superficie rispetto alla linea media. Si sommano le differenti misure e si divide il totale per il numero di misure effettuate. Piu' la superficie sarà liscia e piu' il valore di Ra sarà piccolo.

  

Scelta di una resina per l’incollaggio                UP

 

L’utilizzo di adesivi per risolvere i problemi di assemblaggio si rivela ogni giorno piu’ vantaggiosa rispetto ai metodi tradizionali. La scelta di un adesivo appropriato per un’applicazione viene effettuata in funzione di criteri tecnici (e talvolta economici) dedotti dall’analisi dettagliata dei carichi di assemblaggio. Questi vanno inseriti in un quaderno dei carichi che deve tener conto dei seguenti parametri:

  • la compatibilità dell’adesivo con i materiali da incollare.

  • Le temperature minime e massime di utilizzo (in servizio e in stocacaggio)

  • L’ambiente nel quale avviene l’assemblaggio (presenza di olii, carburanti, umidità, acqua)

  • La durata prevista dell’assemblaggio

  • Le sollecitazioni meccaniche (statiche e dinamiche)

  • La geometria dell’assemblaggio (piana, cilindrica, ecc. ecc.)

  • Il luogo in cui avverà la messa in opera (sala bianca, atelier, cantiere)

  • Le condizioni di cottura (a caldo, a temperatura ambiente…..)

  • La produzione (quantità previste e termini…..)

 

L’applicazione: è indispensabile conoscere l’applicazione per la quale sarà usata la resina. Conoscere l’applicazione per la quale sarà utilizzata, significa anche conoscere il sito nel quale evolverà l’incolaggio e quindi anche temperatura, umidità, acqua, olio, ecc.

 

I materiali: dalla loro scelta dipende la qualità di ciò che si va a realizzare. Alcuni materiali sono chimicamente incompatibili all’incollaggio per cui, come prima cosa, bisogna verificare la fattibilità dello stesso. Il parametro piu’ importante è il coefficiente dei materiali da incollare: se la differenza tra i due è troppo importante, si può osservare una discontinuità nel film di colla. Potrebbe verificarsi il caso di materiali che hanno coefficienti di dilatazione diversa all’aumentare delle temperature e che quindi sono impossibili da incollare senza che si verifichino scollamenti qualora intervenissero, in opera, variazioni importanti di temperatura.

La scelta dell’adesivo: le caratteristiche future dell’incollaggio saranno direttamente dipendenti da questa scelta. E’ necessario un metodo che permetta di limitare al massimo la ricerca del prodotto ideale. Si dovrà selezionare la base chimica che sarà compatibile con i materiali scelti. Questa scelta non potrà essere fatta senza avere un’adeguata conoscenza dei prodotti presenti sul mercato.

 

La cottura: è importante definire il sistema di cottura o adattarsi ad un sistema già pre-esistente. Potrà essere scelto un sistema di cottura termico, fotosensibile o anaerobico. In certi casi, tuttavia, la scelta non sarà da fare: non si potrà, per esempio, utilizzare una cottura fotosensibile su materiali opachi. Quando si pensa alla cottura, il fattore tempo viene subito alla mente. In effetti questo fattore è di primaria importanza in termini di produzione. Se si prevede di produrre qualche migliaio di pezzi al giorno, i tempi di cottura dovranno essere relativamente brevi. Per contro, se la produzione è di qualche pezzo al mese, ci si potrà permettere una cottura molto lenta.

 

La messa in opera: la conoscenza di questo parametro, spesso trascurato nella redazione dei quaderni di carico, è indispensabile. Si differenziano due casi:

  • si conosce in anticipo il sistema di deposizione: a goccia, per serigrafia o altro. In questo caso basta farlo presente e per il fornitore sarà facile consigliare un prodotto che abbia una reologia corrispondente ai bisogni del richiedente.

  • Se ci si trova nel caso nel quale è sconosciuto il sistema di deposizione al momento della redazione dei quaderni di carico, si considera che tale sistema di deposizione sarà in funzione del prodotto scelto. Il fornitore potrà allora proporre tutti i tipi di deposizione esistenti. E’ indispensabile, in questo caso, avere idea di cosa si vuole per non scegliere un sistema poco adatto alla produzione.

I dati tecnici: ultima parte dei quaderni di carico, questi dati forniscono tutti i valori che si desidera dare all’incollaggio. Stà all’utilizzatore definire tutte le caratteristiche che sembrano indispensabili oltre a tutti i valori minimi. Faranno parte di questa lista dati elettrici, termici, meccanici, ionici o altri come la speranza di vita del sistema. Bisognerà classificarli per ordine di importanza indicando chiaramente le caratteristiche che potranno eventualmente essere modificate o non seguite. Un’ultima raccomandazione è di tenere conto dei parametri di produzione.

Progettazione dei parametri definitivi dell’assemblaggio: dopo aver correttamente scelto i materiali, aver preparato le superfici e l’adesivo, resta un ultimo dettaglio che da cui dipende l’affidabilità dell’incollaggio: la geometria dimensionale dell’assemblaggio. Il progettista dell’assemblaggio dovrà tener conto di ogni specifica d’incollaggio. Per ragioni meccaniche, si preferirà avere delle grandi superfici, che siano piane o che siano cilindriche. In questa maniera si compenserà la differenza di tenuta meccanica tra i materiali d’origine e le resine in generale. Si può calcolare la tensione dinamica (Cd) a partire dalla tensione massima ammissibile per l’assemblaggio (Cm):      Cd = 0.25 x Cm  

Per le stesse ragioni si eviterà ogni tipo di incollaggio nel quale la colla sarà troppo sollecitata. In termini di forma, si sceglieranno delle forme che sottopongano l’incollaggio solo a tensioni di taglio o di compressione. Soprattutto, è necessario che non vi siano delle sproporzioni tra il volume della colla e i substrati. La regolarità del giunto di colla gioca un ruolo primario sulla ripartizione delle tensioni interne, quindi si tenderà il piu’ possibile a uno spessore fisso calcolato in funzione dei materiali messi a contatto. Al fine di ottenere degli incollaggi migliori, si aggiungeranno alla resina anche delle cariche di origine minerale o metallica. Si tenterà di ridurre al massimo i rischi scrostamento che comunque saranno, in certi casi, inevitabili. Infine, si dovrà cercare, di creare delle tensioni residue sull’assemblaggio, durante la messa in opera.

In conclusione, il quaderno dei carichi da’ un primo bilancio della fattibilità di un assemblaggio tramite incollaggio.

 

 

Vantaggi degli assemblaggi incollati:                          UP

 

  • ripartizione regolare delle tensioni

  • possibilità di assemblare materiali di natura differente

  • possibilità di assemblare materiali molto fini o con spessori molto differenti tra loro

  • possibilità di assemblare senza rivetti, viti, ecc. (evitando quindi di praticare fori)

  • possibilità di assemblare senza un apporto importante di calore: la struttura dei substrati non è pertanto modificata

  • i giunti possono essere flessibili o elastomeri

  • la colla puo’ ammortizzare le vibrazioni

  • assemblaggio con apporto di caratteristiche elettriche (isolante o conduttore)

  • possibilità di dissipare il calore

  • spesso sono meno pesanti di altri tipi di assemblaggio

  • buona resistenza meccanica

  • costo relativamente basso in rapporto ai metodi di assemblaggio tradizionali

 

Svantaggi degli assemblaggi incollati:                       UP

 

  • limitazione nelle temperature di utilizzo

  • bassa resistenza allo strisciamento

  • tempi di presa talvolta abbastanza lunghi

  • pretrattamento delle superfici spesso necessario (sgrassaggio, pulizia, ecc.)

  • difficoltà di riparazione

  • testi e pratica molto onerosi

Bisogna naturalmente considerare i vantaggi e gli inconvenienti di ogni caso particolare in modo da poter valutare la validità o meno di un eventuale assemblaggio per incollamento.

 

Cose da sapere:                                                    UP             

  • Non scegliere una resina a caso: evitare di limitare la ricerca solo alle proprie conoscenze e rivolgersi a degli specialisti

  • Non mescolare tipi diversi di resine a caso: per ottenere un buon risultato bisogna conoscere la compatibilità tra le resine

  • Evitare di mescolare solventi poiché, nella stessa maniera in cui delle resine possono essere incompatibili tra loro, allo stesso modo possono esserlo i solventi.

  • Non fermare una polimerizzazione in corso: una reticolazione (polimerizzazione) termica deve essere fatta a temperatura costante o costantemente in aumento.

 

Molti documenti sono alla portata degli utilizzatori di adesivi; alcuni possono essere ottenuti senza bisogno di acquistarli come le schede tecniche o tossicologiche, altri non saranno forniti se non acquistati (certificati di conformità o di analisi). Per prima cosa è necessario avere a disposizione la scheda tecnica del prodotto studiato e, piu’ importante ancora, leggerla e comprenderla. Un buon utilizzo del prodotto passa per la comprensione delle informazioni contenute nella scheda tecnica.

Gli elementi di primaria importanza in una scheda sono:

  • il numero dei componenti

  • il rapporto della miscela

  • i cicli di cottura

  • i metodi di applicazione previsti

  • differenti proprietà fisiche come quelle elettriche, termiche, ecc. ecc.

  • gli utilizzi conosciuti

Il secondo documento indispensabile è la scheda tossicologica. Il fornitore deve fornirla e l’utilizzatore deve richiederla perché qualunque manipolazione del prodotto deve essere fatta solo se si conoscono le precauzioni da prendere e i rischi che si corrono. Ci saranno tante schede tossicologiche quanti sono i componenti la colla: per un bicomponente ci sarà una scheda tossicologica per la resina e una per l’induritore.

La scheda dei dati di sicurezza dovrà essere redatta nella lingua dell'acquirente nel rispetto delle disposizioni europee e italiane vigenti al riguardo.

Il primo paragrafo di questa scheda fornisce i simboli corrispondenti ai differenti pericoli esistenti come: infiammabile, irritante, esplosivo, nocivo, corrosivo, tossico, comburente…..

Questi simboli saranno riportati come disegni sull’etichettatura dei recipienti contenenti il prodotto chimico. La seconda parte indica l’identità del prodotto: identificazione commerciale oltre al nome del fabbricante e del venditore eventuale.

Infine si trova la composizione chimica che dà modo di conoscere i materiali pericolosi con il loro numero CAS che permette la classificazione secondo le norme internazionali.

Di seguito vengono dei paragrafi che trattano la prevenzione, il primo soccorso, la lotta contro gli incendi o la dispersione e, evidentemente, la protezione individuale. In ultimo si troveranno informazioni riguardanti il trasporto e lo stoccaggio che permettono di giudicare la stabilità del prodotto in questione.

Un esempio di scheda tossicologica, in cinque pagine, in francese, è riportato nelle dispense in francese cui si fa riferimento anche in seguito.

Il certificato di analisi è un documento facoltativo il cui ottenimento da parte dell’acquirente è negoziato prima dell’acquisto. Il suo costo puo’ essere sia integrato in quello del prodotto, sia separato. Questo certificato riporta, di solito, i risultati dei tests in termini di valori che provano o no l’accettazione del lotto. In certi casi i risultati sono espressi in termini di valori relativi compresi tra valori standard.

I tests realizzati sono variabili in funzione del fornitore e del cliente. Corrispondono spesso a differenti prove che permettono un giudizio sulla ripetibilità dei sistemi fabbricati. Per gli adesivi si trovano spesso tests sulla viscosità, un test meccanico, il Tg e la percentuale di carico.

Altri documenti possono essere forniti all’utilizzatore.                                      

                                                                                       

Lo stoccaggio non deve essere dimenticato quando si pensa alle condizioni d’impiego di un adesivo. E’ indispensabile seguire le indicazioni date dal fabbricante. Che si parli di temperatura, di luminosità, di tasso di umidità, di movimento o di tempo, il controllo di ciascuno di questi parametri deve essere fissato in funzione di un solo prodotto e no di piu’. La minima deviazione a questa regola puo’ generare dei fenomeni incontrollabili che possono portare ad un decadimento precoce del sistema. Argomenti come la preparazione del luogo, delle superfici e dei substrati sono intuitivi (ambiente il piu’ possibile depurato da “inquinanti”, superfici le piu’ possibile pulite e sgrassate, ecc. ecc.) per cui non saranno qui ripetute. Per la preparazione del prodotto prima dell’utilizzo è sufficiente, infine, seguire le istruzioni allegate a ciascun prodotto.