Fuente: ASI – Revista de la industria de adhesivos y selladores – 14 de octubre de 2020
Por: George W. Ritter, Ph.D. Director de “The ChemQuest Group Inc.
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CADA PROTOCOLO DE PRUEBA DE ADHESIVOS DEBE AGREGAR UN VALOR TANGIBLE
A SU DISEÑO ESTRUCTURAL.
Al anticipar el uso de adhesivos en la unión estructural, una necesidad común es desarrollar el protocolo de prueba para demostrar la eficacia del sistema de unión. Si bien las cintas sensibles a la presión se utilizan en uniones estructurales, esta discusión se centrará en adhesivos líquidos, en pasta y de película en uniones estructurales.
Hay tres preguntas a considerar:
- ¿Qué se espera que haga el adhesivo?
- ¿Qué condiciones encontrará, tanto mecánica como ambientalmente; y
- ¿Cuál es el riesgo para el sistema o los subsistemas si el rendimiento se degrada con el tiempo y la exposición?
Los adhesivos se adhieren a los sustratos y tienen propiedades mecánicas intrínsecas que difieren de las de los materiales unidos. Para fines de modelado, el usuario final y sus proveedores deben conocer las propiedades del adhesivo, que incluyen:
- Características de unión y rango esperado de dinámica de aplicación
- Valores de adhesión especificados en relación con el sustrato y el diseño de la junta
- Estabilidad de la superficie en condiciones adversas
Otra consideración es el diseño de la junta que incorpora el adhesivo. Los adhesivos funcionan mejor en compresión o cizallamiento. Se desempeñan mal en el pelado, por lo que la resistencia al pelado de la junta puede requerir remaches, soldaduras o engarces para aumentar el rendimiento del pelado. Un buen diseño de junta convierte las cargas de tracción en cortante o compresión. La carga de tracción con frecuencia se desplaza hacia una carga multiaxial, lo que produce un desprendimiento. Deben evitarse las juntas a tope y las juntas en T perpendiculares.
No se puede dejar de enfatizar el uso adecuado del modelado de juntas y estructuras. Se puede evitar una cantidad considerable de tiempo con pruebas aleatorias, lo que también se traduce en importantes ahorros de materiales y mano de obra. En ausencia de capacidad de modelado, se deben producir y dividir muchas más muestras para lograr significación estadística. Con el modelado, es suficiente producir algunas muestras exploratorias para la entrada de datos en el modelado y luego construir algunas muestras de prueba para confirmar, negar o modificar el modelo.
SELECCIÓN DE PRUEBA
Entonces, ¿Qué tipo de pruebas deben realizarse? Se enumera varias pruebas representativas agrupadas en cuatro categorías:
- Pruebas básicas de propiedades mecánicas adhesivas,
- Pruebas de corte de juntas,
- Pruebas de pelado de juntas y
- Pruebas de acondicionamiento ambiental.
Estas se combinan en un protocolo basado en las respuestas a las principales preguntas mencionadas anteriormente.
La tercera pregunta, considerando el riesgo, da una indicación del grado en que la seguridad es un factor mitigante en las circunstancias más adversas. Si una articulación debe proporcionar al menos cierta resistencia, independientemente de las circunstancias, es aconsejable demostrar un margen de rendimiento adicional del 20% o incluso del 50% en las peores condiciones esperadas para mitigar ese riesgo.
Las pruebas mecánicas más básicas incluyen la prueba ASTM D638 para las propiedades mecánicas de tracción del adhesivo curado, a menudo denominadas “huesos de perro”. Estos pueden acondicionarse ambientalmente de muchas formas. Información adicional útil sobre las propiedades mecánicas intrínsecas del adhesivo proviene de estudios de análisis mecánico dinámico que proporcionan información sobre el módulo frente a la temperatura, la temperatura de transición vítrea e información de fluencia (D4065).
Las pruebas de cizallamiento: las pruebas de cizallamiento de una sola vuelta (D1002) son universales y se adaptan ampliamente para satisfacer intereses específicos (ver Figura 1, p. 48). Las muestras simples D1002 se utilizan de forma rutinaria para el cribado y las comparaciones, pero no proporcionan datos de ingeniería adecuados para el modelado debido a la introducción inherente al pelado.
Las pruebas de cizallamiento de doble traslapo, a menudo producen datos superiores (D3528). Estos se pueden ejecutar en modos de tracción o compresión y cuentan con una línea central de empuje, evitando momentos de pelado. Muchas pruebas se modifican para adaptarse a una combinación específica de sustratos, preparaciones de superficies y tipos de adhesivos. Cada condición debe evaluarse con 5-10 muestras.
Las pruebas de cizallamiento de una o dos vueltas, Las pruebas de cizallamiento de una o dos vueltas a menudo se realizan utilizando muestras de referencia aumentadas por exposiciones ambientales estresantes, ya sea cíclicas o estáticas con calor, y exposiciones que duran hasta semanas. Se emplean muchas exposiciones a la humedad, a veces combinadas con la exposición a los rayos UV para identificar las propiedades de “intemperismo”. La exposición más común a ambientes salinos es la prueba de niebla salina ASTM B117.
Las pruebas de pelado son muy variables en los resultados de debido a los modos de falla de “deslizamiento-adherencia”, donde el adhesivo se agarra secuencialmente y luego se cierra a chorros. Las curvas de salida son bastante ruidosas y requieren suavizar para obtener una carga de pelado promedio. Las dos pruebas de pelado más comunes son D903, que tiene una amplia aplicabilidad, y D1876, conocida como prueba T-Peel.
Las cintas requieren sus propios protocolos, muchos de los cuales se han adoptado a partir de los criterios analizados aquí. Recopilados en las prácticas de prueba recomendadas por el Consejo de cintas sensibles a la presión (PSTC), se centran principalmente en el pelado, el deslizamiento por tracción bajo carga y el agarre adhesivo.
El desarrollo de protocolos de prueba requiere conocimiento, experiencia e incluso algo de arte. Algunas empresas desarrollan su propia serie de protocolos de prueba basándose en la experiencia de campo o en requisitos específicos de uso final. Hay varios laboratorios disponibles para ayudar con el desarrollo y la implementación de protocolos de prueba. Certificarán los resultados, si es necesario, o simplemente se los pasarán al cliente para uso interno. En última instancia, los protocolos de prueba se pueden desarrollar de manera metódica y confiable en función de los requisitos específicos del uso final.