| Gli adesivi segnano la rivoluzione.
Giunzioni a bulloni e saldature stanno per cedere il passo a nuove tecniche di assemblaggio, particolarmente indicate in presenza di materiali di diverso tipo. Protagonisti di questa rivoluzione sono gli adesivi, che anche in Italia stanno prendendo sempre più piede, garantendo affidabilità, riduzione dei costi e dei tempi di progettazione e costruzione.
Un tempo, per mantenere uniti due o più elementi in modo affidabile, l’unica soluzione erano i bulloni. La saldatura rappresentava semmai una valida possibilità solo in presenza di materiali dello stesso tipo, e nemmeno in tutti i casi.
La ricerca in campo chimico ha portato, però, nel tempo, alla scoperta di soluzioni alternative, prima tra tutte l’adesione, ovvero la forza d’attrazione che si può creare tra le molecole di due materiali fra loro diversi. Una pratica, questa, che negli Stati Uniti è già in uso da anni e che anche in Italia sta prendendo sempre più piede. Basti pensare a un settore quale l’automotive, giusto per citare uno degli ambiti di applicazione più diffusa degli adesivi. Ma anche in campi di impiego meno d’avanguardia, gli adesivi si stanno diffondendo.
Questa innovativa metodologia di fissaggio si fonda su alcuni punti cardine ai quali un’azienda, nella scelta del miglior adesivo per le proprie esigenze, deve assolutamente prestare notevole attenzione.
Il primo di essi è costituito dalla “bagnatura”: un parametro fondamentale per determinare il grado di “intimità” esistente tra un collante adesivo e una superficie, che dipende in particolar modo dalla viscosità dello stesso adesivo e dalla sua energia superficiale.
Per divenire l’elemento ideale per tenere uniti più pezzi di un insieme, l’adesivo deve essere infatti abbastanza fluido e al tempo stesso deve possedere una energia superficiale minore dell’energia superficiale del substrato con cui deve “unirsi”.
Un esempio può meglio chiarire quest’ultimo punto. Se per incollare elementi di ferro, aventi una energia superficiale di 2.030 mN/m, è possibile utilizzare un adesivo con energia superficiale piuttosto elevata, viceversa per far aderire pezzi costituiti di materiale come il Teflon (18 mN/m) è necessario un collante a bassissimo indice di energia superficiale.
A questo primo basilare parametro se ne aggiunge un altro, altrettanto fondamentale: la coesione. Le particelle che compongono l’adesivo infatti devono essere in grado di aggregarsi per garantire coesione: il passaggio da forma liquida a forma solida si chiama polimerizzazione.
Due sono le più diffuse tipologie di polimero nel campo dei collanti.
Il primo è quello termoplastico, lineare a freddo ma che può cambiare di stato nel caso di un suo riscaldamento.
C’è poi quello termoindurente, che a differenza del primo è invece ramificato, a legami incrociati e tridimensionali. Esso è composto da una resina reattiva, cui vengono aggiunti un secondo elemento definito “sistema indurente”, alcune cariche composte da sostanze minerali, degli agenti di controllo della fluidità e dei coloranti.
Se a questi elementi aggiungiamo un rinforzante, otteniamo polimeri che resistono meglio alle sollecitazioni e alle fratture, arrestando la propagazione della cricca grazie alla formazione di particolari sfere gommose. Questi polimeri termoindurenti si definiscono “rinforzati”.
I punti di debolezza dei metodi tradizionali.
Come detto, sino a ieri i metodi di giunzione tradizionalmente utilizzati erano due: quelli di tipo meccanico, tramite l’utilizzo di bulloni, dadi, rivetti, viti, chiodi, etc. e quelli di tipo termico, per saldatura, brasatura, , etc.
Ancor oggi estremamente diffusi, essi hanno via via evidenziato numerosi limiti e punti di criticità che hanno spinto la ricerca industriale ad indirizzarsi altrove, a cominciare dagli adesivi. Vediamoli nel dettaglio.
I metodi di giunzione meccanici - In primo luogo essi sono soggetti all’allentamento. Inoltre occorre forare e richiedono strutture pesanti. Non sono adatti per la giunzione di materie plastiche, localizzano le tensioni e presentano il pericolo di corrosione.
I metodi di giunzione termici - Per realizzarli occorrono temperatura elevata e creano tensioni. Inoltre sono adatti solo per giunzione tra materiali dello stesso tipo e non possono essere impiegati in presenza di plastiche o vetro.
I molteplici vantaggi delle giunzioni con adesivi.
I vantaggi delle giunzioni adesive rispetto a quelle tradizionali sono molteplici. In primo luogo il carico, attraverso esse, viene distribuito uniformemente su di una area più vasta che nel caso di una giunzione con bulloni o con saldatura. Questo comporta una maggiore resistenza alle vibrazioni e alle flessioni.
L’incollaggio, poi, richiede un minore spessore della parete per sostenere il carico, minimizzando così anche il peso della struttura, riducendo pesi e spese di trasporto.
La migliore estetica della giunzione consente di azzerare i costi di lavorazione meccanica indotti dalle operazioni di rettifica, rifilatura, finitura e verniciatura e riducendo a livelli bassissimi quelli per l’uso di eventuale materiale aggiuntivo.
Con l’adesivo si possono inoltre creare strutture più resistenti, che uniscono tra loro materiali diversi e possono contare su di una vita di esercizio più lunga.
Ancora, utilizzando un adesivo è possibile sigillare la giunzione, scongiurando in questo modo il pericolo di corrosioni, e si facilita la progettazione di componenti.
Certo, due pezzi assemblati attraverso un adesivo non sono facilmente smontabili o rimovibili. Inoltre, prima di procedere alla giunzione, occorre operare un’accurata pulizia delle superfici ed attendere del tempo perché si realizzi il processo di polimerizzazione. Ma, se si vuole sfruttare al massimo la resistenza del substrato originale, alleggerendo le strutture, migliorando le prestazioni alla fatica e lo smorzamento del rumore, oltre a tutti i vantaggi già sopra descritti, l’impiego di un adesivo è la migliore soluzione.
Come scegliere l’adesivo più idoneo.
A questo punto occorre individuare i criteri per effettuare la scelta dell’adesivo più idoneo per la giunzione che si rende necessario realizzare. Quattro le domande essenziali che bisogna porsi.
• in primo luogo occorre stabilire quali sono i tipi di materiale che vengono a contatto tra loro
• quindi vanno definite le condizioni di lavoro a cui sarà sottoposto il giunto
• vanno identificate le condizioni di incollaggio
• infine bisogna chiedersi come posso o devo preparare le superfici da incollare.
In particolare, un occhio di riguardo va posto alle prestazioni del giunto in servizio. Le variabili riguardano: le superfici da incollare, l’area disponibile per l’incollaggio, le forze richieste dalla giunzione, le temperature di esercizio del giunto, l’esposizione all’ambiente (umidità, agenti chimici, luce UV, etc.), la rigidità richiesta alla giunzione, le sollecitazioni meccaniche, da fatica, da urto, la presenza di un carico statico continuo.
Quando poi l’impiego dell’adesivo entra nel processo produttivo, è necessario considerare una serie di fattori importanti ai fini della sua scelta: essi vanno dalla tipologia di applicazione (se manuale o a macchina) al tempo per la sua applicazione; dal tempo per il raggiungimento sia della forza di manipolazione che della resistenza finale alle temperature possibili durante l’applicazione e la polimerizzazione dell’adesivo; dalla tipologia di polimerizzazione (se a temperatura ambiente o tramite l’ausilio di calore) alle temperature minime e massime durante la polimerizzazione. Infine occorre tener presente la reologia, ovvero i requisiti propri dell’adesivo, sia in termini di viscosità che di fluidità.
Le differenti tipologie di adesivi.
In base alle valutazioni espresse, è dunque possibile procedere alla scelta, che può spaziare tra le seguenti sei diverse tipologie di adesivi.
• gli epossidici bi-componenti, ad elevata resistenza e alta durabilità, poco tossici e che non presentano ritiro; sono limitati per quanto riguarda l’utilizzo sulle plastiche
• i metacrilici bi-componenti, rapidi nell’agire e ad elevata resistenza, poco tossici e in grado di offrire una ottima adesione su metalli e plastiche; sono però infiammabili
• i cianoacrilici, anch’essi resistenti ed estremamente rapidi oltre che, diversamente dagli epossidici e dai metacrilici, ad un unico componente resistenti; sono non riempitivi e non compensano i giochi
• i siliconici, particolarmente flessibili, reversibili e resistenti al calore, ai solventi e al peeling; sono lenti nel polimerizzare
• i poliuretanici bi-componenti, versatili, flessibili, mediamente resistenti ed economici; sono sensibili all’umidità
• infine gli “hot melt”, rapidi nell’agire, poco tossici, mono-componente, flessibili e multiuso,richiedono una speciale attrezzatura per l’utilizzo. |
