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Domande frequenti sugli adesivi strutturali

  • Ogni situazione è diversa, ma il nostro team di ingegneri esperti riceve domande simili nel tempo. Ecco alcune delle domande più frequenti che riceviamo dai clienti. Queste risposte non sono necessariamente adatte alla tua applicazione. Tuttavia, offrono uno scenario valido dei fattori da prendere in considerazione quando esamini la progettazione, il processo e le opzioni di adesivi per capire in che modo gli adesivi strutturali di 3M possono aiutarti a ottenere dei miglioramenti.

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  • Domanda frequente 1: In che modo la temperatura influisce sul tempo di polimerizzazione del mio adesivo?

    Si tratta di una domanda molto frequente, ed è molto importante: ad esempio, uno stabilimento in Georgia potrebbe subire delle variazioni di temperatura stagionali da 4°C a 40°C. Gli adesivi strutturali si basano su reazioni chimiche che dipendono dalla temperatura, pertanto la principale considerazione è che temperature più basse rallentano la reazione, mentre temperature più alte l'accelerano.

    L'equazione di Arrhenius è una formula...

  • Video dell'Application Engineer che illustra l'impatto della temperatura sul tempo di polimerizzazione degli adesivi
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L'equazione di Arrhenius è una formula che mette in relazione la costante di velocità con la variazione di temperatura. In generale, per ogni variazione di 10 °C la velocità di reazione raddoppia o si dimezza. Per esempio, consideriamo un adesivo che ha un tempo aperto di 20 minuti a 25 °C, o temperatura ambiente. Se si modifica la temperatura a 35 °C, il tempo aperto si dimezza, a circa 10 minuti. Al contrario, se si riduce la temperatura a 15 °C, si avrà un tempo totale di esposizione di quasi 40 minuti.

Non solo il tempo aperto, ma anche la reazione complessiva procede nello stesso modo. Se a temperatura ambiente raggiungere la resistenza alla manipolazione richiede due ore, a 10 °C in meno occorrerebbero quattro ore. Ciò non è solo importante per le operazioni all'aperto e le variazioni stagionali: può essere impiegato anche per la produzione. Se si desidera aumentare la produttività senza ridurre il tempo aperto, è possibile assemblare le parti a temperatura ambiente, quindi trasferirle in un ambiente a 10 o 20 °C in più per aumentare la velocità di polimerizzazione. Infatti, a temperature superiori a circa 50 °C le reazioni procedono anche più rapidamente, così se consideriamo un bollettino tecnico sull'aumento della velocità di reazione di un adesivo termoindurente, una volta superati i 50 °C circa è possibile ottenere una completa polimerizzazione di tali adesivi in poche ore, quando a temperatura ambiente occorrerebbero giorni.

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  • Video dell'Application Engineer che illustra la resistenza alla temperatura degli adesivi in fase di incollaggio
  • Domanda frequente 2: Che idea dovrei farmi della resistenza alla temperatura degli adesivi in caso di assemblaggio?

    Si tratta di una domanda che riceviamo spesso dai clienti che non ha una risposta chiara e definita perché varia in base ai casi. Non esiste un dato univoco al riguardo, e vi sono alcuni aspetti che è necessario considerare sull'esposizione alla temperatura.

    Se l'adesivo presenta...

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Qual è il livello di polimerizzazione dell'adesivo?
Se l'adesivo ha appena raggiunto la resistenza alla manipolazione o è ancora in uno stato in parte liquido, l'esposizione alla temperatura avrà un effetto diverso che se fosse completamente polimerizzato tre settimane o sei mesi dopo l'assemblaggio.

Qual è il valore assoluto di temperatura che si osserva nell'applicazione?
Qual è il valore massimo e quello minimo? Queste informazioni aiutano a comprendere se ci saranno eventuali problemi di degradazione termica dovuti al raggiungimento di tali estremi da parte dell'adesivo.

Qual è il tempo aperto dell'assemblaggio a tali temperature estreme e a tutti i valori intermedi?
Se una parte è esposta a un valore massimo assoluto di 150 °C, si avrà un risultato diverso a seconda che l'esposizione a tale valore duri cinque minuti o cinque settimane, pertanto è necessario considerare l'esposizione totale alla temperatura e gli eventuali effetti di degradazione in conseguenza. Anche la frequenza è importante: con quale frequenza la parte si sposta alle temperature estreme? Un'applicazione all'aperto nel deserto che passi ogni 24 ore dai 40 °F la notte ai 115 °F durante il giorno è molto diversa da altre soggette agli stessi estremi ma nell'arco di mesi, con un ciclo di un anno.

Qual è il carico effettivo applicato all'adesivo, quando viene esposto alla temperatura?
Quest'ultima domanda potrebbe essere la più importante. Anche se l'adesivo non subisce la degradazione termica, è sempre un polimero e sarà soggetto a cambiamenti fisici. In particolare, all'aumentare della temperatura oltre un certo valore (la temperatura di transizione vetrosa) l'adesivo passerà da uno stato rigido vetroso attraverso una transizione a uno stato più morbido, gommoso. Le proprietà fisiche dell'adesivo cambieranno quando si riscalda e si raffredda attraverso la fase di transizione, tra cui la rigidità, il coefficiente di espansione termica e la capacità termica, tra le altre, e ciò può influire sulla capacità di tolleranza del carico dell'adesivo.

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  • Domanda frequente 3: Come si prepara la superficie X?

    Non esiste una risposta univoca per la modalità di preparazione delle superfici per l'adesivo in assenza di altre informazioni. La relazione tra substrati e adesivi è probabilmente la domanda più complicata, perché dipende inevitabilmente da molti fattori: i requisiti complessivi di prestazione dell'adesivo verranno scelti in base alla temperatura, alle condizioni ambientali, alla resistenza complessiva necessaria e alle condizioni di processo, come la velocità necessaria di polimerizzazione. Se e come preparare un substrato dipende molto dal tipo di adesivo scelto, e anche all'interno dei substrati stessi sono presenti diverse particolarità: non tutto l'ABS è ABS, pertanto non è possibile affermare in modo univoco come preparare la superfici in esame.

    Detto questo, esistono quattro ampie categorie di substrati...

  • Video dell'Application Engineer che illustra come preparare il substrato.
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Detto questo, esistono quattro ampie categorie di substrati, e anche all'interno di queste sono presenti diversi agenti chimici adesivi che si legano a ognuno.

I metalli presentano un'elevata energia superficiale, quindi se la superficie è pulita e asciutta, l'adesivo dovrebbe inumidirsi rapidamente, ma non tutti i metalli sono uguali. Consideriamo il confronto tra alluminio e rame. L'alluminio è un metallo sottoposto a passivazione (inattivo) e piuttosto inerte, al contrario il rame è un metallo attivo che continua a corrodersi, quindi, anche con le considerazioni sulla preparazione delle superfici, è necessario considerare se ci sarà una degradazione da corrosione nel tempo.

I materiali tradizionali sono, ad esempio, vetro, legno, cuoio e cemento. Presentano una gamma media di energie superficiali, ma ogni materiale è caratterizzato da alcuni fattori unici che devono essere presi in considerazione. La rugosità ne è un esempio. Un altro fattore è il cuoio naturale che contiene oli da concia: nel tempo questi possono infiltrarsi nell'adesivo, plastificarlo e degradare il legame. L'idrolisi del vetro comporta che la penetrazione dell'umidità durante l'incollaggio del vetro è un fattore sensibile che ne previene la degradazione.

Le tecnoplastiche sono materie plastiche con livelli più elevati di energia superficiale come i compositi in acrilico, policarbonato, ABS e resina epossidica. Questi materiali sono davvero esclusivi, perché l'incollaggio non risente solo dell'energia superficiale: l'adesivo può inumidirsi lungo la superficie, ma la sua capacità di fissaggio sarà anche determinata dalla cristallinità e dalla polarità della plastica. Un materiale come il nylon presenta un'energia superficiale piuttosto elevata, ma è molto cristallino e non è molto polare. Quando si esaminano alcuni meccanismi di adesione, molti adesivi inizialmente possono incollare, ma poi nel tempo l'adesivo cede se non si procede a una preparazione più rigorosa delle superfici.

Le materie plastiche a bassa energia superficiale (materie plastiche LSE) sono plastiche di uso comune come polipropilene e polietilene e anche prodotti con energia superficiale molto bassa come materie plastiche fluorurate e siliconi. Poliolefine e materie plastiche LSE rappresentano una categoria a parte, perché è necessario utilizzare il primer o un tipo di trattamento corona, oppure utilizzare un adesivo speciale progettato per penetrare in quel tipo di plastica e creare un legame intrecciato con il polimero del substrato stesso.

Tutte queste variabili mostrano il motivo per cui non esiste una risposta facile ed in generale è ancora necessario effettuare test e creazione di prototipi per garantire che un adesivo sia adatto al singolo processo. Un punto di partenza ottimale per esaminare le informazioni sul substrato è rappresentato dalle pagine del sito 3M.com Incollaggio e assemblaggio, che presentano un background più esteso di questi argomenti.

Un altro suggerimento è quello di esaminare le schede tecniche degli adesivi considerati, perché mostrano un'adesione a molti substrati diversi. Questi documenti in genere riportano due cose: una cifra che mostra la resistenza sotto sforzo in psi o megaPascal (per la sovrapposizione a taglio) o in libbre per pollice (per la pelatura) e anche la modalità di rottura. Una modalità di rottura coesiva comporta che l'adesivo testato nelle condizioni riportate resta incollato a entrambi i substrati dopo che è stato tirato fino a rottura: è l'adesivo stesso a rompersi, invece che il legame. La rottura dell'adesivo indica che l'adesivo si stacca da uno dei substrati. Ciò può fornire una guida di massima sull'idoneità di un adesivo e sulla sua inclusione nella scelta.

La terza opzione, in caso di un substrato specifico o di una richiesta su un additivo che potrebbe migrare nell'adesivo, è quella di contattare 3M. Il nostro team tecnico può esaminare quello che potrebbe verificarsi ed effettuare una richiesta di assistenza tecnica per cercare di aiutarti a capire quale adesivo potrebbe essere una soluzione migliore per tutto il ciclo di vita del prodotto.

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Quali sono le modalità di sforzo più frequenti degli adesivi strutturali?

  • Trazione

    Trazione

    Lo sforzo di trazione è perpendicolare al piano e tende ad allontanare dal fissaggio adesivo. La forza è distribuita ugualmente su tutta l'area di fissaggio. (Lo sforzo di compressione è diretto nella direzione opposta e tende a spingere i substrati insieme in senso perpendicolare al piano di fissaggio).
  • Taglio

    Taglio

    Lo sforzo di taglio è una trazione diretta lungo l'adesivo, che forza i substrati a scorrere e allontanarsi tra loro. Qui la forza è complanare al fissaggio ed è distribuita lungo tutta l'area.
  • Clivaggio

    Clivaggio

    Lo sforzo di clivaggio è concentrato a un bordo della giunzione, ed esercita una forza di sollevamento sul fissaggio mentre i substrati si separano. Mentre tale estremità della giunzione adesiva è soggetta a uno sforzo concentrato, il bordo opposto teoricamente è sottoposto a uno sforzo nullo. Il clivaggio si verifica tra due substrati rigidi.
  • Pelatura

    Pelatura

    La pelatura è concentrata a un bordo della giunzione. Almeno uno dei substrati è flessibile, con la conseguenza di una maggiore concentrazione al bordo iniziale rispetto allo sforzo di sfaldamento.

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Adesivi strutturali chimici

  • Adesivi acrilici

    Questi adesivi bicomponente offrono un'eccezionale resistenza e flessibilità di progettazione.

  • Adesivi epossidici

    Questi adesivi forniscono durata e resistenza eccellenti in condizioni ambientali estreme.

    Adesivi epossidici monocomponente

    Adesivi epossidici bicomponente

  • Adesivi PUR

    Questi prodotti monocomponente combinano la velocità degli adesivi hot-melt con i vantaggi strutturali dei prodotti chimici con polimerizzazione a umido.

  • Adesivi poliuretanici

    Queste formulazioni sono ideali per creare legami robusti e flessibili tra materiali diversi tra loro.

  • Adesivi anaerobici

    Questi adesivi offrono una tenuta e una sigillatura aderenti in applicazioni quali frenafiletti, sigillatura di tubature e altre applicazioni relative.

  • Adesivi istantanei

    Questi prodotti raggiungono la resistenza alla manipolazione in 5-10 secondi e ottengono valori estremamente elevati di resistenza a trazione.


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