Este artículo analiza el proceso de preparación dolly para garantizar una adhesión sólida at en la interfaz dolly entre el adhesivo y la superficie, así como su importancia a la hora de maximizar repetibilidad los resultados de los ensayos de desprendimiento adherencia .
Los medidores portátiles de resistencia al desprendimiento de adherencia , como el PosiTest AT, miden la fuerza necesaria para separar un diámetro específico de e recubrimiento e de su sustrato. Esta fuerza de desprendimiento medida proporciona una indicación directa de la resistencia de adherencia entre el recubrimiento y el sustrato. Al eliminar las fuentes de variación en el desprendimiento, como los fallos involuntarios de adhesión entre el adhesivo y una dollies mal preparada, los resultados de las pruebas de adherencia resultan aún más significativos y predecibles.
Los componentes principales de un medidor de resistencia al desprendimiento adherencia son una fuente de presión, un medidor de presión y un actuador. Durante el funcionamiento, la cara plana de un manguito de tracción (dolly) se adhiere a la recubrimiento que se va a evaluar. Una vez que el adhesivo de unión se ha secado, se acopla un conector del actuador a la dolly. Al activar la fuente de presión, la presión aumenta lentamente en el actuador dentro del sistema. Cuando la presión en el actuador supera la resistencia de la unión entre la recubrimiento y la sustrato, se produce la separación y el conjunto del actuador-dolly levanta la recubrimiento de la sustrato (véase la figura 1). El indicador de presión máxima del manómetro del sistema medidor proporciona una lectura directa lectura de la presión at a la que se produjo el desenganche.
Para más detalles sobre la teoría y los requisitos de los ensayos de arranque, consulte las dos normas internacionales más aplicables, ISO 4624 "Paints and Varnishes - Pull off-test for adhesion" y ASTM D4541-"estándar Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers".
Dollies Los medidores de resistencia a la tracción adherencia están fabricados con una amplia variedad de metales, entre los que se incluyen el aluminio, el acero al carbono y el acero inoxidable. Aunque los ensayos realizados en este estudio se centraron en el dollies de aluminio desechable utilizado con el medidor de resistencia a la tracción DeFelsko PosiTest AT adherencia identificado en el anexo A5 propuesto de la norma ASTM D 4541 (véase la figura 2), los principios analizados se aplican a todos los tipos dolly . La preparaciónDolly suele constar de tres pasos importantes: desengrasado, abrasión y limpieza.
El desengrasado consiste en eliminar cualquier resto de aceite o grasa de la superficie que se vaya a unir. Esto puede incluir aceites procedentes de la piel de la persona que manipula el dolly.La abrasión es una alteración agresiva del perfil de la dolly superficie . La abrasión tiene dos objetivos principales: aumentar la superficie disponible superficie para la unión y eliminar cualquier resto de oxidación u óxido.La limpieza consiste simplemente en eliminar cualquier partícula suelta de la superficie que se vaya a unir, especialmente las generadas por la abrasión.
Alguno dolly Los tipos se mecanizan antes del envío, lo que alivia la necesidad del cliente de desengrasar el dollies ya que el proceso de mecanizado y el posterior cuidado en la manipulación y el embalaje elimina cualquier contaminación.
Por lo general, el fabricante proporciona equipos, materiales e instrucciones aplicables al cliente para facilitar cualquier preparación antes de adherirse dollies. Los métodos de preparación recomendados por el fabricante deben basarse en pruebas de laboratorio exhaustivas de los métodos de abrasión y limpieza para su dollies. Los métodos de preparación también deben ser lo suficientemente claros, simples y detallados para garantizar resultados repetibles entre operadores y aplicaciones.
La siguiente recomendación para la preparación de la solución de dolly se ha optimizado para el equipo de ensayo del Anexo A5 adherencia objeto de estudio, a partir de los resultados de un análisis de los métodos comúnmente aceptados y de los resultados experimentales posteriores.1
Se diseñó un experimento detallado para verificar y resumir los resultados de las pruebas y comparaciones realizadas previamente durante la fase de diseño de validación del producto. El objetivo del experimento era medir directamente los efectos de la oxidación y la preparación de la « dolly » (desengrasado, abrasión y limpieza) sobre la « adherencia ». El « método de ensayo » consistió en adherir aleatoriamente 48 «test dollies » de aluminio a una placa de acero al carbono recubierta, utilizando un adhesivo adecuado seleccionado durante otras pruebas. Dado que el objetivo del estudio era evaluar los factores que afectan a la resistencia de la unión entre el adhesivo y el dolly, se intentó desarrollar una combinación de sustrato y recubrimiento con una unión adhesiva y cohesiva extremadamente fuerte que, además, se adhiriera bien al adhesivo Araldite 2011 seleccionado previamente. Para lograrlo, se horneó una capa de 4 mil recubrimiento del mismo Araldite 2011 sobre una placa de acero al carbono de ¼” de espesor extraída del casco de un barco. La placa de acero se preparó cuidadosamente lijando varias milésimas de pulgada de posibles superficie corrosión y contaminación, y limpiándola después con alcohol y un paño seco. El resultado fue una superficie recubierta sustrato con una resistencia de unión suficiente para evitar cualquier fallo involuntario recubrimiento durante los 48 ensayos de tracción adherencia .
Las muestras de ensayo dollies se dividieron en grupos iguales según el método de abrasión, el periodo de oxidación, el método de limpieza y el tiempo de curado del adhesivo. Los cuatro métodos de abrasión dolly incluyeron el aplanado a máquina, el fresado, el lijado con papel de lija de grano fino y el frotado con una esponja Scotch-Brite™. Cada grupo de muestras abrasadas dollies se dejó expuesto a air durante tres intervalos de tiempo diferentes antes de la aplicación (7 días, 24 horas y unos minutos). Antes de adherirlas a la recubrimiento, las dollies se limpiaron con un paño seco o con un bastoncillo de algodón humedecido en alcohol y, a continuación, se secaron con un paño seco. El resultado final fueron dos muestras preparadas utilizando cada una de las combinaciones posibles de métodos. A continuación, se dejó que una muestra de cada uno de estos pares se curara durante 24 horas o 5 días antes de realizar el ensayo de tracción.
Los resultados se tabularon por cada factor y en la Tabla 1 se recogen los resultados medios por método de abrasión para cada conjunto de 12 dollies . Como era de esperar, el factor crítico para la preparación fue el método de abrasión. Al comparar los resultados con el método de abrasión para el dolly , surge un patrón predecible. Las uniones más débiles fueron las de los «machined only» y las fresadas con fresa de extremo dollies. Estas uniones dollies experimentaron un fallo de adhesión de casi el 100 % dolly . Esto era de esperar, ya que ambos métodos de preparación dieron lugar a superficies relativamente lisas, aunque el proceso de fresado con fresa de extremo deja grandes surcos visibles en dolly superficie . Estos surcos aumentan el área de contacto superficie de dolly, lo que probablemente explica la resistencia de unión ligeramente superior demostrada antes del fallo.
Tal y como se observó en pruebas anteriores, la esponja Scotch-Brite alcanzó la mayor resistencia de adhesión global, seguida del papel de lija. Aunque los resultados visuales de la abrasión con una esponja Scotch-Brite y con el papel de lija son similares, es probable que la microestructura (perfilsuperficie ) que se obtiene al utilizar una esponja abrasiva tridimensional como Scotch-Brite sea más propicia para adherencia. Para que se produzca adherencia , es necesario que algún tipo de reacción capilar atraiga el adhesivo hacia la microestructura, por lo que pequeños cambios debidos al grano o al método de abrasión pueden tener un impacto significativo.
Otro resultado interesante fue la variación significativamente mayor entre las pruebas de tracción del papel de lija en comparación con el Scotch-Brite. Este resultado podría estar relacionado con la rápida acumulación de aluminio que se observó en la « superficie » del papel de lija, que resulta difícil de limpiar entre una aplicación y otra. Como consecuencia, es probable que no todas las « dolly » (correas de lija) obtengan la misma microestructura. La almohadilla Scotch-Brite permite que el polvo de aluminio se cuele a través de su tejido, lo que parece proporcionar una microestructura más repetible. Además, la almohadilla Scotch-Brite se desgasta at a un ritmo más lento, por lo que requiere una sustitución menos frecuente.
La falla promedio de la unión adhesiva basada en el tiempo de oxidación después de la abrasión se muestra en la Tabla 2. Esta diferencia relativamente menor en la fuerza de unión probablemente se deba a un impacto limitado de la oxidación en el aluminio dollies. Dado que el aluminio generalmente produce una fina capa de óxido de aluminio inmediatamente después de la exposición a air, es razonable que no contaminado dollies no experimentaría efectos de exposición a largo plazo. El impacto de la oxidación sería potencialmente mucho más significativo para otros dolly tipos de materiales, particularmente acero al carbono.
La falla promedio de unión adhesiva basada en el método de limpieza antes de la unión se muestra en la Tabla 3. Esta diferencia insignificante respalda aún más la teoría de que el mecanizado previo al envío de dollies elimina cualquier posible necesidad de desengrasar dollies antes de su uso, siempre que sean manipulados cuidadosamente por el cliente.
Es importante señalar que la elaboración de hipótesis y la selección y eliminación de factores se basó en varias pruebas, comparaciones y experimentos anteriores. A continuación se describen brevemente algunos de los factores eliminados con los resultados de las pruebas correspondientes.
Se comparó el efecto del granallado dollies con el del fresado. Se utilizaron tres resinas epoxi de distintos fabricantes. Se prepararon un total de 24 dollies utilizando los dos métodos de abrasión y, a continuación, se adhirieron a una placa de acero granallada y recubierta de epoxi blanco con una unión muy resistente. La resistencia media a la rotura de la unión en la interfaz dolly fue de 2686 psi en el caso del granallado y de 2786 psi en el del fresado dollies. Una búsqueda bibliográfica posterior ayudó a explicar este resultado, al señalar que las ventajas esperadas del granallado solo pueden alcanzarse si los dollies se adhieren a la recubrimiento en las horas siguientes a su preparación.2
Es un hecho comúnmente aceptado que el aluminio que ha sido anodizado mediante los métodos del ácido crómico o sulfúrico y sellado, puede adherirse tras un desengrasado y una ligera abrasión. El aluminio anodizado con ácido fosfórico presenta unas propiedades superficie óptimas para la adhesión directa sin necesidad de pretratamiento, pero el dollies tratado también debe adherirse en las horas siguientes al anodizado para obtener el efecto deseado.2Esta teoría se puso a prueba con una pequeña muestra de dollies que se adhirieron aproximadamente una semana después del anodizado. El retraso en la adhesión de dollies se debió en gran medida a los inevitables plazos de envío y manipulación. Estas adherencia pruebas dollies también se compararon con piezas fresadas en los extremos dollies. El dollies anodizado presentó una resistencia de unión entre un 20 % y un 30 % inferior.
Se llevó a cabo una prueba de « adherencia » utilizando una imprimación de aluminio superficie con el fin de maximizar la adherencia dolly . La imprimación superficie sometida a ensayo fue la Henkel Alodine 1132, muy recomendada como agente de conversión recubrimiento homologado para uso militar. En el ensayo adherencia se utilizó un número igual de dollies sometidas a diferentes métodos de abrasión, entre ellos el mecanizado, el fresado, el lijado y el granallado. Además, se emplearon seis resinas epoxi de dos componentes diferentes. El resultado final fue una resistencia media a la rotura de la unión adhesiva de 1776 psi con el producto de Henkel, frente a los 2277 psi sin él. Es probable que este resultado se deba a una combinación de factores, siendo el principal que, aunque el producto de Henkel es un agente adhesivo muy reconocido, no tiene necesariamente la resistencia a la tracción necesaria para su uso en ensayos de desprendimiento adherencia . Cabe señalar que el producto de Henkel sí mejoró las resistencias en los ensayos de desprendimiento para algunas combinaciones de adhesivos y métodos de abrasión, pero, en general, dio lugar a valores más bajos en los ensayos adherencia .
Una última comparación destacable se centró en el desengrasado y la limpieza de dollies. En resumen, dollies las que habían sido lijadas y manipuladas con cuidado no requirieron ningún método especial de desengrasado ni limpieza. Tanto si dollies se limpiaban con metiletilcetona, acetona o alcohol, como si simplemente se limpiaban con un paño seco, las variaciones en las resistencias a la rotura de la unión no fueron estadísticamente significativas. Dollies Las muestras que se sometieron a abrasión y luego se aplicaron directamente sin limpieza ni desengrasado dieron lugar a resistencias medias a la rotura de la unión más bajas at en la interfaz dolly-adhesivo. Al estudiarlas al microscopio, el adhesivo que permanecía en el recubrimiento tras estos fallos tendía a presentar una mayor concentración visible de contaminantes en su superficie (especialmente debido a métodos de abrasión como el lijado), cuando se observaban resistencias a la rotura de la unión más bajas.
Estos resultados preliminares, combinados con los costos prohibitivos de añadir procesos como el granallado, el anodizado, el revestimiento de conversión y el desengrasado, condujeron al desarrollo de un proceso simple, pero refinado, que es más propicio para la implementación en el campo por parte del cliente.
Una consulta habitual de los clientes relacionada directamente con la preparación de dolly es la reutilización de los dollies desechables. Esta necesidad suele provenir de clientes acostumbrados a los adherencia que utilizan los dollies de acero, más caros. Estas aplicaciones ofrecen equipos personalizados que permiten al cliente eliminar recubrimiento y el adhesivo de la dolly mediante calor y un laborioso proceso de raspado. El número de veces que se puede reutilizar el dolly suele estar limitado únicamente por los efectos de la abrasión sobre la dolly superficie antes de cada reutilización.
Según las conversaciones mantenidas con numerosos inspectores, estos suelen descartar la idea de reutilizar dollies debido a su necesidad inherente de conservar dollies como prueba fehaciente de los resultados de las pruebas. Otros clientes optan por conservar dollies como registros de calidad permanentes que demuestran el éxito de la prueba de tracción, al tiempo que proporcionan detalles relacionados, como el espesor del recubrimiento sometido a la prueba. Una forma de eliminar la reutilización de dollies es ofrecer un dolly desechable más asequible que el cliente pueda elegir si desea conservar o desechar tras la prueba.
Si el dolly puede devolverse a su estado original, hay poco daño previsible en la reutilización. Sin embargo, se advierte que si se produce un daño o desgaste significativo en el dolly entonces se desaconseja encarecidamente la reutilización. Esto es más común e inmediato con el aluminio dollies que están sujetos a marcado por el acoplamiento rápido durante los despegues a alta presión. Todo dolly Las superficies pueden estar sujetas a superficies irregulares debido al lijado o mecanizado repetitivo mientras se limpian los recubrimientos y adhesivos de prueba anteriores.
Los experimentos, ensayos y comparaciones documentados a lo largo de este artículo demuestran la necesidad de que los fabricantes proporcionen el equipo y los métodos necesarios para preparar adecuadamente dollies para realizar ensayos de desprendimiento adherencia repetibles. Aunque se reconoce que existen infinitas soluciones químicas y mecánicas para preparar dollies, se sugiere que podrían existir métodos más sencillos y asequibles para lijar dollies . En el caso del aluminio concreto dollies estudiado, el lijado con una esponja Scotch-Brite seguido de una limpieza con un paño seco resultó más que suficiente para eliminar los malos resultados en las pruebas de resistencia a la tracción adherencia debidos a fallos del adhesivodolly .
Los resultados experimentales mencionados brevemente en el artículo también demuestran que las diferentes combinaciones de materiales y adhesivos podrían tener sus propios métodos de preparación óptimos. Los experimentos mostraron que los cambios en el método de abrasión aumentaban la resistencia de la unión en un tipo de adhesivo, mientras que la reducían en otro. No se exploraron a fondo todas estas alternativas, ya que sus resistencias preliminares a la rotura de la unión seguían siendo significativamente inferiores para un adhesivo concreto y su proceso de preparación correspondiente dolly . Dado que factores como la recubrimiento compatibilidad y el tiempo de curado pueden limitar el uso de un adhesivo concreto para determinadas aplicaciones, se recomienda utilizar los factores analizados en este artículo como marco de referencia para seleccionar y verificar los cambios introducidos por el cliente en el método de preparación dolly recomendado por el fabricante.
Para obtener más información, consulta nuestros PosiTest AT, los recursos de pruebas deadherencia , y dollies.
DeFelsko desea agradecer a Mike Munsell, un ingeniero de diseño at Vantico, por proporcionar una asistencia técnica invaluable, así como Bill Corbett y KTA-Tator por proporcionar muestras y compartir experiencias de campo durante el PosiTest.
ΠScotch-Brite es una marca registrada de la empresa 3M
1 «adherencia o y tecnología de los adhesivos», Dr. Alphonsus V. Pocius, Hanser Publications, Cincinnati, Ohio, EE. UU.
2 «superficie : preparación y tratamientos previos», Vantico Ltd, Duxford, Cambridge, Reino Unido
