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Preparación de la carretilla para el ensayo de adherencia Pull-Off

Productos de referencia:

Resumen

En este artículo se analiza el proceso de preparación de la plataforma móvil para garantizar una fuerte unión en la interfaz plataforma móvil-adhesivo y su importancia para maximizar la repetibilidad de las pruebas de adhesión de extracción.

Prueba de adherencia Pull Off-Teoría de funcionamiento

Los comprobadores de adherencia portátiles, como el PosiTest ATmiden la fuerza necesaria para separar un diámetro determinado de revestimiento de su sustrato. Esta fuerza de arranque medida proporciona una indicación directa de la fuerza de adhesión entre el revestimiento y el sustrato. Al eliminar las fuentes de variación en el despegue, como los fallos involuntarios de adhesión entre el adhesivo y los carros mal preparados, los resultados de las pruebas de adhesión son aún más significativos y predecibles.

Los principales componentes de un comprobador de adherencia por arranque son una fuente de presión, un manómetro y un actuador. Durante el funcionamiento, se adhiere la cara plana de un puntal de tracción(dolly) al revestimiento que se va a evaluar. Después de dejar que el adhesivo se cure, un conector de acoplamiento del actuador se une a la plataforma móvil. Al activar la fuente de presión, se aumenta lentamente la presión en el actuador dentro del sistema. Cuando la presión en el actuador es mayor que la fuerza de adhesión entre el revestimiento y el sustrato, se produce la separación y el conjunto actuador-carretilla levanta el revestimiento del sustrato (véase la figura 1). El indicador de presión máxima del manómetro del sistema proporciona una lectura directa de la presión a la que se produjo la separación.

Figura 1 - Vista transversal del actuador

Para más detalles sobre la teoría y los requisitos de los ensayos de despegue, consulte las dos normas internacionales más aplicables, ISO 4624 "Paints and Varnishes - Pull off-test for adhesion" y ASTM D4541 "Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers".

Preparación de la plataforma móvil y de la superficie para la prueba de adherencia

Las plataformas móviles para los comprobadores de adherencia por arrancamiento se construyen con una amplia variedad de metales, como el aluminio, el acero al carbono y el acero inoxidable. Aunque las pruebas realizadas en este estudio se centraron en las plataformas rodantes desechables de aluminio utilizadas con el probador de adherencia por arranque DeFelskoPosiTest AT identificado en el Anexo A5 propuesto de la norma ASTM D 4541 (consulte la Figura 2), los principios analizados se aplican a todos los tipos de plataformas rodantes. La preparación de la plataforma rodante suele consistir en tres pasos importantes: desengrasado, abrasión y limpieza. 

Fotos del producto PosiTest AT-A Automático y PosiTest AT-M Manual Adhesion Testers, uno al lado del otro
Figura 2 - La solución de DeFelsko para los ensayos de adherencia por arranque, el PosiTest AT-A Automático, y PosiTest AT-M Manual

Eldesengrasado se refiere a la eliminación de cualquier rastro de aceite o grasa de la superficie a pegar. Esto puede incluir los aceites de la piel de la persona que maneja la plataforma rodante. La abrasión es una alteración agresiva del perfil de la superficie de la plataforma móvil. La abrasión tiene dos propósitos principales: aumentar la superficie disponible para la adhesión y eliminar cualquier oxidación o herrumbre. La limpieza es simplemente la eliminación de cualquier partícula suelta de la superficie que se va a pegar, especialmente las creadas por la abrasión.

Algunos tipos de plataformas rodantes se mecanizan antes del envío, lo que alivia la necesidad del cliente de desengrasar las plataformas, ya que el proceso de mecanizado y el posterior cuidado en la manipulación y el embalaje eliminan cualquier contaminación. 

Normalmente, el fabricante proporciona al cliente el equipo, los materiales y las instrucciones aplicables para facilitar cualquier preparación antes de adherir las plataformas rodantes. Los métodos de preparación recomendados por el fabricante deben basarse en extensas pruebas de laboratorio sobre los métodos de abrasión y limpieza de sus plataformas rodantes. Los métodos de preparación también deben ser claros, sencillos y lo suficientemente detallados como para garantizar resultados repetibles entre operadores y aplicaciones.

Bases experimentales para recomendar un método de preparación de dollys

La siguiente recomendación de preparación de la plataforma móvil se optimizó para el probador de adherencia del Anexo A5 en estudio, utilizando los resultados de una investigación de los métodos comúnmente aceptados y los resultados experimentales posteriores.1

Se desarrolló 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 propósito del experimento era medir directamente los efectos de la oxidación y de la preparación de la plataforma móvil (desengrasado, abrasión y limpieza) sobre la adhesión. El método de prueba consistió en adherir aleatoriamente 48 plataformas rodantes de aluminio a una placa de acero al carbono recubierta con un adhesivo adecuado seleccionado durante otras pruebas. Como la intención del estudio era evaluar los factores que afectan a la fuerza de adhesión entre el adhesivo y la plataforma rodante, se intentó desarrollar una combinación de sustrato y revestimiento con un adhesivo extremadamente fuerte y una unión cohesiva que también se adhiriera bien al adhesivo Araldite 2011 previamente seleccionado. Para conseguirlo, se coció una capa de 4 mil del mismo Araldite 2011 sobre una placa de acero al carbono de ¼" de grosor tomada del casco de un barco. La placa de acero se preparó cuidadosamente eliminando varias milésimas de pulgada de posible corrosión y contaminación superficial, y luego se limpió con alcohol y un paño seco. El resultado fue un sustrato revestido con una fuerza de adhesión suficiente para evitar cualquier fallo involuntario del revestimiento durante las 48 pruebas de adherencia. 

Las plataformas de prueba se dividieron en partes iguales por método de abrasión, período de oxidación, método de limpieza y tiempo de curado del adhesivo. Los cuatro métodos de abrasión de las plataformas rodantes incluían el aplanado a máquina, el fresado de los extremos, el lijado de grano fino y el frotamiento con una almohadilla Scotch-Brite™. Cada grupo de plataformas abrasivas se dejó expuesto al aire durante tres intervalos de tiempo diferentes antes de la aplicación (7 días, 24 horas y unos minutos). Antes de adherir el revestimiento, las plataformas rodantes se limpiaron con un paño seco o con un hisopo de algodón humedecido en alcohol y luego con un paño seco. El resultado neto fue dos muestras preparadas con cada combinación posible de métodos. Una muestra de cada uno de estos pares se dejó curar durante 24 horas o 5 días antes de la prueba de tracción.

Resultados de la prueba de abrasión

Los resultados se tabularon por cada factor y los resultados medios por método de abrasión para cada conjunto de 12 muñecas se enumeran en la Tabla 1. Como se esperaba, el factor crítico para la preparación fue el método de abrasión. Al comparar los resultados con el método de abrasión de la plataforma móvil, surge un patrón predecible. Las adhesiones más débiles fueron las de las plataformas rodantes mecanizadas únicamente y las fresadas en los extremos. Estas plataformas experimentaron un fallo de unión entre el adhesivo y la plataforma móvil de casi el 100%. Esto era de esperar, ya que ambos métodos de preparación dieron como resultado superficies relativamente lisas, aunque el proceso de fresado final coloca grandes ranuras visibles en la superficie de la plataforma móvil. Estas ranuras aumentan el área de la superficie de la plataforma móvil, lo que probablemente explica la fuerza de adhesión ligeramente superior demostrada antes del fallo.

Tabla 1 - Resultados de las pruebas de fracaso de adhesión por el método de abrasión

Al igual que en las pruebas anteriores, la almohadilla Scotch-Brite consiguió la mayor fuerza de adherencia global, mientras que el papel de lija quedó en segundo lugar. Aunque los resultados visuales de la abrasión con una almohadilla Scotch-Brite y con el papel de lija son similares, es probable que la microestructura (perfil de la superficie) al utilizar una almohadilla de acondicionamiento abrasivo tridimensional como Scotch-Brite sea más propicia para la adhesión. Para que se produzca la adhesión, es necesario que alguna forma de reacción capilar atraiga al adhesivo hacia la microestructura, por lo que los pequeños cambios debidos al grano o al método de abrasión pueden tener impactos significativos. 

Otro resultado interesante fue la variación significativamente mayor entre los arranques del papel de lija frente al Scotch-Brite. Este resultado podría estar relacionado con la rápida acumulación de aluminio que se observó en la superficie del papel de lija, que es difícil de limpiar entre aplicaciones. Como resultado, es probable que no todas las plataformas reciban la misma microestructura. La almohadilla Scotch-Brite permite que el polvo de aluminio caiga a través de su tejido, lo que parece dar una microestructura más repetible. La almohadilla Scotch-Brite también se desgasta a un ritmo más lento y requiere una sustitución menos frecuente.

Resultados de las pruebas de oxidación

 En la tabla 2 se muestra el fallo medio de la unión adhesiva basado en el tiempo de oxidación tras la abrasión. Esta diferencia relativamente menor en la fuerza de adhesión se debe probablemente a un impacto limitado de la oxidación en las plataformas móviles de aluminio. Dado que el aluminio suele producir una fina capa de óxido de aluminio inmediatamente después de la exposición al aire, es razonable que las plataformas móviles no contaminadas no experimenten efectos de exposición a largo plazo. El impacto de la oxidación sería potencialmente mucho más significativo para otros tipos de materiales de plataformas rodantes, particularmente el acero al carbono.

Tabla 2 - Resultados de las pruebas de fallo de adherencia por tiempo de oxidación

Resultados de las pruebas de limpieza

En la tabla 3 se muestra la media de fallos de adhesión según el método de limpieza previo al pegado. Esta diferencia insignificante apoya aún más la teoría de que el mecanizado previo al envío de las plataformas rodantes elimina cualquier posible necesidad de desengrasarlas antes de su uso, siempre que el cliente las manipule con cuidado.

Tabla 3 - Resultados de las pruebas de fallo de adherencia por método de limpieza

Experimentos anteriores

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 de las muñecas con el fresado de los extremos. Se utilizaron tres epoxis de diferentes fabricantes. Se prepararon un total de 24 plataformas rodantes utilizando los dos métodos de abrasión y luego se adhirieron a una placa de acero granallado recubierta de epoxi blanco fuertemente adherida. La resistencia media a la rotura de la unión entre la plataforma y el adhesivo fue de 2686 psi para las plataformas granalladas y de 2786 psi para las plataformas fresadas. Una búsqueda bibliográfica posterior ayudó a explicar este resultado señalando que las ventajas esperadas del granallado sólo pueden obtenerse si las plataformas se adhieren al revestimiento a las pocas horas de su preparación. 2 

Es comúnmente aceptado que el aluminio que ha sido anodizado por los métodos de ácido crómico o sulfúrico y sellado, puede ser pegado después de desengrasar y abrasar ligeramente. El aluminio anodizado con ácido fosfórico tiene las propiedades superficiales óptimas para el pegado directo sin tratamiento previo, pero las muñecas tratadas también deben pegarse en las horas siguientes al anodizado para obtener el efecto deseado. 2 Esta teoría se probó con una pequeña muestra de plataformas que se adhirieron aproximadamente una semana después del anodizado. El retraso en la adhesión de las plataformas se debió en gran medida a los inevitables tiempos de envío y manipulación. Estas plataformas de prueba de adherencia también se probaron contra plataformas fresadas. Las plataformas anodizadas tenían una fuerza de adhesión entre un 20 y un 30% menor. 

Se realizó una prueba de adhesión utilizando una imprimación de superficie de aluminio en un intento de maximizar la unión adhesiva de la plataforma. La imprimación de superficie probada fue Henkel Alodine 1132, que fue altamente recomendada como un revestimiento de conversión aceptado por los militares. En la prueba de adhesión se utilizó un número igual de muñequillas de diferentes métodos de abrasión, incluyendo el mecanizado, el fresado de los extremos, el lijado y el granallado. Además, se utilizaron 6 epoxis de dos partes diferentes. El resultado neto fue una resistencia media a la rotura del adhesivo de 1776 psi con el Henkel frente a 2277 psi sin él. Este resultado es probablemente atribuible a una combinación de factores, siendo el más importante el hecho de que el producto Henkel, aunque es un agente adhesivo muy aceptado, no tiene necesariamente la resistencia a la tracción requerida para su uso en las pruebas de adhesión por arranque. Cabe señalar que el producto de Henkel mejoró las resistencias de las pruebas de arranque para algunas combinaciones de adhesivos y métodos de abrasión, pero en general dio lugar a lecturas de pruebas de adhesión más bajas.

Una última comparación notable fue la relativa al desengrasado y la limpieza de las plataformas rodantes. En resumen, las plataformas rodantes que habían sido desgastadas y manipuladas con cuidado no requerían ningún método especial de desengrase y limpieza. Tanto si las plataformas se limpiaron con metil etil keytone, acetona o alcohol, como si simplemente se limpiaron con un paño seco, las variaciones en la resistencia a la adhesión no fueron estadísticamente significativas. Las plataformas que se desgastaron y se aplicaron directamente sin limpiarlas ni desengrasarlas, dieron como resultado un promedio más bajo de resistencia al fallo de la adhesión en la interfaz plataforma móvil-adhesivo. Cuando se estudió bajo el microscopio, el adhesivo que permaneció en el revestimiento a causa de estos fallos tendía a tener una mayor concentración visible de contaminantes en su superficie (particularmente por métodos de abrasión como el lijado), cuando se observaron menores resistencias de fallo de adhesión.

Estos resultados preliminares, combinados con los costes 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. 

¿Por qué no se recomienda reutilizar las plataformas de aluminio?

Una consulta común de los clientes relacionada directamente con la preparación de las plataformas rodantes es la reutilización de las plataformas desechables. Este deseo suele provenir de clientes acostumbrados a los probadores de adherencia que utilizan las plataformas de acero más caras. Tales aplicaciones ofrecen equipos personalizados que permiten al cliente eliminar el revestimiento y el adhesivo de la plataforma móvil mediante el calentamiento y el raspado, que requieren mucho tiempo. El número de veces que se puede reutilizar la plataforma rodante sólo está limitado por los efectos de la abrasión en la superficie de la plataforma antes de cada reutilización.

Según las conversaciones mantenidas con numerosos inspectores, éstos suelen descartar la idea de reutilizar las plataformas de arrastre debido a la necesidad inherente de conservarlas como prueba fundamental de los resultados de las pruebas. Otros clientes optan por conservar las plataformas rodantes como registros de calidad permanentes que demuestran el éxito de la extracción, a la vez que proporcionan detalles relacionados, como el grosor del revestimiento extraído. Un enfoque para eliminar la reutilización de las plataformas rodantes es el suministro de una plataforma rodante desechable más asequible que el cliente puede elegir para guardar o eliminar después de la prueba. 

Si la plataforma rodante puede ser devuelta a su condición original, hay poco daño previsible en su reutilización. Sin embargo, se advierte que si se producen daños o desgastes significativos en la plataforma rodante, se desaconseja firmemente su reutilización. Esto es más común e inmediato con las plataformas rodantes de aluminio que están sujetas a las marcas del acoplamiento rápido durante los arranques de alta presión. Todas las superficies de las plataformas rodantes pueden estar sujetas a superficies irregulares debido al lijado o maquinado repetitivo durante la limpieza de revestimientos y adhesivos de prueba anteriores.

Conclusiones

Los experimentos, las pruebas y las comparaciones documentadas en este artículo demuestran la necesidad de que los fabricantes proporcionen el equipo y los métodos necesarios para preparar adecuadamente las plataformas rodantes con el fin de realizar pruebas de adherencia repetibles. Aunque se reconoce que hay un número ilimitado de soluciones químicas y mecánicas para preparar las plataformas rodantes, se sugiere que pueden existir métodos más sencillos y asequibles para desgastar las plataformas rodantes. En el caso de los carros de aluminio estudiados, la abrasión con una almohadilla Scotch-Brite, seguida de la limpieza con un paño seco, fue más que suficiente para eliminar las pruebas de adherencia por arrancamiento debidas a fallos del carro adhesivo.

Los resultados experimentales mencionados brevemente en el artículo también demuestran que diferentes combinaciones de materiales y adhesivos pueden tener sus propios métodos óptimos de preparación. Los experimentos mostraron que los cambios en el método de abrasión aumentaban la resistencia de la unión para un tipo de adhesivo mientras que la disminuían para otro. No se exploraron completamente todas estas alternativas, ya que sus resistencias preliminares de fallo de adhesión seguían siendo significativamente más bajas para un adhesivo en particular y su proceso de preparación de la plataforma móvil relacionado. Dado que factores como la compatibilidad del revestimiento y el tiempo de curado pueden limitar el uso de un adhesivo particular para una aplicación, se recomienda utilizar los factores discutidos en este artículo para proporcionar un marco para seleccionar y verificar los cambios realizados por el cliente en el método de preparación de la plataforma móvil recomendado por el fabricante.

Para obtener más información, consulte nuestros PosiTest AT recursos de pruebas de adherencia, y las plataformas móviles.

Portada de la PosiTest AT Literatura

Agradecimientos y referencias

DeFelsko desea agradecer a Mike Munsell, ingeniero de diseño de Vantico, por su inestimable asistencia técnica, así como a Bill Corbett y a KTA-Tator por proporcionar muestras y compartir su experiencia sobre el terreno durante la fase de pruebas de PosiTest.

ΠScotch-Brite es una marca registrada de la empresa 3M

1 "Adhesion and Adhesives Technology", Dr. Alphonsus V. Pocius, Hanser Publications, Cincinnati, Ohio, USA 

2 "Surface Preparation and Pretreatments", Vantico Ltd, Duxford, Cambridge, Reino Unido

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