Guida agli adesivi industriali e alle loro applicazioni

La maggior parte degli adesivi industriali viene utilizzata nelle applicazioni di fissaggio.

I sigillanti industriali si usano per riempire gli spazi tra le giunture o sulle superfici, per contenere fluidi, prevenire perdite e l'infiltrazione di materiale indesiderato.

Vengono ampiamente usati, al posto della saldatura, per effettuare assemblaggio di parti in diversi settori industriali, come ad esempio:

• elettronica
• automotive
• aeronautica
• imballaggio
• edilizia
• legno
• elettrodomestici
• tessile
• calzature

Esistono diversi tipi di adesivi industriali e di solito sono classificati in base a:

• proprietà adesive
• composizione
• meccanismo di polimerizzazione

Il meccanismo di indurimento si riferisce al processo di indurimento dell'adesivo per mezzo di sostanze chimiche, calore o luce ultravioletta.

Il modo in cui la resina viene utilizzata come adesivo industriale dipende dalle sue proprietà fisiche e chimiche.

Un adesivo strutturale ad alte prestazioni ha una resistenza chimica e termica molto elevata, in particolare quelli polimerizzati a temperature estremamente elevate.

Sulla base del meccanismo di polimerizzazione, gli adesivi possono essere classificati in resine a:

1. indurimento fisico
2. indurimento chimico
3. sensibili alla pressione

Gli adesivi hot-melt, i plastisol, gli adesivi a base d'acqua e gli adesivi a base di solventi organici sono diversi tipi di adesivi industriali a indurimento fisico.

• In questa categoria rientrano in particolare gli adesivi fusibili, come i termoplastici.
• Gli adesivi hot-melt sono utilizzati principalmente nell'industria del mobile, dell'imballaggio e dell'elettronica. Questi adesivi solidi di solito si ammorbidiscono al riscaldamento; bagnano uniformemente i supporti a contatto con essi e solidificano per raffreddamento.
• Plastisol è un adesivo industriale ampiamente utilizzato nell'industria automobilistica.
• Gli adesivi a base d'acqua sono adesivi facili da pulire e contengono polimeri disciolti o dispersi in acqua. Gli adesivi per incollaggio a umido e gli adesivi a contatto sono due classi di adesivi polimerici a base d'acqua.

L'adesivo industriale a indurimento chimico richiede una reazione chimica per l'incollaggio di due superfici.

Questi adesivi sono classificati in:

1. Adesivi monocomponenti. Utilizzati principalmente nell'industria automobilistica, nell'ottica, nella microelettronica e nell'industria medica.
2. Adesivi bicomponenti. L'adesivo uretanico, le resine epossidiche e l'adesivo siliconico sono diversi tipi di adesivi bicomponenti.

Le resine monocomponenti sono ulteriormente classificate in:

• adesivi con polimerizzazione a caldo
• adesivi con polimerizzazione con umidità
• adesivi con polimerizzazione per radiazione
• adesivi anaerobici
• adesivi cianoacrilati

Le resine sensibili alla pressione facilitano il legame tra le superfici mediante l'applicazione di una pressione sufficiente. In alcuni casi sono progettate per essere facilmente rimovibili.

Queste resine sono utilizzate principalmente nei telai dei filtri e nei gruppi di interruttori a membrana.

Gli adesivi industriali che sono definiti dalle loro proprietà di adesione includono: hot melt, sensibili alla pressione e a contatto, termoindurenti e polimerizzabili con UV.

• Gli adesivi hot melt possono essere ripetutamente ammorbiditi o fusi mediante calore e induriti o fissati mediante raffreddamento. Consentono di rimuovere o riposizionare le parti durante il montaggio.
• Gli adesivi sensibili alla pressione (PSA) e gli adesivi a contatto aderiscono alla maggior parte delle superfici con una pressione molto leggera. Gli adesivi a contatto sono adatti per applicazioni con grandi superfici o dove il fissaggio è difficile.
• Gli adesivi termoindurenti sono resine polimeriche reticolate polimerizzate mediante calore o calore e pressione. Presentano una buona resistenza allo scorrimento e sono utilizzati per assemblaggi con carichi elevati.
• Gli adesivi con polimerizzazione UV e gli adesivi polimerizzabili con radiazioni utilizzano la luce ultravioletta (UV) o altre sorgenti di radiazioni per avviare la polimerizzazione, il che consente un legame permanente senza riscaldamento.

Di seguito presentiamo un elenco schematico dei principali adesivi strutturali classificati in base alla composizione chimica, con riferimento alla compatibilità dei materiali e alle applicazioni d'uso.

Gli adesivi epossidici sono composti chimici ideati per unire i componenti. Un copolimero epossidico è formato da due diversi prodotti chimici: una resina e un indurente.

Materiali compatibili:

• Vetro
• Metallo
• Calcestruzzo
• Legno
• Gomma
• Ceramica
• Porcellana
• Pelle
• Policarbonato
• Poliestere
• PVC rigido
• Poliuretano espanso

Caratteristiche:

• Film, Colla
• Liquido mono o bicomponente
• Termoindurente
• Buona resistenza meccanica a taglio o trazione
• Buona resistenza alle temperature estreme
• Buona resistenza chimica
• Reversibilità dell'incollaggio possibile
• Mancanza di flessibilità
• Non dura bene ai raggi UV
• Si restringe durante la polimerizzazione
• Costoso

Settori di applicazione:

• Aerospaziale
• Automobilistico
• Elettronica
• Marittimo

Gli adesivi acrilici sono noti per la loro eccellente resistenza ambientale e tempi di presa rapidi rispetto ad altri sistemi di resina.

Materiali compatibili:

• Metallo
• Policarbonato
• Poliammide
• Poliestere
• Plastica

Caratteristiche:

• Pasta bicomponente
• Buona resistenza alla trazione e al taglio
• Buona capacità di colmare le lacune

Settori di applicazione:

• Meccanica

Materiali compatibili:

• Metallo

Presentazione/Uso:

• Termoindurente
• Pasta monocomponente
• Assemblaggi cilindrici
• Buona resistenza alla trazione
• Buona resistenza ai solventi
• Resistenza al calore limitata

Settori di applicazione:

• Meccanica

I cianoacrilati, o super-colle, sono adesivi acrilici monocomponenti che polimerizzano istantaneamente a contatto con le superfici accoppiate attraverso una reazione con l'umidità superficiale.

Materiali compatibili:

• Plastica
• Polimero
• Metallo
• Fibra di vetro
• Ceramica
• Cartone
• Gomma

Caratteristiche:

• Presa rapida (circa 10 secondi)
• Polimerizzazione facilitata da una buona umidità ambientale ● Ottimo per assemblare piccole parti
• Può essere utilizzato solo su superfici piane
• Elevata resistenza al taglio
• Buona resistenza ai solventi
• Giunto trasparente
• Debole resistenza alla temperatura
• Bassa resistenza agli urti

Settori di applicazione:

• Meccanica
• Prototipazione
• Elettronica

Gli adesivi poliuretanici offrono un'eccellente flessibilità, resistenza agli urti e durata. Sono spesso utilizzati nella falegnameria di finitura e con progetti di lavorazione del legno.

Materiali compatibili:

• Vetro
• Legno
• Gomma

Caratteristiche:

• Incollaggio rapido e flessibile
• Mono o bicomponente
• Legame eterogeneo
• Grandi superfici
• Resistenza all'umidità
• Utilizzando un adesivo monocomponente, la colla polimerizza con un alto contenuto di umidità (presa lenta)
• Buona resistenza chimica
• Buona resistenza alla temperatura fino a 90°C

Polimerizzano rapidamente e possono anche incollare superfici in calcestruzzo

Settori di applicazione:

• Settore automobilistico
• Carpenteria

Materiali compatibili:

• Gomma
• Neoprene

Caratteristiche:

• Lento legame
• Colla espandibile
• Adesivo monocomponente
• Legame eterogeneo
• Montaggio flessibile
• Resistente all'acqua

Settori di applicazione:

• Nautica

Gli adesivi e i sigillanti siliconici hanno un alto grado di flessibilità e resistenza alle temperature molto elevate. Sono utilizzati negli impianti idraulici e nelle applicazioni marine.

Materiali compatibili:

• Vetro
• Calcestruzzo
• Legna
• Gomma
• Ceramica
• Porcellana
• Metallo
• Poliammide

Poliuretano espanso

Caratteristiche:

• Adesivo monocomponente
• Incolla il vetro su diversi materiali
• La colla polimerizza con un alto contenuto di umidità (presa lenta) ● Buona tenuta
• Buona resistenza agli agenti atmosferici
• Buona resistenza ai solventi
• Permeabile ai gas
• Giunto trasparente.
• Non è richiesto alcun trattamento superficiale preventivo ● Disponibile in formato rigido, semirigido o flessibile
• Legame eterogeneo
• Elevata resistenza meccanica
• Buona resistenza agli urti

Buona resistenza alle basse temperature (fino a -40°C)

Settori di applicazione:

• Carpenteria
• Costruzione

Le resine fenoliche, melamminiche e formaldeide sono adesivi termoindurenti che formano legami forti e hanno una buona resistenza alle alte temperature. Le resine fenoliche sono utilizzate principalmente nella produzione di compensato.

Come materiali termoindurenti, richiedono calore o calore e pressione per indurire e formare un legame sicuro.

Gli adesivi e i sigillanti in gomma forniscono legami altamente flessibili e sono generalmente a base di composti butadiene-stirene, butile, poliisobutilene o nitrile.

Un adesivo epossidico è adatto ad applicazioni in cui è richiesta un'elevata resistenza meccanica, sia in termini di impatto che di taglio o distacco.

Gli adesivi epossidici sono disponibili in formato monocomponente o bicomponente.

Se si utilizza un adesivo monocomponente, la resina epossidica polimerizza a caldo, a temperature comprese tra 100 e 200°C.

Se si intende utilizzare questo tipo di adesivo è preferibile disporre di un forno, un sistema a induzione o infrarossi, o almeno di una pistola ad aria

calda per la polimerizzazione (l'essiccazione e l'indurimento della colla), che può richiedere da 30 minuti fino a 2 ore.

L'adesivo epossidico monocomponente può essere un sostituto interessante per la saldatura, ad esempio durante l'assemblaggio di utensili in carburo di tungsteno.

Se non si dispone di una fonte di calore per la polimerizzazione, è possibile utilizzare un adesivo epossidico bicomponente che ha il vantaggio di polimerizzare a temperatura ambiente, anche se si può accelerare questo processo con il calore.

Sono generalmente disponibili come cartucce affiancate da un ugello di miscelazione statico in modo da non doverli miscelare da soli.

A seconda dell'adesivo epossidico, il tempo di lavorazione, detto anche "pot life", può variare da pochi minuti ad alcune ore.

È importante scegliere questo prodotto in base alle caratteristiche desiderate, ad esempio la trasparenza e la flessibilità richieste, un ampio spazio tra le parti da assemblare, ecc.

Gli adesivi epossidici possono essere classificati in tre tipi, in base alle loro caratteristiche principali dopo la polimerizzazione:

1. Adesivi rigidi, che offrono una buona resistenza al taglio e un'ottima durata. Questi adesivi vengono utilizzati in particolare con supporti rigidi ed elevate cariche statiche.
2. Adesivi morbidi (flessibili) offrono una buona resistenza all'impatto e alla pelatura, nonché una buona resistenza alle basse temperature. Questi adesivi vengono utilizzati in particolare per unire diversi materiali che non hanno lo stesso coefficiente di dilatazione.
3. Adesivi forti, che uniscono le qualità degli adesivi rigidi e flessibili.

Gli adesivi acrilici vengono utilizzati principalmente per incollare vari materiali come plastica, vetro o legno al metallo.

Offrono una buona resistenza meccanica ma inferiore a quella degli adesivi epossidici. Tuttavia, gli adesivi acrilici sono generalmente più economici.

Il tempo di presa degli adesivi acrilici monocomponenti è relativamente lungo, da 5 a 30 minuti circa, ma può essere accelerato mediante riscaldamento.

Gli adesivi poliuretanici sono ampiamente utilizzati nel settore edile, ad esempio per l'incollaggio di pannelli isolanti.

Sono adesivi molto flessibili, ma offrono una resistenza meccanica limitata rispetto agli adesivi epossidici, soprattutto quando la temperatura ambiente è elevata.

• Gli adesivi poliuretanici monocomponenti polimerizzano reagendo con l'umidità ambientale. Possono essere applicati con una pistola termica per ridurre i tempi di polimerizzazione.
• Se il livello di umidità è basso, è meglio utilizzare un adesivo poliuretanico bicomponente.

Gli adesivi uretanici vengono utilizzati principalmente per incollare o riparare materiali a base di gomma, come le mute da sub.

Gli adesivi cianoacrilici sono disponibili in forma liquida o gel.

Questi adesivi sono progettati principalmente per un incollaggio rapido e offrono una buona resistenza al taglio. A temperatura ambiente la presa è quasi istantanea.

I primi adesivi cianoacrilici erano adesivi liquidi, perfettamente adatti per l'incollaggio di materiali rigidi. Esistono ora varianti di adesivi cianoacrilici in forma di gel con viscosità medio-alta.

• Gli adesivi liquidi possono essere applicati ad elementi da assemblare per infiltrazione, poiché si diffondono per azione capillare.
• I gel sono particolarmente adatti per superfici verticali e materiali porosi.

La colla cianoacrilica aderisce alla superficie solo in presenza di umidità. Pertanto, se una superficie è perfettamente asciutta non sarà efficace perché non formerà adesione. Per risolvere questo problema, è possibile applicare un sottile strato di acqua sulla superficie per avviare l'indurimento.

Gli adesivi cianoacrilici vengono utilizzati per incollare componenti in metallo, fibra di vetro, ceramica, cartone, gomma e plastica.

Va notato che per le plastiche resistenti al calore è preferibile utilizzare la resina epossidica.

Lo svantaggio di questi adesivi è che offrono solo una bassa resistenza agli urti e una bassa resistenza alle alte temperature.

Gli adesivi siliconici sono adesivi flessibili che offrono un'elevata resistenza alle sollecitazioni dinamiche e una buona tenuta.

Hanno inoltre una buona resistenza ai solventi, ai raggi UV e alle alte temperature. La loro resistenza meccanica non è però molto elevata.

Gli adesivi siliconici monocomponenti richiedono un elevato contenuto di umidità per polimerizzare. Se il livello di umidità è basso, è meglio utilizzare un adesivo bicomponente.

Sono caratterizzati da alta resistenza a:

• sforzo dinamico
• solventi
• raggi UV
• alte temperature

Indipendentemente dal tipo di adesivo, gli adesivi bicomponenti hanno il vantaggio di non dipendere dalle condizioni ambientali per la polimerizzazione e il loro tempo di presa è ben controllato purché la miscela sia dosata correttamente.

La miscelazione può essere eseguita manualmente o automaticamente con l'ugello della cartuccia.

Se si sta miscelando manualmente, è necessario dosare correttamente ogni componente.

Alcuni adesivi bicomponenti possono generare emissioni di gas più o meno nocive, quindi è preferibile utilizzarli in ambienti ben ventilati.

Vantaggi:

• polimerizzazione indipendente dalle condizioni ambientali
• tempo di presa ben controllato

Per scegliere l'adesivo idoneo per un'applicazione è importante prima verificare se sia compatibile con i materiali da assemblare.

Si dovranno anche considerare le condizioni ambientali come:

• temperatura ambiente (minima e massima),
• contenuto di umidità,
• esposizione ai raggi UV,
• esposizione a sostanze chimiche come detergenti o acidi e polvere che potrebbero influire sulla qualità dell'incollaggio.

Sarà inoltre necessario verificare se l'adesivo scelto è compatibile con le sollecitazioni a cui sarà sottoposto (carico permanente, vibrazione, shock, taglio, flessione, ecc.) e in particolare la sua resistenza alla desquamazione (resistenza alla trazione).

Un'altra considerazione da fare è se quello che si sta assemblando debba o meno essere smontato e, in tal caso, come sciogliere la colla.

Bisogna inoltre tenere conto del fattore tempo:

• tempo di lavoro, ovvero il tempo durante il quale è possibile modificare la posizione degli elementi che si stanno incollando tra loro
• tempo di presa finale, ovvero il tempo che si dovrà attendere prima di poter utilizzare l'assieme in condizioni normali.

Come regola generale, gli adesivi bicomponenti hanno un tempo di lavorazione più breve e un tempo di presa finale più breve rispetto agli adesivi monocomponenti.

L'adesivo cianoacrilato, che ha un tempo di presa di pochi secondi, è l'eccezione che conferma la regola.

Infine, verificare che l'adesivo scelto sia conforme alle norme a cui è soggetto il montaggio:

• i materiali
• le condizioni circostanti
• lo stress a cui sarà sottoposto

Le specifiche di selezione principali sono il tipo di substrato o la compatibilità dei materiali, la temperatura di utilizzo e la resistenza alla rottura.