L’incollaggio e l’impiego degli adesivi

Sia l’adesione sia la coesione giocano un ruolo importante sulla forza di un legame. Proprio come in una catena, la parte più debole in un giunto incollato stabilisce quali carichi può sopportare il giunto. Diversi ricercatori hanno studiato qual è il carico massimo che un determinato adesivo può raggiungere quando è sottoposto a prove di resistenza.  

Un requisito molto importante che determina la qualità dell’adesivo è l’aspetto del grado di bagnabilità. Una buona bagnabilità non garantisce necessariamente un’adesione duratura dell’adesivo alla superficie. Si pensi, ad esempio, all’acciaio di alta qualità: sebbene presenti un’elevata tensione superficiale, per cui può essere bagnato facilmente, a causa della sua passività (scarse proprietà adesive) l’adesione alla superficie è relativamente bassa. La corrosione, ad esempio delle strutture in acciaio, provoca un’inevitabile diminuzione delle prestazioni strutturali. Diversi ricercatori per risolvere questo problema hanno sviluppato un metodo di riparazione che consiste nell’impiegare fogli adesivi in fibra di carbonio con resina (CFRP). Se la superficie del substrato è incompatibile con l’adesivo, ad esempio perché l’adesivo liquido non bagna adeguatamente la superficie o perché i legami adesivi sono troppo deboli, allora la superficie può essere rivestita con un adeguato promotore di adesione. Molti studi sono stati fatti al fine di trovare di componenti ottimali. I metodi di trattamento della superficie, riportati di seguito, offrono ulteriori alternative per aumentare la bagnabilità della superficie del substrato.

L’importanza della geometria

Differenti studi hanno dimostrato che l’aspetto geometrico è un fattore di successo per l’impiego dell’adesivo. Molto spesso, infatti, i difetti nelle strutture incollate sono causati da una progettazione sbagliata. Il requisito fondamentale che sta alla base dell’incollaggio è resistere a forze che sollecitano i componenti per un lungo periodo di tempo. Una grande superficie di contatto ed evitare carichi massimi che possono provocare picchi di sollecitazione sul legame sono fattori che possono portare una certa stabilità nel tempo della parte incollata. Gli incollaggi possono essere sottoposti a diverse sollecitazioni, come la pelatura; lo scorrimento (taglio a compressione e trazione) dove i substrati sono allontanati in linea parallela rispetto alla superficie d’incollaggio e l’intera superficie risulta quindi sottoposta a sollecitazione; la trazione, compressione e torsione. Gli adesivi monocomponenti che hanno una scarsa resistenza al calore rappresentano un oggetto d’indagine di estremo interesse per i ricercatori di tutto il mondo. Differenti studi mostrano, infatti, un’elevata flessibilità e una buona resistenza alla pelatura, ma allo stesso tempo hanno lo svantaggio di essere sensibili alle sollecitazioni tangenziali facendo in questo modo scorrere strati di adesivo e nel caso più critico subire deformazioni di tipo permanente. Una loro applicazione è nel campo dell’automotive ad esempio per rendere ermetiche le giunture contro l’umidità, attutire vibrazioni e aumentare la rigidità della carrozzeria. I metilmetacrilati (MMA) sono invece degli adesivi reattivi bicomponenti a base di metilmetacrilato. Diversi test hanno dimostrato che possono resistere a temperature comprese tra –50° C e 100° C. Aderiscono bene su moltissime superfici di plastica e sono adatti ad incollare superfici che contengono una certa quantità di olio/grasso.  La tecnica dell’incollaggio è ampiamente utilizzata in diversi settori. Ad esempio, un primo impiego è l’incollaggio di lamiere delle carrozzerie delle automobili. Il sistema più comune per unire i componenti della carrozzeria è la saldatura a punti, che non può essere impiegata sui lati piatti e visibili perché esteticamente non si avrebbe una buona superficie. Ad oggi si studiano speciali pre-trattamenti superficiali delle lamiere metalliche, fondamentali per creare incollaggi molto forti e altamente stabili. Soltanto gli adesivi che polimerizzano per effetto del calore soddisfano i requisiti per asportare l’olio che è stato messo per ridurre la corrosione. Gli adesivi appositamente studiati per queste applicazioni (polimerizzano a 180 – 230° C) sono formulati in modo tale che allo stato non polimerizzato possano asportare e assorbire fino al 20% in peso di olio. Tuttavia, quando si utilizzano gli adesivi, gran parte dell’olio viene asportata meccanicamente dall’adesivo in modo da garantire quasi sempre un buon incollaggio iniziale. I crash test dimostrano che la resistenza allo sforzo variabile e l’assorbimento di energia anche dopo l’invecchiamento possono essere notevolmente migliori utilizzando gli adesivi in alcuni giunti rispetto a quanto avviene con le costruzioni interamente saldate a punti. L’attuale stato dell’arte prevede una combinazione di incollaggio e saldatura a punti, il cosiddetto “saldoincollaggio” che viene impiegato su vasta scala per la costruzione di carrozzerie per autoveicoli. Sono utilizzati i seguenti adesivi per incollare lamiere metalliche nella costruzione di carrozzerie per autoveicoli: gli adesivi di plastisol, impasti di stucco comprendenti PVC in polvere, plastificanti e promotori di adesione. Per applicazioni speciali si utilizzano adesivi epossidici monocomponenti che polimerizzano per effetto del calore. Da diversi decenni l’incollaggio rappresenta una delle tecniche di accoppiamento più importanti nella fabbricazione di aeromobili.  L’incollaggio è utilizzato per le strutture interne e per fabbricare pannelli a nido d’ape con lamiere leggere. E’ anche utilizzato per creare giunti sottoposti ad elevate sollecitazioni, ad esempio per il rinforzo esterno delle lamiere metalliche di diversa misura, per le strutture a sandwich con nido d’ape di alluminio o plastica impiallacciate e per la formazione di strutture multistrato. Nell’industria degli aeromobili sono utilizzati gli adesivi epossidici. La resistenza al taglio a trazione che si può raggiungere è di circa 20 MPa (statica) e 1 MPa (dinamica). Nella fabbricazione di veicoli ferroviari i nuovi componenti, come le plastiche rinforzate con fibra di vetro (GFRP), hanno comportato un’enorme riduzione del peso e trasformato il processo produttivo. Alcuni treni di nuova costruzione sono stati progettati con una struttura a telaio costituita da montanti di compressione e trazione disposti in forma triangolare. Si tratta delle strutture portanti più leggere finora realizzate.  Per ovviare alle diverse deformazioni lineari della struttura e del rivestimento esterno derivanti dall’esposizione al calore si utilizza uno strato spesso di adesivo molto elastico. I legami che ne risultano sono molto forti anche se esposti a ripetute variazioni di temperatura comprese tra –40° C e +80° C e a condizioni di sollecitazione simili all’urto. Presentano una resistenza molto buona all’invecchiamento anche in ambienti umidi. Lo spessore del giunto incollato varia tra i 4 e 18 mm. Ciò dipende dalle dimensioni dei componenti, che possono raggiungere gli 8,5 metri di lunghezza sottoponendo quindi il giunto incollato a un’elevatissima deformazione di taglio. Un ulteriore vantaggio offerto da questo tipo di struttura è l’elevato smorzamento delle vibrazioni con conseguenze positive sulle caratteristiche di esercizio dinamiche e sul confort di marcia.