Soluciones de laminado adhesivo líquido ópticamente transparente para vidrio

Fecha: 15 de febrero de 2023

Autor: Chris Davis – HB Fuller (Kömmerling Chemische Fabrik GmbH)

Las interláminas líquidas presentan una solución termoestable alternativa a los materiales termoplásticos en folio más convencionales para unir el vidrio consigo mismo o con tipos de sustrato alternativos. El principio de laminación líquida generalmente requiere que el vacío entre los sustratos sea sellado perimetralmente de manera permanente o temporal antes de la introducción del polímero líquido precurado. Generalmente requiere solo un cambio de fase significativo de líquido a un polímero curado a través de mecanismos fotoiniciadores activados por catalizador o luz ultravioleta.

Los líquidos que fluyen libremente seguirán más fácilmente la forma, el contorno y las texturas de la superficie de los sobres en los que se inyectan y pueden considerarse "pasivos" con un procesamiento generalmente realizado a temperatura ambiente y sin necesidad de prensado mecánico excesivo o extracción al vacío.

En algunos materiales, las cadenas poliméricas se clasifican como completamente entrecruzadas, lo que proporciona un comportamiento viscoelástico que puede demostrar una dependencia relativamente baja cuando se considera la temperatura, el tiempo y la duración de la carga.

Los materiales LOCA están diseñados para fabricar compuestos de vidrio laminado para su uso en la mayoría de las aplicaciones estándar, tanto en productos de construcción como en aplicaciones automotrices donde los requisitos principales son la seguridad y la estabilidad estructural. Ahora se pone cada vez más atención en el uso de productos LOCA para incorporar y encapsular funciones pasivas y dinámicas al mismo tiempo que brindan estabilidad mecánica y protección contra condiciones ambientales potencialmente dañinas.

Los principales beneficios de los materiales y sistemas de procesamiento se identifican como:

Los materiales LOCA pueden estar basados ​​en plataformas de poliuretano o acrilato y, por lo general, pertenecen a los siguientes grupos de paquetes:

i) Curado catalítico a base de poliuretanoii) A base de acrílico curado con luz ultravioletaiii) Materiales de curado catalítico a base de acrílico

i) Poliuretano Los sistemas generalmente se diseñan con 2 partes formadas por un material de poliol base (componente A) y el correspondiente componente a base de isocianato (componente B). El mecanismo de curado suele ser una reacción de poliadición catalítica con una función que puede absorber pequeñas cantidades de humedad atmosférica dentro de la envoltura y la humedad capturada en la superficie del sustrato del proceso de limpieza del vidrio. Estos materiales pueden considerarse hidrofóbicos con bajos contenidos de humedad residual. Sin embargo, se debe evitar el exceso de humedad presente durante la fase de curado, ya que puede crear una reacción secundaria dentro del isocianato que forma dióxido de carbono que, en consecuencia, forma una matriz con inclusiones de burbujas.

El acondicionamiento de ambos componentes requiere la desgasificación y la adhesión se logra a través de una reacción del material PU con la superficie del vidrio y se mejora con promotores de adhesión.

ii) Curado ultravioleta de una sola piezaacrílico Los materiales a base de UVA incluyen un fotoiniciador incorporado que inicia la polimerización por radicales bajo la exposición a los rayos UVA, lo que da como resultado cadenas poliméricas formadas. La inclusión de comonómeros puede mejorar o ajustar propiedades como la resistencia a la tracción para el rendimiento de impacto.

iii) Los materiales acrílicos de curado catalítico de múltiples componentes suelen tener 3 componentes basados ​​en un material base, un catalizador y luego un promotor de adhesión separado. El mecanismo de curado es generalmente por polimerización por radicales a través de un catalizador, por lo que la reacción solo comienza cuando se mezclan los componentes.

Ambos mecanismos de curado (la polimerización radical de los sistemas acrílicos y la poliadición de los sistemas PU) pueden considerarse exotérmicos.

Adhesión

Ejemplo de los tipos de adhesión (ver ejemplo 1)

Tipos de sustrato

La laminación de la mayoría de los sustratos estándar es posible; sin embargo, los cambios en el tipo y el grosor pueden requerir un cambio en el grosor de la capa intermedia. Ciertos sustratos que no son de vidrio requieren preparaciones químicas o pretratamientos particulares.

Las dimensiones de la capa intermedia son clave para lograr una reticulación completa, compensando así las condiciones cambiantes de tensión superficial y las características de rigidez de los diferentes tipos de vidrio. Como ejemplo, el grosor de la capa intermedia para el vidrio flotado puede aumentar desde el estándar de 1,0 mm hasta 1,5 mm y el máximo de 2,0 mm una vez que el grosor del vidrio flotado aumenta hasta 6,0 mm y luego 8,0 mm. Cuando las tensiones superficiales del vidrio templado aumenten, el grosor mínimo de la capa intermedia comenzará automáticamente en 1,5 mm y luego en 2,0 mm para todos los sustratos con un grosor superior al grosor de diseño nominal de 5,0 mm. Este aumento en el espesor de la capa intermedia también será necesario para adaptarse a las características cambiantes de la onda del rodillo y la inclinación del borde del vidrio tratado térmicamente.

Plástica

Además de los sustratos de vidrio, la unión del vidrio al policarbonato se permite mediante el uso de materiales a base de PU especialmente desarrollados que tienen una relación química naturalizada con la superficie del policarbonato. El valor diferencial de expansión térmica del vidrio y los policarbonatos, donde la expansión lineal y/o volumétrica del policarbonato es mucho mayor que la del vidrio, lo que genera tensiones mucho mayores sobre y dentro del material de la capa intermedia. Debido a esta expansión diferencial, es importante que el material que une estos dos sustratos diferentes combine un nivel de restricción o rigidez con un comportamiento de fluencia y relajación para compensar. Se utilizan imprimaciones especialmente diseñadas para mejorar las propiedades adhesivas de la superficie de vidrio a PUR.

i) Vidrio flotado

El procesamiento es posible con todos los tipos de vidrio flotado de silicato de cal sodada estándar sin la necesidad específica de considerar preparaciones superficiales particulares para la adhesión a los lados "estaño" o "aire".

ii) Vidrio revestido

Con las adherencias a superficies de vidrio con recubrimiento pirolítico, se debe tener en cuenta la adherencia entrelazada de los recubrimientos metalizados entre sí, además de la adherencia a las superficies del sustrato. Las características de estas superficies siempre deben tenerse en cuenta antes de comenzar la preparación o el procesamiento.

i) limpieza

Limpieza de procesamiento con el uso de una estación de limpieza de agua caliente estandarizada de 3 etapas, enjuague desmineralizado y secado final con aire. Si es posible, se debe evitar el contenido excesivo de humedad residual resultante del proceso de limpieza y la humedad incidental. Las contaminaciones superficiales incidentales que no cumplen, como los aceites, normalmente se tratan con una mezcla de isopropanol/agua desionizada en un proceso de limpieza secundario.

Cualquier preparación de adhesión adicional, por ejemplo, imprimaciones, se aplicará a la superficie del vidrio en este punto antes de enjuagar finalmente con agua desionizada.

ii) Creación del sobre de llenado

La creación de un recinto sellado utiliza un sello perimetral a través de uno de los siguientes métodos:

a) Material de isobutileno formado en un rollo, que se puede prensar manual o automáticamente a alrededor de 1 bar para proporcionar la profundidad de envoltura correcta. Se considera que los materiales de butilo tienen valores de expansión térmica más alineados con los de los materiales LOCA de capa intermedia. Por lo general, también se considera que proporcionan barreras superiores a la transmisión de humedad; sin embargo, generalmente no son transparentes.

b) Cintas de borde acrílicas preformadas con un grosor estándar de 1,0 mm, 1,5 mm y 1,8 mm. La humectación total de las caras adhesivas se puede mejorar usando una imprimación y utilizando un período de humectación de hasta 24 horas para garantizar que se logre una buena adhesión. La recomendación de usar materiales probados, completamente curados y aprobados garantizará que:

c) El sellado de bordes de forma libre, sin un material adhesivo patentado, se puede lograr mediante el uso de sistemas de aplicación mecánica especialmente diseñados.

iii) Mezcla y dosificación de materiales

Con un sello de borde temporal o permanente aplicado al sobre, el material LOCA puede, cuando corresponda, mezclarse y posteriormente dosificarse en el sobre mediante un proceso de tipo inyección. La mezcla normalmente se lleva a cabo en el punto de entrega para evitar una purga excesiva después de la aplicación.

El cálculo de los volúmenes de material correctos estará en función del espesor requerido de la capa intermedia, el área de la envoltura y los valores de contracción apropiados.

Los valores de contracción cambiarán para diferentes materiales que van desde el 2% hasta el 13% por volumen, siendo los valores de contracción para los materiales de poliuretano generalmente más bajos que los de los acrílicos.

Los materiales de PU requieren la desgasificación eficiente de los componentes A y B antes de mezclar y medir. Esto también se puede aplicar a los materiales acrílicos de una sola parte donde la evacuación del oxígeno del material precurado aumenta la eficiencia de la reacción de polimerización.

Las capas intermedias de curado catalítico se mezclan y miden en unidades dispensadoras de diseño especial que son esenciales para manejar las diferentes densidades de material para lograr la densidad final correcta del líquido mezclado y la densidad final del material completamente curado.

Las proporciones de mezcla para los materiales de curado catalítico acrílico y PU se calcularán por peso y/o volumen. El cálculo de los valores de relación para los materiales acrílicos de 3 partes será diferente al de los basados ​​en PU. Claramente, los materiales LOCA acrílicos de curado ultravioleta de una sola parte no requieren mezclarse.

Los cambios en la temperatura ambiente fuera de los recomendados para la producción 18 0 C – 23 0 C (dependiendo del tipo de material) pueden afectar la realización de la mezcla correcta de los componentes. Por lo tanto, es importante controlar la temperatura en el entorno de producción dentro de la ventana operativa prescrita para lograr la mezcla óptima de materiales.

La vida útil de los diferentes sistemas, aunque influenciada por la temperatura ambiente, se puede ajustar para los sistemas catalíticos.

iv) Curado

El método para curar el material líquido en el polímero semisólido cambia según los mecanismos de curado descritos anteriormente:

a) Los materiales a base de acrílico de una sola parte generalmente se curan con luz UVA radiada dentro de una ventana de longitud de onda específica prescrita. Esto activa los fotoiniciadores incrustados en el polímero, iniciando la reacción química y formando los enlaces y dentro de las cadenas poliméricas. Las fuentes de luz UV se pueden dirigir desde arriba o desde arriba y desde abajo.

Las temperaturas ambientales fuera de las ventanas operativas recomendadas pueden prevenir, retardar o acelerar la reacción, lo que resulta en un curado incompleto o acelerado que da como resultado la formación de tensiones localizadas. El curado diferencial también puede ser causado por un espesor diferencial a lo largo de la capa intermedia que excede la tolerancia permitida generalmente expresada como +/-0,5 mm/m. Esto puede deberse a que los sustratos no estén planos o que las mesas de curado no estén uniformes. Se deben establecer tolerancias para guiar los niveles de intensidad uniforme aceptable para las fuentes de radiación UV. Estos pueden ser tubos de luz negra convencionales o, alternativamente, unidades LED UV. La intensidad de radiación desigual fuera de los parámetros establecidos de las fuentes de luz ultravioleta debe controlarse si se quieren evitar niveles excesivos de estrés diferencial.

Los perfiles de curado pueden controlarse midiendo los cambios de temperatura resultantes de la reacción exotérmica. Generalmente se puede esperar que la reacción se complete entre 6 y 20 minutos. Los cambios en los tipos y grosores de los sustratos utilizados afectarán directamente las intensidades de la radiación UV absorbida por la capa intermedia líquida y esto cambia la duración del curado requerido. Por lo general, se agrega tiempo adicional (factor de seguridad) al tiempo necesario para alcanzar la temperatura máxima para garantizar que todos los materiales estén completos y curados por igual. Esto asegura que la confianza no se deposite por completo, sino solo en el área de la envolvente que se monitorea, reduciendo así la oportunidad de un curado diferencial excesivo.

b) Con el curado catalítico, el curado de los materiales se activa o acelera mediante una reacción química entre el componente del catalizador y el material base. La temperatura ambiente jugará un papel importante en la fase del proceso de reacción. La medición de las temperaturas máximas y la duración del ciclo de temperatura proporciona un proceso de gestión de calidad para la eficacia del curado final.

Se pueden realizar comprobaciones posteriores al curado.

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