Introduzione al dosaggio degli adesivi cianoacrilati
Gli adesivi cianoacrilati, noti anche come adesivi istantanei, sono estremamente efficaci per accoppiare molti tipi di materiali nei processi di assemblaggio in svariati settori, tra cui industria automobilistica, elettronica, medica, della difesa e dei beni di consumo. Spesso chiamati “super colle”, vantano una grande forza di tenuta e tempi di polimerizzazione molto rapidi. Sebbene molto efficaci, tuttavia, questi adesivi igroindurenti possono costituire una vera sfida, specialmente quando il processo di assemblaggio richiede una dosatura precisa e ripetibile.
di Claude Bergeron
A differenza di altri tipi di adesivi che richiedono calore, luce o catalizzatori per iniziare la polimerizzazione, l’umidità nell’aria da sola è sufficiente per polimerizzare i cianoacrilati (CA). Per questa ragione, i CA sono spesso definiti adesivi a presa rapida, oppure adesivi istantanei. Quando un CA è esposto all’umidità, le molecole dell’adesivo e le molecole della superficie dove questo viene applicato iniziano una reazione di cambiamento. Questa reazione crea un legame, o adesione, che spesso può avere luogo in meno di un minuto e raggiungere la piena forza in poche ore. L’apporto di calore o luce accelera ulteriormente il processo di polimerizzazione. Gli adesivi istantanei fotopolimerizzanti combinano i vantaggi della tecnologia UV con le caratteristiche di polimerizzazione rapida dei cianoacrilati. L’esposizione ai raggi UV oppure alla luce naturale spesso dà forma a una superficie liscia e scorrevole in meno di cinque secondi. I CA offrono numerosi vantaggi in produzione: dalla forte adesione a molte superfici non porose – come plastica, metallo, ceramica e vetro – all’assenza di particolari requisiti relativamente alla miscelazione o allo stoccaggio, a parte l’esigenza di evitare infiltrazioni di aria. Per una forte tenuta sono sufficienti piccole quantità di prodotto; inoltre, il processo di polimerizzazione è rapido e viene avviato semplicemente dall’esposizione all’aria nell’ambiente: più bassa è la viscosità, minore il tempo necessario alla polimerizzazione. Sebbene i vantaggi derivanti dall’utilizzo degli adesivi cianoacrilati superino di gran lunga gli svantaggi, è importante comprendere le difficoltà insite nella dosatura di questo materiale, caratterizzato da tempi di polimerizzazione molto rapidi e reattività.
Le sfide nella dosatura di CA
La principale sfida quando si dosano i cianoacrilati è l’eliminazione dell’umidità indesiderata. L’eventuale umidità che entra in contatto con il CA causerà l’avvio prematuro della reazione di tenuta. Questo potrebbe causare costose rilavorazioni e scarti, oltre a rallentare la produzione. Sfortunatamente, alcuni svantaggi legati all’uso del cianoacrilato costituiscono vere e proprie sfide. Di seguito qualche esempio: Posizionamento corretto. A causa della sua naturale caratteristica di rapida presa sul punto di applicazione, un CA deve essere applicato accuratamente la prima volta, poiché eventuali aggiustamenti dopo che è polimerizzato non sono possibili. Precisione dei depositi. Una forte tenuta si ottiene con una quantità minima di CA. Questo rappresenta una sfida per gli operatori, perché non è facile applicare depositi molto piccoli in modo uniforme. La bassa viscosità della maggior parte dei CA rende questo ancora più complicato, perché i fluidi molto liquidi tendono a gocciolare.
Migrazione. Questo si verifica quando i CA filtrano oltre il punto di posizionamento desiderato, creando dei filamenti bianchi e gessosi che possono compromettere la qualità delle parti. Prevenire questo fenomeno, detto “migrazione”, è una grande sfida, soprattutto nel caso di cianoacrilati con viscosità molto bassa.
Sicurezza. Dal momento che i CA possono aderire alla pelle, l’operatore dovrebbe evitare di entrare in contatto. I sistemi per la dosatura devono contenere il fluido in modo sicuro e ridurre al minimo la necessità di maneggiarlo. Costi. Poiché molti CA sono costosi, una dosatura poco uniforme potrebbe portare allo spreco di materiale prezioso e alla presenza di scarti.
Valvole con impugnatura manuale e sistemi da banco
I sistemi consigliati da Nordson EFD per la dosatura di cianoacrilati – che consentono di ottenere risultati controllati e ripetibili, riducendo l’uso del materiale fino al 60% e gli scarti a livelli minimi – includono le valvole con impugnatura manuale, i dosatori da banco, le valvole semi-automatizzate e i robot di dosatura.
Quando si usa una valvola con impugnatura manuale (Figura 1) è l’operatore che, osservando la grandezza del deposito mentre viene dosato, determina la quantità di fluido necessaria. Il materiale viene alimentato alla valvola direttamente da un serbatoio di 1 litro. La quantità di adesivo dosato non è misurata dal sistema. Il materiale viene pompato con pressione costante per realizzare depositi uniformi. Queste valvole manuali sono la soluzione ottimale per piccoli lotti di produzione e applicazioni che richiedono depositi più grandi o strisce di prodotto.
Con il sistema da banco con dosatore elettropneumatico (Figura 2), l’operatore impugna un serbatoio siringa e guida l’ago di dosatura nella posizione corretta, poi preme il pedale o l’interruttore per rilasciare il fluido. Si tratta di un metodo di dosatura molto più controllato rispetto alle valvole con impugnatura manuale: è la soluzione ideale per volumi di produzione medio-bassi e applicazioni che richiedono depositi più piccoli e precisi. Il sistema per la dosatura da banco con valvola, supporto e centralina di controllo valvola prevede che l’operatore posizioni il pezzo sotto la valvola, tenuta da un apposito supporto, e metta in funzione la valvola di dosatura, che è collegata alla centralina di controllo. Questa soluzione è adatta per processi produttivi di volumi medi.
Sistemi semi-automatizzati e sistemi automatizzati in linea di produzione
L’utilizzo del sistema semi-automatizzato con robot per la dosatura da banco, valvola di dosatura e centralina di controllo valvola (Figura 3) fa sì che l’operatore posizioni una certa quantità di parti sul piano di lavoro del robot e prema il pulsante di avvio. La valvola di dosatura è montata sul robot stesso. La centralina di controllo funge da interfaccia tra il segnale di attuazione del robot e la valvola. Questa è la soluzione considerata ottimale per alti volumi di produzione o applicazioni che richiedono assoluta precisione e ripetibilità nel posizionamento del deposito.
Un’altra opzione è il sistema semi-automatizzato con robot per la dosatura da banco, valvola per la dosatura senza contatto, centralina di controllo valvola (Figura 4). Come descritto precedentemente, l’operatore posiziona le parti su un piano di lavoro e preme il pulsante di avvio. La valvola è montata sul robot e la centralina di controllo aziona la valvola. Con le valvole per la dosatura a getto (jetting) non c’è contatto tra l’ugello di dosatura e il pezzo. Questo consente un più rapido posizionamento dei depositi anche su superfici irregolari o difficili da raggiungere e riduce il rischio di danneggiamento o contaminazione delle parti. Le valvole per la dosatura senza contatto sono in grado di dosare depositi molto piccoli a velocità elevate con una ripetibilità eccellente, garantendo quindi un controllo di processo anche maggiore. Infine, il sistema totalmente automatizzato con parti che scorrono su una linea di produzione (Figura 5) prevede che le parti siano posizionate su un nastro trasportatore, o tavola rotante, e rilevate da sensori appositi per ricevere il deposito di CA automaticamente dalla valvola di dosatura. Questa valvola può essere montata in linea e controllata da una centralina o PLC. Può anche essere montata su un robot, programmato a sua volta e controllato tramite un PC.
(Claude Bergeron è Product Line Manager Nordson EFD)