Adhesivos: comprensión de los adhesivos para la fabricación de filtros

Jun 05, 2023

A lo largo de la línea de producción en las plantas de fabricación de filtros, los adhesivos se mezclan, extruyen y recubren los componentes. Dado el papel vital de los adhesivos en el ensamblaje de filtros, los fabricantes de filtros quieren saber más sobre ellos. Hugh Evans de Franklin Adhesivos y Polímeros proporciona información básica para ayudar a comprender y seleccionar las tecnologías adhesivas adecuadas para aplicaciones de unión específicas en plantas de fabricación de filtros.

La mayoría de la gente conoce el "pegamento blanco" o el "pegamento amarillo". Sin embargo, los adhesivos difieren en mucho más que sólo el color. Una serie de propiedades físicas, desde la pegajosidad inicial hasta la vida útil, distinguen las formulaciones adhesivas, lo que hace que algunas sean mejores que otras para usos específicos. Como primer paso hacia una discusión sobre los adhesivos para uso en la fabricación de filtros, a continuación se describen cuatro propiedades físicas (dureza, viscosidad, vida útil y porcentaje de sólidos) pertinentes al uso de adhesivos en la fabricación de filtros.

La dureza es una medida de la resistencia de un material a la penetración en la superficie cuando se aplica una fuerza. En el caso de los polímeros, incluidos los adhesivos, la dureza se mide por la resistencia a las indentaciones. Al desplegar un penetrador cargado por un resorte calibrado, un instrumento llamado durómetro mide la profundidad de penetración en el polímero. El durómetro mide con dos escalas Shore diferentes: A y D. La escala Shore A prueba polímeros blandos, como el caucho, en una escala de cero a 100. Un neumático de automóvil normalmente mide aproximadamente de 55 a 70 en la escala Shore A. Muchos plastisoles y uretanos más blandos se encuentran en el rango A-50 a A-70. La escala Shore D mide materiales poliméricos más duros, como los plásticos rígidos, y también mide de cero a 100, superponiéndose a la escala Shore A. Muchos de los adhesivos epóxicos y de poliuretano más rígidos curan hasta alcanzar una dureza de Shore D-70 a D-85.

La viscosidad mide la resistencia de un fluido a fluir. El agua es de baja viscosidad y la miel, de alta viscosidad. La viscosidad se mide más comúnmente en centipoise (cPs). El agua cuesta 1,0 cPs y la miel 20.000 cPs. La viscosidad de un adhesivo en emulsión de acetato de polivinilo (PVA) utilizado para ensamblar filtros de aire de cartón es de aproximadamente 3000 cPs. Es difícil verter un adhesivo a 50.000 cPs y las masillas pueden superar fácilmente los 100.000 cPs.

Los adhesivos de dos componentes, como los epoxis y algunos poliuretanos, deben mezclarse en planta. La vida útil (o vida líquida) es una indicación de cuánto tiempo estos adhesivos de dos componentes permanecen utilizables una vez mezclados. Tanto la cantidad como la temperatura de la mezcla adhesiva influyen en la vida útil. Por ejemplo, una cantidad de adhesivo en una taza acumulará calor y curará más rápidamente (y por lo tanto tendrá una vida útil más corta) que la misma cantidad esparcida en una película delgada. Aumentar la temperatura de la mezcla también acortará la vida útil.

Los adhesivos pueden tener un porcentaje de sólidos relativamente bajo o alto. La porción sólida del adhesivo incluye el agente adhesivo real, además de relleno inorgánico y aditivos no volátiles. El contenido no sólido suele ser agua o disolvente, que se evapora a medida que cura el adhesivo. Algunos adhesivos de dos componentes curan mediante la reacción química entre las dos partes. Estos adhesivos no contienen otros disolventes ni vehículos y se consideran 100 por ciento sólidos. Como no contienen agua ni disolventes, tienden a encogerse muy poco a medida que curan. Otros adhesivos contienen tan solo entre un 10 y un 15 por ciento de sólidos.

Los fabricantes utilizan adhesivos para fabricar numerosos componentes de filtro: para ensamblar el medio filtrante, unir el medio filtrante en un marco o tapa final o instalar la junta. Muchos de estos adhesivos incluyen selladores o compuestos de fundición. Algunos procesos de ensamblaje requieren los atributos tanto de un adhesivo como de un sellador. (Para los propósitos aquí, un adhesivo es una sustancia colocada entre dos sustratos para unirlos, mientras que un sellador es una sustancia colocada en un vacío para evitar fugas de líquido o gas). Por ejemplo, cuando los medios plisados ​​se unen a un marco metálico o En la tapa del extremo, el adhesivo debe mantener unido el filtro y proporcionar un sello completo para forzar el fluido a través, no alrededor, del medio. Ningún adhesivo por sí solo podría cumplir con los numerosos requisitos de unión y sellado dentro de la planta de fabricación de filtros. Sin embargo, cualquier adhesivo o sellador, independientemente del tipo, utilizado para fabricar filtros debe cumplir los siguientes criterios. Más allá de eso, el fabricante del filtro querrá combinar el tipo de adhesivo adecuado para cada aplicación.

Cualquier adhesivo o sellador aplicado debe ser compatible con el uso final del filtro. El adhesivo o sellador debe seleccionarse de acuerdo tanto con el fluido que se está filtrando como con la temperatura de servicio del filtro. El adhesivo no debe ablandarse ni disolverse en el fluido. Un adhesivo termofusible podría debilitarse o derretirse en un filtro con una temperatura de servicio alta.

El adhesivo o sellador debe permanecer donde debe estar. Por ejemplo, cuando el adhesivo se usa para unir un elemento plisado en una tapa de extremo, debe nivelarse dentro de la tapa de extremo y alrededor del medio, no absorberse dentro del medio.

El adhesivo o sellador debe ser fácil y seguro de usar, con velocidades de fraguado apropiadas para la aplicación. También debe funcionar bien con el equipo, sin causar problemas de mantenimiento excesivos.

Durante décadas, los fabricantes de adhesivos y selladores han sido pioneros y han mejorado activamente una gama de tecnologías adhesivas y hoy ofrecen a los fabricantes de filtros una impresionante variedad de tipos de adhesivos para satisfacer las diversas necesidades de la planta. A continuación se ofrece un vistazo rápido a más de una docena de tipos de adhesivos que pueden desempeñar un papel en la fabricación de filtros.

Los adhesivos termoestables generalmente se curan mediante la reacción química de dos componentes o la exposición al calor. Una vez curado, el adhesivo se vuelve inerte. Estos adhesivos tienden a tener buena resistencia química y al calor y son muy adecuados para aplicaciones que requieren resistencia en condiciones variadas. Dos termoestables comunes son las resinas epoxi y los poliuretanos.

Las resinas epoxi de uno y dos componentes se utilizan ampliamente en la fabricación de filtros para una variedad de aplicaciones. La mayoría son muy rígidos en estado curado y se adhieren bien al metal. Aunque ofrecen resistencia química y a altas temperaturas, las resinas epoxi pueden ser relativamente costosas y, a menudo, curan lentamente.

Los fabricantes de adhesivos ofrecen una amplia gama de adhesivos de poliuretano, en diferentes colores, velocidades de curado, viscosidades y niveles de dureza. Aunque están disponibles en formulaciones de un solo componente, los poliuretanos de dos componentes son más adecuados para aplicaciones de filtrado. Mientras que las formulaciones de un componente dependen de la humedad de los sustratos y del aire para curar, los poliuretanos de dos componentes curan mediante una reacción cuando se combinan los dos componentes. La mayoría de los poliuretanos de dos componentes curan a temperatura ambiente, pero pueden acelerarse con calor. Se pueden usar poliuretanos más duros para ensamblar el medio filtrante en un marco o tapa de extremo de metal o plástico o moldearlos como esos componentes. Las versiones más blandas pueden servir como sello entre un filtro y su carcasa, eliminando la necesidad de una junta separada. Los poliuretanos carecen de resistencia a algunos productos químicos y disolventes, por lo que se utilizan mejor con filtros de agua, aire y aceite.

Los adhesivos termoplásticos, incluidos los plastisoles y los termofusibles, no sufren tantos cambios durante el proceso de curado como los adhesivos termoestables. Como grupo, estos adhesivos carecen de la resistencia química y al calor, así como de la resistencia de los termoestables. Sin embargo, su formulación de un solo componente los hace asequibles y cómodos de usar.

Los fabricantes de filtros llevan mucho tiempo utilizando plastisoles de PVC como adhesivo y para colar. No requieren mezclarse y pueden bombearse directamente desde un tambor. También curan mediante la exposición a altas temperaturas durante al menos 10 minutos, aunque calentar estos productos químicos es un riesgo para el medio ambiente, y los costos de energía de operar un horno pronto erosionan cualquier ahorro derivado del menor costo de los plastisoles. Shore Una dureza de 35 a 45 les permite proporcionar un sello completo en la carcasa del filtro. Muchos filtros de aire y agua utilizan tapas de plastisol moldeadas. Los plastisoles están disponibles en muchos colores y niveles de dureza. Se pueden modificar para una mejor adhesión del metal para adherir el medio filtrante a las tapas metálicas de los extremos o para mejorar la resistencia al aceite y al calor.

Los termofusibles convencionales se utilizan para laminar el metal al medio en los filtros de aire. La cera o el material plástico se calientan y se aplican en caliente; La resistencia se desarrolla rápidamente a medida que el termofusible se enfría a temperatura ambiente. Muchos termofusibles están hechos del mismo material que uno de los sustratos utilizados en el filtro, lo que alivia las preocupaciones sobre la compatibilidad química. Los termofusibles convencionales normalmente no son adecuados para su uso a temperaturas elevadas.

Los termofusibles reactivos de poliuretano combinan las ventajas de los termofusibles de fraguado rápido con la rigidez de reticulación de los poliuretanos. En última instancia, curan bajo la humedad atmosférica.

Los cianoacrilatos son adhesivos monocomponentes de fraguado muy rápido que se utilizan frecuentemente para unir juntas de caucho o neopreno a un filtro. Se curan inmediatamente cuando se exponen a la humedad, pero no llenan los huecos, lo que requiere que ambos sustratos estén en estrecho contacto.

Los adhesivos a base de agua y solventes son una vista tan familiar en las plantas de fabricación de filtros como en los estantes de las ferreterías. Algunas ventajas y desventajas: los productos a base de solventes se secan rápidamente y los solventes promueven una buena adhesión a muchos sustratos. Las restricciones ambientales y de seguridad son dos desventajas de los solventes inflamables. La mayoría están formulados con solventes inflamables, que requieren precaución en su uso y pueden tener altos niveles de COV. Los productos a base de agua son una alternativa atractiva a los adhesivos a base de solventes. Aunque los productos convencionales a base de agua se secan más lentamente que los productos a base de solventes, un equipo especial puede acelerar el tiempo de secado. Y algunas formulaciones más nuevas se adhieren instantáneamente.

Los fabricantes de filtros suelen utilizar cementos para aplicar juntas de caucho o cartón a marcos metálicos o tapas de extremo. El adhesivo se aplica a ambas superficies a pegar, que permanecen separadas mientras se seca el adhesivo. Tan pronto como el adhesivo se sienta seco, se deben unir los sustratos. Dado este proceso, los cementos de contacto funcionan mejor en materiales no porosos. Están disponibles en formulaciones a base de agua y solventes, aunque los solventes pueden atacar ciertos sustratos.

Este grupo de adhesivos monocomponente se puede utilizar en filtros de aire y para instalar juntas. Los sustratos deben unirse cuando el adhesivo esté húmedo y al menos un sustrato debe permitir el paso de los solventes para curar.

Los masillas y masillas son productos de alta viscosidad, pero de secado lento, con excelentes propiedades de relleno de huecos. Forman uniones fuertes e inmediatas para su uso al adherir material plisado de papel o vidrio a los filtros del panel de entrada de aire. El sellador espeso se aplica dentro de la cubeta del marco y el conjunto se envuelve alrededor del medio plisado.

Los adhesivos sensibles a la presión (PSA), disponibles en formulaciones a base de agua y solventes, se utilizan para laminar dos tipos de medios filtrantes o para darle adherencia a los medios filtrantes para mejorar la eficiencia del aire. A diferencia de los cementos de contacto, se aplican a una superficie y se pueden ensamblar en cualquier momento después del secado y, a veces, se prefieren para unir juntas a filtros.

Los PVA son económicos, fáciles de usar y seguros. Son a base de agua, por lo que no contienen disolventes y se pueden limpiar con agua. Son muy adecuados para unir componentes celulósicos. Los soportes deben unirse mientras la película de PVA aún está húmeda y permanecer inmóvil hasta que el adhesivo se haya secado. Algunos PVA están reticulados, lo que proporciona resistencia al agua. Los productos más caros se adhieren inmediatamente, mientras que los productos menos costosos requieren algo de tiempo de sujeción. Muchos no contienen formaldehído y se utilizan en esparcidores de pegamento para unir marcos de filtros de aire.

Aplicar adhesivos para usos industriales no siempre es tan fácil como coger una botella de pegamento y apretarla. Los adhesivos de dos componentes requieren mezclarse y muchos adhesivos utilizados en la fabricación de filtros requieren dispensadores separados.

Los siguientes son tres métodos para mezclar y dispensar adhesivos de dos componentes.

El método más sencillo es medir cuidadosamente los dos componentes por peso o volumen para mezclar exactamente la cantidad necesaria.

Ambos componentes están preempaquetados en un cartucho desechable y extruidos a través de una punta en el extremo de cada cartucho. El material del cartucho debe ser compatible con el contenido y protegerlo de la luz y la humedad. Al igual que los cartuchos de masilla, estos cartuchos requieren pistolas dispensadoras, que son manuales o eléctricas (generalmente neumáticas). Las pistolas y los cartuchos vienen en varias proporciones de mezcla, y las pistolas neumáticas se pueden modificar para incorporar interruptores de pie y temporizadores a los procesos de fabricación existentes.

Este equipo está diseñado para mezclar y dispensar adhesivos con precisión. Algunas máquinas dispensan solo una proporción de mezcla, mientras que otras pueden cubrir una variedad de proporciones. Aunque el sistema de mezcla de medidores más económico puede costar miles de dólares, el fabricante de filtros recupera rápidamente la inversión ahorrando en la compra de adhesivos al por mayor.

Los adhesivos de un solo componente suelen ser más cómodos de usar, pero en la mayoría de los casos deben dispensarse mediante equipos separados.

El equipo de pulverización funciona bien para dispensar PSA y cementos de contacto. El equipo varía desde pequeñas bombas manuales y botellas rociadoras hasta unidades rociadoras convencionales, HVLP y sin aire más grandes.

Los recipientes a presión utilizan presión de aire para forzar el adhesivo de PVA a través de una línea de fluido hasta un cabezal o pistola dispensadora.

Los esparcidores de pegamento automáticos y los equipos de recubrimiento en rollo transfieren directamente los adhesivos a los sustratos, evitando desperdicios y desorden.

Se coloca una bomba de alta resistencia en un tambor de adhesivo y lo dispensa a una pistola o cabezal de extrusión bajo presión.

Los termofusibles frecuentemente están diseñados para su uso en equipos dispensadores específicos. Por lo tanto, lo mejor puede ser seleccionar primero el equipo y utilizar un adhesivo recomendado para ello.

Dejando de lado la información anterior, al final, el fabricante del filtro puede comenzar el proceso de selección del adhesivo respondiendo cinco preguntas sencillas:

Cualquier adhesivo utilizado en la filtración debe ser compatible con el fluido que se filtra. La temperatura de servicio y la vida útil son dos consideraciones adicionales.

El fabricante de filtros ahorra dinero comprando adhesivos en grandes cantidades en lugar de envases más pequeños. Cuanto más adhesivo se utilice, más corto será el período de recuperación del equipo dispensador. Sin embargo, los adhesivos a granel requieren algún tipo de equipo dispensador. Los tambores y contenedores también pueden requerir equipo de manipulación de materiales.

Muchos adhesivos contienen solventes que pueden ser peligrosos si no se usan adecuadamente. También se consideran las regulaciones sobre COV y el costo de la energía para los hornos de curado.

Algunas empresas de adhesivos tienen laboratorios disponibles para evaluar sus productos. Algunas empresas de filtros también mantienen este tipo de instalaciones. Los fabricantes de filtros deben confiar en las pruebas cada vez que introducen nuevos adhesivos en la planta. También pueden realizar una prueba para probar el conjunto de filtro completo en condiciones del "mundo real".

En muchos casos, más de un tipo de adhesivo es una alternativa viable para una aplicación. Algunos adhesivos pueden tener un costo significativamente menor que otros, pero requieren hornos de alta temperatura, que son costosos de comprar y operar. Otros adhesivos pueden requerir la compra de equipos dispensadores. El equipo existente podría dictar la elección del adhesivo.