Tecniche di incollaggio

Con incollaggio strutturale si intendono tutti quei processi che utilizzano speciali adesivi in grado di sopportare sforzi meccanici elevati. 

Questi adesivi sono generalmente a base di resine acriliche modificate, poliuretaniche, epossidiche o siliconiche. Vengono chiamati “strutturali” in quanto penetrano direttamente nella struttura del materiale, diventandone parte integrante. 

Ne deriva una distribuzione continua delle sollecitazioni nella zona di giunzione, come anche una maggiore resistenza ad impatti e vibrazioni. 

Questi incollaggi strutturali arrivano a sopportare carichi incredibilmente alti, dell’ordine dei 100 kg/cm2. Molto dipende, comunque, dalla geometria e dalla superficie della giunzione da incollare, come anche da concetti più strettamente legati al processo stesso di incollaggio, quali bagnabilità, coesione ed adesione. 

L’adesione, ad esempio, è quella forza che lega le superfici di due materiali. Deriva da una combinazione di forze fisiche di attrazione ed assorbimento (conosciute come forze di Van der Waals) che nel loro complesso rivestono una enorme rilevanza per i processi di incollaggio.

Queste forze, di tipo intermolecolare, si riducono in modo marcato quando il materiale adesivo non ha modo di entrare in contatto stretto con le zone da incollare. 

Questo avviene, ad esempio, in presenza di materiali a bassa rugosità superficiale o con superfici contaminate da oli e grassi. 

Per funzionare al meglio, l’adesivo deve penetrare in profondità tra le pieghe superficiali dei materiali bagnandoli completamente. Emergono molti concetti fisici, spesso poco conosciuti, ma indispensabili per riuscire a comprendere e prevedere la capacità adesiva della colla. 

Tensione superficiale dell’adesivo, bagnabilità delle superfici, energia superficiale del substrato sono solo alcuni di questi parametri. Tra loro strettamente collegati sono fondamentali nella scelta dell’adesivo (soprattutto in termini di viscosità) e dei più opportuni processi di incollaggio.

Tra gli adesivi strutturali, molto utili sono i bicomponenti nei quali la polimerizzazione è legate ad una reazione tra due sostanze, di cui una ha la funzione di accelerante. 

La presenza di un accelerante, infatti, rende la polimerizzazione indipendente da fattori esterni, quali umidità, temperatura e pressione, rendendo il processo più semplice da controllare. 

Il pre-trattamento

Per un corretto incollaggio è fondamentale un corretto pre-trattamento. 

Basilare è pulire con cura le superfici aiutandosi con prodotti specifici, spesso consigliati in base allo specifico adesivo. L’incollaggio va effettuato di norma immediatamente dopo la pulitura, prima che le superfici possano contaminarsi di nuovo. 

Talvolta la sola pulizia non basta e sono necessari interventi più energici. Specie con strati superficiali deteriorati per ruggine o corrosione, che possono essere eliminati attraverso operazioni di abrasione, carteggiatura o sabbiatura. 

Questi trattamenti meccanici non solo asportano gli ossidi ripristinando lo stato iniziale delle superfici. Sono anche in grado di rimuovere gli eventuali residui delle altre lavorazioni, quali grassi ed olii. Permettono infine di rendere le superfici più ruvide, favorendo la penetrazione dell’adesivo. 

Esistono anche altri trattamenti preliminari che utilizzano principi fisici differenti, quali fiammature, scariche elettriche e plasma ionizzato. 

Il loro impiego, specialmente utile nel caso delle plastiche, permette di irruvidire e polarizzare le superfici, creando nuovi centri di adesione per l’aggrappaggio delle colle. Talvolta in questi trattamenti sono presenti gas reattivi. Questi permettono altresì di funzionalizzare le superfici, cambiandone le caratteristiche chimiche. 

L’obiettivo generale è quello di aumentare l’energia superficiale, migliorando bagnabilità e la possibilità di adesione. 

In tal senso, anche la chimica viene in soccorso, grazie a prodotti specifici (primer) che assumono un ruolo di intermediario tra superfici ed adesivo. I primer sono disponibili in tantissimi tipi, devono essere scelti sulla base dei materiali e degli adesivi coinvolti. 

Alla fase di incollaggio segue una di asciugatura che ha lo scopo di attendere la polimerizzazione. Condizioni ambientali (temperatura e umidità) e di processo (pressione applicata) assumono una importanza essenziale per garantire il corretto consolidamento delle parti.

Incollaggio: ad ogni materiale il suo adesivo

A differenza di altre tecniche di fissaggio, l'incollaggio permette di fissare con efficacia una vasta gamma di materiali, a patto di adottare opportuni accorgimenti.

Come incollare i metalli e l’alluminio

Metalli e alluminio presentano una scarsa porosità che ne rende difficile l’incollaggio, soprattutto per la limitata possibilità dell’adesivo di penetrare in profondità nei materiali. 

Sono inoltre comuni fenomeni di ossidazione e corrosione delle superfici, come anche la presenza di oli o lubrificanti. I pretrattamenti diventano quindi essenziali. 

Nonostante questo, i vantaggi rispetto al fissaggio meccanico e alla saldatura sono numerosi. I processi di incollaggio sono infatti più veloci, semplici, economici ed affidabili. Il tutto ottimizzato dall’assenza di fori, di punti di concentrazione delle tensioni oppure di aree termicamente alterate.

Come incollare la plastica

I polimeri presenti sul mercato sono ormai tantissimi ed il loro incollaggio industriale è diventato un aspetto di grande interesse. 

Tuttavia, diverse loro caratteristiche fisiche li rendono complessi da gestire. Per via di limiti nella compatibilità chimico/fisica, portano ad una scarsa adesione del substrato e non tutte le tecnologie adesive sono adatte. 

La bassa energia superficiale le rende inoltre poco bagnabili da parte di molte sostanze. Un fluido può, infatti, bagnare efficacemente solo materiali con energie superficiali superiori alla propria. 

La bassa polarità di alcune plastiche apolari, conosciute come “difficili”, riduce l’interazione con altre sostanze. Questo accade a causa dell’assenza di centri polari in superficie. 

Solo una volta determinati i materiali da incollare, è possibile selezionare il corretto adesivo per plastica come anche i migliori pre-trattamenti.

Come incollare il legno e i materiali naturali

Questi materiali presentano di solito un’elevata porosità che rende questi materiali abbastanza semplici da incollare tra di loro.

Di solito è utilizzata una colla vinilica, ovvero una miscela lattiginosa altamente penetrante, formata da particelle di acetato di vinile disperse in acqua. 

Tuttavia, in pratica è possibile utilizzare tutte le colle industriali disponibili con ottimi risultati. Inoltre, aumentare la componente liquida dell’adesivo migliora la sua penetrazione. Allunga però i tempi di asciugatura, già di per sé piuttosto lunghi nell’incollaggio del legno. 

Nel caso il legno sia infine da incollare su altri materiali, come la plastica, la scelta della colla diventa più complessa per la necessità di considerare le diverse porosità. 

I vantaggi dell'incollaggio

Gli adesivi industriali nascono per sostituire o integrare i metodi tradizionali di fissaggio, offrendo numerosi vantaggi, tra i quali:

• Possibilità di accoppiare materiali differenti, creando assemblaggi duraturi;
• Distribuzione uniforme delle sollecitazioni lungo l’area di giunzione;
• Riduzione di spessori e pesi;
• Possibilità di rilavorare e riparare il fissaggio;
• Capacità di assorbire le vibrazioni e l’energia.

Infine, la possibilità di applicare alcuni tipi di adesivo a temperatura ambiente (evitando l’utilizzo di calore intenso), garantisce maggior comfort e sicurezza per gli addetti ai lavori.

Conclusioni

Per il settore industriale, l’incollaggio ha rappresentato una svolta importante. L’utilizzo degli adesivi, infatti, ha determinato innanzitutto una riduzione dei tempi e dei costi legati alla manodopera ed all’energia. In tal senso, tutta la linea produttiva ne ha tratto giovamento in termini di efficienza, rispondendo in maniera efficace alle richieste dei clienti in ogni fase di lavorazione.