Dispensado de precisión para sellantes y adhesivos

Por Mike Bozzelli, Director de Ingeniería, División de Tecnologías de Fluidos Aplicados, Graco Inc.

La funcionalidad de un producto puede depender de formar una adhesión o un sellado perfecto dentro de una pieza y, si se tiene previsto dispensar ese sellante o adhesivo, es absolutamente crucial que el cordón aplicado sea perfecto. Si el cordón es imperfecto, la pieza se considera defectuosa, lo que en última instancia conlleva considerables implicaciones en los costes. Para lograr un cordón perfecto hay que controlar el fluido de principio a fin. Para controlar el fluido, el éxito comienza con la determinación del tipo de cordón que se desea dosificar, para seleccionar después el equipo de dispensado adecuado para la aplicación.

El primer paso es determinar si es necesario adherir o sellar.

La adhesión se produce cuando dos elementos se unen o fijan para evitar que las piezas discretas de la pieza se separen, mientras que el sellado se utiliza para evitar que sustancias, como fluidos, se escapen o entren en una pieza. Diferentes productos se basan en la adhesión y el sellado.; cada uno requerirá una especificación de ingeniería diferente del cordón. Dichas especificaciones incluyen el perfil del cordón y la altura y el ancho que requiere el cordón.

La adhesión y el sellado se pueden realizar utilizando un material monocomponente (1k) o un material bicomponente (2k). Los materiales 1k se suelen dosificar dentro de una pieza o sobre ella sin mezclarlos con otro material. Los materiales pueden ser termofusibles, siliconas, uretanos, epoxis o materiales UV. Se pueden endurecer mediante el uso de disolventes, calentamiento o reacción a la humedad del aire.

Ejemplos de aplicaciones típicas de 1k incluyen sellado de paneles solares, ensamblaje de ventanas, automoción (sellantes de uretano para parabrisas, adhesión de luces traseras, adhesión de espejos a carcasas, carcasas de plástico del ABS), así como adhesión de conjuntos de altavoces y de tapas de filtro y sellado de uniones.

Las juntas troqueladas y las juntas moldeadas por inyección han sido una práctica de diseño estándar durante años. Sin embargo, las juntas troqueladas dan como resultado una gran cantidad de material desperdiciado. En muchos casos, los fabricantes terminan desechando casi una lámina de material completa solo para obtener una junta fina. Las juntas moldeadas por inyección resuelven el problema del desperdicio de material, pero requieren una inversión significativa en utillaje para los moldes. Ambos métodos también tienen el inconveniente de ser muy costosos de cambiar si se requiere una actualización del diseño.

En su nivel básico, un cordón de sellado es una alternativa líquida dosificada a las juntas troqueladas o moldeadas por inyección. Idealmente, no deberíamos poder diferenciarlos cuando se comparan. El cordón debe ser uniforme en toda su extensión e incluir una altura, ancho y durómetro (dureza) consistentes. 

Un cordón perfecto no puede tener ningún tipo de inconsistencia, incluidos puntos duros, puntos blandos, puntos delgados o puntos gruesos en cualquier parte del cordón. Este es uno de los aspectos positivos de las piezas troqueladas y moldeadas por inyección, porque son todas de una pieza. Un cordón dispensado tiene que comenzar en algún punto fijo, recorrer todo el camino previsto a la misma altura, ancho y forma, y terminar después en otro punto fijo; por lo general, este es el mismo punto de partida. Si se utiliza un material bicomponente, también debe permanecer mezclado exactamente en la misma proporción para no afectar el durómetro final.  

Los puntos gruesos en un cordón se forman en diferentes lugares, pero la mayoría de las veces son el resultado de un aumento en la presión del material. Lo opuesto son los puntos delgados que, con frecuencia, son el resultado de una disminución de la presión. Cuando hay un punto grueso al comienzo de un cordón, se suele denominar “cabeza de serpiente” por su asombroso parecido con una serpiente real. En el otro extremo del cordón, no es raro tener una “cola”, donde la sección transversal del material se reduce drásticamente, dejando una pequeña cadena de material detrás.

Un cordón imperfecto podría dar lugar a una pieza defectuosa, que tendría que ser desechada o reelaborada. Las implicaciones de costes para los cordones imperfectos pueden ser considerables, en función de variables como el coste de la pieza, las horas de trabajo y la pérdida de reelaboración debidas a la repetición y el coste adicional de material. Si la pieza defectuosa está instalada, podría dar lugar a una demanda de garantía y posiblemente convertirse en un problema de reclamación. 

A diferencia de un cordón de sellante, la altura, el ancho y el durómetro no son las características críticas primordiales con un cordón de adhesión. Esto se debe a que las piezas se ensamblan mientras el material aún está húmedo (o al menos ligeramente flexible) y se moverá. Con un cordón de adhesivo, la aplicación, el volumen correcto de material y, en el caso de materiales bicomponente, las proporciones de mezcla adecuadas son los factores más importantes. Aunque las cabezas y colas de serpientes son muy importantes, en realidad es más importante obtener la cantidad correcta de material en la ubicación correcta para que se extienda correctamente durante el proceso de ensamblaje.

Si se aplica muy poco material, quedarán espacios. Si se aplica demasiado material, se escurrirá hacia áreas donde el material no se desea. La colocación contribuirá significativamente a ambas situaciones. En el caso de los materiales bicomponente, si la proporción y la mezcla adecuadas de materiales no están en su lugar, los materiales no se adhieren correctamente aunque todo parezca aceptable.

La clave para los cordones perfectos, independientemente del uso que vayan a tener, es el control del fluido. Las bombas de desplazamiento positivo servoaccionadas, como PD44, 1053, 1093 de Graco y las válvulas y máquinas PR70 son excelentes opciones para cumplir con la mayoría de los requisitos de los cordones.

Por diseño, las válvulas de desplazamiento positivo eliminan dos variables muy importantes de temperatura y viscosidad. La mayoría de los materiales cambian de viscosidad a medida que cambia la temperatura. Por lo general, la mayoría de los materiales se vuelven más delgados a medida que aumenta la temperatura y tienden a ser más gruesos a temperaturas más bajas. Si solo está aplicando presión a ese material y confiando en abrir y cerrar una válvula durante un período de tiempo fijo, es probable que esto se convierta en un problema importante a superar. 

Si abre la válvula por la mañana, cuando el material está frío y espeso, obtendrá menos material del que esperaba. Puede compensar eso ajustando la presión de alimentación. Sin embargo, cuando la planta se ha calentado más tarde a lo largo del día, la presión debe ajustarse nuevamente porque el material ahora se ha adelgazado y el sistema está depositando más material. Este escenario crea una intervención no deseada del operador desde el punto de vista del control del proceso y probablemente se traduzca en piezas desechadas o reelaboradas.

Al abordar la cantidad de material en sí, no se tiene en cuenta todo lo mencionado anteriormente, como cabezas de serpientes, colas o fluctuaciones de presión que arruinarán el cordón. Las válvulas y máquinas de desplazamiento positivo servoaccionadas brindan opciones para lidiar con todas estas variables y eliminarlas por completo en la mayoría de los casos. El sistema Servo-drive proporciona una fuerza constante y, por lo tanto, una presión constante al material desde el principio hasta el final del cordón, eliminando todas las potenciales áreas gruesas y delgadas dentro del cordón.

El diseño de la válvula de desplazamiento positivo significa que contiene el mismo volumen de material todas y cada una de las veces, por lo que deposita la misma cantidad de material todas las veces. Esto significa que como los materiales se adelgazan o espesan a lo largo del día, la cantidad de material que se distribuye es siempre la misma. La combinación de estos dos elementos de diseño le da al usuario un control total sobre el fluido desde el principio del cordón hasta el final.

En artículos posteriores, ofreceremos consejos y sugerencias para combinar estas tecnologías de fluidos con equipos de movimiento como brazos robóticos y plataformas XYZ para colocar cordones perfectos, incluso con los materiales más difíciles.