Por Angel Lanchas Hervalejo

Objetivo del estudio

Los adhesivos termofusibles no reactivos a base de materiales  termoplásticos que pasan a la fase líquida a elevadas temperaturas, pertenecen a la categoría de adhesivos que tienen en su composición  copolímeros de estireno-butadieno-estireno así como Poliolefinas y Poliamidas. En particular la idea de  este trabajo es exponer los estados en los que se desarrollan y de cómo se transforman los estados del adhesivo en el tiempo para un mejor empleo en el sector del mueble.

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Una cuestión importante en este caso es ver lo que pasa en la aplicación del adhesivo sobre el soporte; en consecuencia, el enfriamiento y concretamente  la fase física cambia y el adhesivo termofusible se pone sólido, dando lugar al encolado. La calidad del encolado depende del grado de impregnación y transferencia del adhesivo, que tiene que estar en torno al 100 % y que se realiza al momento de la aplicación  sobre el 1°rodillo de presión.

Este procedimiento de adhesión caliente/frío es la base de la utilización de los adhesivos termofusibles en el encolado de los cantos automáticamente. En la mayoría de los casos, la aplicación del adhesivo pasa sobre el soporte por medio de un rodillo, a temperaturas comprendidas entre 190 y 210°C. La cantidad aplicada varía entre 150 y 300 gramos/m2, y depende de la porosidad del material de soporte y del tipo de canto a emplear.

A través del contacto con el soporte, la temperatura del adhesivo termofusible aplicado sob1re el panel, sufre una drástica disminución de temperatura; esta medida se efectúa en correspondencia con el primer rodillo de presión sobre la unidad lineal que trabaja con el borde. Se han verificado unas caídas de temperatura entre 80 y 100 °C. Con la aplicación del canto en el borde, tiene lugar una posterior disminución de temperatura.

La incorporación del canto tiene que ser efectuado a una temperatura al menos ligeramente superior a la temperatura de reblandecimiento del adhesivo termofusible, comprendido entre 100° y 115°C. En este estudio son valorados los factores que influyen en la temperatura de los cantos aplicados, de manera que se puede sugerir recomendaciones útiles para ésta importante aplicación. La gestión de la temperatura de encolado es uno de los principales problemas que se encuentran en el empleo de los termofusibles para unir cantos en los bordes de los paneles de los muebles.

Materiales y métodos

Utilizando una unidad de encolado de cantos, han sido pegados-unidos bordes en PVC de calandrado (0.6 mm) y ABS extrusionado (3 mm), variando la cantidad aplicada, la velocidad de transporte y la temperatura de aplicación. Como soporte ha sido usado tablero de partículas de espesor 19 mm. Para medir la temperatura al primer rodillo de presión ha sido instalado un termómetro de infrarrojos próximo al lugar de unión.  La fuerza de encolado ha sido medida con pruebas de pelado-cizallamiento a 90° con un dinamómetro. Todas las pruebas han sido realizadas utilizando un adhesivo termofusible en base EVA cargado, dando unos promedios característicos con viscosidad Brookfield RVT de 87.000 MPas a +200°C  y temperatura de reblandecimiento de +107°C  ( Ring & Ball como ASTM ). los resultados se indican a continuación en los siguientes puntos.

  1. Dependencia de la temperatura del primer rodillo de presión con la cantidad aplicada.

La temperatura de aplicación ha sido mantenida constante a +200 °C  y la velocidad de avance de la pieza a 22 metros/min.; solo se ha variado la cantidad aplicada.

Temperatura en ºC del primer rodillo Cantidad aplicada en gramos/metro cuadrado
105 250
110 290
112 300
115 320
117 360

Tabla 1 : temperatura del 1° rodillo de presión variando la cantidad aplicada

Los resultados reportados en la tabla nº1  y en el gráfico nº 1 indican los incrementos de temperatura del primero rodillo de presión con el incremento de cantidad de adhesivo. Aparece como evidente el hecho de que aumenta la cantidad de adhesivo aplicado, al incrementar la temperatura en la línea de adhesivo.

grafico4

  1. Variación de la temperatura en el primer rodillo de presión al variar la velocidad de avance de pieza.

Otro parámetro importante verificado ha sido el efecto de la velocidad de avance de pieza sobre la temperatura del adhesivo al primer rodillo de presión. La velocidad de avance ha sido aumentada de 18 a 30 metros/min. Se han efectuado dos pruebas, una con una temperatura de aplicación de +180 °c  y la otra de +194 ° C. los resultados se indican en la tabla 2 y gráfico nº 2.

Tabla 2: dependencia de la velocidad de avance con la temperatura del primer rodillo

Presión al variar la velocidad de avance a diferentes temperaturas de aplicación y diferentes gramos de aplicación en la máquina

 

Velocidad de avance A 182ºC A 194ºC A 182ºC A 194ºC

 

Metros/minuto 290 g/m2 260 g/m2 370 g/m2 320 g/m2
18 103 103 114 114
20 102 102 113 113
22 102 102 116 115
24 103 105 108 114
26 106 112 120 117
28 108 115 125 118
30 111 117 130 127
Delta t (30 – 18) 8 14 16 13

 

grafico1

Con un incremento de la velocidad de 18 a 30 metros/min., y aplicando una cantidad de adhesivo de 260 y 290 g/m2, la temperatura del primero rodillo aumenta de 8 a 14 °C. Con una cantidad de 320 y 370 g/m2, la temperatura aumenta de 13 a 16 °C, como se ve en la tabla 2 y  gráfico nº 2.

Se ve que con una temperatura de aplicación de 194 °C  y una cantidad de adhesivo de 260 g/m2, 4es necesaria una velocidad de 30 m/min. para tener una temperatura de 117 °C en el primer rodillo. Usando una cantidad de adhesivo de 370 g/m2 y una velocidad de 30 m/min. se ha alcanzado la temperatura más alto en el primer rodillo, a pesar de la temperatura de aplicación muy baja (182 °C). La conclusión a que lleva éste resultado es que para alcanzar una elevada temperatura en el primer rodillo es necesario aumentar la velocidad de avance, obteniendo un efecto análogo a un aumento de la cantidad de adhesivo aplicado.

Además, sobre ciertos valores de gramajes, el efecto de calefacción debido a la temperatura de empleo, es menos influyente que para gramajes más bajos ( 290 G/m2 a 182 °C  es inferior con respecto a 260 g/m2 a 194 °C  mientras 370 g/m2 a 182 °C  es superior respeto 320 g/m2 a 194 °C ). Esto significa que el efecto de enfriamiento del filme de adhesivo es tanto mayor cuanto inferior es el gramaje.

  1. Fuerza adhesiva en función de la temperatura del adhesivo y de la cantidad aplicada.

Es importante ver si un aumento de cantidad aplicada puede llevar a una fuerza adhesiva mayor: en este caso los bordes  mencionados han sido unidos con cantos a una velocidad de avance constante pero con diferente cantidad de adhesivo termofusible. Después de 24 horas, la fuerza adhesiva ha sido probada mediante un dinamómetro. La tabla 3 y el gráfico nº 3 indican los valores de fuerza adhesiva al aumentar  la cantidad de adhesivo aplicada.

Tabla nº 3 : Variación del poder adhesivo sobre PVC y ABS y de la temperatura en el primer rodillo de presión a diferentes gramajes
Gramajes Temp. del rodillo Fuerza adhesiva (Pelado)
g/m2 °C PVC N/mm abs N/mm
245 100 1,30 1,50
263 101 1,60 1,50
282 103 1,60 1,60
301 106 1,60 1,60
320 108 1,70 1,80
338 109 1,80 2,00

 

grafico2

 

Al aumentar el gramaje se puede observar como le afecta el aumento de la temperatura al primer rodillo de presión, y, paralelamente, también se ve un incremento del poder adhesivo sobre el PVC que sobre el ABS ( respectivamente del 38 % y del 33 % ).

  1. Influencia de la cantidad de adhesivo termofusible sobre la temperatura de aplicación

Frecuentemente si se aumenta la temperatura del rodillo de aplicación, se pueden alcanzar mejores resultados. Las consecuencias de estas cantidades de adhesivo aplicado se indican en la tabla 4 y en el gráfico nº 4.

Tabla nº 4 : Variación del gramaje aplicado en función de la temperatura de aplicación
Temperatura de aplicación en ºC Gramaje en  g/m2
g/m2 ºC  PVC
173 460
182 440
193 420
204 410
214 390
228 370
238 360

 

grafico3

 

Para ejecutar la prueba se mantiene constante la apertura del rodillo aplicador, aumentando la temperatura con incrementos de 10 °C  y midiendo la cantidad de |adhesivo termofusible aplicado. Aumentando la temperatura de 170 a 240 °C, la cantidad de adhesivo se reduce un 25 %.

Discusión de los resultados y conclusiones

Los resultados nos indican la importancia del alcance de la temperatura óptima en el acoplamiento de los bordes con el soporte. El modo más simple para alcanzar esta temperatura es la de aumentar la cantidad de |adhesivo aplicado, engendrando así una línea de cola más espesa.

Al contrario, la aplicación de bajas cantidades de adhesivo, comporta un rápido enfriamiento de la línea de encolado; como consecuencia de esto, el borde del canto no tiene la posibilidad de unirse al soporte mediante la estructura de la línea de adhesivo, comportando la formación de agujeros en la interfase entre borde y soporte, problema resoluble aumentando la temperatura de aplicación, operación que reduce sin embargo la viscosidad del adhesivo y por consiguiente la cantidad aplicada.3

Sin embargo la influencia de la velocidad de avance sobre la temperatura, se ve que al aumentar de  velocidad de avance, resulta mayor la temperatura en la zona de presión de los bordes, efecto equivalente a un aumento de cantidad de adhesivo aplicado. Un incremento del 60 % en la velocidad de avance equivale a un incremento del 30 % en la cantidad de adhesivo.

Es de prever que las inversiones futuras serán dirigidas hacia el encolado de cantos con altas velocidades de avance, que permiten obtener una elevada capacidad productiva asociada a menores consumos de adhesivo.

La conclusión es que los mejores resultados se obtendrán trabajando con temperaturas más elevadas en el primer rodillo de presión. Para alcanzar estas temperaturas se pueden instalar sobre los cantos unos calentadores adicionales o lámparas infrarrojas. Esta temperatura tiene que ser aquella de comienzo de reblandecimiento del adhesivo empleado, aumentado  al menos 10 °C.

Para dar a los operarios la posibilidad de optimizar los procedimientos, es oportuno instalar un medidor de temperatura delante el primero rodillo de presión, que puede controlar este parámetro a fin de permitir al operario mantener la temperatura según necesidades con oportunas correcciones (empleo de aire caliente, modificación de la velocidad de avance, etc.). Esto es posible mediante sensores infrarrojos o láser, de fácil posicionamiento y de inmediato lectura.