Adesione
Nelle prestazioni dei giunti adesivi, le proprietà fisiche e chimiche dell’adesivo sono i fattori più importanti. Anche importanti per determinare se il giunto adesivo funzionerà adeguatamente sono i tipi di aderente (cioè i componenti che vengono uniti, ad esempio, lega metallica, plastica, materiale composito) e la natura del pretrattamento superficiale o primer. Questi tre fattori – adesivo, aderente e superficie – hanno un impatto sulla vita utile della struttura incollata. Il comportamento meccanico della struttura incollata è a sua volta influenzato dai dettagli della progettazione del giunto e dal modo in cui i carichi applicati sono trasferiti da un’estremità all’altra.
Implicito nella formazione di un legame adesivo accettabile è la capacità dell’adesivo di bagnarsi e spalmarsi sugli aderenti da unire. Il raggiungimento di tale contatto molecolare interfacciale è un primo passo necessario nella formazione di giunti adesivi forti e stabili. Una volta raggiunta la bagnatura, le forze adesive intrinseche sono generate attraverso l’interfaccia attraverso una serie di meccanismi. La natura precisa di questi meccanismi è stata oggetto di studi fisici e chimici almeno dagli anni ’60, con il risultato che esistono diverse teorie dell’adesione. Il principale meccanismo di adesione è spiegato dalla teoria dell’adsorbimento, che afferma che le sostanze aderiscono principalmente a causa di un intimo contatto intermolecolare. Nelle giunture adesive questo contatto è raggiunto da forze intermolecolari o di valenza esercitate dalle molecole negli strati superficiali dell’adesivo e dell’aderente.
Oltre all’adsorbimento, sono stati proposti altri quattro meccanismi di adesione. Il primo, l’incastro meccanico, si verifica quando l’adesivo scorre nei pori della superficie dell’adesivo o intorno alle proiezioni sulla superficie. Il secondo, l’interdiffusione, si verifica quando l’adesivo liquido si dissolve e si diffonde nei materiali aderenti. Nel terzo meccanismo, l’adsorbimento e la reazione superficiale, l’incollaggio avviene quando le molecole di adesivo si adsorbono su una superficie solida e reagiscono chimicamente con essa. A causa della reazione chimica, questo processo differisce in qualche misura dal semplice adsorbimento, descritto sopra, anche se alcuni ricercatori considerano la reazione chimica come parte di un processo di adsorbimento totale e non un meccanismo di adesione separato. Infine, la teoria dell’attrazione elettronica, o elettrostatica, suggerisce che le forze elettrostatiche si sviluppano ad un’interfaccia tra materiali con strutture di bande elettroniche diverse. In generale, più di uno di questi meccanismi gioca un ruolo nel raggiungimento del livello desiderato di adesione per vari tipi di adesivo e aderente.
Nella formazione di un legame adesivo, una zona di transizione nasce nell’interfaccia tra aderente e adesivo. In questa zona, chiamata interfase, le proprietà chimiche e fisiche dell’adesivo possono essere notevolmente diverse da quelle delle porzioni non a contatto. Si ritiene generalmente che la composizione dell’interfase controlli la durata e la forza di un giunto adesivo ed è principalmente responsabile del trasferimento delle sollecitazioni da un aderente all’altro. La regione dell’interfase è spesso il luogo dell’attacco ambientale, che porta alla rottura del giunto.
La forza dei legami adesivi è solitamente determinata da test distruttivi, che misurano le sollecitazioni stabilite nel punto o nella linea di rottura del pezzo da testare. Vengono impiegati vari metodi di prova, tra cui le prove di pelatura, di trazione, di taglio, di scissione e di fatica. Questi test vengono eseguiti in un’ampia gamma di temperature e in varie condizioni ambientali. Un metodo alternativo per caratterizzare un giunto adesivo è quello di determinare l’energia spesa per scindere un’area unitaria dell’interfase. Le conclusioni derivate da tali calcoli di energia sono, in linea di principio, completamente equivalenti a quelle derivate dall’analisi delle sollecitazioni.