Noticias

Jul 05, 2023

Introducción al uso de EVA en la laminación de vidrio.

Fecha: 15 de diciembre de 2022 Los encapsulantes a base de EVA se utilizan ampliamente en la industria fotovoltaica, pero también para aplicaciones específicas de vidrio arquitectónico podría ser interesante considerar las capas intermedias de EVA.

Fecha: 15 de diciembre de 2022

Los encapsulantes a base de EVA se utilizan ampliamente en la industria fotovoltaica, pero también para aplicaciones específicas de vidrio arquitectónico podría ser interesante considerar las capas intermedias de EVA. Estos materiales no son una competencia directa de las capas intermedias de PVB ampliamente utilizadas para vidrio de seguridad, pero encuentran una aplicación en proyectos de nicho específicos donde la naturaleza específica de los polímeros EVA (formulados) puede tener un beneficio. A continuación, se analizarán los antecedentes químicos de las capas intermedias de polímero EVA. Como existen diferencias importantes entre la química del EVA y el PVB, es importante profundizar en los aspectos químicos para comprender mejor la aplicación y el procesamiento de este polímero. Posteriormente, se compararán las propiedades típicas del material con las propiedades del PVB. A partir de esta información quedará claro en qué aplicaciones específicas típicas el uso de EVA puede tener una ventaja. Finalmente, se discutirá el procesamiento de EVA y se discutirán brevemente algunas técnicas típicas de evaluación de la calidad que no se usan comúnmente en el análisis de PVB.

EVA significa copolímero de etileno y acetato de vinilo. La figura 1 muestra la estructura de este polímero.

El polímero es parte de la amplia familia de poliolefinas donde los bloques de construcción de etileno (x) se alternan con bloques de acetato de vinilo (y). La cantidad de partes de acetato de vinilo, o contenido de VA, determina las propiedades del polímero y normalmente está en el rango del 4% al 40%. Cuanto menor es el contenido de VA, más se parece el EVA a las propiedades de un polietileno, que es un polímero típicamente cristalino. Cuanto mayor es el contenido de VA, más amorfo se vuelve el polímero. Esto tiene un efecto significativo en propiedades como la transparencia (cuanto mayor es el contenido de VA, más transparente es el polímero) y el punto de fusión (cuanto mayor es el contenido de VA, menor es el punto de fusión). Los EVA con alto contenido de VA también son más suaves y menos quebradizos. Para aplicaciones de capas intermedias y encapsulantes solares, se utilizan EVA de alto contenido de VA con un valor típico entre 26 y 28 %. En el pasado también se utilizaban polímeros con un contenido de VA del 32 al 33%, pero hoy en día son menos comunes. Los EVA con mayor contenido de VA generalmente encuentran aplicación en sistemas de pegamento.

Los polímeros EVA son polímeros termoplásticos y tienen un punto de fusión distinto entre 70 y 75 °C en caso de un contenido de VA entre 26 y 28 %. Por encima del punto de fusión, un polímero termoplástico se encuentra en estado fundido con un flujo de fusión distinto, dependiendo de las propiedades del polímero, como la longitud de la cadena y la ramificación de la cadena del polímero. En el caso de los tipos de EVA que se utilizan, por ejemplo, en aplicaciones de vidrio para la construcción, el flujo de fusión es bastante alto y alrededor de 25 g/10 min, medido en un medidor de índice de flujo de fusión, que es una prueba específica para medir las propiedades de flujo de polímeros fundidos.

La baja temperatura de fusión y el alto flujo de fusión de este material tienen un efecto definitivo durante la laminación. Especialmente en aplicaciones donde se necesita una característica de polímero más "líquida", EVA podría ofrecer una solución. En aplicaciones en las que, por ejemplo, es necesario rellenar grandes huecos, podría resultar interesante considerar el EVA. Esto también explica por qué el principal campo de aplicación de las láminas de laminación EVA es la laminación de módulos fotovoltaicos cristalinos, donde es necesario un polímero fundido para llenar los espacios entre las células. La aplicación de EVA en comparación con PVB se analizará más adelante en este documento.

Como se ha descrito, un punto de fusión bajo tiene ciertas implicaciones durante la laminación, pero también influye en la vida útil del laminado de vidrio. En determinados entornos se puede alcanzar fácilmente una temperatura de 75 °C, donde incluso una temperatura de servicio de hasta 100 °C no es una excepción. Esto puede provocar la fusión del polímero EVA y, cuando el laminado no está protegido adecuadamente por un marco, puede provocar la delaminación de los paneles de vidrio.

Por tanto, para aplicaciones exteriores, se desea la formulación de EVA con un sistema de reticulación. Este sistema de reticulación se utiliza para unir cadenas de polímeros entre sí. La fusión real de estas cadenas poliméricas unidas ya no es posible y la capa intermedia permanece sólida a alta temperatura de operación. Como se discutirá más adelante en este documento, la reticulación tiene lugar al final del ciclo de laminación, después de la fusión y el flujo del EVA. La Figura 2 muestra una representación esquemática del mecanismo de reticulación.

¹ Dibujo del cap. Hirschl et al., Materiales de energía solar y células solares 152 (2016) 10-20

El iniciador de reticulación que se utiliza es un sistema basado en peróxido. Dependiendo de la naturaleza específica del peróxido utilizado, se puede alterar la velocidad a la que se produce la reacción. Se habla de cura estándar (o normal), cura rápida o incluso cura ultrarrápida. Para aplicaciones arquitectónicas normalmente se utilizan peróxidos de curado más lento, mientras que los mecanismos de curado ultrarrápidos se aplican principalmente en la laminación de módulos fotovoltaicos. El proceso de laminación determina qué sistema de curado con peróxido se puede utilizar, ya que no todos los procesos de laminación son adecuados, por ejemplo, para el curado ultrarrápido.

Otra diferencia importante en la química entre EVA y PVB es el sistema de adhesión. El PVB se adhiere principalmente al vidrio a través de enlaces de hidrógeno de los grupos hidroxilo de la película de PVB con los grupos silanol del vidrio. Esto también significa que, cuando se agrega humedad adicional a este sistema, puede interferir con el puente H entre el vidrio y los grupos hidroxilo del polímero. Por tanto, el mecanismo de adhesión del PVB es sensible al agua y reversible. Este no es el caso de EVA. Naturalmente, el EVA no se adhiere a las superficies de vidrio. No contiene una funcionalidad hidroxilo como el PVB. Por lo tanto, se añade al polímero un promotor de adhesión organosilano. La Figura 3 muestra el mecanismo de este promotor de adhesión de organosilano.

Hay mucha literatura sobre la superficie del vidrio, pero para este artículo esto nos llevaría demasiado lejos. Básicamente, la superficie del vidrio se compone de una denominada capa de gel con grupos terminales silanol y agua. El agente de acoplamiento organosilano que se mezcla en la capa intermedia de EVA tiene dos lados. El lado silano reacciona con los grupos silanol de la superficie del vidrio, lo que produce la liberación de alcoholes. Este enlace es un enlace covalente y, por tanto, irreversible. Esta es una gran diferencia con el sistema PVB descrito anteriormente. El otro lado del sistema de acoplamiento contiene una funcionalidad de doble enlace que puede reaccionar con la columna vertebral de EVA. El lado orgánico también se enredará con el polímero EVA. El acoplamiento de silano también se puede utilizar para unir superficies metálicas y el EVA también puede adherirse a otras superficies poliméricas. En el caso de este último, sin embargo, a veces es necesario diseñar ciertos polímeros de capa de unión para facilitar una unión polímero-polímero.

En el caso del PVB, el nivel de adhesión a la superficie del vidrio se puede ajustar agregando ciertas sales a la matriz de PVB. Los iones de la sal interfieren con los enlaces H. Este ajuste fino del nivel de adhesión es beneficioso ya que durante un impacto sobre el laminado de vidrio, la capa intermedia de PVB puede desprenderse de la superficie del vidrio y, por lo tanto, absorbe una parte de la energía del impacto. Combinado con el hecho de que el PVB tiene una alta resistencia a la tracción (ver más adelante), es un material excelente para aplicaciones de vidrio de seguridad. Esto es más difícil en el caso de EVA ya que las alteraciones en la concentración del agente de acoplamiento de silano no necesariamente aumentan de forma lineal. Es un mecanismo de adhesión química y una situación un poco de todo o nada. Se puede influir un poco en el nivel real reduciendo la concentración del agente de acoplamiento de silano en el polímero EVA, pero en este caso concentraciones más bajas conducen muy rápidamente a niveles de adhesión inestables e incontrolables. Aunque la adhesión de las capas intermedias de EVA a una superficie de vidrio es relativamente alta (> 100 N/cm en una prueba de pelado a 180°), no se puede controlar fácilmente.

Como se discutió en la sección anterior, la formulación de EVA es importante en relación con las propiedades durante la laminación. A continuación se hará una breve comparación con el PVB. La Tabla 1 muestra una breve comparación de algunas propiedades interesantes entre ambos polímeros.

De la Tabla 1 queda claro que las propiedades térmicas de ambos sistemas poliméricos son claramente diferentes. Como se mencionó anteriormente, EVA es un polímero termoplástico, lo que significa que tiene un punto de fusión distinto. En principio, al cruzar este punto el polímero estará en estado completamente fundido. Lo opuesto también es cierto; Cuando el polímero se enfría, en principio se solidificará, pero debido a la presencia de un sistema de reticulación de peróxido, este ya no es el caso para la mayoría de los EVA disponibles comercialmente que se utilizan en aplicaciones de acristalamiento arquitectónico. También existen EVA para aplicaciones interiores que no contienen un sistema de reticulación, pero la mayoría de ellos contienen peróxidos.

Después de pasar aproximadamente 130°C, el polímero EVA se reticulará, lo que evita que se derrita en aplicaciones al aire libre. El PVB no es un polímero termoplástico puro, también tiene propiedades elastoméricas. Esto significa que no hay un punto de fusión distinto ni un cruce a un estado puramente fundido. Cuando este material se calienta se volverá cada vez más suave.

Además de esto, también la diferencia en el índice de flujo de fusión (MFI) entre ambos polímeros es muy diferente. En el caso del PVB es relativamente bajo, incluso cuando se aplica un peso superior a 5 kg. El MFI para EVA es, considerando el menor peso, mucho mayor. Esto significa que cuando el polímero EVA se funde también es muy “líquido”, mientras que el polímero PVB estará en un estado gomoso a mayor temperatura y fluirá mucho menos. Por lo tanto, EVA es muy adecuado para aplicaciones donde es necesario llenar grandes huecos. Un ejemplo es la aplicación de vidrio con una estructura superficial profunda donde es necesario rellenar los huecos. En el caso de capas (gruesas de PVB), la falta de flujo de este polímero puede provocar la formación de burbujas en los huecos. Otra aplicación se puede encontrar en la encapsulación de, por ejemplo, tejidos o mallas metálicas entre capas intermedias. La figura 4 muestra un ejemplo. Debido al alto flujo de EVA, todos los huecos microscópicos se pueden llenar de manera eficiente.

Además de la excelente fluidez del EVA, también la adhesión a metales gracias al sistema de silano, explicada en el apartado anterior, hace que el encapsulado de inserciones y mallas metálicas en laminados de vidrio sea un campo de aplicación típico del EVA.

Otra gran diferencia en las propiedades térmicas es la temperatura de transición vítrea (Tg). Para los polímeros de PVB en bruto, esta temperatura es bastante alta (alrededor de 50°C), lo que hace que el PVB sea un polímero quebradizo. Por lo tanto, se añade un plastificante para reducir la Tg a aproximadamente 6 -20°C. La Tg para EVA es muy baja y se sitúa en el rango de -40°C a -30°C. Esto hace que el EVA sea un material muy blando en comparación con el PVB. La suavidad tiene implicaciones en las cargas mecánicas, por un lado, pero por otro, esta baja Tg hace que el EVA sea muy adecuado para aplicaciones de (muy) bajas temperaturas.

Si comparamos las propiedades mecánicas en la Tabla 1, también se puede observar una gran diferencia en la resistencia a la tracción y el alargamiento. La resistencia a la tracción del PVB es considerablemente mayor que la del EVA. Esto significa que el material PVB muestra una resistencia adicional en comparación con el EVA. Además, el EVA tiene un alargamiento de rotura mucho mayor, lo que lo convierte en un material mucho más flexible. Para aplicaciones de rendimiento ante impactos, el PVB es la mejor opción, ya que puede ser un polímero entre capas más resistente. La Tabla 2 muestra una comparación del desempeño del impacto de dos marcas de EVA y una marca de PVB.

Ambos polímeros muestran un rendimiento óptico similar. Ambas capas intermedias tienen un índice de refracción cercano al índice de refracción del vidrio (1,52), lo que hace que estos materiales sean especialmente adecuados para su uso como materiales de capas intermedias. Como se mencionó anteriormente, EVA es un polímero muy amorfo que da como resultado una alta transmitancia de luz y una baja dispersión que podría resultar en la formación de neblina. La transmitancia del EVA es muy buena al 91% y hace que el polímero sea adecuado para aplicaciones altamente estéticas donde se desea poca turbidez. Sin embargo, mucho depende del procesamiento del laminado y, más específicamente, de la velocidad a la que se enfría el laminado. Cuanto más lenta es la velocidad, más tiempo tardan los polímeros en formar pequeñas regiones cristalinas en la masa amorfa del material. Estas islas cristalinas microscópicas pueden dispersar la luz y provocar la formación de neblina. Las capas intermedias de EVA son muy sensibles a este fenómeno porque tienen un mayor contenido de polietileno. Por lo tanto, puede ser apropiado elegir un enfriamiento forzado cuando se utiliza EVA como capa intermedia, especialmente en combinación con paneles de vidrio gruesos. Si se controla el enfriamiento, se pueden obtener laminados cristalinos utilizando EVA debido a su estructura amorfa.

El color amarillento, o el color en general, en el PVB puede tener muchas razones, desde la degradación relacionada con el procesamiento hasta el color causado por ciertos aditivos en el polímero. La discusión sobre el color en las capas intermedias está fuera del alcance de este documento, pero en general el color debe estar bien controlado por el fabricante de las capas intermedias. Esto se logra controlando el proceso de fabricación, pero también seleccionando los aditivos adecuados en la formulación de las capas intermedias. Sin duda, este también es el caso de EVA. En el pasado, EVA tenía la mala reputación de volverse fácilmente amarilla o incluso marrón. El polímero contiene grupos acetato y, debido a la hidrólisis por calor y humedad de estos grupos, puede provocar la formación de ácido acético, que puede provocar reacciones químicas graves. Además, los peróxidos que no han reaccionado también pueden causar problemas. Especialmente en combinación con otros polímeros o metales, esto puede provocar una formación grave de burbujas y color. Hoy en día, la decoloración del EVA es un tema menos importante, ya que los aditivos de estabilización modernos pueden mediar mucho mejor en la degradación del polímero, pero aún así hay que estar atentos, ya que no todos los fabricantes de capas intermedias de EVA tienen los mismos estándares de alta calidad.

Se ha escrito mucho sobre la absorción de humedad de las capas intermedias. Se sabe que el PVB es sensible a la humedad en el laminado y si es necesario desarrollar bordes abiertos del laminado, se necesita atención adicional. Como se analizó anteriormente, el mecanismo de adhesión del PVB al vidrio es reversible debido a los enlaces H en la superficie del vidrio. El fabricante suministra el PVB con un determinado contenido de humedad ajustado. Este contenido de humedad ajustado es importante ya que determinará el nivel de adhesión inicial en el laminado. Además de esto, en la Tabla 1, queda claro que el PVB puede absorber bastante humedad si se observa la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la absorción de humedad de este polímero. Por ejemplo, en aplicaciones de borde abierto, se puede absorber humedad provocando hinchazón y reducción de la adhesión del PVB durante la vida útil del laminado.

Cuando los bordes se secan nuevamente, la capa intermedia de PVB se contrae y se produce una grieta de adhesión progresiva entre el vidrio y la capa intermedia. En el caso de EVA esto es diferente. EVA se produce lo más seco posible. Se evita a toda costa la humedad e incluso el enfriamiento del material después de la extrusión se realiza lo más seco posible. Esto se debe a que el promotor de adhesión organosilano no debe reaccionar con la humedad antes de que pueda reaccionar con la superficie del vidrio. Después del procesamiento, la unión entre el vidrio y el EVA es irreversible. El EVA, un material poliolefínico, no absorbe agua tan fácilmente como el PVB (como se puede observar en la Tabla 1) y cuando lo hace, la unión adhesiva entre la superficie del vidrio y la capa intermedia es mucho más resistente. EVA es un material adecuado para aplicaciones de borde abierto. A la menor absorción de humedad del EVA se asocian mejores propiedades de aislamiento eléctrico.

En resumen, el EVA tiene propiedades claramente diferentes en comparación con el PVB. Ambos materiales de capa intermedia tienen su campo de aplicación específico. Al ser un material fuerte, menos flexible y más duro, el PVB es especialmente adecuado para aplicaciones de vidrio de seguridad. El material puede absorber muy bien los impactos y, como se analizó en la sección anterior, la adhesión se puede ajustar a tal nivel que pueda desprenderse del vidrio en caso de impacto. EVA, por otro lado, es un material suave y transparente que tiene características de flujo superiores. Su sistema de adhesión es irreversible y menos sensible a la humedad. Todo esto es especialmente interesante para aplicaciones decorativas y estéticas en las que se desea encapsular, por ejemplo, todo tipo de inserciones (telas, mallas metálicas, inserciones metálicas, películas de poliéster,...) en un laminado.

En general, hay muchos colores y diseños diferentes disponibles en el mercado y, por lo tanto, EVA es una alternativa interesante al PVB, especialmente para características de diseño interior y exterior. Con diferencia, el mercado más grande para las láminas de EVA es el mercado fotovoltaico (del que no se hablará en este documento). Debido al alto flujo (relleno de espacios entre células cristalinas y conectores), sistema de reticulación (larga vida útil en condiciones difíciles) y muy buenas propiedades eléctricas, este polímero es especialmente adecuado para esta aplicación, aunque también pueden beneficiarse ciertos proyectos en el mercado arquitectónico. de esta capa intermedia también.

Manipulación y colocación

El EVA es sensible a la humedad cuando aún no está laminado y, por lo tanto, en general se utiliza un embalaje hermético revestido de aluminio, aunque también se utilizan bolsas de polietileno opacas. Las láminas deben almacenarse en estas bolsas herméticas y la temperatura de la sala de almacenamiento debe ser inferior a 35 °C para evitar el bloqueo del rollo. Sin embargo, no es necesario almacenar los rollos en un almacén refrigerado como en el caso del PVB. Aunque la temperatura puede provocar que el material se pegue, no es de la misma magnitud que en el caso del PVB. En caso de que la temperatura no pueda controlarse por debajo de 35°C (regiones cálidas y tropicales), se recomienda pedir EVA con una fina lámina intercalada, pero en general no es necesario.

Sin embargo, es necesario prestar especial atención a la vida útil de esta capa intermedia. Para PVB, el “tiempo recomendado de uso preferente antes” es en general de 3 años, pero esto no se aplica para EVA debido a la presencia del promotor de adhesión y el sistema de reticulación. Ambos son aditivos sensibles y con el tiempo pueden deteriorarse rápidamente en la lámina no procesada. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de láminas de EVA recomiendan una vida útil de 9 meses a un año como máximo, que es considerablemente más corta que la del PVB. Una pregunta común es si el EVA aún se puede procesar después de su fecha de vencimiento. Esto se debe evitar, porque además de que el fabricante ya no ofrece ninguna garantía, la posibilidad de que se formen burbujas durante el procesamiento o incluso durante la vida útil del laminado es bastante grande. Además de esto, también es posible que los materiales caducados presenten una baja adherencia.

No se necesitan requisitos especiales para manipular EVA en la sala de colocación de laminación. Por lo general, no se requiere aire acondicionado ni control de la humedad, pero es necesario evitar que la humedad se condense en la lámina de EVA, lo mismo que ocurre con el procesamiento de PVB. Cuando se saca el material EVA del embalaje, se debe utilizar inmediatamente y los materiales sobrantes se deben volver a embalar después de su uso. Como regla general se puede decir que el EVA no debe permanecer al aire libre durante más de 8 horas.

Durante el laminado de la lámina, es una práctica común que EVA corte la lámina al mismo ancho que el panel de vidrio. En algunos casos pueden sobresalir como máximo 5 mm, pero normalmente no más. El EVA no se encoge ni se deforma de la misma manera que el PVB y no debe compensarse en los bordes. Debido al alto flujo de fusión del EVA, el material también maneja mejor la curvatura de los bordes del vidrio templado y otras deformaciones locales del vidrio. Además, cuando el EVA sobresale demasiado de los bordes, puede doblarse y derretirse en la superficie exterior, lo que complica el posprocesamiento (ver más adelante).

Laminación

En general, el EVA se procesa bastante bien en procesos de horno de vacío. Los procesos con rodillos no se pueden utilizar para desairear el laminado EVA. Debido al bajo punto de fusión y al alto índice de fusión del material, el EVA fluirá mucho más fácilmente que el PVB. En un proceso de rodillo de presión, el EVA simplemente se expulsaría de los paneles de vidrio (como mermelada en un sándwich). La desaireación se realiza generalmente mediante un proceso de vacío. Puede ser un proceso de horno de vacío, un proceso de laminador de vacío o mediante el uso de bolsas de vacío (desechables) en combinación con un autoclave.

Las láminas de EVA tienen una estructura superficial estampada. En el caso del EVA, la estructura de la superficie se graba (presiona) en la superficie durante el enfriamiento de la masa fundida. Esto ofrece una amplia libertad de diseño y, normalmente, cada fabricante tiene su propio diseño de estampado. Además, la estructura de la superficie es generalmente más profunda en comparación con el PVB y está bien controlada, lo que hace que la desaireación del laminado sea bastante manejable. En muchos casos, el estampado de la superficie puede incluso ser asimétrico, con un lado rugoso por un lado y un lado liso por el otro. Esto suele ser el resultado de un diseño asimétrico del rodillo de estampado en la línea de extrusión de EVA y, en general, tiene una ventaja real limitada (pero tampoco ninguna desventaja). Una pequeña ventaja es que al colocar la lámina de EVA con el lado rugoso hacia la superficie del vidrio, aún se puede mover la capa intermedia a una posición que puede resultar interesante para líneas de colocación manuales. Lo contrario ocurre cuando se coloca sobre el lado liso. La lámina se fija mejor (“pegajosidad”) y no se mueve durante el transporte. Normalmente esto se prefiere en líneas totalmente automatizadas.

El mayor mercado de láminas de EVA es el mercado de laminación de módulos fotovoltaicos. El método de laminación al vacío empleado para la producción de paneles fotovoltaicos es, con diferencia, el método más utilizado para las láminas de EVA. Los sistemas de laminación fotovoltaica se han descrito en un artículo anterior, pero sería demasiado lejos describir la laminación de películas EVA en módulos fotovoltaicos en este tipo de laminadores. La principal desventaja de utilizar un laminador fotovoltaico para vidrio arquitectónico es la limitación de tamaño. Los módulos fotovoltaicos suelen tener entre 1,7 y 2 m² y, por lo tanto, las máquinas laminadoras suelen estar diseñadas para ese tamaño.

Muy a menudo, las capas intermedias de EVA se laminan utilizando hornos de bolsas de vacío. Aquí el conjunto se inserta en una bolsa de vacío (de silicona o nailon de un solo uso) y se cierra. A continuación, la bolsa de vacío se traslada al horno. Hay muchos ciclos posibles. Debido a su fácil desaireación y alto flujo, EVA es bastante tolerante con los parámetros de laminación. Las cosas pueden complicarse más cuando se añaden inserciones al laminado. Aquí es necesario ajustar los parámetros de laminación de forma experimental.

Un proceso típico de horno de vacío para EVA comienza con un vacío frío a temperatura ambiente (20°C), donde normalmente el vacío se mantiene durante 30 minutos por metro cuadrado de superficie laminada. Luego la bolsa de vacío se puede calentar hasta 85°C en 30 minutos. En un segundo paso, el horno se calienta aún más hasta 130°C –150°C, dependiendo del caso específico (sistema de curado, complejidad del laminado, tamaño del laminado,…). Cuando se necesita mucho flujo, como en el caso de vidrios con una estructura superficial profunda, se prefiere una temperatura más alta. La temperatura alta debe mantenerse durante 1 a 3 horas, dependiendo del espesor del vidrio y del grado de curado del EVA. Después de la laminación, el laminado se enfría al vacío hasta 40°C, después de lo cual la capa intermedia se enfría lo suficiente como para liberar el vacío. Si no se respeta este período de enfriamiento, es posible que la capa intermedia de EVA blanda aún no sea lo suficientemente fuerte cuando entra aire, lo que puede causar defectos en los bordes. La Figura 5 muestra una representación esquemática de un programa típico de laminación de EVA utilizando un método de horno de vacío.

EVA es ideal para la fabricación de hornos de vacío sin autoclave. A menudo es la capa intermedia y el método de elección cuando es necesario procesar laminados complejos con vidrio y/o inserciones estructurados y/o curvados debido a sus buenas propiedades de fluidez.

En el caso de la laminación de PVB, los autoclaves se utilizan a menudo en combinación con procesos de rodillos de presión y, a veces, desaireación de bolsas/anillos al vacío. En el proceso de autoclave, el aumento de temperatura y presión se utiliza para disolver el aire sobrante que no se elimina en el preproceso en la matriz de PVB. La desaireación de las capas intermedias de EVA es menos engorrosa. Además, dado que no se pueden utilizar procesos de rodillos de presión, se utilizan métodos de vacío, que eliminan el aire de manera más eficiente. En el caso de las capas intermedias de EVA, es necesario eliminar todo el aire y no pueden quedar burbujas de aire adicionales antes de terminar el laminado a una temperatura más alta. Si todavía hubiera burbujas de aire, se congelarían en la matriz polimérica porque el sistema de reticulación limitará el comportamiento de flujo tanto del polímero como de las burbujas de aire. Si la temperatura alcanza la temperatura de reticulación, las burbujas restantes ya no se pueden eliminar. Esto significa que no se necesita necesariamente un proceso de autoclave para la laminación de EVA, pero si el activo está presente en la planta de laminación, se puede utilizar como un horno de vacío a gran escala. Hasta donde sabemos, la alta presión no es realmente necesaria.

La figura 6 muestra un ejemplo de un laminado preparado mediante una bolsa de vacío desechable de nailon. Los bordes del laminado están envueltos con una combinación de tejido de nailon y algodón para evitar que los bordes del vidrio se peguen a través de la bolsa de la aspiradora y también para facilitar el flujo de aire en los bordes del laminado.

Estas bolsas de vacío se pueden transferir al autoclave. En la figura 7 se muestra un ejemplo de un programa de autoclave. Las bolsas de vacío se mantienen bajo vacío constante y se aplican 2 bares adicionales al autoclave.

También son posibles otros programas de autoclave, pero en general no se necesitan altas presiones, laminación prolongada ni altas temperaturas para la laminación de EVA. Una regla general es que es necesario asegurarse de que todo el aire salga (y permanezca fuera) del laminado antes de calentar las pilas y que se produzca la reticulación completa. Se podría notar que el procedimiento de laminación en autoclave se parece mucho al procedimiento en horno de vacío.

Postprocesamiento

El posprocesamiento de los laminados EVA no suele ser difícil. Un punto de atención es realizar un seguimiento de los derrames de EVA desde los bordes. Debido al alto flujo, el flujo de borde también es muy común. En principio, estos derrames en los bordes se pueden eliminar fácilmente recortándolos, ya que el EVA es un polímero blando, como se analizó anteriormente. Sin embargo, la naturaleza blanda también puede causar algunos problemas cuando los bordes de las capas intermedias sobresalen demasiado del laminado. Esto puede provocar que el EVA en la superficie exterior del cristal se doble y se funda durante el procesamiento. Estas tiras adhesivas dobladas a veces son difíciles de quitar. Un chorrito de isopropanol o acetona puede ayudar.

Una herramienta comúnmente utilizada para recortar EVA es un cuchillo calentado. Aunque no es realmente necesario, puede facilitar el trabajo del operador. En caso de que el EVA todavía sea muy flexible durante el corte de los bordes o se adhiera fácilmente a la superficie, ¡esto significa que el EVA no se curó adecuadamente! En este caso debería prestarse más atención a optimizar el proceso. Se debe revisar y limpiar periódicamente el equipo cuando se utiliza EVA, ya que este material puede empezar a adherirse y contaminar el taller fácilmente.

No es el propósito de esta sección enumerar todas las pruebas de laboratorio que se realizan en laminados EVA. Muchas de las pruebas de laboratorio típicas para laminados de PVB también se pueden realizar para laminados de EVA. Sin embargo, existen algunas excepciones y características típicas a tener en cuenta.

Una evaluación de adherencia muy común en la industria del vidrio laminado es la prueba Pummel. La prueba se realiza a una temperatura reducida de -18°C porque está muy por debajo de la temperatura de transición vítrea del PVB. A -18°C, el PVB es bastante frágil y las interacciones adhesivas entre el polímero y el vidrio se pueden evaluar mejor. Si el polímero es demasiado blando (por encima de Tg), los fragmentos de vidrio simplemente serán empujados hacia la masa del polímero y la prueba no es realmente indicativa sólo para la adhesión entre el vidrio y el polímero. Debido a que la Tg del EVA se sitúa a una temperatura mucho más baja (entre -40°C y -30°C), la clásica prueba Pummel a -18°C también da un resultado distorsionado. Se debería enfriar el laminado a menos de -50°C, por ejemplo, para obtener resultados comparables, pero esto es prácticamente imposible (e incluso peligroso). Se puede realizar una prueba Pummel en EVA a -18°C, pero normalmente, si no ocurren grandes problemas, los valores siempre serán muy altos ya que los fragmentos de vidrio son empujados en el EVA muy suave. Sin embargo, siempre tiene sentido hacer la prueba porque si hay un problema realmente grande, también se podrían observar valores de Pummel muy bajos.

Otra prueba de adhesión que se utiliza comúnmente en la industria de capas intermedias de vidrio es la prueba de resistencia al corte por compresión (CSS). Las pruebas de CSS en capas intermedias de EVA se pueden realizar de la misma manera que en el caso de los laminados de PVB, pero se necesita cierta precaución al interpretar los resultados. Debido a la suavidad y el alargamiento (ver tabla 1) de la capa intermedia de EVA, se deforma más fácilmente durante la prueba de corte. Parte de la energía se almacena en la deformación de la capa intermedia de forma diferente que en el caso del PVB, más rígido y resistente. Por lo tanto, en primera instancia, los resultados de EVA y PVB CSS no se pueden comparar entre sí. Además de esto, si recordamos las propiedades mecánicas de la Tabla 1, la resistencia a la tracción del EVA es considerablemente menor que los valores del PVB. Esto podría facilitar la ruptura de la cohesión durante la prueba. Aunque probablemente se necesiten más estudios teóricos sobre este tema, es posible que no se esté midiendo la fuerza adhesiva real, sino que se determine la falla de cohesión en el material. La determinación de la resistencia al corte por compresión de muestras de EVA suele dar valores bastante altos, pero no es seguro si estos valores cuentan la historia real.

Una prueba más sencilla para medir la adhesión del EVA es la prueba de pelado. Se utilizan pruebas de pelado de 180° y 90°, pero la prueba de 180° es probablemente la menos complicada de realizar. Para esta prueba se fabrica un laminado con vidrio – EVA y un material de lámina posterior que aporta rigidez adicional en la prueba. Este material de lámina posterior puede ser una lámina posterior fotovoltaica (a base de PET, no a base de poliolefina). El vidrio se fija en la parte inferior del equipo de prueba y el brazo despegable está formado por EVA y la lámina posterior. Se puede ver la configuración de la prueba a continuación en la Figura 8. Como el CSS siempre arroja valores altos para los laminados de EVA y se obtienen pocas diferenciaciones, la prueba de pelado generalmente brinda una buena representación de la fuerza adhesiva entre el vidrio y el EVA. Para una buena calidad se deben obtener valores de EVA superiores a 80 N/cm, pero habitualmente se pueden observar valores de pelado superiores a 100 N/cm.

Desafortunadamente, es difícil (hasta donde sabemos) realizar la prueba de pelado para muestras de PVB, ya que el PVB muestra una adhesión limitada a las láminas posteriores poliméricas o a los soportes de láminas metálicas.

Otra propiedad muy típica del EVA es el contenido de gel, que es una evaluación de la densidad de reticulación. Si el tiempo de procesamiento fue demasiado corto o si algo salió mal durante la laminación (por ejemplo, una temperatura demasiado baja debido a circunstancias específicas), el sistema de peróxido no habrá reaccionado. Esto dará como resultado un material sin curar y, como describimos anteriormente, esto puede provocar fallas durante la vida útil. Hay algunas formas de evaluar la densidad de reticulación, pero los siguientes métodos mostrarán resultados precisos y repetibles: determinación del contenido de gel mediante extracción Soxhlet y medición de colorimetría diferencial de barrido (DSC). El método DSC es una técnica bastante avanzada y no se analizará en detalle en este artículo. Se puede utilizar para realizar mediciones relativas del potencial de curado restante de una muestra.

El método de extracción Soxhlet es probablemente la forma más sencilla y utilizada de medir el contenido de gel. En este método de extracción, se coloca una muestra prepesada de EVA curado en un disolvente tibio como xileno o tolueno. Nos lleva demasiado lejos discutir el método Soxhlet en detalle, pero el aparato de extracción está construido de tal manera que el disolvente nuevo circula sobre la muestra. El EVA reticulado no se disolverá en el disolvente caliente, pero el material reticulado no lo hará. Después de un tiempo de extracción típico de 8 horas, la muestra de EVA se retira del aparato y se seca en un horno. El EVA sobrante está adecuadamente reticulado y la relación entre el peso inicial y el peso sobrante se denomina contenido de gel. Preferiblemente, el contenido de gel de un EVA adecuadamente curado debería ser superior al 75% para garantizar un buen comportamiento de envejecimiento del EVA.