Los recubrimientos depositados como líquidos comúnmente se solidifican por enfriamiento, secado (eliminación de solvente), curado (reacción química), o una combinación de estos procesos.
Por Ing. Orietta León
Inmediatamente después de depositar una solución de recubrimiento se convierte en un líquido. Para compensar la contracción que acompaña a la pérdida de solvente, el material remanente se mueve hacia el sustrato como el solvente se evapora.
Una vez que se evapora suficiente solvente, que el material remanente se solidifique, es por definición capaz de soportar tensiones elásticas.
Como solvente adicional sale del sólido por más secado, el recubrimiento no puede contraerse libremente porque, para ser un recubrimiento, debe adherirse al sustrato.
Esta contracción del volumen causa tensión, que es localmente la diferencia entre el estado de adherencia y el estado de equilibrio, que es libre de estrés (aparte de la presión ambiente isotrópica).
Esta tensión va acompañada de estrés, que está relacionado con el módulo del material remante. En la mayor parte de un recubrimiento, la tensión es únicamente la tensión de tracción en el plano (a bordes e inclusiones surgen concentraciones más complejas de estrés). En los productos finales recubiertos, las tensiones son las principales causas de defectos tales como rizo, deslaminación, y agrietamiento.
Los mecanismos de estrés desarrollados están aún bajo estudio activo. Croll desarrollo una teoría unidimensional simple que estima que, en el plano de estrés en un recubrimiento termoplásticos por evaporación del solvente recubierto sobre sustratos rígidos, el secado era tan lento que la concentración no variaba con la profundidad dentro del recubrimiento.
Croll tomó la tensión para ser únicamente en el plano, uniforme y proporcional a la disminución en la fracción volumétrica del solvente después de que pasara el nivel al cual el recubrimiento se solidifica, y por lo tanto adquiere un módulo elástico.
Las predicciones de Croll del nivel de estrés final coinciden bastante bien con algunas mediciones de la tensión final que hizo con el método de desviación en voladizo.
Otras investigaciones también utilizaron el método de desviación en voladizo para medir la evolución de la tensión en diferentes recubrimientos. A pesar de este progreso, las mediciones experimentales y las determinaciones relevantes de las propiedades físicas son todavía escasas.
En una serie de estudios se utiliza un método de elementos finitos para resolver ecuaciones de elasticidad lineal para predecir la contracción y el estrés desarrollo en arcillas secantes.
Ellos consideraron solo casos de pequeña deformación, para lo cual el transporte de masa no se acopló con el equilibrio mecánico.
Recientemente, otros investigadores fueron los primeros en modelar recubrimientos por secado para tener en cuenta grandes deformaciones. Emplearon un método de elementos finitos para resolver las ecuaciones acopladas de transferencia de masa desde el recubrimiento hasta el flujo de aire, la difusión con convección en capas de solvente-polímero y una relación lineal de tensión a una medida cuadrática de tensión.
Su relación constitutiva era apropiada para sólidos elásticos compresibles, muchos de ellos polímeros. También, examinaron los efectos no solo de la concentración de gradientes (despreciable para Croll) pero también de bordes externos, variaciones de espesor e inclusiones en recubrimientos.
Incorporaron, además el umbral de fluencia y la deformación viscosa posfluencia, y exploraron el efecto del umbral fluencia plástica.
Más recientemente, en otros trabajos también consideraron la gran deformación en el gel por secado, en la cual la difusión no Fickiana se acopla con las contribuciones de estrés de una red polimérica hipoelástica también como un solvente liquido ideal, aunque su análisis se limitó al modelo de recubrimiento elástico.
Difusión de solventes en recubrimiento y transferencia de masa en gas
Parejas por secado no solo mecánicas y de transporte de masa, pero también de transferencia de calor. Para solvente a evaporarse de la superficie libre de un recubrimiento, su calor latente de vaporización debe suministrar ahí. La conducción a través del sustrato, la convección por el gas que fluye y la radiación de los alrededores pueden contribuir.
Estos pueden no ser lo suficientemente rápidos como para evitar el enfriamiento por evaporación de un recubrimiento con solvente cuando se deposita por primera vez.
Sin embargo, cuando la superficie del recubrimiento se ha solidificado, la evaporación se ha ralentizado y la transferencia de calor dentro de la capa es mucho más rápido que la transferencia de masa que la temperatura del recubrimiento es uniforme. Por lo tanto, no se considera la transferencia de calor.
Siempre que el flujo de aire, la temperatura y la presión parcial del solvente impuestos externamente sean uniformes, un recubrimiento depositado puede secarse y solidificarse uniformemente en el plano.
Referencias consultadas
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