Introducción al uso de EVA en la laminación de vidrio

Fecha: 15 de diciembre de 2022

Los encapsulantes basados ​​en EVA se usan 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 para 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 discutirán los antecedentes químicos de las capas intermedias de polímero EVA. Dado que existen diferencias importantes entre la química de EVA y 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 de nicho 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 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 de 4% a 40%. Cuanto menor sea el contenido de VA, más se parecerá el EVA a las propiedades de un polietileno, que es un polímero típicamente cristalino. Cuanto mayor sea el contenido de VA, más amorfo se vuelve el polímero. Esto tiene un efecto significativo en propiedades como la transparencia (cuanto mayor sea el contenido de VA, más transparente será el polímero) y el punto de fusión (cuanto mayor sea el contenido de VA, menor será el punto de fusión). Los EVA con alto contenido de VA también son más suaves y menos quebradizos. Para aplicaciones de capa intermedia y encapsulante solar, se utilizan EVA de alto contenido de VA con un valor típico entre 26 y 28%. En el pasado, también se usaban 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 los 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 un estado de fusión con un flujo de fusión distinto, según 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 construcción de vidrio, 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 "líquido", EVA podría ofrecer una solución. En aplicaciones donde, por ejemplo, es necesario llenar grandes vacíos, podría ser interesante considerar EVA. Esto también explica por qué el principal campo de aplicación de las láminas de laminación de EVA es la laminación de módulos fotovoltaicos cristalinos, donde se necesita un polímero fundido para llenar los espacios entre las células. La aplicación de EVA en comparación con PVB se discutirá 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. Se puede alcanzar fácilmente una temperatura de 75 °C en ciertos entornos, donde incluso una temperatura de servicio de hasta 100 °C no es una excepción. Esto puede dar lugar a la fusión del polímero EVA y, cuando el laminado no está debidamente protegido por un marco, puede provocar la deslaminación de los paneles de vidrio.

Por lo tanto, para aplicaciones exteriores, se desea la formulación de EVA con un sistema de reticulación. Dicho sistema de reticulación se utiliza para unir cadenas de polímeros entre sí. La fusión real de estas cadenas de polímero enlazadas ya no es posible y la capa intermedia permanece sólida a alta temperatura de operación. Como se discutirá más adelante en este documento, el entrecruzamiento tiene lugar al final del ciclo de laminación, después de la fusión y fluidez 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 celdas solares 152 (2016) 10-20

El iniciador de reticulación que se utiliza es un sistema a base de peróxido. Dependiendo de la naturaleza específica del peróxido utilizado, la velocidad a la que tiene lugar la reacción puede verse alterada. La gente habla de curado estándar (o normal), curado rápido o incluso curado ultrarrápido. Para aplicaciones arquitectónicas, generalmente se utilizan peróxidos de curado más lento, donde los mecanismos de curado ultrarrápido se aplican principalmente en 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 un 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 lo tanto, el mecanismo de adhesión del PVB es sensible al agua y reversible. Este no es el caso de EVA. EVA naturalmente 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 de 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. En esencia, la superficie del vidrio consta de una llamada capa de gel con grupos terminales de silanol y agua. El agente de acoplamiento de organosilano que se mezcla en la capa intermedia de EVA tiene dos lados. El lado silano reacciona con los grupos silanol en la superficie del vidrio, lo que da como resultado la liberación de alcoholes. Este enlace es un enlace covalente, por lo 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 usar para adherirse a superficies metálicas y EVA también se puede adherir a otras superficies poliméricas. Sin embargo, en el último caso, a veces es necesario diseñar ciertos polímeros de capa de unión para facilitar una unión polímero-polímero.

En el caso de 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 en 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 escalan necesariamente de forma lineal. Es un mecanismo de adhesión química y un poco una situación 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 aquí las 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 está claro que las propiedades térmicas de ambos sistemas poliméricos son claramente diferentes. Como se discutió 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 un estado completamente fundido. Lo opuesto también es cierto; cuando el polímero se enfría, en principio se solidifica, 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 en el mercado que se utilizan en aplicaciones de acristalamiento arquitectónico. También existen EVA para aplicaciones en 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 definido ni un paso a un estado de fusión pura. Cuando este material se calienta, se volverá más y más suave.

Además de esto, también la diferencia del índice de fluidez (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 más alto. 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 vacíos. Un ejemplo es la aplicación de vidrio con una estructura de superficie profunda donde es necesario rellenar los huecos. En el caso de capas (PVB gruesas), 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 vacíos microscópicos se pueden llenar de manera eficiente.

Además del excelente flujo de EVA, también la adhesión a los metales, debido al sistema de silano, que se explicó en la sección anterior, hace que la encapsulación de insertos y mallas metálicas en laminados de vidrio sea un campo de aplicación típico para EVA.

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

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 a la rotura mucho mayor, lo que lo convierte en un material mucho más flexible. Para aplicaciones de rendimiento de impacto, el PVB es la mejor opción, ya que puede ser un polímero de capa intermedia más fuerte. La Tabla 2 muestra una comparación del rendimiento de 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), y esto hace que estos materiales sean especialmente adecuados para su uso como materiales de capa intermedia. Como se discutió anteriormente, EVA es un polímero muy amorfo que resulta en una alta transmisión de luz y baja dispersión que podría resultar en la formación de neblina. La transmitancia de EVA es muy buena al 91 % y hace que el polímero sea adecuado para aplicaciones altamente estéticas donde se desea una turbidez baja. Sin embargo, todo 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 dar como resultado 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 usa 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 amarilleo, 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 fabricante de la capa intermedia debe controlar bien el color. Esto se logra controlando el proceso de fabricación, pero también seleccionando los aditivos correctos en la formulación de la capa intermedia. Este es ciertamente también el caso de EVA. En el pasado, el EVA tenía la mala reputación de volverse fácilmente amarillo o incluso marrón. El polímero contiene grupos acetato y, debido a la hidrólisis de estos grupos por calor y humedad, puede dar lugar a la formación de ácido acético que puede causar reacciones químicas graves. Además de esto, también los peróxidos sin reaccionar pueden causar problemas. Especialmente en combinación con otros polímeros o metales, esto puede causar una formación severa de burbujas y color. Hoy en día, la decoloración de EVA es un tema menor ya que los aditivos de estabilización modernos pueden mediar mucho mejor en la degradación del polímero, pero uno debe estar atento ya que no todos los fabricantes de capas intermedias de EVA tienen los mismos estándares de alta calidad.

Mucho se ha escrito antes 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 discutió anteriormente, el mecanismo de adhesión del PVB al vidrio es reversible debido a los enlaces H en la superficie del vidrio. El fabricante entrega el PVB con un cierto contenido de humedad ajustado. Este contenido de humedad ajustado es importante ya que determinará el nivel de adhesión inicial en el laminado. Además, de la Tabla 1, está claro que el PVB puede absorber una gran cantidad de humedad al observar la tasa de transmisión de vapor de agua (WVTR) y la absorción de humedad de este polímero. En, por ejemplo, aplicaciones de borde abierto, la humedad puede absorberse provocando la reducción de la hinchazón y la adhesión del PVB durante la vida útil del laminado.

Cuando los bordes se secan de nuevo, la capa intermedia de PVB se encoge y se produce una fisura de adhesión progresiva entre el vidrio y la capa intermedia. En el caso de EVA esto es diferente. El EVA se produce lo más seco posible. La humedad se evita a toda costa cuando incluso el enfriamiento rápido 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 vidrio y EVA es irreversible. El EVA, un material de poliolefina, no absorbe agua tan fácilmente como el PVB (como se puede ver 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. Conectado a la menor absorción de humedad de EVA están las mejores propiedades de aislamiento eléctrico.

En resumen, EVA tiene propiedades claramente diferentes en comparación con 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 impactos muy bien y, como se discutió en la sección anterior, la adhesión se puede ajustar a tal nivel que se puede desprender del vidrio con el impacto. EVA, por otro lado, es un material suave y transparente que tiene características de flujo superiores. Su sistema de adherencia es irreversible y no tan sensible a la humedad. Todo esto es especialmente interesante para aplicaciones decorativas y estéticas donde se desea encapsular por ejemplo todo tipo de insertos (tejidos, mallas metálicas, insertos metálicos, 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 para características de diseño especialmente interiores y exteriores. Con mucho, el mercado más grande para las láminas de EVA es el mercado fotovoltaico (que no se discutirá en este documento). Debido al alto flujo (relleno de espacios entre las células cristalinas y los conectores), el sistema de reticulación (larga vida útil en condiciones difíciles) y muy buenas propiedades eléctricas, este polímero es especialmente adecuado para esta aplicación, aunque también ciertos proyectos en el mercado arquitectónico pueden beneficiarse. 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 revestido de aluminio hermético a la humedad, aunque también se utilizan bolsas de polietileno opaco. Las láminas deben almacenarse en estas bolsas herméticas a la humedad 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 causar autoadherencia, no es de la misma magnitud que en el caso del PVB. En caso de que la temperatura no se pueda controlar por debajo de los 35 °C (regiones cálidas y tropicales), se recomienda pedir EVA con una fina lámina intercalada, pero en general no es necesario.

Sin embargo, se debe prestar especial atención a la vida útil de esta capa intermedia. Para PVB, el "mejor uso recomendado antes de tiempo" es en general 3 años, pero esto no se aplica a EVA debido a la presencia del promotor de adhesión y el sistema de reticulación. Ambos son aditivos sensibles y pueden deteriorarse rápidamente en la hoja no procesada con el tiempo. Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de láminas de EVA aconsejan una vida útil de 9 meses a un año como máximo, que es considerablemente más corta que la del PVB. Una pregunta frecuente es si EVA aún se puede procesar después de su fecha de vencimiento. Esto debe evitarse, porque además del hecho de que el fabricante ya no dará 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 puedan mostrar una baja adherencia.

No hay requisitos especiales necesarios para manejar EVA en la sala de almacenamiento de laminación. Por lo general, no se requiere aire acondicionado o control de la humedad, pero es necesario evitar que la humedad se condense en la lámina de EVA, que es lo mismo para el procesamiento de PVB. Cuando se extrae 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 por más de 8 horas.

Durante el laminado de la hoja, es una práctica común que EVA corte la hoja al mismo ancho que el panel de vidrio. En algunos casos, pueden sobresalir un máximo de 5 mm, pero normalmente no más. El EVA no se contrae 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 el rizado de los bordes del vidrio templado y otras deformaciones locales del vidrio. Además, cuando el EVA sobresale demasiado por los bordes, puede doblarse y derretirse en la superficie exterior, lo que complica el procesamiento posterior (ver más adelante).

Laminación

En general, EVA se procesa bastante bien en procesos de horno al vacío. Los procesos de rodillos no se pueden utilizar para desairear laminados de 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 exprimiría de los paneles de vidrio (como la mermelada en un sándwich). La desaireación generalmente se realiza en un proceso de vacío. Esto puede ser un proceso de horno al vacío, un proceso de laminación al vacío o mediante el uso de bolsas de vacío (desechables) en combinación con un autoclave.

Las láminas de EVA tienen una estructura de superficie en relieve. En el caso de EVA, la estructura superficial se estampa (presiona) en la superficie durante el enfriamiento de la masa fundida. Esto brinda una amplia gama de libertad de diseño y, por lo general, 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 gofrado de la superficie puede ser incluso asimétrico, con un lado rugoso en un lado y un lado liso en el otro. Esto suele ser el resultado de un diseño de rodillo de estampado asimétrico en la línea de extrusión de EVA y, en general, tiene una ventaja real limitada (pero tampoco ninguna desventaja). Una pequeña ventaja es que cuando se coloca 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 ser interesante para las líneas de colocación manual. Lo contrario es cierto cuando se coloca sobre el lado liso. La lámina se fija mejor ("pegajosidad") y no se moverá durante el transporte. Por lo general, esto se prefiere en líneas totalmente automatizadas.

El mercado más grande para las 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 nos llevaría demasiado lejos describir la laminación de películas EVA en módulos fotovoltaicos en este tipo de laminadoras. La principal desventaja de usar un laminador fotovoltaico para vidrio arquitectónico es el tamaño limitado. Los módulos fotovoltaicos suelen estar en el rango de 1,7 a 2 m² y, por lo tanto, las máquinas de laminación suelen estar diseñadas para ese tamaño.

Muy a menudo, las capas intermedias de EVA se laminan utilizando hornos de bolsa de vacío. Aquí se introduce el conjunto en una bolsa de vacío (silicona o nailon de un solo uso) y se cierra. A continuación, la bolsa de vacío se desplaza en un horno. Hay muchos ciclos posibles. Debido a su fácil desaireación y alto flujo, el EVA es bastante indulgente con los parámetros de laminación. Las cosas pueden complicarse más cuando se agregan insertos en el laminado. Aquí, los parámetros de laminación deben ajustarse de forma experimental.

Un proceso típico de horno de vacío para EVA comienza con un vacío en 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 la aspiradora se puede calentar hasta 85°C en 30 minutos. En un segundo paso, el horno se vuelve a calentar a 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 de superficie profunda, se prefiere una temperatura más alta. La temperatura alta debe mantenerse de 1 a 3 horas, según el grosor del vidrio y el 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 está lo suficientemente fría para liberar el vacío. En caso de que no se respete 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 estructurado y/o curvo y/o insertos 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 bolsa/anillo al vacío. En el proceso de autoclave, la mayor temperatura y presión se utilizan 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 usar procesos de rodillos de presión, se usan métodos de vacío que eliminan el aire de manera más eficiente. En el caso de las capas intermedias de EVA, se debe eliminar todo el aire y no pueden aparecer burbujas de aire adicionales antes de que el laminado se termine a una temperatura más alta. Si todavía hubiera burbujas de aire presentes, se congelarían en la matriz polimérica porque el sistema de reticulación limitará el comportamiento de flujo tanto del polímero como de la burbuja de aire. Si la temperatura está alcanzando la temperatura de reticulación, las posibles 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 usar 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 por medio de una bolsa de vacío desechable de nailon. Los bordes del laminado están envueltos con una combinación de nailon tejido y tela de algodón para evitar que los bordes de vidrio se adhieran a 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 un vacío constante y se colocan 2 bares adicionales en el autoclave.

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

Postprocesamiento

El procesamiento posterior de los laminados de 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, tal derrame en los bordes se puede eliminar fácilmente recortando, ya que EVA es un polímero blando, como se mencionó anteriormente. Sin embargo, la naturaleza blanda también puede causar algunos problemas cuando los bordes de la capa intermedia sobresalen demasiado del laminado. Esto puede conducir al plegado y derretimiento del EVA en la superficie exterior del panel de vidrio durante el procesamiento. Estas tiras adhesivas plegadas a veces son difíciles de quitar. Un chorrito de isopropanol o acetona puede ayudar.

Una herramienta de uso común para recortar EVA es un cuchillo calentado. Aunque no es realmente necesario, puede facilitar el trabajo del operador. En caso de que el EVA siga siendo muy flexible durante el recorte de bordes o se adhiera fácilmente a la superficie, ¡esto significa que el EVA no se curó correctamente! Se debe prestar más atención a optimizar el proceso en este caso. Se debe revisar y limpiar regularmente el equipo cuando se usa EVA, ya que este material puede comenzar a adherirse y contaminar el taller con facilidad.

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

Una evaluación de adhesión 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 se empujarán en la masa del polímero y la prueba no es realmente indicativa solo de la adhesión entre el vidrio y el polímero. Debido a que la Tg de EVA está situada a una temperatura mucho más baja (entre -40 °C y -30 °C), la prueba clásica de Pummel a -18 °C también está dando un resultado distorsionado. Se debe enfriar el laminado a menos de -50 °C, por ejemplo, para obtener resultados comparables, pero esto prácticamente no es factible (e incluso es peligroso). Se puede realizar una prueba Pummel en EVA a -18 °C, pero normalmente, si no se producen grandes problemas, los valores siempre serán muy altos, ya que los fragmentos de vidrio se introducen en el EVA muy blando. Sin embargo, siempre tiene sentido hacer la prueba porque si hay un problema realmente grande, también se pueden observar valores de Pummel muy bajos.

Otra prueba de adhesión que se usa comúnmente en la industria de las capas intermedias de vidrio es la prueba de resistencia al corte por compresión (CSS). Las pruebas de CSS en las 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 elongación (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 una manera 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, si recordamos las propiedades mecánicas de la Tabla 1, la resistencia a la tracción del EVA es considerablemente inferior a los valores del PVB. Esto podría conducir a una ruptura cohesiva más fácil 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 cohesiva en el material. La determinación de la resistencia al corte por compresión de las muestras de EVA generalmente arroja valores bastante altos, pero no está seguro si estos valores cuentan la historia real.

Una prueba más sencilla para medir la adhesión de EVA es una prueba de pelado. Se utilizan pruebas de pelado tanto de 180° como de 90°, pero la prueba de 180° es probablemente la menos complicada de realizar. Para esta prueba se hace 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 de desprendimiento consta de 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 de más de 80 N/cm, pero normalmente se pueden ver valores de pelado de más de 100 N/cm.

Desafortunadamente, es difícil (según nuestro conocimiento) hacer la prueba de pelado para muestras de PVB ya que el PVB muestra una adhesión limitada a láminas traseras poliméricas o láminas traseras de metal.

Otra propiedad muy típica de EVA es el contenido de gel, que es una evaluación de la densidad de reticulación. Si el tiempo de procesamiento fue demasiado corto o algo salió mal durante la laminación (por ejemplo, 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 por medio de una extracción Soxhlet y una medición de colorimetría diferencial de barrido (DSC). El método DSC es una técnica bastante avanzada y no se discutirá en detalle en este documento. 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 más utilizada para medir el contenido de gel. En este método de extracción, una muestra previamente pesada de EVA curado se coloca en un solvente 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 solvente fresco circula sobre la muestra. El EVA reticulado no se disolverá en el solvente caliente, pero no lo hará el material reticulado. Después de un tiempo de extracción de típicamente 8 horas, la muestra de EVA se saca del aparato y se seca en un horno. El EVA sobrante se entrecruza adecuadamente, y la relación entre el peso inicial y el peso sobrante se denomina contenido de gel. Preferiblemente, el contenido de gel de un EVA debidamente curado debe ser superior al 75% para garantizar un buen comportamiento de envejecimiento del EVA.