La cavitación describe el aumento de burbujas de gas y vapor en un material sometido a vacío. En los adhesivos , el crecimiento de cavidades provoca una gran deformación del material, lo que disipa la energía mecánica. Incluso es un componente esencial de la energía necesaria para superar la adhesión, llamada energía de adhesión .
En un adhesivo, el vacío que provoca la cavitación proviene de la fuerza con la que se tira para romper la adherencia. Más precisamente, en dos pruebas de adherencia clásicas:
El curso de la cavitación en los adhesivos está directamente relacionado con la respuesta de fuerza en una prueba de tachuela de sonda , como se demostró en 1999.
Las cavidades que se desarrollan en el adhesivo bajo tensión provienen de gérmenes de cavitación: se trata de cavitación heterogénea (sin esto, los umbrales de cavitación serían mucho más altos). Se acepta que probablemente haya dos tipos de gérmenes en los adhesivos:
Como las pequeñas burbujas originales (gérmenes) son pequeñas, el entorno circundante debe alcanzar una depresión significativa antes de que comiencen a crecer: este es el umbral de cavitación . Mientras no haya comenzado su crecimiento, tienen muy poco efecto sobre la respuesta mecánica general de la película adhesiva: su resistencia inicial sigue siendo la de una película elástica confinada bajo tensión.
Por otro lado, una vez superado el umbral de cavitación, los gérmenes crecen en forma de caries. Rápidamente son mucho más extensos que los gérmenes iniciales (cuyo tamaño típico es del orden de µm). Por tanto, son esféricos siempre que no se acerquen a las paredes. Posteriormente, crecen lateralmente y se vuelven más anchos que gruesos.
Cuando el volumen total de las cavidades se vuelve comparable al de la película adhesiva, aumentan significativamente su volumen efectivo y, por lo tanto, provocan un alivio de la depresión. Por tanto, este fenómeno da lugar a una detención en el crecimiento de la fuerza de tracción ejercida sobre esta zona del adhesivo, así como a un desplazamiento de las paredes. Este es el origen principal del pico de fuerza registrado durante una prueba de pegajosidad con sonda .
A medida que las cavidades crecen lateralmente, su borde finalmente se acerca a las cavidades vecinas. En consecuencia, los gradientes de presión disminuyen y el crecimiento lateral se ralentiza. El material que queda entre las cavidades vecinas se adelgaza y finalmente forma paredes reales (visibles en la vista superior en la animación en la parte superior de la página).
A medida que las paredes continúan separándose, las cavidades se expanden verticalmente. Cuando las paredes ya están formadas, se trata por tanto de una verdadera espuma bidimensional que se forma y que se estira verticalmente, como demostraron Lakrout y Creton en 1999.
En consecuencia, se observa una meseta de estrés en el registro de una prueba de pegajosidad de la sonda .
Las cavidades no están conectadas al aire exterior. Siendo el adhesivo no volátil, las cavidades están a una presión mucho más baja que la presión atmosférica tan pronto como han crecido significativamente en comparación con su dimensión inicial (como semillas). Por tanto, la presión atmosférica externa contribuye a la fuerza con la que es necesario tirar para liberar el adhesivo. Este es el efecto de ventosa .
En los adhesivos, la fuerza cae repentinamente al final de la meseta de tensión y se escucha un pequeño ruido. En el caso de un fluido muy viscoso (ver ilustraciones al lado), se observa simultáneamente la apertura de las cavidades, un ruido y la caída de la fuerza de tracción. Esta serie de experimentos establece así la interpretación del efecto de succión en líquidos muy viscosos y sugiere que fenómenos similares en adhesivos también resultan de un efecto de succión y una apertura final de las cavidades. En el caso de los adhesivos, esta apertura final no es necesariamente el resultado de una digitalización, ya que los adhesivos fluyen con mayor dificultad.
Aparición y crecimiento de cavidades en un material adhesivo durante una prueba de pegajosidad (fuerza en función del desplazamiento). Aparición y crecimiento de cavidades en un material adhesivo durante una prueba de pegajosidad (fuerza en función del desplazamiento)
Ilustración del efecto de succión: efecto de la presión atmosférica (que varía aquí de 0,4 a 1 atm en una cámara presurizada) sobre la respuesta de fuerza (aquí en función del desplazamiento) de un líquido muy viscoso bajo tensión entre dos placas. Ilustración del efecto ventosa: efecto de la presión atmosférica (que varía aquí de 0,4 a 1 atm en una cámara presurizada) sobre la respuesta de fuerza (aquí en función del desplazamiento) de un líquido muy viscoso bajo tensión entre dos placas.
Cavitación y apertura de cavidades en un fluido muy viscoso: vista superior. Cavitación y apertura de cavidades en un fluido muy viscoso (PDMS con una viscosidad de 1000 Pa s ) bajo tensión entre dos placas rígidas, similar a lo que ocurre en un adhesivo. Las cavidades están desconectadas del exterior y tienen baja presión. En un momento, un dedo de aire golpea repentinamente las cavidades y las llena de aire.
Cavitación y digitación en un fluido viscoso: fuerza, sonido y apertura de cavidades. Cavitación y digitación en un fluido viscoso (PDMS con una viscosidad de 1000 Pa s ) bajo tensión entre dos placas rígidas. Las cavidades están desconectadas del exterior y tienen baja presión. En un momento, un dedo de aire golpea repentinamente las cavidades y las llena de aire. En este momento, la fuerza medida cae bruscamente (curva roja) y se registra un ruido muy breve (pico azul)
Cavitación y apertura de cavidades en un fluido muy viscoso: vista superior. Cavitación y apertura de cavidades en un fluido muy viscoso (PDMS con una viscosidad de 1000 Pa s ) bajo tensión entre dos placas rígidas, similar a lo que ocurre en un adhesivo. Las cavidades están desconectadas del exterior y tienen baja presión. En un momento, algunos dedos de aire alcanzan repentinamente las cavidades y las llenan de aire. Así, el aire fresco salta de una cavidad a otra hasta que todas las cavidades se llenan de aire. Algunas paredes líquidas han sido perforadas por aire durante este proceso.