El Ultramid-A3X de BASF se asegura como una alternativa económica y funcional a los productos de m-PPE

Comparación entre adhesiones de silicona y cintas adhesivas de acrilato en aplicaciones de la tecnología de conexión fotovoltaica

Florian Müller y Stefan Mochev, División Engineering Plastics Europe, BASF Ludwigshafen

13/09/2013

La industria fotovoltaica atraviesa actualmente por una fase de consolidación. Los fabricantes nacionales tienen en este momento que soportar, además de los recortes en las tarifas de retribución del suministro, las presiones en los costes derivadas de la importación de paneles fotovoltaicos baratos procedentes de Asia. Al final, sólo podrán mantenerse empresas que empleen nuevas tecnologías y afronten costes de producción bajos.

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Una posibilidad de economizar costes productivos la ofrecen las cintas adhesivas que se emplean para fijar cajas de conexión a paneles solares cristalinos o de capa fina. En comparación con los adhesivos de silicona habituales, en este caso resulta posible ahorrarse los elevados tiempos de endurecimiento. Desde hace algunos años, la BASF, con sus marcas Ultramid-A3X, viene ofreciendo poliamidas ignífugas (PA) como alternativa a los productos establecidos de polifeniléter modificado (m-PPE) y policarbonato (PC) con vistas a su empleo en la tecnología de conexiones eléctricas fotovoltaicas [Figura 1]. En el marco de un análisis exhaustivo, se ha sometido a ensayo la compatibilidad de los sistemas de adhesión con los diferentes tipos de plásticos.

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Figura 1.

Requisitos y normativas

Las instalaciones fotovoltaicas se dimensionan por regla general previéndose ofrecer una vida útil de 25 años en condiciones medioambientales duras. Debido a ello, los materiales empleados en la técnica de conexión eléctrica de paneles fotovoltaicos deben ser, además de altamente antiinflamables, resistentes a la intemperie, y en particular poseer una buena resistencia al impacto a las bajas temperaturas. Este tipo de plásticos, en efecto, tienen que cumplir los requisitos de no-inflamabilidad especificados por el estándar UL 94, clase de protección contra incendios 5VA [normativa de los Underwriters Laboratories de los EE UU], en cuyo caso los ensayos se realizan, en comparación con las categorías V0 a V2, con potencias de llama diez veces más fuertes. La valoración de la resistencia al impacto a bajas temperaturas se efectúa de conformidad con lo especificado por el cold-impact-test [UL 1703]: esta prueba la superan componentes que a -35 °C no presenten ni fisuras ni cualquier otro tipo de desperfectos tras sufrir el impacto de una esfera de 535 g de peso desde una altura de 1,3 m. También se plantean requisitos relacionados con la resistencia a la radiación ultravioleta [f1 outdoor use: UL 746 C] y a la hidrólisis [85 °C / 85% de humedad relativa durante 1.000 horas: IEC 61215; figura 2].

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Figura 2: La resistencia a la intemperie de materiales destinados a su empleo en instalaciones fotovoltaicas se determina en el test de damp-heat (ensayo de calor húmedo).

Considerándose lo elevado de los requisitos, es evidente que la BASF ofrece a la industria de la energía solar fotovoltaica tipos de material que vienen acreditando sus prestaciones en el sector eléctrico y electrónico desde hace años. Entre ellos se encuentran el grado Ultramid A3X2G7 y el material modificado de alta resistencia al impacto Ultramid A3XZG5.

Aparte de materias primas, BASF ofrece a sus clientes un servicio de asesoramiento completo, integrado, entre otras cosas, por competencia CAE (ingeniería asistida por ordenador) y diseño y ensayo de componentes. De ello son un buen ejemplo los análisis de adherencia a los que BASF ha sometido en especialmente a las cajas de conexión con cintas autoadhesivas de acrilato, en ocasión de una discusión que tuvo lugar en presencia de público especializado.

Los ensayos tenían como objetivo valorar la adherencia de la poliamida y de otros plásticos de uso habitual con diferentes cintas autoadhesivas de acrilato, valorándose a la vez las diversas metodologías de tratamiento preliminar en cada caso empleadas. A fines de comparación se recurrió también a los resultados obtenidos en ensayos con los adhesivos de silicona [figura 3], que han venido utilizándose mayoritariamente hasta la fecha para unir las cajas de conexión con los paneles fotovoltaicos.

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Figura 3: Para pegar cajas de conexión se emplea la mayor parte de las veces silicona RTV1 (I) o una cinta (tape) adhesiva de acrilato de dos caras (II).

Realización de los ensayos y resultados

En los análisis se llevaron a cabo dos series de ensayos esencialmente distintas entre sí, aplicadas, respectivamente, a los adhesivos de silicona y las cintas adhesivas de acrilato.

Adhesivos de silicona

De una parte, se pegaron muestras de ensayo de Ultramid A3XZG5 o polifeniléter modificado (m-PPE) con adhesivo de silicona RTV1 de venta habitual en el mercado [con reticulación a temperatura ambiente, monocomponente], sometiéndoselas a esfuerzos de desprendimiento, es decir, comprobándose su resistencia a la tracción y al cizallamiento [figura 4]. El análisis se efectuó con plástico seco y acondicionado, así como no-envejecido, con posterioridad a un almacenamiento de 1.000 horas a 85 °C y un 85% de humedad relativa del aire, sin que se observasen diferencias significativas entre los plásticos sometidos a ensayo. Digno de notarse es que en este test se produce siempre una fractura cohesiva –un colapso en el adhesivo mismo de silicona–. La unión entre el plástico y el adhesivo permanecía, pues, intacta después de la prueba, por lo que tiene que valorársela como muy buena.

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Figura 4: Pegado con silicona RTV1 de venta habitual en el mercado: la resistencia a tracción y cizallamiento se sitúa a un nivel muy similar en los plásticos sometidos a ensayo.

Cintas adhesivas de acrilato

Al analizarse la fijación de cajas de conexión mediante cintas adhesivas de acrilato [también llamadas 'tapes' de acrilato], diversas muestras plásticas — de las que sólo una parte de ellas habían sido tratadas preliminarmente con una capa de imprimación — fueron unidas a un cristal con cintas adhesivas diversas. Para empezar, las muestras fueron sometidas a una carga constante a temperaturas elevadas diversas. En este test, conocido como 'dry-heat-test' (ensayo de resistencia al calor seco) se partió de una temperatura de 50 °C, elevándose posteriormente dicho valor 10 °C cada 24 horas hasta el colapso de las muestras. Una segunda serie de ensayos [figura 5] incluyó la medición de la adherencia con posterioridad a un almacenamiento en ambiente de calor húmedo [85 °C / 85% de humedad relativa]. En las pruebas, por tanto, no se midieron resistencias, sino el colapso a una temperatura definida [figura 6a] o tras un período de tiempo preestablecido a voluntad [figura 6b].

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Figura 5: Estructura del ensayo de pegado con cinta de acrilato.
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Figura 6a: Pegado con cintas de acrilato, medición tras almacenamiento a 85 °C / 85% de humedad relativa y 250 g de carga (damp heat):muy buena adherencia independientemente del plástico, aunque se observan grandes diferencias entre las distintas cintas.
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Figura 6b: Pegado con cintas (tapes) adhesivas de acrilato, medición tras almacenamiento en seco y 500 g de carga (dry heat): el tratamiento preliminar con una capa de imprimación refuerza la adherencia, con independencia del plástico, de forma significativa.

Los resultados vinieron a indicar lo necesario de que se someta el substrato polimérico a un tratamiento preliminar de imprimación independientemente de cuál sea el plástico empleado. La imprimación es causa de uniones químicas entre substrato y cinta adhesiva, viéndose así mejorada la adherencia y generándose una barrera protectora contra la humedad.

En ausencia de imprimación, en todos los plásticos sometidos al test se produce una fractura adhesiva a temperaturas todavía moderadas, comprendidas entre 50 °C y 100 °C, viéndose, en otras palabras, disuelta la unión entre el plástico y el adhesivo. En cambio, de efectuarse las pruebas con muestras plásticas provistas de una capa de imprimación, en algunos casos hasta temperaturas de 160 °C no se suscitan fracturas de ningún tipo, mientras que en otros la única en producirse es una fractura cohesiva en la cinta adhesiva de acrilato, manteniéndose la unión entre plástico y adhesivo. Únicamente en unos pocos casos se colapsa la adhesión, y ello solamente a temperaturas elevadas. Tampoco entre los distintos tipos de plásticos se aprecian diferencias. Las cintas empleadas fueron cintas adhesivas de espuma de acrilato de venta habitual en el mercado, y los productos de imprimación utilizados los recomendados por los distintos fabricantes de las cintas.

Considerándose los resultados obtenidos en el ensayo de calor seco (dry-heat), el análisis tipo 'damp heat' (calor húmedo), mucho más severo [figura 6b], se llevó a cabo únicamente con muestras a las que se había aplicado una imprimación. Aquí pudieron ya observarse claramente las diferencias entre las distintas cintas adhesivas. Mientras que todas las muestras plásticas superaron sin problemas la unión con la cinta 1 durante 2.000 horas en un clima de calor húmedo, el comportamiento de los plásticos varió muy significativamente con las cintas 2 y 3. Con todo, tampoco aquí se observó que los distintos tipos de plásticos ejerciesen un influjo fundamental.

Conclusiones

Los plásticos sometidos a ensayo pueden pegarse todos ellos con las cintas adhesivas habituales igual de bien que con los adhesivos de silicona RTV1 clásicos. Las diferencias entre los plásticos no son significativas. Los tipos antiinflamables de Ultramid A3X [PA] muestran un nivel igual de elevado que el polifeniléter modificado [m-PPE] y el policarbonato [PC]. En cambio, sí se advierten diferencias evidentes entre los diferentes sistemas de imprimación y las cintas adhesivas.

Esto significa que las cajas de conexión de plástico pueden fijarse bien con cintas adhesivas de acrilato y silicona independientemente de cuál sea el polímero empleado. No obstante, con el fin de obtenerse resultados óptimos tendrían forzosamente que armonizarse entre ellos el tratamiento preliminar y la cinta adhesiva o el adhesivo de silicona empleados, un fenómeno que resulta ya bien conocido por otros sectores del ensamblaje de materiales. Teniéndose siempre presentes las especificaciones de los fabricantes, las cintas adhesivas constituyen, pues, una alternativa a los adhesivos de silicona, porque con su ayuda pueden eliminarse los elevados tiempos de endurecimiento, viéndose así reducidos los costes de producción.

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