tecnad

INDICE

PRÓLOGO 15

TEMA 1: INTRODUCCIÓN (Mario Madrid Vega, Loctite España)

1.1 Historia de los adhesivos 17

1.2 Ventajas y desventajas de los adhesivos 18

1.3 Adhesión y cohesión: modos de fallo 20

1.4 Clasificación de los adhesivos 21

TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES ANTES DEL CURADO

(José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante y Mario Madrid Vega, Loctite España)

2.1 Formación de la unión adhesiva (José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 23

2.1.1 Introducción 23

2.1.2 Realización de la unión adhesiva 23

2.1.2.1 Limpieza adecuada de los adherentes 23

2.1.2.2 Selección del adhesivo 23

2.1.2.3 Diseño adecuado de la unión adhesiva 24

2.1.2.4 Obtención de un buen contacto interfacial 24

2.1.2.5 Creación de fuerzas de adhesión intrínsecas en la unión adhesiva 24

2.1.2.6 Control de la reticulación, cristalización o curado del adhesivo 25

2.1.2.7 Determinación de la adhesión 26

2.1.2.8 Determinación de la durabilidad de las uniones adhesivas 26

2.2 Tensión y energía superficiales: el ángulo de contacto

(José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 26


2.2.2 Tipos de ángulos de contacto 27

2.2.3 Ángulos de contacto estáticos 28

2.2.4 Ángulos de contacto dinámicos 29

2.2.5 Determinación de la energía superficial de los sólidos 29

2.2.6 Ángulos de contacto y mojabilidad 31

2.3 Cálculo de tensión superficial, ángulos de contacto y energía superficial

(Juan Carlos Cabanelas Valcárcel, Francisco Javier González Benito y María Eugenia Rabanal Jiménez,

Universidad Carlos III de Madrid) 32

2.3.1 Tensión superficial 32

2.3.1.1 Introducción 32

2.3.1.2 Método de Wilhelmy 32

2.3.2 Ángulos de contacto 32


2.3.2.2 Tipos de ángulos de contacto 33

2.3.2.3 Ángulo de contacto dinámico 33

1

TECNOLOGÍA DE LA ADHESIÓN

2.3.3 Cálculo de la energía superficial 34

2.3.4 Equipo instrumental 35

2.3.5 Procedimiento experimental: determinación de la energía superficial de fibras de vidrio

comerciales 35

2.4 Conceptos básicos de la adhesión (José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 36

2.5 Teorías de la adhesión (José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 37


2.5.2 Modelo mecánico 37

2.5.3 Modelo eléctrico 38

2.5.4 Modelo de la difusión 38

2.5.5 Modelo de la adsorción termodinámica (mojado superficial) 39

2.5.6 Modelo del enlace químico 40

2.5.7 Modelo ácido-base 41

2.5.8 Modelo reológico 41

2.5.9 Modelo de las capas débiles de rotura preferente 42

2.6 Composición de los adhesivos (Mario Madrid Vega, Loctite España) 42

2.7 Reología de los sistemas adhesivos (Mario Madrid Vega, Loctite España) 43


2.7.2 La Reología: comportamientos newtoniano y hookiano 44

2.7.2.1 El comportamiento newtoniano: la viscosidad 44

2.7.2.2 El comportamiento hookiano: la elasticidad 45

2.7.2.3 Desviaciones del comportamiento lineal: comportamiento no newtoniano 45

2.7.3 Factores que afectan a la viscosidad de un fluido no-newtoniano 46

2.7.3.1 Dependencia de la temperatura 46

2.7.3.2 Dependencia de la presión 46

2.7.3.3 Dependencia de la tensión de cortadura 46

2.7.3.4 Dependencia del tiempo de solicitación 48

2.7.4 Comportamiento viscoelástico 48

2.7.5 Medida de las propiedades reológicas 50

2.7.6 Sistemas de medida de las propiedades reológicas 50

2.7.6.1 El viscosímetro tipo sandwich 50

2.7.6.2 El reómetro de flujo capilar 51

2.7.6.3 El reómetro de cono-placa 51

2.7.6.4 El reómetro de Couette 51

2.7.6.5 El reómetro de flujo comprimido 52

2.7.6.6 La espectrometría mecánica 52

2.7.7 Reología y aplicación de los adhesivos 52

TEMA 3: PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES DESPUÉS DEL CURADO

(Juan Carlos del Real Romero, Universidad Pontificia Comillas de Madrid; Mario Madrid Vega,

Loctite España y Francisco López Martín, ETSIN de Madrid)

3.1 Propiedades mecánicas de los adhesivos

(Juan Carlos del Real Romero, Universidad Pontificia Comillas de Madrid) 55

3.1.1 Comportamiento elástico frágil (tipo A) 55

2

INDICE

3.1.1.1 Adhesivos termoestables 55

3.1.1.2 Adhesivos termoplásticos amorfos 55

3.1.2 Comportamiento elastoplástico (tipo B) 56

3.1.3 Comportamiento elástico (tipo C) 56

3.2 Solicitaciones de las uniones adhesivas


3.2.1 Esfuerzos transitorios 60

3.2.2 Esfuerzos estáticos o permanentes 60

3.2.3 Esfuerzos dinámicos 60

3.2.4 Esfuerzos combinados 61

3.3 Mecánica de la fractura (Mario Madrid Vega, Loctite España) 61


3.3.2 Mecánica de la fractura de deformaciones finitas no lineales 62

3.3.3 Limitaciones de la mecánica de la fractura convencional 63

3.3.4 Mecánica de la fractura generalizada 63

3.4 Diseño de la junta adhesiva


3.4.1 Generalidades 65

3.4.2 Reglas de diseño de las uniones adhesivas 66

3.4.2.1 Diseño de uniones a solape 66

3.4.2.2 Diseño de uniones a tope: uniones tubulares 67

3.4.2.3 Diseño de uniones en T 68

3.4.2.4 Diseño de uniones en esquina 68

3.5 Ensayos no destructivos para la evaluación de las uniones adhesivas

(Mario Madrid Vega, Loctite España) 69


3.5.2 Descripción de los defectos 70

3.5.3 Aplicaciones y limitaciones de NDT en las uniones adhesivas 70

3.5.3.1 Inspección visual 70

3.5.3.2 Inspección mediante ultrasonidos 70

3.5.3.3 Radiografía de rayos-X 71

3.5.3.4 Radiografía de neutrones 71

3.5.3.5 Test de la moneda 71

3.5.3.6 Emisión acústica 72

3.5.3.7 Métodos NDT (ensayos no destructivos) especiales 72

3.6 Métodos estándar para la evaluación de las uniones adhesivas


3.6.1 Normas ASTM para la caracterización de uniones adhesivas 73

3.6.2 Ensayos estándar para retenciones y fijaciones con adhesivos anaeróbicos 78

3.6.3 Normativa ISO sobre adhesivos 78

3.6.4 Normativa UNE EN sobre adhesivos 79

3.7 Determinación práctica de las dimensiones de juntas adhesivas solapadas simples

(Juan Carlos del Real Romero, Universidad Pontificia Comillas de Madrid, extraído de información de

CIBA) 83

3.8 Análisis de las uniones a solape (Francisco López Martín, ETSIN de Madrid) 84

3


3.8.1 Análisis elástico lineal 84

3.8.2 Análisis de Volkersen 85

3.8.3 Análisis de Goland y Reissner 86

3.8.4 Efecto de la flexión en una unión a solape doble 88

3.8.5 Segunda teoría de Volkersen 88

3.8.6 Revisión de Forest Products Laboratory (FPL) 88

TEMA 4: PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES A ADHERIR O SELLAR

(José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante; Francisco López Martín, ETSIN de Madrid y

Mario Madrid Vega, Loctite España)

4.1 Introducción: objetivos (José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 89

4.2 Descripción de los tratamientos (José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante) 90

4.2.1 La limpieza superficial 90

4.2.2 El desengrasado en fase vapor 90

4.2.3 El tratamiento en baño de ultrasonidos 90

4.2.4 El frotado, la inmersión y el spray 90

4.2.5 Los tratamientos abrasivos 91

4.2.6 Los tratamientos químicos 91

4.2.7 Los primers 91

4.2.8 Los tratamientos de llama 92

4.2.9 El plasma de baja presión 92

4.2.10 La descarga en corona 93

4.3 Tratamientos superficiales de sólidos de baja energía superficial


4.3.1 Polímeros fluorados 93

4.3.2 Poliolefinas 93

4.3.3 Cauchos 94

4.3.4 Siliconas y cauchos termoplásticos 94

4.4 Tratamientos superficiales de sólidos de alta energía superficial


4.4.1 Materiales cerámicos 94

4.4.2 Materiales metálicos 94

4.5 Microgeometría superficial: rugosidad (Mario Madrid Vega, Loctite España) 95

4.6 Preparación superficial de materiales estructurales (Francisco López Martín, ETSIN de Madrid) 97


4.6.2 Preparación superficial de los metales 98

4.6.2.1 La limpieza superficial 98

4.6.2.2 Los tratamientos abrasivos 99

4.6.2.3 Los tratamientos químicos 99

4.6.2.4 Los inhibidores para el retardo de la hidratación 99

4.6.2.5 El tratamiento con plasma 99

4.6.2.6 La aplicación de “primers” 99

4.6.3 Tratamientos superficiales de los materiales metálicos más frecuentes 101

4.6.3.1 Aleaciones de aluminio 101

4

INDICE

4.6.3.2 Aceros 103

4.6.3.3 Aleaciones de titanio 104

4.6.3.4 Cobre 105

4.6.4 Tratamiento superficial de los cerámicos estructurales 105

TEMA 5: ADHESIVOS Y SELLADORES PREPOLIMERIZADOS

(Mario Madrid Vega, Loctite España, incluye información extraída de documentación facilitada por 3M

e IBERCERAS)

5.1 Adhesivos prepolimerizados en fase líquida 107

5.1.1 Adhesivos prepolimerizados en solución acuosa 107

5.1.2 Adhesivos prepolimerizados en solución orgánica 108

5.1.3 Adhesivos prepolimerizados en emulsión 108

5.2 Adhesivos prepolimerizados en fase sólida 109

5.2.1 Adhesivos piezosensibles 109


5.2.1.2 Teoría de los autoadhesivos 109

5.2.1.3 Clases de autoadhesivos 110

5.2.1.4 El uso de resinas en los autoadhesivos 112

5.2.1.5 Clases de cintas adhesivas 113

5.2.2 Adhesivos termofusibles 114


5.2.2.2 Composición de los hot-melt 115

5.2.2.3 Polímeros y copolímeros empleados en la formulación de un hot-melt 115

5.2.2.4 Resinas empleadas en la formulación de un hot-melt 115

5.2.2.5 Ceras empleadas en la formulación de un hot-melt 116

5.2.2.6 Formas de aplicación de un hot-melt 116

5.2.2.7 Características de los hot-melt 116

5.2.2.8 Aplicaciones de los hot-melt 117

TEMA 6: ADHESIVOS Y SELLADORES REACTIVOS

(Mario Madrid Vega, Loctite España y Juan Manuel Martín García, Loctite España)

6.1 Principios sobre la polimerización 119


6.1.2 Tipos de polimerización 120

6.1.3 Poliadición o polimerización “en cadena” 120

6.1.4 Policondensación o polimerización “en etapas” 121

6.2 Adhesivos rígidos 122

6.2.1 Los anaeróbicos 123

6.2.1.1 Generalidades 123

6.2.1.2 Composición de los anaeróbicos 123

6.2.1.3 Mecanismo de curado de los anaeróbicos 124

6.2.1.4 Ventajas de los anaeróbicos 125

6.2.1.5 Desventajas de los anaeróbicos 125

5


6.2.1.6 Aplicaciones de los anaeróbicos 126

6.2.2 Los cianoacrilatos 126


6.2.2.2 Composición de los cianoacrilatos 127

6.2.2.3 Mecanismo de curado de los cianoacrilatos 127

6.2.2.4 Ventajas de los cianoacrilatos 128

6.2.2.5 Desventajas de los cianoacrilatos 128

6.2.2.6 Aplicaciones de los cianoacrilatos 129

6.2.3 Los epoxis 129


6.2.3.2 Composición de los epoxis 129

6.2.3.3 Mecanismo de curado de los epoxis 130

6.2.3.4 Ventajas de los epoxis 131

6.2.3.5 Desventajas de los epoxis 131

6.2.3.6 Aplicaciones de los epoxis 132

6.3 Adhesivos tenaces 132

6.3.1 Los acrílicos 132


6.3.1.2 Composición de los acrílicos 132

6.3.1.3 Mecanismo de curado de los acrílicos 133

6.3.1.4 Ventajas de los acrílicos 134

6.3.1.5 Desventajas de los acrílicos 135

6.3.1.6 Aplicaciones de los acrílicos 135

6.3.2 Los anaeróbicos tenaces 135


6.3.2.2 Composición de los anaeróbicos tenaces 135

6.3.2.3 Mecanismo de curado de los anaeróbicos tenaces 136

6.3.2.4 Ventajas de los anaeróbicos tenaces 136

6.3.2.5 Desventajas de los anaeróbicos tenaces 136

6.3.2.6 Aplicaciones de los anaeróbicos tenaces 136

6.3.3 Los cianoacrilatos tenaces 136


6.3.3.2 Composición de los cianoacrilatos tenaces 136

6.3.3.3 Mecanismo de curado de los cianoacrilatos tenaces 137

6.3.3.4 Ventajas de los cianoacrilatos tenaces 137

6.3.3.5 Desventajas de los cianoacrilatos tenaces 137

6.3.3.6 Aplicaciones de los cianoacrilatos tenaces 137

6.3.4 Los epoxis tenaces 138


6.3.4.2 Composición de los epoxis tenaces 138

6.3.4.3 Mecanismo de curado de los epoxis tenaces 138

6.3.4.4 Ventajas de los epoxis tenaces 138

6.3.4.5 Desventajas de los epoxis tenaces 138

6.3.4.6 Aplicaciones de los epoxis tenaces 139

6.4 Adhesivos flexibles 139

6

INDICE

6.4.1 Las siliconas 140


6.4.1.2 Composición de las siliconas 140

6.4.1.3 Mecanismo de curado de las siliconas 140

6.4.1.4 Ventajas de las siliconas 141

6.4.1.5 Desventajas de las siliconas 141

6.4.1.6 Aplicaciones de las siliconas 141

6.4.2 Los poliuretanos 142


6.4.2.2 Composición de los poliuretanos 142

6.4.2.3 Mecanismo de curado de los poliuretanos 143

6.4.2.4 Las imprimaciones para los poliuretanos 143

6.4.2.5 Ventajas de los poliuretanos 144

6.4.2.6 Desventajas de los poliuretanos 144

6.4.2.7 Aplicaciones de los poliuretanos 144

6.4.3 Los silanos modificados 144


6.4.3.2 Composición de los silanos modificados 144

6.4.3.3 Mecanismo de curado de los silanos modificados 144

6.4.3.4 Ventajas de los silanos modificados 145

6.4.3.5 Desventajas de los silanos modificados 145

6.4.3.6 Aplicaciones de los silanos modificados 145

TEMA 7: TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES

(Francisco Javier Valle Fonck, Loctite España; Juan José Lesmes Celorrio, Loctite España; Mario

Madrid Vega, Loctite España; Francisco López Martín, ETSIN de Madrid; Rafael González Díaz,

EUITA de Madrid y Eva Royuela Prieto, Loctite España)

7.1 Tecnologías anaeróbicas

(Francisco Javier Valle Fonck, Loctite España y Juan José Lesmes Celorrio, Loctite España) 147

7.1.1 Fijación y sellado de elementos roscados 147


7.1.1.2 Teoría de los montajes roscados: relación par de montaje/precarga 147

7.1.1.3 Par de desmontaje 149

7.1.1.4 Autoaflojamiento 150

7.1.1.5 Control del par de desmontaje con productos anaeróbicos 151

7.1.1.6 Atornillado de bridas con juntas 151

7.1.1.7 Sellado de roscas 153

7.1.1.8 Sistemas de sellado de roscas 153

7.1.1.9 Factores a considerar para el sellado de roscas 154

7.1.2 Retención de montajes cilíndricos 155


7.1.2.2 Inconvenientes de los sistemas tradicionales para la retención de piezas cilíndricas 156

7.1.2.3 Los adhesivos para la retención de elementos cilíndricos 157

7.1.2.4 Tipos de retenciones con adhesivos 158

7


7.1.2.5 Propiedades de los montajes por deslizamiento con adhesivo 158

7.1.2.6 Propiedades de los montajes a presión con adhesivo 160

7.1.2.7 Propiedades de los montajes por contracción en caliente con adhesivo 162

7.1.2.8 Mejoras que introducen los montajes con interferencia adheridos sobre los montajes

convencionales sin adhesivo 164

7.1.2.9 Otros diseños de retenciones adheridas 165

7.1.2.10 Cálculo de la resistencia de las retenciones 165

7.1.2.11 Aplicaciones típicas de retención de elementos cilíndricos 166

7.1.2.12 Efecto de las dilatación térmica diferencial 167

7.1.3 Sellado y acoplamiento de bridas 168

7.1.3.1 Generalidades del sellado de bridas 168

7.1.3.2 Juntas de Formación “In situ” (FIS) 169

7.1.3.3 Juntas rígidas de Formación “In Situ” (FIS rígidas) 169

7.1.3.4 Diseño de juntas rígidas con selladores anaeróbicos 169

7.1.3.5 Acoplamiento de bridas 171

7.1.3.6 Diseño de los acoplamientos de bridas tradicionales 171

7.1.4 Sellado de porosidades 172

7.1.4.1 Impregnación de piezas de fundición 173

7.1.4.2 Impregnación de piezas de metal sinterizado 174

7.1.4.3 Integración de la impregnación en otros procesos 174

7.2 Tecnología del curado por luz (extraído de información interna de Loctite) 175


7.2.2 Principios básicos del curado por luz 175

7.2.2.1 El espectro electromagnético 175

7.2.2.2 Tipos de luz UV y luz visible 176

7.2.2.3 Uso comercial de la energía radiante 176

7.2.2.4 Química: la polimerización producida por la luz 176

7.2.2.5 Tipos de sistemas de curado por luz 177

7.2.2.6 Sistemas de radicales libres 177

7.2.2.7 Sistemas catiónicos 177

7.2.3 Equipos para el curado por luz 177

7.2.4 Factores a considerar para emplear las técnicas de curado por luz 177

7.2.4.1 Correspondencia entre el espectro de emisión y el fotoiniciador 177

7.2.4.2 Intensidad de luz sobre el producto 178

7.2.4.3 La potencia de la lámpara 178

7.2.4.4 Distancia entre la lámpara y el sustrato 178

7.2.4.5 Tipo de reflector 178

7.2.4.6 Duración de la lámpara 178

7.2.4.7 Características de transmisión del sustrato 178

7.2.4.8 Medición de la intensidad de luz 179

7.2.4.9 Profundidad de curado 179

7.2.4.10 Curado superficial 179

7.2.4.11 Velocidad de curado 180

7.2.5 Familias de adhesivos de curado por luz 180

8

INDICE

7.3 Técnicas de sellado y rellenado con elastómeros

(Mario Madrid Vega, Loctite España y Francisco Javier Valle Fonck, Loctite España) 180


7.3.2 La tecnología del sellado 181

7.3.3 Familias de selladores elásticos más importantes y sus aplicaciones 181

7.3.4 Juntas flexibles de Formación “In Situ” (FIS flexibles) 182

7.3.5 Diseño de juntas flexibles con selladores de silicona 183

7.3.6 Juntas de Curado “In Situ” (CIS) 183

7.4 Unión estructural con adhesivos (Mario Madrid Vega, Loctite España) 184

7.4.1 Concepto de estructuralidad 184

7.4.2 Familias de adhesivos estructurales 185

7.4.3 Diseño de estructuras adheridas 186

7.4.3.1 Diseño con adhesivos rígidos 186

7.4.3.2 Diseño con adhesivos tenaces 189

7.4.3.3 Diseño con adhesivos flexibles 191

7.4.4 Comportamiento de los adhesivos estructurales frente a cargas de pelado y de desgarro 191

7.4.5 Aplicaciones estructurales de los adhesivos 192

7.5 Uniones híbridas (Francisco López Martín, ETSIN de Madrid) 193


7.5.2 La investigación en unión de materiales en Europa 193

7.5.3 Generalidades de la unión híbrida soldadura/adhesivo 194

7.5.4 Configuración de la unión 195

7.5.5 Ventajas de la unión híbrida 197

7.5.6 Preparación superficial 197

7.5.7 Selección del adhesivo 199

7.5.8 Utillaje para uniones híbridas 200

7.5.9 Técnicas para uniones híbridas 200

7.5.10 Control de calidad 201

7.5.11 Ejemplos de aplicación de uniones adhesivas e híbridas en vehículos 201

7.6 Adhesivos aeronáuticos y espaciales: usos y aplicaciones

(Rafael González Díaz, EUITA de Madrid) 205


7.6.2 Tipos de adhesivos en la industria aeroespacial 206

7.6.2.1 Adhesivos para la madera: la caseína y los adhesivos sintéticos de urea-formaldehído 206

7.6.2.2 Adhesivos fenólicos y vinil-fenólicos 206

7.6.2.3 Adhesivos nitrilo-fenólicos 207

7.6.2.4 Adhesivos epoxi-fenólicos 207

7.6.2.5 Adhesivos epoxi 208

7.6.2.6 Adhesivos acrílicos 208

7.6.2.7 Adhesivos anaeróbicos 208

7.6.2.8 Adhesivos cianoacrílicos 209

7.6.2.9 Adhesivos de alta temperatura basados en poliimidas 209

7.6.2.10 Adhesivos base silicona 209

7.6.3 Tratamientos superficiales 210

9


7.6.3.1 Madera 210

7.6.3.2 Aluminio 210

7.6.3.3 Titanio 211

7.6.3.4 Plásticos y materiales compuestos poliméricos 211

7.6.3.5 Imprimación superficial 212

7.6.4 Diseño de las uniones adhesivas 212

7.6.4.1 Unión de estructuras metálicas 214

7.6.4.2 Estructuras nido abeja 214

7.6.4.3 Estructuras de composites 214

7.7 Adhesivos y selladores para la Electrónica

(Eva Royuela Prieto, Loctite España y Mario Madrid Vega, Loctite España) 215

7.7.1 Adhesión de componentes a placas de circuitos impresos 215

7.7.1.1 La Tecnología de Montaje Superficial (SMT) 215

7.7.1.2 Componentes para Montaje Superficial (SMD) 217

7.7.1.3 Placas de Circuito Impreso (PCB) 217

7.7.1.4 Adhesivos “chipbonder”: requisitos 218

7.7.1.5 Reología de los “chipbonder” 219

7.7.1.6 Sistemas de dosificación 220

7.7.1.7 Resistencia al movimiento del “chip” 222

7.7.1.8 Perfil de una estación de curado 222

7.7.1.9 Medida de la resistencia de la unión 222

7.7.1.10 Resistencia a procesos de soldadura 223

7.7.1.11 Propiedades eléctricas y frente a la corrosión de los “chipbonder” 224

7.7.1.12 Envasado y almacenaje de los “chipbonder” 224

7.7.2 Las pastas de soldar 225


7.7.2.2 Ventajas del proceso de soldadura con pastas de soldar 226

7.7.2.3 Métodos de aplicación de las pastas de soldar 226

7.7.2.4 Proceso de soldadura por reflujo 228

7.7.2.5 Limpieza de las uniones 229

7.7.3 Revestimientos conformados 229


7.7.3.2 Funciones de los revestimientos conformados 230

7.7.3.3 Factores a considerar para realizar un revestimiento conformado 230

7.7.3.4 Familias de adhesivos para el revestimiento de las PCB’s 230

7.7.3.5 Las técnicas de curado mediante luz ultravioleta 231

7.7.3.6 La limpieza de los sustratos 231

7.7.3.7 Métodos de aplicación de los revestimiento conformados 232

7.7.4 La tecnología del enmascaramiento 232


7.7.4.2 Sistemas de enmascaramiento 233

7.7.5 Sellado de relés 233


7.7.5.2 Requisitos para sellar relés 233

7.7.5.3 Partes de un relé 234

10

INDICE

7.7.5.4 Aplicaciones de sellado en los relés 234

7.7.6 Compuestos para el relleno y encapsulado 235


7.7.6.2 Tipos de productos para el relleno y el encapsulado 235

7.7.7 Adhesión de disipadores de calor: adhesivos conductores térmicos 235


7.7.7.2 Métodos de conexión entre elementos de potencia y disipadores de calor 235

7.7.7.3 Métodos actuales para el acoplamiento de disipadores de calor 236

7.7.8 Adhesivos conductores eléctricos 236

7.7.9 Nuevas tecnologías SMD 236

7.7.9.1 Técnicas Chip on Board 236

7.7.9.2 Técnicas Flip Chip on Board (FCOB) 237

TEMA 8: COMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE LAS UNIONES ADHESIVAS

(Juan Carlos Suárez Bermejo, ETSIN de Madrid)

8.1 Introducción 239

8.2 Efecto de la temperatura 240

8.2.1 Efectos interfaciales 240

8.2.2 Transiciones térmicas en adhesivos 240

8.2.3 Degradación térmica de adhesivos 242

8.2.3.1 Despolimerización 242

8.2.3.2 Degradación oxidativa 242

8.2.4 Límite de temperatura de los adhesivos 243

8.3 Efecto de la humedad 243

8.3.1 Difusión de agua en adhesivos 244

8.3.2 Degradación de la resistencia y modos de fallo 245

8.3.3 Mecanismos de pérdida de resistencia 247

8.3.3.1 Desplazamiento del adhesivo por el agua 247

8.3.3.2 Hidratación de capas de óxidos 248

8.3.4 Mejoras de la durabilidad de la unión 248

8.3.4.1 Interposición de barreras a la difusión de agua 248

8.3.4.2 Inhibición o retardo de la hidratación 249

8.3.4.3 Aplicación de la imprimación 249

8.4 Efectos combinados de la temperatura, la humedad y las tensiones mecánicas 250

8.4.1 Ensayos acelerados 250

8.4.2 Temperatura, humedad y tensión mecánica 252

8.4.2.1 Tensión mecánica 252

8.4.2.2 Temperatura 252

8.4.2.3 Humedad 253

8.4.2.4 Temperatura-Humedad 253

8.4.2.5 Humedad-Tensión mecánica 253

8.5 Durabilidad y predicción de la vida en servicio de uniones adhesivas estructurales 254

8.5.1 Ensayos a corto plazo 254

8.5.2 Ensayos a largo plazo 255

11


8.5.3 Comparación de los ensayos a corto y largo plazo 257

TEMA 9: ASPECTOS RELACIONADOS CON LA APLICACIÓN DE LOS ADHESIVOS Y

LOS SELLADORES (Manuel Ramos Rey, Loctite España; Eloy Ingraín Caballero,

Loctite España y Mario Madrid Vega, Loctite España) 259

9.1 Dosificación y curado de los adhesivos

(Manuel Ramos Rey, Loctite España y Eloy Ingraín Caballero, Loctite España) 259

9.1.1 Equipos para la dosificación de los adhesivos 259


9.1.1.2 Tipos de sistemas dosificadores de adhesivos 260

9.1.1.3 Sistemas dosificadores presión-tiempo 261

9.1.1.4 Sistemas detectores 262

9.1.2 Equipos para el curado por luz 262

9.1.2.1 La fuente de luz 262

9.1.2.2 Espectro de emisión 262

9.1.2.3 Intensidad 263

9.1.2.4 Lámparas de uso industrial 264

9.1.2.5 Lámparas de luz negra 264

9.1.2.6 Lámparas de vapor de mercurio de presión media con electrodos 264

9.1.2.7 Lámparas de vapor de mercurio de presión alta 265

9.1.2.8 Lámparas de vapor de mercurio sin electrodos 266

9.1.2.9 Lámparas de haluro metálico 266

9.1.2.10 Otras fuentes de luz 266

9.1.2.11 El reflector 267

9.1.2.12 La refrigeración 267

9.2 Seguridad e Higiene (Mario Madrid Vega, Loctite España) 267

9.2.1 Seguridad e Higiene de los adhesivos 267

9.2.1.1 Potencial y peligrosidad real 267

9.2.1.2 La regulación sobre materiales peligrosos 268

9.2.1.3 Información sobre sustancias peligrosas:

establecimiento de los niveles de riesgo toxicológico 268

9.2.1.4 Evaluación de los riesgos toxicológicos: el TLV 269

9.2.1.5 Seguridad e Higiene de los adhesivos 269

9.2.2 Seguridad e Higiene de los equipos empleados en las técnicas de curado por luz 270

9.2.2.1 Emisión ultravioleta 270

9.2.2.2 Quemaduras UV en la piel y en los ojos 270

9.2.2.3 Equipo de protección 271

9.2.2.4 Límites de exposición 271

9.2.2.5 Exposición al ozono 271

9.2.2.6 Alto voltaje y alta temperatura 271

9.2.2.7 Manipulación de la lámpara 271

12

INDICE

TEMA 10. GLOSARIO DE TÉRMINOS

(Información basada en la norma UNE PNE-EN 923 sobre “Adhesivos, Términos y Definiciones”) 273

TEMA 11. BIBLIOGRAFÍA Y PUBLICACIONES RELACIONADAS

(Basado en la información facilitada por Francisco López Martín, ETSIN de Madrid; Juan Carlos

Suárez Bermejo, ETSIN de Madrid; José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante y Mario

Madrid Vega, Loctite España) 289

13


Transcurridos tres años desde nuestra primera experiencia en el desarrollo de programas de forma-ción sobre adhesivos dirigidos a profesorado, volvemos a recopilar una parte importante de la informa-ción actualizada sobre el mundo de los adhesivos.

En aquella primera experiencia, que comenzó en el verano de 1996, se reunieron los conocimientosque se consideraban necesarios para capacitar al lector en la decisión y el uso de los adhesivos como solu-ción al ensamblaje y al sellado de materiales. Posteriormente, entre los meses de Enero y Septiembre de1997 se revisó y completó toda esa información conjuntamente con Miguel Ángel Martínez Casanova,profesor de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, y Juan Carlos delReal Romero, profesor de la Universidad Pontificia Comillas de Madrid (I.C.A.I.). Todo ello gracias alinterés y al apoyo mostrados por José Manuel Campos Hernández, Subdirector de las Escuelas Técnicasde la Universidad Pontificia Comillas de Madrid (I.C.A.I.), y por José Manuel Torralba Castelló,Catedrático del Área de Materiales de la Escuela Técnica de la Universidad Carlos III de Madrid.

En esta ocasión, hemos reunido un foro de más de veinte profesores y catedráticos de diferentesescuelas de ingeniería y facultades procedentes de la Comunidad de Madrid durante los meses deNoviembre de 1999 y Junio de 2000. Gracias a la participación de más de diez ponentes hemos conse-guido abarcar una visión completa y plural que cubre los aspectos más relevantes sobre el mundo de losadhesivos. Es muy probable que ciertas informaciones sean redundantes, pero hemos preferido respetarlos textos elaborados por cada autor. En contrapartida, la versión actual es más rica y plural, tanto por laparticipación de un mayor número de ponentes, como por la tan diversa procedencia de la informaciónaquí reunida.

Con esta recopilación se pretende cubrir el vacío que hay actualmente sobre el conocimiento acercadel fenómeno de la adhesión y de los adhesivos. Está dirigida fundamentalmente a estudiantes de ciclossuperiores, más concretamente de carreras técnicas, aunque el enfoque de la obra cubre tanto aspectostecnológicos, como físico-químicos, los cuales son básicos para comprender el fenómeno de la adhesión.Se ha pretendido reunir en una misma obra conocimientos sobre los principios de la adhesión y, al mismotiempo, sobre los usos y tecnologías actuales asociadas a los adhesivos.

Esperamos que todo este esfuerzo común sirva como plataforma de lanzamiento para que esta expe-riencia se lleve a otras comunidades y que el conocimiento sobre adhesivos se haga extensivo a todas lasescuelas de ingeniería.

Agradecemos su participación como ponentes a José Miguel Martín Martínez (Universidad deAlicante), Mª Eugenia Rabanal (Universidad Carlos III de Madrid), Juan Carlos del Real Romero(Universidad Pontificia Comillas de Madrid), Francisco López Martín (ETSI Navales de Madrid),Miguel Ángel Martínez Casanova (Universidad Carlos III de Madrid), Juan Manuel Martín García(Loctite España), Francisco Javier Valle Fonck (Loctite España), Juan José Lesmes Celorrio (LoctiteEspaña), Rafael González Díaz (EUIT Aeronáutica de Madrid), Javier Sánchez-Valero Catalá (CASA),Eva Royuela Prieto (Loctite España), Juan Carlos Suárez Bermejo (ETSI Navales de Madrid) y EloyIngrain Caballero (Loctite España).

A la ETSI Navales de Madrid y, en particular, a Juan Carlos Suárez Bermejo y Francisco López

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PRÓLOGO

Martín por hacer posible la presencia de José Miguel Martín Martínez (Universidad de Alicante) enMadrid.

A Antonio Segura (LOCTITE ESPAÑA), Marcial Ares (SONOPRES IBERMEMORY) y EmilioRamos (CICSA) por hacer posible la visita a líneas de fabricación con uso de adhesivos.

A Raúl Verdú (INSTITUTO DE F.P. “Puerta Bonita”) por su enorme trabajo arreglando todas lasfiguras y maquetando toda la información, dándole presencia.

A Natividad Antón Iglesias (Universidad Carlos III de Madrid), Antonio Portolés García (ETSIIndustriales de Madrid), Javier Oñoro López (ETSI Industriales de Madrid), Gerardo Romaní Labanda(ETSI Industriales de Madrid), Giancarlo Soler (ETSI Industriales de Madrid), Antonia Jiménez Morales(Universidad Carlos III de Madrid), María del Mar Cledera Castro (Universidad Pontificia Comillas deMadrid), Juan Carlos del Real Romero (Universidad Pontificia Comillas de Madrid), Juan Carlos SuárezBermejo (ETSI Navales de Madrid), Francisco López Martín (ETSI Navales de Madrid), Alicia LarenaPellejero (ETSI Industriales de Madrid), Daniel F. Gallego Ramos (EUIT Aeronáutica de Madrid),Jacinto Julio Alonso Pérez (EUIT Aeronáutica de Madrid), Julián José Narbón Prieto (EUIT Industrial deMadrid), José Antonio Lozano Ruiz (EUIT Industrial de Madrid), Sara Gómez Martín (EUIT Industrialde Madrid), Ricardo García Ledesma (EUIT Industrial de Madrid), Philip Siegmann (UniversidadComplutense de Madrid, Facultad de Físicas), Luis Miguel Sánchez Brea (Universidad Complutense deMadrid, Facultad de Físicas) y Luis Lobato (Universidad Complutense de Madrid, InstitutoMeteorológico) por su asistencia a las conferencias.

Y al Departamento Técnico de Loctite España (Consuelo López, Benigno Gómez, Manuel Ramos,Juan José Lesmes, Juan Manuel Martín, Francisco Javier Valle, Jesús Sánchez y Eloy Ingraín) por suapoyo incondicional, tanto logístico como técnico.

NOTA IMPORTANTE: Este libro no ha sido elaborado ni para su comercialización, ni para bene-ficio económico de nadie. No es un libro a la venta. Las informaciones contenidas han sido cedidas porparte de los respectivos autores, sin interferir en modo alguno con los derechos de autor que pudieranderivarse de su publicación en cualquier medio. La finalidad única de este libro es la difusión del cono-cimiento sobre los adhesivos.

Madrid, 15 de Octubre de 2000

16

PRÓLOGO

1.1 Historia de los adhesivos1.1 Historia de los adhesivos

Si miráramos atentamente a nuestro alrededorpodríamos observar que la práctica totalidad delos objetos que nos rodean presentan ejemplos deadhesiones. Sin ir más lejos, en el mundo animalpodemos encontrar ejemplos sobre el uso de agen-tes adhesivos: así, por ejemplo, las telas de arañadeben su consistencia estructural a la presencia deagentes “tackificantes” o adhesivos. Otra muestraes el uso de sustancias con características adhesi-vas en la construcción de los nidos de los pájaros.

El uso del adhesivo por el hombre se remonta ala Prehistoria. Se han encontrado vestigios decollares en los cuales se empleó la sangre animalcomo agente adhesivo. Las estatuas babilonias,que datan del año 4000 AC., dan fe del uso de loscementos bituminosos como primeros adhesivosestructurales empleados por el hombre. Los egip-cios emplearon adhesivos hacia el 1800 AC. paraunir láminas de madera. En este caso el adhesivoempleado procedía de la cocción de huesos de ani-males.

Durante la Edad Media desaparece el uso masi-vo de todos estos adhesivos. No es hasta el sigloXIX cuando se comienzan a descubrir los prime-ros adhesivos industriales, y en el siglo XX cuan-do se empiezan a producir y a emplear de unmodo industrial.

Se puede decir que la primera aplicación indus-trial que tuvo el adhesivo fue su uso en los sellosde correos. El uso de adhesivos en base a almidónpermitió que la correspondencia pudiera ser fran-queada simplemente con adherir un pedazo depapel al sobre. Este invento, cuyo uso comenzóhacia 1840, fue tan bien recibido que aún en laactualidad se sigue empleando.

Sin embargo el uso del adhesivo en otras indus-trias tiene su comienzo cuando en 1843 CharlesGoodyear descubre la vulcanización como méto-do para mejorar las características mecánicas delos cauchos. Este proceso además permitía la

unión de caucho a metal. Los adhesivos en base alátex se desarrollaron hacia 1897.

Las primeras cintas industriales fueron desarro-lladas alrededor de 1920 por Drew (3M).

El impulso más espectacular que experimentó eladhesivo industrial fue provocado por las necesi-dades tecnológicas que planteó la industria arma-mentística durante la II Guerra Mundial. Así, eneste período se empiezan a comercializar, entreotras resinas, los adhesivos epoxi, cuya patentehabía aparecido en 1943.

La tecnología anaeróbica tiene su aplicación enla industria armamentística a partir de 1953.Posteriormente se introduce en la industria de laautomoción. Aunque tales sustancias ya fuerondescritas por Burnett y Nordlander en los años40’, fue Vernon K. Krieble el científico que modi-ficó la composición de aquellas resinas convir-tiéndolas en adhesivos aptos para su uso indus-trial.

Aunque descubiertos por científicos de EastmanKodak a principios de los 50’ fue Loctite quiencomercializó los cianoacrilatos con fines indus-triales hacia 1958. Su uso fundamental se encua-dró dentro de la industria electrónica, aunquepronto se extendió a otros sectores. En la actuali-dad se están empezando a emplear con fines médi-cos como sutura química.

Los adhesivos reforzados con caucho comien-zan a emplearse a partir de 1965. Pretenden cubriraquellas aplicaciones en las cuales las unionesadhesivas pueden ser sometidas a esfuerzos depelado.

Por último el empleo masivo de adhesivos elás-ticos, fundamentalmente poliuretanos, comienza aprincipios de los 80’, cuando se comprueban losbeneficios de tales adhesivos para la construcciónde estructuras que pueden verse sometidas amovimientos relativos de los sustratos. Los poliu-retanos habían sido descubiertos durante la II

17


TEMA 1: INTRODUCCIÓN(Mario Madrid Vega, Loctite España)

Guerra Mundial por la industria militar alemana.

La química involucrada en el desarrollo de lasdistintas familias de adhesivos fue mayoritaria-mente descubierta durante la primera mitad delsiglo XX. En la actualidad es difícil encontrar for-mulaciones “revolucionarias”.

Fundamentalmente, se tiende más a investigarsobre lo conocido para buscar nuevas aplicacio-nes.

Así, es de sobra conocido el uso de resinasepoxi, entre otras, en la industria aeronáutica.Formulaciones más recientes introducen cargaselastoméricas a estos adhesivos, con lo que suaplicación se puede ampliar a uniones que preci-san de adhesivos menos rígidos. En la actualidadse está trabajando en combinaciones entre poliu-retanos y epoxis.

La fabricación de poliuretanos ha experimenta-do un tremendo desarrollo durante los últimos 15años. Aunque se conocían desde mucho antes, suuso como adhesivos en la construcción, la indus-tria naviera y la industria de la automoción hatenido un enorme impulso recientemente.

Los adhesivos cianoacrílicos fueron, en un prin-cipio, investigados como posibles sustitutos de lospuntos de sutura tradicionales. Sin embargo suuso ha abarcado numerosos sectores de la indus-tria, y sólo durante los últimos años se ha desarro-llado su uso médico.

Aunque los adhesivos anaeróbicos se empleanen elementos de máquinas desde hace décadas, hasido hace aproximadamente 20 años cuando sehan empezado a aplicar masivamente en motores,cajas de cambio, sistemas de transmisión, etc. Suuso va estrechamente ligado con el enorme incre-mento que han experimentado las vidas medias defuncionamiento de las máquinas.

Como ya se mencionaba en el apartado anterior,las líneas actuales de investigación van dirigidasmás hacia la mejora de las familias adhesivasexistentes que hacia el descubrimiento de otrasnuevas. Así, en la actualidad el desarrollo de losequipos dosificadores está permitiendo una auto-matización aún mayor de los procesos de dosifica-ción de los adhesivos. De hecho ya existen multi-tud de equipos controlables por medio deautómatas programables y que pueden ser inserta-

dos en cualquier línea productiva.

En cuanto a la formulación de los adhesivos, enla actualidad se tienden a evitar los productos enbase a solvente debido a los problemas deSeguridad e Higiene de estas sustancias, al mar-gen de su carácter dañino para el medio ambiente.Además, la gran mayoría de las formulacionesactuales evitan monómeros volátiles, es decir, debajo peso molecular. Las concentraciones de aditi-vos que pudieran resultar dañinos se eliminan o,cuando menos, se reducen al mínimo posible.

1.2 Ventajas y desventajas de los adhesivos1.2 Ventajas y desventajas de los adhesivos

Se puede definir adhesivo como aquella sustan-cia que aplicada entre las superficies de dos mate-riales permite una unión resistente a la separación.Denominamos sustratos o adherentes a los mate-riales que pretendemos unir por mediación deladhesivo. El conjunto de interacciones físicas yquímicas que tienen lugar en la interfase adhesi-vo/adherente recibe el nombre de adhesión .

Es importante dejar claro que cada tipo de adhe-sivo tiene un ámbito de aplicación que depende desus propiedades mecánicas y químicas, tanto antescomo después de producirse su endurecimiento.Así un poliuretano, por ejemplo, es un adhesivoidóneo para conferir estructuralidad al conjuntode la carrocería y a las ventanas de un vehículo.Sus propiedades adhesivas son muy inferiores alas de una resina epoxi, pero su elasticidad le per-mite soportar y amortiguar las deformaciones a las

18

INTRODUCCIÓN

Fig. 1.1: Esquema básico de una unión adhesiva.

que pueden verse sometidas tales estructuras.Bajo estas condiciones un adhesivo epoxi es exce-sivamente rígido para soportar los cambios que seproducen en la geometría de la estructura. Otroejemplo sería las cintas adhesivas de baja adhe-sión que no destruyen el sustrato. Sería absurdoemplear en tal caso adhesivos de mayor rendi-miento, que podrían dañar los materiales cuandoaquéllos fueran eliminados.

Las uniones adhesivas presentan las siguientesventajas con respecto a otros métodos de ensam-blaje de materiales:

Distribución uniforme de tensiones: se elimi-nan las puntas de tensión que aparecen en lostaladros roscados y lisos empleados paramontar tornillos y remaches. Asimismo, seevitan los cambios estructurales producidospor la soldadura en el material, que afectansu resistencia a la fatiga bajo cargas dinámi-cas.

Rigidización de las uniones: los adhesivosforman uniones continuas entre las superfi-cies de la junta. Estas uniones son muchomás rígidas que las realizadas por remaches opuntos de soldadura que sólo conectan las

superficies en puntos localizados. Las estruc-turas adheridas soportan cargas entre un 30%y un 100% superiores sin llegar a torcerse.

No se produce distorsión del sustrato: laspiezas no se calientan y no sufren deforma-ciones debidas al calor o a esfuerzos mecáni-cos. Además, se permite el montaje sencillode sustratos de diferentes masas y dimensio-nes.

Permiten la unión económica de distintosmateriales: aunque la soldadura, por ejem-plo, ya permite unir materiales cerámicos ymetales, los adhesivos son una solución eco-nómica para la unión de materiales diferen-tes.

Uniones selladas: los adhesivos actúan tam-bién como selladores. En ocasiones seemplean para hacer estancas otras unionesmecánicas.

Aislamiento: permite la unión de metales dediferentes propiedades electroquímicas, evi-

19


Fig. 1.2: Distribución de la tensión en montajessoldados, remachados y unidos con adhesivos.

Fig.1.3:Comparación

entre una uniónadhesiva y una

uniónremachada. Se

puede observarcomo la primera

tiene un efectorigidizador muy

superior sobrela junta.

Fig. 1.4: En elsegundo caso,

la presenciade adhesivo

evita laformación de

una pilagalvánica.

tando fenómenos como la corrosión galváni-ca bimetálica, la erosión por fricción y lacorrosión por frotamiento. Por efecto ocupa-cional también evitan la entrada de agentescorrosivos como la humedad y el aire.

Reducción del número de componentes,como tornillos, pasadores, remaches, abraza-deras, etc., lo cual disminuye los costes aso-ciados a la manipulación y almacenaje deestas piezas.

Mejora el aspecto del producto: las unionesadhesivas son más lisas, escondiendo las jun-tas a la vista y mejorando la estética del con-junto.

Compatibilidad del producto: los adhesivosaceleran los procesos de ensamblaje, aumen-tando la capacidad de producción.

Uniones híbridas: los adhesivos usados enconjunción con métodos de ensamblajemecánico mejoran el rendimiento global dela junta.

Como inconvenientes de los adhesivos, pode-mos destacar:

Preparación superficial: puede ser necesariapara lograr resultados fiables.

Tiempos de curado: la producción puederetrasarse cuando se emplean adhesivos queprecisan tiempos de curado prolongados paralograr la resistencia a la manipulación y laresistencia funcional.

Desmontaje: las uniones adhesivas pueden serdifíciles de desmontar.

Resistencias mecánica y a la temperaturalimitadas: los adhesivos son polímeros y enconsecuencia tienen resistencias mecánica ya la temperatura limitadas.

Inexistencia de ensayos no destructivos, quegaranticen la resistencia de la unión adhesi-va. En producciones en cadena se realizanmuestreos y ensayos destructivos.

1.3 Adhesión y cohesión: modos de fal lo1.3 Adhesión y cohesión: modos de fal lo

Los adhesivos son puentes entre las superficiesde los sustratos, tanto si son del mismo, como sison de distinto material. El mecanismo de unióndepende de:

- La fuerza de unión del adhesivo al sustrato oadhesión

- La fuerza interna del adhesivo o cohesión

Por adhesión se entiende la fuerza de unión enla interfase de contacto entre dos materiales. Lasfuerzas físicas de atracción y adsorción, que sedescriben como fuerzas de van der Waals, tienenuna gran importancia en la unión. El rango deestas fuerzas intermoleculares es considerable-mente más bajo si el material adhesivo no está encontacto íntimo con las zonas a unir. Este es elmotivo por el que el adhesivo debe penetrar total-mente en la rugosidad superficial y mojar toda lasuperficie. La resistencia de la fuerza adhesivadepende del grado de mojado (contacto intermole-cular) y de la capacidad adhesiva de la superficie.Para una determinada tensión superficial deladhesivo, el mojado depende de la energía super-ficial del sustrato, aunque puede verse reducido siexisten contaminantes superficiales.

La cohesión es la fuerza que prevalece entre lasmoléculas dentro del adhesivo, manteniendo elmaterial unido. Estas fuerzas incluyen:

- Fuerzas intermoleculares de atracción (fuer-zas de van der Waals)

- Enlaces entre las propias moléculas de polí-mero

Podemos evaluar la adhesión de dos sustratossimplemente realizando un ensayo de rotura de launión adhesiva. Así, el fallo de una unión adhesi-va puede ocurrir según tres posibles modos:

- Separación por cohesión: cuando se producela ruptura del adhesivo.

- Separación por adhesión: cuando la separa-ción se produce en la interfase sustrato-adhe-sivo.

- Ruptura de sustrato: cuando el propio sustratorompe antes que la unión adhesiva o que la

20

INTRODUCCIÓN

Fig. 1.5: Fases de una unión adhesiva.

Sustrato 1

ADHESIÓN

ADHESIÓN

COHESIÓN

Sustrato 2

Moléculasadhesivas

interfase sustrato-adhesivo.

Cuando se diseña una unión adhesiva se preten-de que la rotura no sea en ningún caso adhesiva, esdecir, que la separación nunca se produzca en lainterfase sustrato-adhesivo. Los modos de roturaadhesiva no son nunca predecibles, puesto que lamagnitud de la fuerza de adhesión, como se veráen posteriores temas, depende de un gran númerode factores rara vez controlables en su totalidad.Por el contrario, sí se pueden conocer las caracte-rísticas mecánicas del adhesivo y, por tanto, sepueden predecir las cargas a la rotura en modocohesivo bajo diferentes tipos de esfuerzos.

1.4 Clasif icación de los adhesivos1.4 Clasif icación de los adhesivos

Las dificultades fundamentales a la hora de rea-lizar una clasificación son la gran variedad debases químicas de los adhesivos y la gran diversi-dad de sustratos posibles. Además, cada adhesivorequiere distintos métodos de tratamiento paracada sustrato. Por este motivo los sistemas másadecuados para la clasificación de los adhesivosse basan en las propiedades más importantes deéstos.

Una de las clasificaciones más empleadas sebasa en el mecanismo de formación de la juntaadhesiva. Así, se pueden distinguir dos grandesgrupos de adhesivos. Los adhesivos prepolimeri-zados , es decir, aquéllos cuyo polímero ya existía

antes de ser aplicado el adhesivo sobre la unión, yadhesivos reactivos . Estos últimos se caracterizanporque el adhesivo en estado líquido, viscoso, gel,etc. se halla constituido por monómeros o cadenasoligómeras que polimerizan y/o se entrecruzandurante el proceso de polimerización que ocurrecuando tal adhesivo se ubica entre los sustratos aunir. Dentro de estos grandes grupos se definendiversas subclases:

ADHESIVOS PREPOLIMERIZADOS (Elpolímero base ya existe en el seno del propioadhesivo):

En fase líquida:Soluciones acuosas de origen natural:

. Origen mineral: cementos, colas

. Origen animal: caseína

. Origen vegetal: celulosa, almidón, colofo-nia

Soluciones acuosas de origen sintético:. PVP (Polivinilpirrolidona). PEG (Polietilenglicol). PAV (Polialcohol vinílico)

Soluciones orgánicas: suelen ser lineales yadquieren propiedades elásticas tras la vulca-nización, la cual en ocasiones tiene lugar conel oxígeno del aire.

. Caucho natural

. Polienos

. Polidienos

. Elastómeros termoplásticos (SBR)

21


Fig. 1.6:Modos de fallode las uniones

adhesivas.

22

INTRODUCCIÓN

Emulsiones o líquidas: tienden a sustituir a losanteriores por los problemas derivados deluso de disolventes en su formulación.

. PVC

. Polietileno

. Poliacetato de vinilo

. Poliacrílicos (acrílicos y metacrílicos)

En fase sólida:Adhesivos sensibles a la presión o piezosensi-

bles (PSA): son adhesivos con una reologíaespecial que les permite deformarse y mojarlos sustratos en estado sólido.

. Adhesivos de contacto

. Películas y cintas autoadhesivas

. Adhesivos reposicionables

. Adhesivos reactivables por calor

Adhesivos termofusibles o Hot Melts: sonadhesivos que humectan los sustratos cuandose calientan por encima de la temperatura dereblandecimiento del termoplástico y alenfriar adquieren la consistencia de un plásti-co.

. Polietileno

. EVA

. Poliamidas

. Poliésteres

ADHESIVOS REACTIVOS (el adhesivo con-tiene el monómero u oligómero que polimerizarápara generar el polímero curado final)

Mediante poliadición :. Anaeróbicos. Acrílicos. Cianoacrilatos. Siliconas de poliadición. Poliésteres. Polisulfuros

Mediante policondensación:. Poliuretanos. Epoxis. Siliconas de policondensación. Fenólicos

2.1. Formación de la unión adhesiva (José2.1. Formación de la unión adhesiva (JoséMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deAl icante)Al icante)

2.1.1 Introducción

Las uniones adhesivas deben diseñarse para unaaplicación concreta.

Una unión adhesiva adecuada requiere :

1.Asegurar el uso de materias primas de prime-ra calidad.

2.Cuidadoso control de calidad de los materia-les a unir.

3.Realizar un exhaustivo y cuidadoso controlde todas las etapas necesarias para realizar launión adhesiva.

4.Respetar los tiempos necesarios para realizarla unión.

5.Trabajar en condiciones adecuadas (espacio,ventilación, atmósfera controlada).

6.Seguir escrupulosamente la normativa vigen-te tanto a nivel técnico como medioambien-tal.

2.1.2 Realización de la unión adhesiva

Las etapas a seguir en la realización de las unio-nes adhesivas son las siguientes:

1.Limpieza adecuada de los adherentes.2.Selección del adhesivo más adecuado al sus-

trato y aplicación deseada.3.Diseño adecuado de la unión adhesiva.4.Obtención de un buen contacto interfacial

(mojado) adhesivo/sustrato.5.Creación de fuerzas de adhesión intrínsecas

en la unión.6.Control de la reticulación, curado o cristali-

zación del adhesivo.

7.Determinar la adhesión usando un ensayoadecuado a la aplicación final de la uniónadhesiva y a las solicitaciones mecánicas queva a soportar durante su uso.

8.Determinación de la durabilidad de la unión(realización de ensayos de fatiga y envejeci-miento).

2.1.2.1 Limpieza adecuada de los adherentes

Las funciones que tiene la limpieza de los adhe-rentes son las que siguen:

1.Asegurar un adecuado control de calidad delos adherentes (materias primas de calidad,adecuado procesado, regularidad de la pro-ducción).

2.Conocer la existencia de agentes desmolde-antes (disminuyen notablemente la adhe-sión).

3.Realizar una limpieza previa de los adheren-tes mediante disolventes y/o detergentes, etc.Utilizar medios mecánicos en caso necesario.

2.1.2.2 Selección del adhesivo

A la hora de seleccionar el adhesivo idóneo parauna aplicación deben contemplarse los siguientesfactores:

1.Capacidad de adhesión inherente al sustrato.2.Condiciones de uso de la unión adhesiva :

a)Esfuerzos: tensión, cizalladura, fatiga,impacto.

b)Factores químicos :i)Externos: disolventes, ácidos, álcalis.ii)Internos: migraciones de especies debajo peso molecular, reacciones de lainterfase.

3.Medioambiente de trabajo de la unión adhesi-va.

23


TEMA 2: PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORESANTES DEL CURADO

(José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante y Mario Madrid Vega, LoctiteEspaña)

4.Requisitos especiales conductividad, aisla-miento térmico, color, proceso de fabricaciónde la unión.

5.Restricciones de producción: estabilidad delos materiales, método de aplicación deladhesivo.

6.Precio.7.Factores de salud y seguridad: normativa

vigente.

2.1.2.3 Diseño adecuado de la unión adhesiva

A la hora de diseñar las uniones adhesivas laforma, tamaño y grosor de los adherentes determi-na el tipo de adhesivo que es más conveniente uti-lizar. En cualquier caso, el diseño adecuado de launión adhesiva debe conseguir minimizar la pro-pagación de fracturas que se puedan iniciar en launión adhesiva.

2.1.2.4 Obtención de un buen contacto interfa-cial

La apetencia de un sustrato a ser unido a otro secuantifica mediante la energía superficial (γSV), lacual se obtiene a partir de medidas de ángulos decontacto. Las superficies de los materiales tienenmayor o menor apetencia para ser unidas. Así,podemos distinguir entre:

1.Superficies con baja energía superficial(menor de 30 mJ/m2) = Apolares.

2.Superficies con alta energía superficial (entre60 y 300 mJ/m2) = Polares.

Un adhesivo mojará a un sólido si se cumpleque la energía superficial del sólido es superior ala del líquido (γ SV > γ LV). Las diferencias entreambas energías no deben ser muy importantes.

La siguiente tabla muestra las energías superfi-ciales relativas de algunos materiales.

Material Energía superficial

Óxidos metálicos Muy alta

Acrílicos

PVC

Siliconas

Teflón Muy baja

La siguiente tabla muestra los valores de tensiónsuperficial de algunos adhesivos.

Adhesivo γγLV (dinas.cm-1)

Resina fenólica 78

Adhesivo de urea-formaldehido 71

Adhesivo de fenol-resorcinol 48

Adhesivo de caseína 47

Resina epoxi 47

Látex de poliacetato de vinilo 38

Adhesivo de nitrocelulosa 26

2.1.2.5 Creación de fuerzas de adhesión intrín-secas en la unión adhesiva

Para que se produzca adhesión se deben des-arrollar interacciones en la interfase. Para ello, esnecesario crear uniones de naturaleza física o quí-mica.

Una alta adhesión no requiere necesariamentecrear enlaces químicos en la interfase. Las fuerzasde van der Waals y los enlaces de hidrógeno sonsuficientes, ya que se generan múltiples puntos decontacto entre cadenas del polímero y la superfi-cie del sustrato.

Si las fuerzas de adhesión no son suficiente-mente elevadas, se pueden incrementar mediante :

1.Tratamientos superficiales del sustrato.2.Adición de promotores de la adhesión al

adhesivo.

24

PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES ANTES DEL CURADO

Fig.2.1:Esquema de larelación entreenergíasuperficial desólido, líquidoy vapor enequilibrio

Tabla 2.1: Energías superficiales relativas dealgunos materiales.

Tabla 2.2: Valores de tensión superficial dealgunos adhesivos.

2.1.2.6 Control de la reticulación, cristalizacióno curado del adhesivo

Los adhesivos experimentan modificacionesfísico-químicas que modifican sus propiedades.Estas modificaciones deben ser consideradas endetenimiento para lograr las prestaciones adecua-das de las uniones adhesivas:

1.Reacción química: mediante calor, presión,agentes de curado, radiación UV, etc. Son losdenominados adhesivos reactivos.

2.Enfriamiento de un líquido fundido. Son losadhesivos termofusibles (hot melts).

3.Secado por evaporación de disolvente. Sonlos adhesivos en disolución.

4.Presión. Son las cintas adhesivas y los PSA’s(Pressure Sensitive Adhesives).

Los adhesivos de reacción química, curanmediante:

1.Polimerización en etapas por condensación,como las resinas epoxi.

2.Polimerización por adición, como los cianoa-crilatos.

En los adhesivos de reacción química a tempe-ratura ambiente, la reacción es inicialmente rápidapero puede tardar meses en completarse. Estosadhesivos pueden ser algunos de los siguientes:

1.Bicomponentes: mediante el sistema resinamás endurecedor, como por ejemplo los epo-xis.

2.Monocomponentes: reticulables con hume-dad, luz ultravioleta, reacción anaeróbica,etc. Como por ejemplo los cianoacrilatos.

En ocasiones las reacción química tiene lugar aelevada temperatura.

Las ventajas de este procedimiento de reticula-ción son las siguientes:

1.Se evitan problemas debidos a evaporacióndel disolvente.

2.En muchos casos, no se precisa adquirir equi-pos de aplicación sofisticados.

3.Buena resistencia de las uniones a latemperatura.

Las limitaciones de este procedimiento dereticulación son las que siguen:

1.Cinéticas de reacción rápidas, es decir, tiem-pos abiertos cortos.

2.Son adhesivos caros.3.En ocasiones requiere la mezcla de dos com-

ponentes.

Los adhesivos termofusibles se basan en polí-meros termoplásticos que tienen baja capacidadcalorífica como el EVA, o las poliolefinas. Sonadhesivos viscosos, por lo que pueden presentarpobre mojabilidad de los sustratos. Son adecuadospara sustratos porosos (papel, cartón, telas). Son,además, adhesivos rápidos, pero requieren laaplicación de presión durante la formación de launión adhesiva. Presentan tiempos abiertos cor-tos.

Los adhesivos en disolución contienen hastaun 30% de sólidos, en los adhesivos en base sol-vente, o hasta un 55% de sólidos, en los adhesivosen emulsión. Ejemplos de estos adhesivos son losadhesivos de contacto o las emulsiones de PVA.No presentan problemas de mojabilidad de lossustratos, pero hay que eliminar el disolventemediante dos sistemas:

1.Sustratos porosos: eliminación porcapilaridad.

2.Sustratos no porosos: evaporación forzada.

Las limitaciones de los adhesivos en disoluciónson las siguientes:

1.El disolvente puede atacar a los sustratos.2.Se requiere tiempo para su eliminación.3.Problemas de costo, inflamabilidad y toxici-

dad.

Los adhesivos sensibles a la presión y las cin-tas adhesivas se soportan generalmente sobre uncarrier. Ejemplos de estos adhesivos son las cin-tas adhesivas y los adhesivos reposicionables. Nopresentan una alta adhesión pero pueden unirse acualquier tipo de sustratos. Son adhesivos prácti-camente exentos de disolventes. Se caracterizanpor presentar tack (pegajosidad) y por generar unaadhesión inmediata adecuada. El mecanismo porel que actúan es la difusión de cadenas de políme-ro a la superficie.

25


2.1.2.7. Determinación de la adhesión

La resistencia a la separación de las unionesadhesivas se obtiene empleando el ensayo másadecuado. El ensayo debe diseñarse de acuerdo ala aplicación esperada en la unión adhesiva.

Para evaluar si una unión adhesiva es adecuadase deben considerar tanto la resistencia a la sepa-ración como el modo de fallo de la unión adhesi-va.

Los ensayos más habituales para evaluar laresistencia de las uniones son:

1.Ensayos de pelado (T, 180º, 90º).2.Ensayos de cizalla (single lap-shear).3.Ensayos de torsión.

2.1.2.8. Determinación de la durabilidad de lasuniones adhesivas

Las uniones adhesivas deben ser sometidas aensayos de fatiga y envejecimiento ya que sudurabilidad depende de la degradación producidapor el ambiente de trabajo de la unión. Los ensa-yos más frecuentes implican envejecimiento enciclos de humedad-temperatura, influencia de laluz ultravioleta, corrosión salina e inmersión en

disolventes, entre otros.

Los ensayos más habituales son:

1.Wedge edge Boeing.2.Tapered Double Cantilever Beam.

2.2 Tensión y energía superfic iales: el ángulo2.2 Tensión y energía superfic iales: el ángulode contacto (José Miguel Mart ín Mart ínez,de contacto (José Miguel Mart ín Mart ínez,Univers idad de Al icante)Univers idad de Al icante)

2.2.1. Introducción

La adhesión implica la unión de dos superficies.Para cuantificarla, es preciso determinar la ener-gía superficial de cada material que se va a unir.


Fig.2.2: Ensayo“wedge edge”de la Boeing. Sedetermina elcrecimiento dela grietasometida a unenvejecimientoacelerado.

Fig.2.3: Ensayode “doublecantileverBeam”.

Fig.2.4: Diferentes grados de mojado en unsistema líquido-sólido en equilibrio.

26

Existen diversos métodos para asignar las pro-piedades de superficie de los materiales. La medi-da de ángulos de contacto es la más precisa y sen-sible.

La condición, necesaria aunque no suficiente,para que se produzca adhesión es que el sustratodebe ser mojado por el adhesivo.

Se dice que un líquido moja a un sólido cuandoel ángulo de contacto que forma una gota de adhe-sivo sobre el sólido es menor de 90º. Por el con-trario, un líquido no moja al sólido cuando elángulo es mayor de 90º. El mojado es pobre sobremateriales de baja energía superficial, mientrasque se produce una alta mojabilidad sobre mate-riales de alta energía superficial. La mojabilidades aceptable sobre sustratos de energía superficialmedia.

La relación entre la adhesión y el ángulo de con-tacto se deduce de la ecuación de Young. Para ellopartimos de la ecuación de la energía libre deexpansión de una gota en una superficie.

∆GS = ∆A (ΥSL - Υ0SV) + ∆AΥLV cos (θ -∆θ)

Si la expansión es infinitesimal:

lim = ∆Gs = 0

∆A→0 ∆A

ΥLV cosθ = ΥSV - ΥSL - π0

El trabajo de adhesión se define como:

WA = ΥSV + ΥLV - ΥSL

Sustituyendo, se obtiene la relación entre los

ángulos de contacto y el trabajo de adhesión oenergía superficial (ecuación de Young):

WA = ΥSV (1+cosθ)

Las medidas de ángulos de contacto para cuan-tificar la mojabilidad de los materiales tienen lassiguientes ventajas:

1.Método simple.2.Rapidez.3.Sensible a las características superficiales de

los sólidos.

Sus limitaciones son, sin embargo:

1.Problemas de reproducibilidad.2.Interpretación de los resultados experimenta-

les.3.Rugosidad superficial.

La precisión aceptable en las medidas de losángulos de contacto es de ± 2 grados.

2.2.2 Tipos de ángulos de contacto

Se pueden distinguir diferentes tipos de ángulode contacto.

Los ángulos de contacto termodinámicos sonlos que se obtienen de superficies lisas e indefor-mables, carentes de heterogeneidades superficia-les. Su valor se corresponde con los cálculos ter-modinámicos. En la práctica, son muy pocos losángulos que responden a estas premisas. La mayo-ría de las superficies de los sólidos son irregula-res. Los ángulos de contacto que se miden sonreales, pero no representan las propiedades super-ficiales del sólido.

Por otra parte, dependiendo de la manera dedeterminarlos, los ángulos de contacto pueden serestáticos o dinámicos. En el primer caso, la gotade líquido se deposita en la superficie del sólido yse espera a que se alcance el equilibrio. Por el con-trario, si la medida se realiza de forma instantáneamientras se deposita el líquido de forma continua,se miden ángulos de contacto dinámicos.

27


θ <90º: Líquido moja al sólido

θ >90º: Líquido no moja al sólido

Fig.2.5: Sistema sólido-líquido-vapor en equilibrio.

2.2.3 Ángulos de contacto estáticos

Se producen sobre superficies sólidas lisas,homogéneas, planas y no deformables. De estemodo se establece un equilibrio estable y se reali-za una medida del ángulo de contacto de equili-brio. La expansión de la gota de líquido en lasuperficie tiene lugar mediante un movimientoespontáneo.

La cinética de expansión del líquido en unasuperficie depende de los siguientes factores:

1.El grado de interacción superficial.2.La viscosidad del líquido.

3.El volumen de la gota. No es un factor críticocuando sobrepasa un valor mínimo.

4.La temperatura.

El aparato empleado para medir ángulos de con-tacto estáticos es el goniómetro. Consta de lossiguientes componentes fundamentales:

1.Cámara termostatizada de vidrio o cuarzo, enla que se deposita el sólido. En su parte supe-rior se encuentra la jeringa que contiene ellíquido.

2.Una fuente de luz que permite obtener el per-fil de la gota en la superficie del sólido. Suelecontener un filtro para facilitar la medida.

3.Un ocular al que se le puede acoplar unacámara fotográfica o de vídeo para seguir lasevoluciones de la gota en la superficie delsólido.

Cuando la superficie del material es rugosa oheterogénea se produce un equilibrio metaestable.En tales casos, se mide el ángulo de contactomicroscópico (θ0) y se realizan las siguientesaproximaciones para obtener ángulos de contactoen superficies rugosas:

1.Ecuación de Wenzel:

cos θe = r cosθ0

θe = ángulo de contacto de equilibrior = factor de rugosidad, característico del

sólido

2.Ecuación de Cassie:

cos θe = f1 cos θ01 + f2 cos θ02

f1 = fracción del área superficial con unángulo intrínseco θ01

f2 = 1 -f1 = fracción del área superficial conun ángulo intrínseco θ02

θ02 = ángulo de contacto intrínseco de lafracción f2

Existen dos procedimientos de medida:

1.Aumento y disminución del volumen de lagota de líquido depositada en la superficiedel sólido.

2.Depositar una gota del líquido en la superfi-cie inclinando la base. El ángulo de avance seobtiene en la parte inferior de la gota situadaen la plataforma y el de retroceso en la partesuperior.

28


Fig.2.7: Esquemabásico de ungoniómetro parala medida deángulos decontacto estáticos

Fig.2.6:Expansiónespontánea deuna gotadepositada en lasuperficie de unsólido liso.

2.2.4 Ángulos de contacto dinámicos

Los ángulos de contacto dinámicos se determi-nan cuando no es posible obtener adecuadamentelos ángulos de contacto estáticos. Es el caso defibras, películas delgadas de polímeros y metales.Los sistemas de medida empleados son los tensió-metros.

2.2.5 Determinación de la energía superficialde los sólidos

Existen varios métodos para determinar la ener-gía superficial de los materiales. Uno de los que

29


Fig.2.9: Sistema de medida de ángulos decontacto: se deposita una gota del líquido enla superficie inclinando la base. El ángulo deavance se obtiene en la parte inferior de lagota situada en la plataforma y el deretroceso en la parte superior.

Fig.2.10: Ángulos de contacto dinámicos.

Fig.2.8: Aumento y disminución del volumen dela gota de líquido depositada en la superficie delsólido, para la medida del ángulo de contacto.

Fig.2.11:Sistema

dinámico parala

determinaciónde ángulos de

contacto.

Fig.2.12:Determinación de

la energíasuperficial mediante

el método de latensión superficialcrítica (método de

Zisman).Representaciones

de Zisman de variasseries homólogas de

líquidosdepositados en

Teflón: , RX; ,alquinbencenos;

,n - alcanos;dilaquil éteres;

, siloxanos; ,otroslíquidos polares.

eran más empleados es el de la tensión superficialcrítica o método de Zisman.

Energía libre superficial (mJ/m2)

Líquido γγlvD γγlv

P γγlv

Agua 22.0 50.2 72.2

Glicerol 34.0 30.0 64.0

Formamida 32.3 26.0 58.3

Di-iodometano 48.5 2.3 50.8

Etan - 1,2 - diol 29.3 19.0 48.3

1-Bromonaftaleno 44.6 0.0 44.6

Dimetilsulfóxido 34.9 8.7 43.6

Tricresilfosfato 36.2 4.5 40.7

Piridina 37.2 0.8 38.0

Dimetilformamida 32.4 4.9 37.3

Poliglicol E-200 28.2 15.3 43.5

Poliglicol 15-200 26.0 10.6 36.6

2-Etoxietanol 23.6 5.0 28.6

Hexadecano 27.6 0.0 27.6

Tetradecano 26.7 0.0 26.7

Dedecano 25.4 0.0 25.4

Decano 23.9 0.0 23.9

Octano 21.8 0.0 21.8

Hexano 18.4 0.0 18.4

No obstante, el método de Zisman no contemplala diferente naturaleza de las interacciones que tie-nen lugar en la interfase entre sólido y líquido.Otros métodos consideran las componentes dedispersión Ys

d y polar Yps de la energía superficial.

Algunos son los que siguen:

1.Good y Grifalco.

ΥSl = ΥS + Υ l - 2Φ (ΥS Υl)1/2

2.Fowkes.

ΥSl = Υ l + Υ l - 2 (ΥdsΥd

l)1/2

3.Owens y Wendt.

Υ1(1+cosθ) = 2 (ΥdsΥd

l)1/2 +2 (ΥpsΥp

l)1/2

4.Wu.

Υ1(1+cosθ) = 4 (ΥdsΥd

l) + 4 (ΥpsΥp

l)(Υd

s+Υdl) (Υp

s+Υpl)

Existen otros métodos que, además de conside-rar las componentes de dispersión Ys

d, incluyen elefecto ácido-base Ys

AB de la energía superficial. Elmétodo propuesto por Van Oss y Good es uno delos más conocidos y se basa en que la adhesiónintrínseca se debe fundamentalmente a interaccio-nes ácido-base. Se considera que la energía super-ficial de un sólido se debe expresar como la sumade las componentes mencionadas.

Υ = Υds +ΥAB

s

La componente ácido-base YsAB se puede eva-

luar según diversos métodos:

1.Método de E. Papirer: emplea la cromatogra-

30


Fig.2.14: Representación gráfica de Owens y Wendtpara un caucho de estireno-butadieno halogenadocon ácido tricloroisocianúrico: , agua; ,etilenglicol; , glicerina; , 1-bromonaftaleno.

Fig. 2.13: Determinación de la energía superficialmediante el método de la tensión superficial crítica(método de Zisman). Representación de Zisman dePTFE utilizando varios líquidos: , n-alcanos; ,otros hidrocarburos; , ésteres; , hidrocarburoshalogenados pero no fluorados; , fluorocarbonos;

, otros líquidos.

Tabla 2.3:Energías libressuperficialesde líquidosempleadospara la medidade ángulos decontacto.

fía inversa. Se usan series homólogas dehidrocarburos para calcular Ys

d. El uso demoléculas con carácter ácido o básico permi-te obtener Ys

AB.2.Método de F. Fowkes: emplea la aproxima-

ción de Gutmann sobre interacciones ácido-base.

-∆HAB = CACB + EAEB

Donde,∆HAB = entalpía ácido-baseCA, EA = constantes características del ácidoCB, EB = constantes características de labase

3.Método de Good y Van Oss: se emplean treslíquidos, uno apolar y dos de diferentescaracterísticas ácido-base.

Υ1(1+cosθ)==2(Υd

sΥdl)1/2+2(Υ+1/2

SΥ+1/2l)(Υ-1/2

S Υ -1/2l)

Las interacciones ácido base se evalúancomo:

ΥABS = (Υ+

SΥ-S)1/2

En algunos sólidos predominan la compo-nente ácida y en otros la componente bási-ca. Sin embargo, si una de las dos es muypequeña, Ys

AB es nula.

La aproximación ácido-base en la adhesión estásiendo cuestionada y revisada actualmente.

2.2.6 Ángulos de contacto y mojabilidad

Las medidas de ángulos de contacto están some-tidas a severas limitaciones. Los valores de ángu-los de contacto deben considerarse con reserva,debido a que ciertos aspectos limitan su validez.Algunos de estos aspectos son:

1.El líquido seleccionado2.La rugosidad en la superficie

El líquido seleccionado para realizar las medi-ciones debe cumplir los siguientes requisitos:

1.Poco volátil.2.Poco viscoso.3.No ser tóxico.4.No debe reaccionar con la luz, la humedad o

la temperatura.5.No debe atacar o reaccionar con la superficie

del sólido.

Los líquidos mas adecuados y habituales pararealizar medidas de ángulos de contacto son lossiguientes:

1.Polar: Agua2.No polar: CH2I2, 1-bromo naftaleno, n-alca-

nos (>C5)3.Polar / no polar: etano diol, glicerina, dime-

til sulfóxido, dimetil formamida

Asimismo, el tipo y la homogeneidad de larugosidad superficial determinan la validez de losángulos de contacto por los siguientes motivos:

1.El líquido puede quedarse tapando la entradade las heterogeneidades.

2.En algunos casos no es posible distinguirentre mojabilidad parcial y mojabilidad total,aunque el ángulo de contacto sea similar.

31


Fig.2.15:Ángulos decontacto y

mojabilidad.Ausencia de

relación entre“mojado

superficial” yángulo de

contacto: (a)Mojado

deficiente. (b)mojado

parcial. (c)mojado total.

Fig.2.16: Ángulos de contacto y mojabilidad.Mojado de una superficie rugosa: (a) ángulo decontacto intrínseco = 120º - mojado parcial en elequilibrio. (b) mojado completo en el equilibrio.(c) ángulo de contacto intrínseco = 105º - mojadoparcial en estado metaestable. (d) mojadocompleto en el equilibrio.

32


2.3 Cálculo de tensión superficial, ángulos de2.3 Cálculo de tensión superficial, ángulos decontacto y energía superf ic ial (Juan Carloscontacto y energía superf ic ial (Juan CarlosCabanelas Valcárcel, Francisco JavierCabanelas Valcárcel, Francisco JavierGonzález Benito y María Eugenia RabanalGonzález Benito y María Eugenia RabanalJiménez, Universidad Carlos I I I de Madrid)Jiménez, Universidad Carlos I I I de Madrid)

2.3.1 Tensión superficial

2.3.1.1 Introducción

La tensión superficial es una medida directa delas fuerzas intermoleculares. La tensión en lascapas superficiales es el resultado de la atracciónde todo el material por la capa superficial y estaatracción tiende a reducir el número de moléculasen la región superficial originando un aumento enla distancia intermolecular.

Las fuerzas de atracción más comunes son lasde van der Waals, y estas pueden ser atribuidas aefectos diferentes:

1.Fuerzas de dispersión: debidas al movimien-to electrónico interno y son independientesdel movimiento dipolar.

2.Fuerzas polares: debidas a la existencia dedipolos eléctricos permanentes y efectos deinducción de dipolos permanentes sobremoléculas polarizables.

2.3.1.2 Método de Wilhelmy

Este método, para la determinación de tensionessuperficiales de líquidos y para la determinaciónde ángulos de contacto, fue desarrollado en el últi-mo siglo por Ludwig F. Wilhelmy.

La vasija con el líquido para ser examinado seeleva hasta que el líquido tome contacto con elplato. La fuerza de atracción del líquido sobre elplato es una medida directa de la tensión superfi-cial del líquido según la ecuación:

σ = FwLcosθ

Fw= Fuerza de WilhelmyL = Longitud de mojado θ = Ángulo de contacto.

Con el uso del plato de platino podemos asumir

que el ángulo de contacto es θ=0º, porque lamayoría de los líquidos mojan totalmente lasuperficie del metal. Entonces, como cosθ tiendea uno, la tensión superficial del fluido puede sercalculada fácilmente a partir de la ecuación ante-rior, si la longitud de mojado es conocida.

2.3.2 Ángulos de contacto


En el mundo real, las superficies sólidas sonraramente homogéneas como consecuencia de suexposición a contaminantes, residuos de lubrican-tes, lluvia ácida y partículas en el aire. Esto influ-ye en aspectos tales como la adherencia, biocom-patibilidad o lubricidad, etc. Las modificacionesson invisibles incluso a los más avanzadosmicroscopios o instrumentos espectroscópicos.Sin embargo, medidas de ángulo de contacto sonlas únicas vías de información, pero éstas estánlimitadas por técnicas ópticas que utilizan gotasminúsculas de líquido, que pueden llegar a darperfiles superficiales erróneos, especialmente ensuperficies rugosas o no homogéneas.

Por otro lado, el ángulo de contacto dinámico

Fig.2.17: Método de Wilhelmy.

llega más allá de estas limitaciones: examina unárea de superficie y proporciona una curva carac-terística de histéresis de avance y retroceso (dife-rencia entre los ángulos de avance y retroceso) dela superficie completa, proporcionando informa-ción sobre la estructura superficial, así como delos procesos de disolución, adsorción y orienta-ción de grupos moleculares en la superficie duran-te el proceso de mojado. Este método dependemenos del operador, es altamente reproducible ymenos sensible a cambios de concentración loca-lizados en la interfase aire/líquido. Con este méto-do, puede conocerse el ángulo de contacto defibras tan pequeñas como 5 micras de diámetro.

2.3.2.2 Tipos de ángulos de contacto

Un ángulo de contacto es el ángulo que formaun líquido con un sólido en la interfasesólido/líquido/vapor. Cada combinación de líqui-do-sólido forma un ángulo de contacto caracterís-tico en la interfase. En la mayoría de los casos uncambio en las propiedades de la superficie delsólido será medible por un cambio en el ángulo decontacto.

A menudo sólo se considera un ángulo de con-tacto y éste es el formado cuando el líquido estaen reposo. Sin embargo, cuando el líquido semueve se observan realmente dos ángulos dinámi-cos. Uno es el formado cuando el líquido seextiende sobre una superficie (ángulo de avance).

Un segundo ángulo de contacto, el ángulo deretroceso, se forma cuando el líquido se retira dela superficie. Este ángulo se observa generalmen-

te cuando el líquido está en reposo con respecto alsólido.

El método tradicional de determinación delángulo de contacto es un goniómetro . La gota secoloca sobre una superficie, que contiene dentrouna célula que tiene ventanas ópticas en la parteanterior y posterior. Con una luz detrás de la célu-la, la gota se puede visualizar con un microscopioo una cámara, El ángulo se mide con un prolonga-dor. Cuando la gota está en reposo, el ángulo quese mide está normalmente cerca del ángulo deretroceso. Los ángulos de avance pueden ser apro-ximados con este método, sin embargo la medi-ción es con frecuencia difícil.

Mediante el uso del tensiómetro podremos:

-Determinar de una manera completamenteautomática la energía libre superficial desólidos.

-Calcular automáticamente las componentespolares y de dispersión de la energía libresuperficial.

-Hacer medidas de los ángulos de contactodinámico a varias velocidades.

-Determinar los ángulos de contacto de polvosy calcular de la energía libre superficial.

-Medir la adsorción y comportamiento deabsorción de materiales.

-Determinar las densidades de líquidos.-Medir la longitud de mojado de superficies

sólidas y de fibras simples.-Medir la tensión superficial de líquidos.

2.3.2.3 Ángulo de contacto dinámico

La inmersión del plato en el líquido y la salidade éste permite la determinación del ángulo deavance-retroceso con el método de Wilhelmy. Semide la fuerza ejercida sobre el plato, que es fun-ción de la profundidad de inmersión. Esta fuerza

33


Fig.2.18: Representación del ángulo de contacto.

Fig.2.19:Ángulo de

avance y deretroceso.

consta de dos componentes (Fw y Fa). La fuerzade Wilhelmy, Fw, tiene efecto sólo sobre la super-ficie líquida. Esta fuerza es constante durante eltiempo de inmersión y ascensión del plato, y porello es válida la primera ecuación. La fuerza deempuje, Fa es una función lineal de la profundidadde inmersión d para el caso de una superficieideal.

Fa = ρ ·g·l·w·d

Siendo,

ρ = densidad del líquidog = 9.81 m/s2 ( constante gravitacional )l = longitud del plato w = anchura del plato d = profundidad de inmersión

Para el caso, en que el ángulo de contacto deavance y retroceso sea de 90º, el coseno del ángu-lo de contacto se hace cero. Esto provocaría unalínea recta en el gráfico de fuerza frente a profun-didad de inmersión y sería, en este caso, el resul-tado de la fuerza de empuje solamente.

A no ser que el ángulo de contacto sea 0º, losángulos de contacto de avance y retroceso sondiferentes, por lo que obtendremos una curva.Como la fuerza de Wilhelmy se ha mantenidoconstante, ésta se añade al término de empuje. Lafunción lineal, que describe la fuerza resultante Fpuede ser calculada mediante una regresión lineal,conocidos todos los parámetros. Por tanto, elángulo de contacto se calcula a partir de lasiguiente ecuación.

cosθ = 1 (F + Fa)

Este método es recomendado si las muestras tie-nen una estructura constante y puede utilizarsepara determinar energías superficiales. Por otrolado, es posible determinar ángulos de contacto enmuestras de distinta geometría al plato a través deuna ligera modificación del método de Wilhelmy.

2.3.3 Cálculo de la energía superficial

La tensión interfacial entre dos fases, segúnGood y Grifalco, es la siguiente.

σ12 = σ1 + σ2 - 2Φ √ σ1 σ2

Siendo σ1, σ2 las tensiones superficiales de lasfases simples, y σ12 la tensión interfacial entre lasfases; Φ es un parámetro de interacción, que debeser calculado empíricamente.

Fowkes introdujo las fuerzas de dispersióndebido a la carga asimétrica alrededor de los áto-mos o con respecto al centro de gravedad de lasmoléculas. Según éste, la tensión interfacial tienela siguiente expresión.

σ12 = σ1 + σ2 - 2√ σ d1 σ d2

Mientras que las fuerzas de dispersión existenen todas las moléculas, las fuerzas polares existensólo en moléculas especiales. Estas fuerzas surgende la diferencia de electronegatividad entre losdiferentes átomos en la misma molécula. Owens,Wendt, Rabel y Kaeble introdujeron la existenciade la componente polar según.

σ= σ d + σ p

donde σ d es la componente de dispersión y σ p

es la componente polar de la tensión interfacial.

Sí dos líquidos o una superficie sólida y unlíquido entran en contacto, habrá una interacciónentre las partes polares de ambas fases al igual queentre las partes de dispersión, pero no entre laspartes polares y las de dispersión.

La tensión interfacial de dos fases en contactoes siempre más baja que el total de las tensionesinterfacial de las fases separadas. Esto es debido alas interacciones en la interfase. En el caso en que

34


Fig.2.20:Curva dehistéresisideal.

σ. L

una de las dos fases en contacto es no polar sóloson posibles las interacciones debidas a la disper-sión. De este modo, si un líquido con componentepolar y de dispersión entra en contacto con unasuperficie sólida que sólo contiene componente dedispersión, la energía de interacción puede sersólo referida a la componente de dispersión.

Incluyendo la última ecuación mencionada en laanterior, Owens, Wendt, Rabel y Kaeble, conside-rando que el parámetro Φ es 1, propusieron losiguiente.

σ12 = σ1 + σ2 - 2√ σ d1 σ d2 + 2√ σ p1 σ p

2

En el caso de que la parte polar y de dispersiónde una de las fases sea conocida, preferiblementela del líquido, las componentes polares y de dis-persión de la otra fase pueden ser determinadasmediante medidas del ángulo de contacto.

Wu utilizó la media armónica en lugar de lageométrica para la determinación de las compo-nentes polares y de dispersión, llegando a lasiguiente ecuación.

σ12 = σ1 + σ2 - 4σ d1 σ d2 - 4σ p

1 σ p2

También se puede definir a partir de la mediaarmónico-geométrica.

σ12 = σ1 + σ2 - 2√ σ d1 σ 22 - 4σ p

1 σ p2

Todas las ecuaciones son válidas, pero ningunade ellas podría ser usada en todos los supuestos.La primera ecuación de Wu es válida para siste-mas tales como soluciones orgánicas, agua, polí-meros y pigmentos orgánicos. Los resultados quese obtienen utilizando la última ecuación son bue-nos para sistemas de elevada energía como mercu-rio, vidrios y óxidos metálicos. La ecuación deOwens, Wendt, Rabel y Kaeble es aplicable a sis-temas polares.

2.3.4 Equipo instrumental

El equipo utilizado en medidas de tensiónsuperficial se denomina tensiómetro.

Dependiendo de las características del mismopodrá aplicarse al cálculo de ángulos de contactoy a la determinación de energías libres superficia-les. Los equipos más sencillos son capaces demedir con suficiente fiabilidad tensiones superfi-ciales de líquidos (método del anillo de Du Noüy

o del plato de Wilhelmy). El método del plato per-mite, además, medir la tensión en interfases líqui-do-líquido.

Para la medida de ángulos de contacto suelenutilizarse equipos con cámara y microscopioincorporados. En ellos se sitúa la muestra sólidaen forma plana en un portamuestras capaz de des-plazarse en tres dimensiones, y se deposita unagota de líquido en la superficie de la muestra,observándola a través de un microscopio de medi-da alineado horizontalmente. Normalmente esposible determinar la altura y diámetro de la gota,así como su ángulo de contacto con la superficie.

Los equipos más completos son capaces dedeterminar tanto tensiones superficiales de líqui-dos como ángulos de contacto y, por tanto, energí-as libres superficiales. En este caso, el ángulo decontacto se determina a partir del comportamientodinámico en avance y retroceso del sólido en elseno del líquido.

2.3.5 Procedimiento experimental: determina-ción de la energía superficial de fibras de vidriocomerciales

Con los ángulos de contacto de líquidos diferen-tes en un mismo sólido, es posible calcular, utili-zando distintos métodos de cálculo, la energíasuperficial de materiales con superficies tan hete-

35


Fig.2.21:Medidas con

tensiómetromediante elmétodo del

anillo: 1-guíapara tubo

dosificador; 2-termopar para

medida de latemperatura; 3-

recipientetermostatizado;

4- varillasuspendida para

la fijación demuestras.

σ d1+ σ d

2 σ p1 + σ p

2

σ p1 + σ p2

36

rogéneas como las fibras de vidrio comerciales, esdecir, fibras de vidrio reforzadas con el correspon-diente ensimaje.

Los cálculos se pueden realizar siguiendo elmétodo de Owens/Wendt.

2.4 Conceptos básicos de la adhesión (José2.4 Conceptos básicos de la adhesión (JoséMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deAl icante)Al icante)

Por adhesivo se entiende aquella sustancia queaplicada a las superficies de dos materiales permi-te una unión resistente a la separación. Existenadhesivos estructurales y no estructurales.

El adherente o sustrato es el material que sequiere unir.

Por adhesión entendemos las interacciones físi-cas y químicas en la interfase. Es, en consecuen-cia, un fenómeno de superficie.

La interfase es una fase de características dife-renciadas entre el adhesivo y el adherente. Suspropiedades determinan que se produzca una

adhesión adecuada.

En algunos casos, no hay correspondencia entrelas predicciones basadas en las propiedades super-ficiales del adhesivo y del sustrato (adhesiónintrínseca) y la adhesión medida mediante unensayo mecánico (adhesión experimental). Laadhesión es, pues, un fenómeno complejo.

El concepto de distancia en la interfase puedejustificar la falta de acuerdo entre la adhesiónintrínseca y la experimental. Así, se pueden defi-nir tres zonas diferentes en la interfase, depen-diendo de la distancia respecto a la superficie delsustrato, que pueden ser caracterizadas mediantetres procesos o mecanismos diferentes :

1.Región comprendida entre la superficiedel adherente hasta 1 nm. En ella se produ-cen enlaces químicos entre átomos del adhe-sivo y del adherente (interacciones quími-cas). Se caracteriza mediante medidas deángulos de contacto y espectroscopía Auger.Cuando la ruptura de la unión se produce enesta zona de la interfase, suele existir acuerdoentre adhesión intrínseca y experimental.

2.Región comprendida entre 1 y 103 nm. Enella se producen cambios morfológicos en laestructura de las cadenas poliméricas (inter-acciones moleculares entre cadenas de polí-mero). Es una zona de la reticulación, crista-lización o curado de adhesivos. Secaracteriza mediante las técnicas habitualesde análisis de superficie (espectroscopía IR-ATR, XPS). Cuando la ruptura de la uniónadhesiva se produce en esta zona, las propie-dades de cohesión del adhesivo determinanla adhesión experimental. Es además unazona influenciada por las propiedades super-ficiales del adherente y del sustrato.

3.Región situada por encima de 103 nm. Es lazona en la que se transmiten los esfuerzosmecánicos realizados durante un ensayo demedida de la adhesión (interacciones a largadistancia entre grandes moléculas). Influyenen ella las propiedades reológicas y viscoe-lásticas del adhesivo. Se caracteriza median-te técnicas de caracterización de polímeros(DSC, DMTA, reometría de esfuerzo contro-lado, ensayos esfuerzo-deformación).Cuando la ruptura de la unión adhesiva seproduce en esta zona no existe acuerdo entrela adhesión intrínseca y la experimental,siendo difícil de predecir la magnitud de la

Fig.2.22:Medida delángulo decontacto de unafibra simple conun tensiómetro.

Fig.2.23:Diagrama paraladeterminaciónde la energíasuperficial porel método deOwens/Wendt.


adhesión práctica.

2.5 Teorías de la adhesión (José Miguel Mart ín2.5 Teorías de la adhesión (José Miguel Mart ínMart ínez, Univers idad de Al icante)Mart ínez, Univers idad de Al icante)

2.5.1 Introducción

Los mecanismos o modelos de adhesión tratande explicar las causas por las que se produce laadhesión entre dos materiales. No existe un mode-lo de adhesión universal. En general, cada unión

adhesiva puede ser explicada considerando variosmodelos de adhesión conjuntamente. Convienesaber, no obstante, que la carencia de adhesión enalgunas uniones no puede ser explicada mediantelos modelos de adhesión existentes.

Los modelos de adhesión más aceptados son elmodelo mecánico, el modelo de la difusión, y elmodelo de las capas débiles de ruptura preferente.

2.5.2 Modelo mecánico

Es la primera y más antigua de las teorías deadhesión. Considera que la adhesión se debe alanclaje del adhesivo en los poros y oquedadessuperficiales del sustrato. Dos son las contribucio-nes que favorecen la adhesión :

1.El aumento de la superficie del sustrato debi-do a la creación de rugosidades.

2.La penetración del adhesivo en las oquedadesdel sustrato.

Este modelo explica la adhesión de materialesporosos (madera, tejidos, fibras textiles, papel).Sin embargo, en algunas uniones adhesivas hayque considerar la contribución de otros modelosde adhesión:

1.Eliminación de capas débiles de ruptura pre-ferente (producidas al eliminar las capas másexternas del sustrato).

2.Incremento de la mojabilidad (aumento deenergía superficial).

Algunas de las uniones adhesivas que se justifi-can mediante el modelo mecánico son las siguien-tes:

1)Metalizado de plásticos. Los plásticos no tie-nen afinidad por los metales. La creación deheterogeneidades en la superficie del plásticofavorece el anclaje del recubrimiento metáli-co.

2)Tratamiento de metales por abrasión mecáni-ca (uniones estructurales de metales y alea-ciones metálicas). Se realiza antes de aplicartratamientos químicos, produciendo lossiguientes efectos:

a)Creación de una topografía superficialadecuada.

b)Eliminación de sustancias antiadherentes

37


Fig.2.24: Regiones en la interfase.

Fig.2.25: Redisposición de un oligómero deletileno en una superficie de grafito, altranscurrir el tiempo desde que se ponen encontacto.

38

de la superficie como contaminantes o gra-sas.

c)Incremento de la superficie de unión deladhesivo con el metal.

El modelo de adhesión mecánica es de granimportancia. En algunas uniones adhesivas, laadhesión que se obtiene mediante tratamientosquímicos es similar a la que producen los trata-mientos mecánicos.

Debemos distinguir dos topografías diferentesen la superficie: hendiduras o poros. Los poros secrean en metales fundamentalmente mediante tra-tamiento con chorro de arena. El efecto que seproduce es un incremento de la superficie de con-tacto con el adhesivo. Las hendiduras generan unaadhesión inferior que los poros, pero mejoran enmayor medida el mojado de la superficie.

2.5.3 Modelo eléctrico

En uniones metal/adhesivo, la diferente natura-leza de los materiales (el adhesivo suele ser unpolímero) facilita la transferencia de electrones

del metal al adhesivo para equilibrar los niveles deFermi de ambos. El resultado es la creación de unadoble capa eléctrica en la interfase.

La existencia de la doble capa eléctrica seobserva realizando experimentos muy sencillos.Por ejemplo, cuando las uniones adhesivo/metalse separan a alta velocidad, aparecen destelloseléctricos. Además, se observa un incremento dela adhesión. Las fuerzas electrostáticas implicadasen la separación de la unión pueden ser el resulta-do más que la causa del incremento de la adhe-sión.

2.5.4 Modelo de la difusión

Permite explicar la autoadhesión entre políme-ros idénticos. Postula como mecanismo de adhe-sión la migración de cadenas poliméricas entre lasdos superficies de los polímeros en contacto.

Para que se produzca una difusión óptima, lospolímeros deben ser miscibles, es decir, solublesentre sí. La miscibilidad de los polímeros se puedecuantificar mediante los parámetros de solubili-dad (δ) los cuales se miden en Hildebrands:

δ = (∆Hv - RT)1/2

Donde,∆Hv = Calor molar de vaporizaciónR =Constante de los gasesT =Temperatura (K)V =Volumen molar

Polímero δδ (J/cm3)1/2

n-hexano 14.8

Tetracloruro de carbono 17.6

Tolueno 18.3

2-Butanona 18.5

Benceno 18.7

Ciclohexanona 19.0

Estireno 19.0

Clorobenceno 19.4

Acetona 19.9

Tetrahidrofurano 20.3

Metanol 29.7

Agua 47.9

Fig.2.26: Fuerzas de pelado de uniones de unapelícula de cobre a níquel/ laminado epoxi:Influencia de la topografía superficial en laadhesión..

Fig.2.27:Diferentestopografíascreadas en lassuperficies desustratosmedianteabrasiónmecánica.

V


Tabla 2.4: Parámetro de solubilidad de algunosdisolventes.

Polímero δδ (J/cm3)1/2

Politetrafluoroetileno 12.7

Poli(dimetil siloxano) 14.9

Polietileno 16.2

Polipropileno 16.6

Polibutadieno 17.6

Poliestireno 17.6

Poli(metil metacrilato) 18.6

Poli(cloruro de vinilo) 19.4

Poli(acetato de vinilo) 21.7

Poli(etilen tereftalato) 21.9

Nylon-6,6 27.8

Poliacrilonitrilo 31.5

Los valores de los parámetros de solubilidaddependen del grado de interacciones intermolecu-lares en el disolvente o polímero. Así, las sustan-cias apolares poseen únicamente fuerzas de vander Waals de London, presentando parámetros desolubilidad pequeños. Las sustancias que formanenlaces de hidrógeno y/o contienen grupos pola-res (cloro, carbonilo, amidas), presentan paráme-tros de solubilidad superiores.

Dos polímeros, dos disolventes o un polímero yun disolvente son miscibles si poseen parámetrosde solubilidad parecidos. No obstante, existenexcepciones a esta regla general.

Los aciertos del modelo de la difusión son quedemuestra:

1)La pobre adhesión de las poliolefinas (polie-tileno, polipropileno).

2)La pobre miscibilidad de la mayoría de lospolímeros en agua (δagua = 47.9 Hildebrandsfrente a δpolímeros < 35 Hildebrands).

3)Los polímeros con muy diferentes paráme-tros de solubilidad no presentan adhesión.

4)La autoadhesión de plásticos mediante solda-dura por aplicación de calor o con disol-ventes.

Sin embargo, el modelo de la difusión presentalas siguientes limitaciones:

1)No considera la disipación viscoelástica pro-ducida cuando se realiza un ensayo mecánicode adhesión.

2)Los efectos debidos al tiempo de contacto ypeso molecular de los polímeros puedenexplicarse también considerando variacionesen la cinética del proceso de mojabilidad delos sustratos.

2.5.5 Modelo de la adsorción termodinámica(mojado superficial)

Es un modelo de validez general para cualquierproceso de adhesión. El modelo termodinámicoestablece que para que se produzca una adecuadaadhesión deben existir múltiples zonas de contac-to entre el adhesivo y la superficie del sustrato. Laadhesión termodinámica será tanto mejor cuantamayor sea la mojabilidad del adhesivo por el sus-trato.

La adhesión termodinámica implica la creaciónde fuerzas intermoleculares en la interfase adhesi-vo/sustrato. Dichas fuerzas son enlaces secunda-rios (“físicos”), tales como fuerzas de van derWaals y enlaces de hidrógeno. No obstante, con-viene destacar que la adhesión mediante fuerzassecundarias puede ser muy fuerte si se produce un

39


Tipo de enlace Energía de enlace

(kJ/mol)

Enlaces primarios

Iónico 600-1100

Covalente 60-700

Metálico 110-350

Enlaces donor - aceptor

Interacciones ácido-base de Bronsted Hasta 1000

(enlace iónico primario)

Interacciones ácido-base de Lewis Hasta 80

Enlaces secundarios

Enlaces de hidrógenoEnlaces de hidrógeno que involucran fluor Hasta 40

Enlaces de hidrógeno que excluyen el fluor 10-25

Enlaces de van der WaalsInteracciones dipolo-dipolo permanente 4-20

Interacciones dipolo-dipolo inducido Menor de 2

Fuerzas de dispersión de London 0,08-40

Tabla 2.5:Parámetro de solubilidad de algunospolímeros.

Tabla 2.6: Energía de enlace de las diferentesinteracciones que intervienen en la adsorciónsuperficial.

elevado número de enlaces.

Adicionalmente a los enlaces secundarios, sepueden generar enlaces primarios (“químicos”) enla interfase, principalmente enlaces covalentes yenlaces iónicos. Su contribución a la adhesiónforma parte del modelo del enlace químico.

De acuerdo con el modelo termodinámico, laadhesión se produce cuando el adhesivo moja alsustrato. Para cuantificar la mojabilidad se midenlos ángulos de contacto (θ) de diversos líquidospatrón sobre la superficie del sustrato. A partir delos valores de ángulo de contacto se puede calcu-lar la energía de superficie (WA) del sustrato:

WA = Υ1(1+cos θ)

dondeΥl es la tensión superficial del líquido.

La mojabilidad óptima se consigue cuando elángulo de contacto es bajo. Además se produceuna adecuada adhesión intrínseca cuando WA delsustrato es mayor que la energía superficial deladhesivo. Por otra parte, es recomendable queambas energías superficiales sean del mismoorden de magnitud.

2.5.6 Modelo del enlace químico

Considera que la adhesión se debe a la creaciónde enlaces primarios entre el sustrato y el adhesi-vo. Esto se logra mediante:

1)Tratamientos superficiales de los sustratos.2)Empleo de adhesivos reactivos (por ejemplo,

epoxi o cianoacrilatos).

Se pueden formar diferentes tipos de enlaces:

1)Covalentes: por ejemplo, en la interfase entreelastómeros y adhesivos epoxi.

2)Iónicos: por ejemplo, la interacción de óxidode zinc con ácido poliacrílico.

Hay dos sistemas reconocidos en la bibliografíacuya adhesión se justifica fundamentalmentemediante adhesión química:

1)Incorporación de complejos organometáli-cos: contienen un átomo metálico central(titanio, circonio, cobalto) rodeado de ligan-

dos orgánicos:a)Forman una monocapa sobre la superficie de los sustratos.

b)Suelen incrementar la durabilidad de lasuniones adhesivas.

2)Incorporación de primers . Un primer es uncompuesto que se adiciona a la superficie deun sustrato para aumentar la fuerza de unióna un adhesivo y/o para aumentar la dura-bilidad de la unión adhesiva.

Los silanos son los primers más usuales. Suestructura está constituida por una cadena químicarelativamente corta que contiene en un extremo ungrupo polar y en el otro un grupo apolar.

X3Si (CH2)nY

X = grupo hidrolizable (reacciona con un grupo

40


Fig.2.28: Interacción iónica entre ZnO y ácidopoliacrílico.

Fig.2.29: Estructura de γ - amino propil trietoxisilano en la superficie de una sílice.

41


adecuado del adhesivo).Y= grupo organofuncional que reacciona con

el sustrato.n suele oscilar entre 1 y 3.

Los silanos actúan creando una capa de espesormonomolecular en la superficie del sustrato.Generan uniones mediante enlaces covalentes, demanera que se crea un retículo que permite elanclaje de los adhesivos. Incrementan la adhesiónde los siguientes sistemas, entre otros:

1)Materiales y fibras de vidrio.2)Promotor de la adhesión de sustratos metáli-

cos como el aluminio.3)Aditivo para incrementar la mojabilidad de

adhesivos como epoxis y poliuretanos.

2.5.7 Modelo ácido-base

El modelo ácido-base justifica la adhesión enbase a interacciones químicas de esa naturaleza.Las sustancias se clasifican como sigue según suspropiedades ácido-base:

1)Acido = aceptor electrónico, donador de pro-tones. Por ejemplo:

a)Moléculas con un halógeno como PVC,PE y PP clorados o fluoruro de polivinilo.

b)Sustancias inorgánicas como Sílice oFe2O3.

2)Base = donador electrónico, aceptor de pro-tones. Por ejemplo:

a)Ésteres, cetonas, éteres.b)Polímeros como PMMA, poliestireno,EVA, policarbonatos o poliimidas.

c)Sustancias inorgánicas como CaCO3 oAl2O3.

3)Anfótero = Puede actuar como donador oaceptor electrónico o de protones. Por ejem-plo:

a)Amidas, aminas, alcoholes.b)Polímeros como poliamidas o PVA.c)Sustancias inorgánicas : α-Al2O3

El modelo ácido-base establece que la adhesiónse debe a interacciones ácido-base o donador (B) -aceptor (A) :

A ← :B

Las propiedades ácido-base se pueden cuantifi-car utilizando diferentes aproximaciones:

1.E. Papirer: uso de cromatografía inversa.2.F. Fowkes: emplea la aproximación de

Gutmann sobre interacciones ácido-base. 3.R. Good, C. Van Oss. emplean medidas de

ángulos de contacto.

Este modelo ha sido uno de los más popularesen los años 80. Actualmente se considera comouna aproximación que permite justificar solamen-te la adhesión de algunas uniones realizadas conaleaciones de aluminio y adhesivos epoxi.

2.5.8 Modelo reológico

Considera que al realizar un ensayo de adhe-sión, los sustratos y las uniones se someten a soli-citaciones mecánicas que dirigen la ruptura de launión a un lugar diferente dependiendo de la natu-raleza y magnitud de las solicitaciones.

La energía de separación (W) de una uniónadhesiva depende de la adhesión intrínseca (Wo) yde las propiedades reológicas de los materialesimplicados en la unión.

Fig.2.30:Adsorción dePMMA sobre

sílice enmedio ácido,

básico yneutro.

W = Wo x f(V,T)

f (T,V) es función de las propiedades másicas deladhesivo. Depende de la velocidad de separacióndurante el ensayo de adhesión (V), la temperatura(T) y la geometría del sustrato.

La adhesión intrínseca, Wo, es la contribuciónreversible a la adhesión, y f (V,T) contabiliza ladeformación irreversible de la unión adhesivaproducida durante el proceso de separación.

2.5.9 Modelo de las capas débiles de rotura pre-ferente

Es uno de los modelos de adhesión más comu-nes. Permite explicar la carencia de adhesión enmuchas uniones.

Existen dos casos tipificados:

1.El tratamiento superficial de un sustratodemasiado agresivo produce una capa super-ficial deteriorada, la cual cuando se realiceun ensayo de adhesión, actuará como zonadébil y la fractura de la unión se dirigiráhacia esta zona. En tal caso, el fallo de launión no será interfacial sino cohesivo en lacapa superficial tratada.

2.Una limpieza inadecuada de la superficiepuede reducir el número de puntos de anclajeen la interfase y, por tanto, deteriorar la adhe-sión.

El principio del modelo es el que sigue: la pro-pagación de la fractura de una unión adhesiva notiende a producirse en la zona interfacial, sino quetiende a dirigirse hacia zonas débiles de la superfi-cie del sustrato o del adhesivo (“weak boundarylayer”).

Las capas interfaciales de cohesión débil se pro-ducen por diversas circunstancias :

1)Contaminación (por ejemplo: burbujas deaire, polvo, humedad) que no se ha eliminadode la superficie del sustrato antes y/o durantela formación de la unión adhesiva. Es comúnen los metales.

2)Sustancias de bajo peso molecular o aditivosque migran a la interfase una vez que se haformado la unión. Es el caso de la migraciónde antioxidantes (como ceras y estearatos) ala superficies de los cauchos.

3)Reacciones entre el sustrato y el adhesivouna vez que se ha producido la unión adhesi-va. Se puede producir la creación de nuevasestructuras cuyas propiedades sean diferentesa las de la interfase. Algunos ejemplos son:

a)Unión de polietileno con aluminio.b)Unión fibra de carbono/matriz epoxi. c)Caucho SBR/Aluminio.

4)Excesivo o inadecuado tratamiento superfi-cial:

a)Abrasión excesiva produce un debilita-miento mecánico del material que puedefavorecer fallos prematuros o inesperadosen las uniones adhesivas.

b)Halogenación excesiva de cauchos pro-voca un deterioro de la superficie tratadaque genera un “endurecimiento” de lasuperficie en contacto con la interfase.

2.6 Composición de los adhesivos (Mario2.6 Composición de los adhesivos (MarioMadrid Vega, Loct i te España)Madrid Vega, Loct i te España)

Los adhesivos se nombran, comúnmente, segúnel producto base que los constituyen. Sin embargolas propiedades del adhesivo no son únicamenteconsecuencia de las propiedades del componentebase, sino también del resto de aditivos empleadosen su formulación.

Los constituyentes de un adhesivo varían enor-memente en base a la familia adhesiva a la quepertenezcan. No es posible hablar de una química

42


Fig.2.31: Doscasostipificados decapasinterfacialesde cohesióndébil enunionesadhesivas.

común, dado que los mecanismos de curado pue-den ser muy dispares. Sin embargo se puede men-cionar una serie de componentes presentes en losadhesivos más importantes que se definen en basea su función, aunque las sustancias químicasempleadas pueden ser muy variadas.

Los constituyentes de un adhesivo genéricopueden ser:

1.Producto base: puede ser un único producto,mezcla de varios productos o modificacionesquímicas de ciertos productos base. Es, casisiempre, una mezcla de monómeros, oligó-meros y/o polímeros.

2.Aditivos: son sustancias que hacen variar lascaracterísticas físico-químicas del monóme-ro, oligómero o polímero base del adhesivoantes y después de su curado. Podemos dis-tinguir:

a)Iniciadores: en el caso de adhesivosmonocomponentes reactivos se debenemplear sustancias que mediante algúntipo de mecanismo se activen e inicien lareacción de polimerización.

b)Agentes de reticulación: empleados paralograr la termoestabilización de ciertosadhesivos reactivos.

c)Diluyentes : reducen la concentración desólidos del adhesivo mejorando su mojabi-lidad. Modifican, además, propiedadescomo la viscosidad y la procesabilidad.

d)Colorantes : confieren color al adhesivo.e)Antioxidantes: evitan fenómenos de oxi-dación del monómero.

f)Plastificantes: modifican la temperaturade transición vítrea y, en consecuencia, laspropiedades físicas del adhesivo una vezcurado.

g)Agentes de “tack” o resinas tackifican-tes: sustancias que confieren untuosidad aladhesivo. Pueden ser sustancias naturales(derivados de resinas de pino) o sintéticas(derivados de residuos del petróleo).

h)Surfactantes o tensoactivos : agentes quemejoran la estabilidad de los adhesivosemulsionados.

i)Sustancias fluorescentes: permiten lalocalización del adhesivo sobre la piezamediante detectores adecuados.

j)Carriers: soportes sólidos empleadosfundamentalmente en adhesivos piezosen-sibles.

k)Agentes de acoplamiento o promotores

de la adhesión: generan enlaces primarioscon el sustrato cuando es necesario mejorarla durabilidad del adhesivo.

l)Estabilizantes: para mejorar la vida útildel producto.

m)Agentes antibacterianos y fungicidas.3.Cargas/espesantes: en general son sustan-

cias empleadas para modificar la reología deladhesivo antes de curar y/o las característicasmecánicas del adhesivo curado, aunque tam-bién se pueden usan cargas inertes para aba-ratar el producto final.

4.Disolventes: sustancias que se emplean úni-camente en los adhesivos en disolución y losadhesivos de contacto. Favorecen la procesa-bilidad y el “tack” del adhesivo. En muchasocasiones se emplea agua en lugar de undisolvente orgánico.

5.Endurecedores: empleados como segundocomponente en los adhesivos bicomponen-tes. Mezclados con el otro componente pro-vocan la reacción química de curado.

2.7. Reología de los sistemas adhesivos2.7. Reología de los sistemas adhesivos(Mario Madrid Vega, Loct i te España)(Mario Madrid Vega, Loct i te España)

2.7.1 Introducción

Los adhesivos presentan propiedades físico-quí-micas muy diferenciadas antes y después de sucurado. Antes, deben ser fluidos capaces de sertransportados hasta la superficie de los sustratos ycopiar su superficie. Después, deben presentarpropiedades mecánicas adecuadas a los requisitosdel ensamblaje. La transformación que experi-menta el adhesivo se denomina curado. Sólo hayuna familia de adhesivos que no experimentecurado, los adhesivos piezosensibles entre los quese encuentran las archiconocidas cintas adhesivas.

Las propiedades reológicas de los adhesivosantes del curado afectan a características talescomo la procesabilidad, la dosificación o la capa-cidad de relleno de holgura. Por otro lado, sonindicadores del rendimiento del producto y, enconsecuencia, indicadores de su calidad. Una delas mediciones típicas para comprobar el buenestado de un adhesivo es la de la viscosidad.

43


2.7.2 La Reología: comportamientos newtonia-no y hookiano

La Reología es la ciencia que estudia la defor-mación y el flujo de la materia. El término“Reología” fue acuñado por el profesor Binghamdel Colegio Lafayette, en Indiana. Esta definiciónfue aceptada cuando se fundó la SociedadAmericana de Reología en 1929.

La Reología abarca el estudio de materialesmuy diversos como pinturas, plásticos, cauchos,lubricantes, materiales biológicos, asfaltos, etc.Sin embargo, muchos fluidos no son objeto deestudio por parte de la Reología. Es necesario,pues, definir el espectro de materiales que real-mente cubre esta rama del saber.

La diferencia entre sólidos y líquidos es intuiti-va. Consideramos un sólido a aquel material queofrece una resistencia a la deformación. Cuandosolicitamos un sólido recibimos una respuestaelástica y posteriormente, una vez superado ellímite elástico, una respuesta plástica. La ley deHook gobierna el comportamiento del sólido den-tro de la región elástica.

Un fluido, sin embargo, es un material que fluyeincluso por efecto de la gravedad de manera queadopta la forma del envase que lo contiene.Cuando solicitamos un fluido recibimos una res-puesta viscosa, gobernada por la ley de Newton.

Entre estos dos comportamientos ideales sehayan una serie de sustancias que responden deforma no lineal cuando son solicitados, o bien,presentan patrones de respuesta elásticos o visco-sos dependiendo de la velocidad de solicitación ola escala temporal en la que se observa la defor-mación. Estos materiales son objeto de estudiopor parte de la Reología.

2.7.2.1 El comportamiento newtoniano: la vis-cosidad

Una de las propiedades más importantes quecaracterizan la capacidad de deformación de unfluido frente a una solicitación es su viscosidad.La viscosidad se define como la resistencia quepresentan las moléculas de un fluido a su separa-ción. Esquemáticamente, podemos representardos láminas de fluido separadas por un espesor de

fluido.

Muchos fluidos cumplen el principio que IsaacNewton enunció en el siglo XVII según el cual “laresistencia al deslizamiento ofrecida por un fluidoes proporcional a la velocidad a la cual se separanentre si las partes del líquido”. Según este princi-pio, la fuerza por unidad de área necesaria paraproducir el movimiento o tensión de cortaduraτ=F/A, es proporcional a la velocidad de deforma-ción también a cortadura γ= U/d . La constante deproporcionalidad es el denominado coeficiente deviscosidad η:

τ = ηγ

donde τ es la tensión de cortadura en Pascales(Pa), η el coeficiente de viscosidad en Pascalessegundo (Pa·s) y γ la velocidad de deformaciónen segundos a la menos uno (s-1). La viscosidad deun fluido Newtoniano es independiente de la velo-cidad de deformación y del historial de deforma-ciones.

La siguiente tabla muestra algunas viscosidadestípicas. Aunque la unidad formal es el Pa·s, escomún ver las viscosidades representadas enmPa·s, ya que el agua tiene una viscosidad de 1mPa·s. Incluso el aire, aún siendo un gas, presentauna viscosidad que es cien veces inferior a la delagua.

44

Fig.2.32: Representación del flujo viscoso de unfluido newtoniano.


MATERIAL VISCOSIDAD (Pa·s)

Bitumen 100.000.000

Polímeros fundidos 1.000

Jarabes 100

Miel líquida 10

Glicerina 1

Aceite de oliva 0.01

Agua 0.001

Aire 0.00001

En la siguiente tabla se muestran las velocida-des de deformación a cortadura típicas de algunosprocesos comunes. Conviene destacar que ciertosprocesos en los que se trabaja con espesores defluido muy pequeños, como cuando se pinta abrocha o se saca brillo a los zapatos, imprimenvelocidades de deformación extremadamente ele-vadas, de hasta 106 s -1. En el otro extremo, proce-sos como la sedimentación producen movimien-tos muy pequeños de capas por lo que siendo aúnun procesos a cortadura presentan velocidades dedeformación muy pequeñas de en torno a 10 -6 s -1.

PROCESO VELOCIDAD DE DEFORMACIÓN

(S-1)

Sedimentar 0.000001 - 0.0001

Nivelar 0.01 - 0.1

Desaguar 0.1 - 10

Masticar 1 - 100

Pintar a brocha 1 - 1.000

Sacar brillo a los zapatos 10.000 - 1.000.000

A pesar de que Newton introdujo estas ideas en1687, no fue hasta el siglo XIX cuando Navier yStokes desarrollaron de forma independiente unateoría tridimensional consistente para los fluidosnewtonianos. Las ecuaciones que gobiernan estosfluidos se denominan ecuaciones de Navier-Stokes.

2.7.2.2 El comportamiento hookiano: la elasti-cidad

En contraposición a los fluidos Newtonianos,cuyo comportamiento es puramente viscoso, losmateriales sólidos hookianos cumplen por debajode su límite elástico la ley de Hook. Aplicada a

tensiones de cortadura, la relación resulta comosigue:

τ = Gγ

donde τ es la tensión de cortadura en Pascales(Pa), G el módulo de rigidez en Pascales (Pa) y γel ángulo de deformación. Representado de formaesquemática, un bloque de sólido hookiano sedeforma bajo una tensión de cortadura τ para for-mar un ángulo de deformación γ :

En resumidas cuentas, hemos visto las ecuacio-nes que rigen los fluidos puramente viscosos (leyde Newton) y los sólidos puramente elásticos (leyde Hook). Sin embargo, durante el siglo XIX secomprobó que existían ciertos materiales cuyocomportamiento mecánico se desviaba del visco-so y del elástico puros. Así, Weber observó porejemplo que los hilos de seda sufrían una defor-mación inicial seguida de una alargamiento paula-tino cuando se sometían a cargas constantes deestiramiento. Cuando se dejaba de solicitar el hiloretornaba lentamente a sus dimensiones origina-les. Igualmente, Maxwell observó un cierto com-portamiento elástico en ciertos líquidos.

2.7.2.3 Desviaciones del comportamiento lineal:comportamiento no newtoniano

A pesar de su definición como ciencia, laReología no se dedica al estudio de los fluidospuramente viscosos o de los sólidos puramenteelásticos. Los materiales objeto de estudio porparte de la Reología son aquéllos cuyo comporta-miento se separa de los anteriormente menciona-dos. Multitud de materiales como las fibras sinté-ticas, los polímeros, los detergentes líquidos, losaceites multigrado, las pinturas que no gotean, loscosméticos y, por supuesto, los adhesivos, obede-

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Fig.2.33:Representación

de ladeformación

angular elásticade un sólido

hookianodeformado a

cortadura.

cen a comportamientos mecánicos a medio cami-no entre los líquidos y los sólidos.

Muchos fluidos reales presentan al mismo tiem-po comportamientos pseudoplástico y elástico.Estos fluidos pueden caracterizarse mediante unaley empírica potencial:

τ = kγ n

donde k y n son constantes características delfluido. El parámetro k cuantifica la consistenciadel fluido: cuanto mayor es k, más viscoso es elfluido. El parámetro n es una medida del grado decomportamiento no-newtoniano.: cuanto máslejos se halle de la unidad más pronunciadas seránlas propiedades no-newtonianas del fluido.

Hay numerosas descripciones fenomenológicas,moleculares y empíricas del comportamiento delos fluidos no-newtonianos que tienen aplicaciónen muchos problemas reológicos relacionados conla elasticidad, tensiones de fluencia y enrolla-mientos moleculares.

2.7.3 Factores que afectan a la viscosidad de unfluido no-newtoniano

Los denominados fluidos no-newtonianos pre-sentan un comportamiento mecánico dependienteno sólo de la temperatura y la presión, como es elcaso de los fluidos puramente newtonianos. Losfactores que afectan a la viscosidad de un fluidono-newtoniano son los que siguen:

1.La temperatura.2.La presión.3.La velocidad de deformación.4.El tiempo.

Vamos a describir cuáles son los efectos queproducen sobre la viscosidad cada uno de los fac-tores anteriores.

2.7.3.1 Dependencia de la temperatura

Generalmente, la viscosidad disminuye con elaumento de la temperatura, es decir, se incremen-ta su fluidez. Esto se debe a que el aumento de latemperatura es consecuencia de un incremento de

la energía cinética de las moléculas de fluido quedebilita la atracción intermolecular y facilita laseparación de las moléculas frente a esfuerzoscortantes.

La viscosidad de los fluidos newtonianos decre-ce al aumentar la temperatura siguiendo de formaaproximada la relación de Arrhenius:

η = Ae-B/T

Donde T es la temperatura absoluta y A y B sonconstantes del líquido. En general, para los líqui-dos newtonianos, cuanto mayor es la viscosidadmayor es su dependencia de la temperatura. Estonos obliga a emplear baños termostatizados parala medida de la viscosidad.

Los fluidos no-newtonianos presentan unadependencia mecánica de la temperatura que afec-ta en realidad a la fase continua. En ocasiones, seproducen variaciones extraordinariamente altas,por ejemplo en suspensiones cuando alguna de lasfases supera la temperatura de fluencia. A vecesse producen cambios de fases que producen varia-ciones dramáticas de viscosidad. Los cambios desolubilidad también pueden provocar desviacio-nes de la ley de Arrhenius.

2.7.3.2 Dependencia de la presión

La viscosidad de los líquidos aumenta de formaexponencial con la presión isotrópica, puesto quese dificulta la separación entre las partículas defluido. La única excepción es el agua a 30ºC, parala cual se observa en primer lugar una disminu-ción seguida en último caso de un aumento expo-nencial.

Las variaciones de viscosidad son, no obstante,pequeñas para cambios de presión cercanos a lapresión atmosférica, por los que desde un puntode vista práctico su efecto se ignora en los visco-símetros.

2.7.3.3 Dependencia de la tensión de cortadu-ra

Como ya se ha comentado hasta ahora, los flui-dos newtonianos no presentan variaciones en sucomportamiento mecánico en todo el rango desolicitaciones. Cualquier fluido que presente una

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desviación de este comportamiento es no-newto-niano.

La desviación más común del comportamientonewtoniano lineal es el “pseudoplástico” y se pro-duce cuando las viscosidades observadas a bajasvelocidades de deformación son mayores que lasobservadas a altas velocidades de deformación.Sucede que a valores extremos de velocidad dedeformación el comportamiento es prácticamentenewtoniano, es decir, independiente de la veloci-dad de deformación (la viscosidad es constante).Estas regiones se conocen con el nombre de new-toniana inferior y newtoniana superior, referidas avalores bajos o altos de velocidad de deformación,respectivamente. El mayor valor de viscosidadcorrespondiente a la región newtoniana inferior seconoce con el nombre de viscosidad en estático.

Algunos ejemplos de fluidos pseudoplásticosson los polímeros fundidos, la sangre y muchosadhesivos. Existen multitud de disposicionesmoleculares que producen pseudoplasticidad. Unejemplo común sucede cuando partículas con for-mas irregulares se alinean en la dirección de flujodel líquido. Entonces, presentan una superficiemenor y una viscosidad de arrastre inferior por loque la resistencia frente a esfuerzos de cortaduradisminuye. En cuanto desaparece el esfuerzo, elmovimiento browniano se encarga de devolver laorientación aleatoria de la partículas. Otros proce-sos que inducen pseudoplasticidad son el desen-rrollamiento de cadenas largas de polímeros, ladeformación de partículas maleables o la rotura deagregados.

Existe algunos materiales en los que la viscosi-

dad aumenta con la velocidad de deformación.Estos fluidos se denominan “dilatantes”. Aunqueson mucho menos comunes que los fluidos pseu-doplásticos existen ejemplos de fluidos dilatantes,como las tierras movedizas.

Otros materiales presentan un esfuerzo mínimode deformación, por debajo del cual presentan uncomportamiento elástico. Este efecto se denomina“efecto Bingham”. Se puede decir que para estosmateriales la viscosidad en estático es infinito, yno cabe duda sobre la existencia de una primeraregión newtoniana.

Existen diversos modelos matemáticos que des-criben estas desviaciones del comportamientonewtoniano, entre ellas el modelo potencial men-cionado anteriormente. Todos ellos son básica-mente empíricos y son consecuencia del ajuste delas curvas experimentales a ecuaciones que repro-duzcan los datos obtenidos en el laboratorio.

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Fig.2.34: Fluidos newtonianos: A, relaciónlineal entre esfuerzo de cortadura y velocidadde deformación; B, la viscosidad del fluidopermanece constante a cualquier velocidad dedeformación.

Fig.2.35:Variación de la

viscosidad dediversos fluidos

a diferentesvelocidades de

deformación.

Fig.2.36:Variación dela resistencia

a cortadurade variosfluidos a

diferentesvelocidades

dedeformación.

2.7.3.4 Dependencia del tiempo de solicitación

En muchas ocasiones, la medida de la viscosi-dad de un fluido no-newtoniano no sólo dependedel esfuerzo de cortadura (a presión y temperaturaconstantes) y experimenta variaciones a lo largodel tiempo de solicitación. Este efecto es conse-cuencia de una reorganización microestructuraldel fluido que puede ser reversible o irreversible.

Según la definición aceptada, un descenso gra-dual de la viscosidad bajo tensión seguido de unarecuperación paulatina de la estructura cuando elesfuerzo desaparece se denomina “tixotropía”. Elefecto opuesto se denomina “reopexia”.

La tixotropía se suele dar en líquidos que pre-sentan pseudoplasticidad. Igualmente suelen coin-cidir comportamientos reopéxicos y dilatantes enun mismo fluido. La forma en la que el fenómenose manifiesta depende del tipo de ensayo realiza-do.

Cuando se barre el velocidades de deformación

de forma cíclica un adhesivo tixotrópico apareceun fenómeno acusado de histéresis. Se necesitamayor esfuerzo en la curva ascendente que en ladescendente, lo cual hace evidente un cambio enla microestructura del fluido.

El componente más común que se emplea paraimpartir tixotropía en un adhesivo es la sílice. Lasílice consta de partículas mas o menos esféricasde dióxido de silicio con diámetros del orden delos 100nm. En la práctica estas partículas formanagregados, que a su vez se agrupan para formaraglomerados de mayor tamaño. Cuando una dis-persión de tales aglomerados se deja en reposo, seforma una estructura tridimensional tipo gel.Cuando se solicita a cortadura esta estructura, serompe y se facilita su flujo. El ciclo es reversiblepero dependiente del tiempo. Cuanto más dura elproceso de disgregación más se deshace la estruc-tura. En reposo el material recupera gradualmentesu estructura hasta que se reconstruye la red tridi-mensional.

Conviene destacar que la tixotropía es un fenó-meno enteramente dependiente de la historia delmaterial. Por tanto, cualquier predicción sobre elflujo del material debe realizarse con un conoci-miento pleno del historial de solicitaciones/defor-maciones que haya experimentado el fluido.

2.7.4 Comportamiento viscoelástico

Ciertos materiales presentan desviaciones de loscomportamientos elástico y viscoso cuando lavelocidad de solicitación varía. Así, ciertos cau-chos de silicona fluyen de forma viscosa por elsimple efecto de la gravedad adaptándose al enva-se que los contiene, como si de un líquido pura-mente viscoso se tratara. Estos mismos materia-les, se comportan como sólidos elásticos frente avelocidades de solicitación mayores y de hechorebotan cuando se lanzan contra una pared o elsuelo.

En ciertos materiales es frecuente la existenciade un comportamiento reológico mixto, con unacomponente elástica y otra viscosa, debido a laexistencia de diferentes mecanismos de deforma-ción. La dependencia de la velocidad de deforma-ción queda patente para estos materiales.

El acercamiento clásico a la descripción de la

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Fig.2.38:Efecto dehistéresis enlos fluidostixotrópicosbajobarridoscíclicos develocidad dedeformación.

Fig.2.37:Variacióntemporal de laviscosidad dediversos fluidossometidos adiferentestensiones decortadura.


respuesta de materiales que presentan propiedadesviscosas y elásticas está basado en la analogía conel comportamiento de ciertos elementos mecáni-

cos. Estos modelos son apropiados solamente parapequeñas amplitudes de desplazamiento, siendoinadecuados para predecir una deformación conti-nua o el comportamiento de flujo de los materialesreales.

Como se aprecia, en el modelo de Maxwell,durante la aplicación de la fuerza existe una defor-mación elástica instantánea, sucedida por unadeformación plástica. Cuando se elimina estafuerza, la deformación provocada por el elementoviscoso no se recupera, el sistema sólo retorna ladeformación elástica.

En el modelo de Voight, la deformación tiende aun valor constante en el que el muelle alcanza suequilibrio. Posteriormente, si la fuerza se elimina,la deformación se recupera completamente. Eltiempo para que se desarrollen estos dos procesosdependen del efecto del amortiguador. Operando apartir de la ecuación que rige la aportación del ele-mento muelle y el elemento amortiguador sobre latensión se llega a la definición matemática deltiempo de relajación:

γ = τ (1-e-t/λ)

donde λ = η

es el denominado tiempo de rela-jación.

Como puede apreciarse de la definición de tiem-po de relajación, cuanto mayor sea la componenteelástica respecto a la viscosa, menor será el tiem-po de respuesta; mientras que si la componenteviscosa es elevada, el tiempo de respuesta delmaterial a una deformación también lo será.

El modelo mecánico más completo y que repre-senta mejor el comportamiento general de losmateriales viscoelásticos es el modelo de Berger,el cual combina los modelos de Maxwell y deVoight y puede aplicarse a cualquier tipo de res-puesta.

La utilización de una componente puramenteviscosa en el modelo de Berger podría indicar quetodos los materiales tienen tendencia a deformarsepermanentemente, es decir, que mostrarían unadeformación viscosa cuando son sometidos a unafuerza. Este hecho no siempre se observa, puestoque depende del tiempo de relajación del materialy del tiempo que éste sea observado mientras durala fuerza aplicada (tiempo experimental), asícomo la magnitud de tal fuerza.

Para definir la escala temporal en Reología seemplea el denominado Número de Deborah, quematemáticamente se define como:

De = τ/T

donde T es el tiempo característico de en el quese observa la deformación y τ es el tiempo carac-terístico del material. El valor de τ es infinito parasólidos elásticos hookianos y cero para líquidosviscosos newtonianos. Para valores cercanos a launidad:

De>>1:Deformación elástica. El material secomporta como un sólido.

De = 1:Comportamiento viscoelástico.De<<1:Flujo viscoso. El material se comporta

como un líquido.

Obviamente, es importante determinar el com-portamiento del material en las escalas de tiempoen las que éste tenga que ser utilizado, si se pre-tende relacionar su comportamiento en dichas cir-cunstancias con datos reológicos. Un material

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Fig.2.39: Modelos de comportamiento elástico,viscoso y viscoelástico

G

G

puede comportarse como un sólido a velocidadesde solicitación suficientemente elevadas, o comoun líquido cuando éstas son muy bajas.

Los métodos oscilatorios se emplean para deter-minar el comportamiento mecánico de los fluidossometidos a velocidades de deformación muy ele-vadas. Permiten definir los módulos elástico y vis-coso que contribuyen al comportamiento mixto deestos fluidos.

Es importante dejar claro que no todos los flui-dos no-newtonianos presentan propiedades visco-elásticas.

2.7.5 Medida de las propiedades reológicas

La precisión de la medida es muy importante enviscosimetría. En un principio, regular la veloci-dad, la geometría y la sensibilidad del aparato esposible. Sin embargo, tales calibraciones suelenrealizarse con líquidos newtonianos normalizadosde viscosidad conocida. Normalmente son aceitesque cubren un margen muy amplio de viscosida-des en base a la variación de su peso molecular.Son químicamente estables y no muy volátiles.Estos aceites se calibran empleando viscosímetroscapilares de vidrio que previamente fueron cali-brados empleando el valor aceptado internacio-nalmente para la viscosidad del agua (1,002 mPa·sa 20.00ºC, con una incertidumbre de (0.25%).Considerando los errores acumulados tanto enmediciones directas como en comparativas, lasmedidas cotidianas de viscosidad serán siemprepeores que el mencionado 0.25%. En la prácticaes más realista hablar de precisiones diez vecespeores que esa cifra.

2.7.6 Sistemas de medida de las propiedadesreológicas

Muchos de los viscómetros empleados en laindustria presentan distribuciones complicadas deflujo y tensión, aunque su manejo es sencillo. Enel caso de líquidos newtonianos, el uso de estosinstrumentos no presenta problemas significati-vos, puesto que pueden ser calibrados con unlíquido estándar. Sin embargo, los líquidos no-newtonianos precisan derivaciones teóricas paraproducir información sobre la viscosidad, y en

ocasiones no es posible generar datos consistentesni con los tratamientos matemáticos más sofistica-dos.

Los reómetros emplean generalmente geometrí-as simples de flujo, siendo las más comunes elflujo capilar, el cono-placa y el Couette. Unreciente avance han sido las geometrías de flujocomprimido que tienen la capacidad de medir vis-cosidades de elongación biaxial. Estas geometríasaplicadas a los reómetros permiten la medición delas propiedades viscoelásticas de los adhesivos.Podemos clasificar los reómetros según la geome-tría del sistema empleado:

1.Viscosímetros de flujo rectilíneo inducidopor arrastre:

a)Viscosímetro tipo sandwich.2.Reómetros de deslizamiento en paredes.

a)Reómetros de flujo capilar.3.Viscosímetros rotativos:

a)Reómetro de cono-placa.b)Reómetro de Couette.

4.Reómetros de flujo comprimido.5.La espectrometría mecánica.

Las medidas reológicas se emplean para deter-minar las condiciones de dosificación de los adhe-sivos. No obstante, es extremadamente difícilmedir la elasticidad y la viscosidad elongacional.

2.7.6.1 El viscosímetro tipo sandwich

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Fig.2.40: Esquema de un viscosímetro tiposandwich.


Es el viscosímetro más sencillo. En este instru-mento se cargan a cortadura fluidos muy viscososentre dos placas paralelas o en sandwich entre tresplacas.

Si el miembro móvil se programa a velocidadconstante, se obtiene una velocidad de deforma-ción constante. Se puede determinar la fuerzaaplicada en función del tiempo. Normalizandocon el área involucrada obtenemos la variación dela tensión de cortadura con el tiempo.

Una ventaja que tiene este instrumento es laposibilidad de alcanzar bajas velocidades dedeformación, aunque esto es al mismo tiempo unalimitación. Materiales que muestran fenómenosde deslizamiento en instrumental rotativo no pre-surizado pueden ser caracterizados mediante losviscosímetros tipo sandwich.

2.7.6.2 El reómetro de flujo capilar

Los reómetros capilares basan su funcionamien-to en la dificultad que opone un conducto a lacaída por gravedad del adhesivo.

Los viscosímetros capilares son los instrumen-tos industriales y de laboratorio de medida reoló-gica más importantes. Su uso en el campo de lospolímeros data de 1930.

2.7.6.3 El reómetro de cono-placa

Son instrumentos extensamente utilizados en ellaboratorio e industrialmente para medir las pro-piedades de flujo. Basan su funcionamiento en elmovimiento giratorio de un elemento cónico bajouna placa fija.

Los viscosímetros de cono-placa solventanmuchos de los problemas que presentan los visco-símetros Brookfield. La velocidad de deformaciónes constante en toda la muestra ensayada, lo cual

permite la reproducibilidad de las viscosidadesmedidas. Otras ventajas son el tamaño tan reduci-do de muestra que precisa, la facilidad para con-trolar la temperatura, la amplitud de velocidadesde deformación que abarca y la posibilidad decaracterizar el perfil reológico del adhesivo de unaforma completa y precisa.

2.7.6.4 El reómetro de Couette

El viscosímetro coaxial o de Couette es el ins-trumento de caracterización reológica más impor-tante. Es, además, uno de los viscosímetros másantiguos puesto que fue desarrollado y extensa-mente empleado durante el siglo XIX.

El cilindro coaxial incluye un elemento interiorrotatorio y un cilindro exterior. El elemento rotati-vo gira sometiendo el fluido contenido a esfuerzosde cortadura.

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Fig.2.41: Esquema de un reómetro capilar.

Fig.2.42:Esquema deun reómetro

de cono-placa.

2.7.6.5 El reómetro de flujo comprimido

Basa su funcionamiento en el movimiento rela-tivo de acercamiento de dos placas que provocanel desplazamiento del fluido en sentido perpendi-cular a la dirección de aproximación de los ele-mentos.

2.7.6.6 La espectrometría mecánica

Un espectrómetro mecánico es capaz de medirlas propiedades reológicas y mecánicas de losadhesivos aplicando tanto deformaciones unifor-mes como deformaciones dinámicas. El equipoemplea geometrías tipo cono-placa, de placa para-lela o Couette para caracterizar los fluidos adhesi-vos. Se pueden aplicar numerosos historiales dedeformación a temperaturas que van de –140ºC a380ºC. Los aparatos típicos proporcionan cuatroórdenes de magnitud de frecuencias de deforma-ción entre 10 -2 y 102 radianes por segundo, conbarridos de temperatura y deformación controla-dos.

El espectrómetro mecánico es un aparato rígidoque traslada un historial de deformación seleccio-nado al movimiento de un motor servocontroladomediante un microprocesador y una geometríafijada. Las fuerzas resultantes se miden mediantedos transductores de precisión, uno normal y elotro torsional. Las medidas proporcionan infor-mación sobre los estados uniforme y dinámicoelástico y la pérdida de módulo, junto con el ángu-lo de fase y la viscosidad compleja. Se puedenprogramar velocidades de deformación sinusoida-les, en rampa y escalonadas dentro de un rango decuatro órdenes de magnitud.

La espectrometría mecánica permite caracteri-zar la viscosidad y la elasticidad de los adhesivosdentro de un amplio margen de velocidades dedeformación. El módulo viscoso y la naturalezapseudoplástica de la viscosidad compleja propor-cionan información de la elasticidad del adhesivoy la fracción de alto peso molecular dentro de ladistribución de pesos moleculares.

Las medidas precisan normalmente extensosperiodos de tiempo. Esto se convierte en un pro-blema a elevadas temperaturas a las cuáles eladhesivo puede sufrir cambios significativos.

2.7.7 Reología y aplicación de los adhesivos

Como ya se ha dicho, la reología de un adhesi-vo determina su procesabilidad, su dosificabilidady su ámbito de uso.

La capacidad de relleno de holgura de un adhe-sivo depende de su viscosidad en estático. Bajasviscosidades en estático admiten sólo bajas holgu-ras. Con viscosidades extremadamente bajas, sepueden lograr adhesivos penetrantes capaces deintroducirse en microporosidades o de entrar en lazona de unión después de haber realizado el mon-taje. Altas viscosidades permiten rellenar grandesholguras, aunque en tales adhesivos pueden llegara existir limitaciones en cuanto a holguras míni-mas. Por supuesto, la capacidad de relleno degrandes holguras también se halla supeditada almecanismo de curado del adhesivo.

Los productos tipo gel (efecto Bingham) permi-ten la aplicación de adhesivo en posiciones verti-cales e incluso invertidas. El comportamiento detales adhesivos se corresponde con el de un fluido

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Fig.2.43:Esquema de unreómetro deCouette.

Fig.2.44:Esquema de unreómetro deflujocomprimido.

tixotrópico, de modo que a alta velocidad sepuede lograr el flujo del producto sin dificultad,pero una vez ubicado, éste recupera su forma. Estacaracterística puede también ser empleada paramejorar la capacidad de relleno de holgura.

Los productos tixotrópicos tienen aplicacionesmuy concretas. Estos adhesivos permiten resisten-cias en verde (efecto Bingham) importantes, aun-que admiten su dosificación a altas velocidades.Son muy empleados como adhesivos para el mon-taje de componentes electrónicos sobre placas decircuitos impresos. Los componentes situadossobre la placa deben mantenerse en posición antesde que el adhesivo haya curado , soportando lasaceleraciones derivadas de los movimientos queimprimen las máquinas de montaje.

El comportamiento reológico de un adhesivo esde vital importancia a la hora de diseñar un equi-po para su dosificación en línea. Como cualquierfluido, la viscosidad de un adhesivo depende, deforma especialmente importante, de la temperatu-ra, por lo que las presiones de dosificación en elcaso de redes neumáticas, depende de la tempera-tura de trabajo de la aplicación.

La viscosidad del producto también afecta en laformación de burbujas en su seno, problema que amenudo debe evitarse mediante, por ejemplo, sis-

temas de vacío. En ocasiones los adhesivos seenvasan en recipientes desde los que se realizarála dosificación de forma directa, evitando que lostransvases sean una fuente de generación de bur-bujas. Estos envases se suelen centrifugar para

apelmazar el adhesivo en la parte delantera cerca-na a la boquilla de salida del producto.

Por último, existen adhesivos higroscópicos quemodifican su viscosidad a los largo del tiempo porcaptación de la humedad ambiental. Los epoxismonocomponentes empleados como adhesivospara componentes electrónicos presentan esteinconveniente, dando lugar en ocasiones a dosifi-caciones inconsistentes. Este problema se evitaminimizando el contacto del adhesivo con lahumedad ambiental, por ejemplo, mediante el usode circuitos de aplicación cerrados sin exposiciónal aire.

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Fig.2.45: Comportamiento de un adhesivotixotrópico durante su dosificación.

3.1 Propiedades mecánicas de los adhesivos3.1 Propiedades mecánicas de los adhesivos(Juan Carlos del Real Romero, Univers idad(Juan Carlos del Real Romero, Univers idadPont i f ic ia Comil las de Madrid)Pont i f ic ia Comil las de Madrid)

Los tecnólogos de la adhesión diseñan normal-mente las formulaciones adhesivas para lograrque las fuerzas adhesivas sean siempre superioresa las cohesivas. De este modo, conociendo laspropiedades mecánicas del adhesivo se puede eva-luar y, por tanto predecir, el comportamientomecánico de una unión adhesiva. Según este enfo-que, las propiedades mecánicas de la unión pue-den estudiarse en base a las propiedades mecáni-cas del adhesivo que la constituye, aunque, comose verá mas adelante, el tipo de esfuerzo y el dise-ño de la unión tienen una gran importancia en laresistencia final.

Los polímeros son materiales ligeros, con pro-piedades mecánicas variables y modificablesmediante la adición de cargas, con bajas conducti-vidades eléctrica y térmica, resistentes a agentesquímicos, permeabilidad variable y salvo excep-ciones, presentan peores propiedades mecánicasque los metales.

Existe una gran cantidad de polímeros que seemplean como adhesivos y existen multitud deformas de clasificarlos. En este apartado se va aconsiderar el comportamiento de los adhesivosmas usados en ingeniería, denominados adhesivosestructurales. Los adhesivos epoxis, acrílicos (cia-noacrilatos, anaeróbicos, acrílicos modificados,etc.), fenólicos, poliuretanos, son algunos de losmateriales poliméricos que entran dentro de estacategoría de adhesivos estructurales.

El comportamiento mecánico de estos adhesi-vos estructurales está referido a su condición finalde uso, es decir después de su proceso de “cura-do”.

Los materiales poliméricos presentan tres tiposde comportamiento frente a esfuerzos externos:

.Comportamiento elástico frágil (tipo A)

.Comportamiento elastoplático (tipo B)

.Comportamiento elástico (tipo C)

3.1.1 Comportamiento elástico frágil (tipo A)

Polímeros que rompen al deformarse elástica-mente, es decir de forma frágil, tal como se mues-tra en la siguiente figura. Responden a este com-portamiento los adhesivos termoestables y losadhesivos termoplásticos amorfos frente a esfuer-zos instantáneos y por debajo de la temperatura detransición vítrea (en adelante Tg).

3.1.1.1 Adhesivos termoestables

Estos polímeros presentan estructuras tridimen-sionales entrelazadas mediante enlaces covalen-tes, lo cual les confiere resistencias mecánicasnotables y una excelente resistencia a la tempera-tura. Su deformación se origina por alargamientode enlaces covalentes (muy restringido). Sólosufren pérdidas de resistencia apreciables cerca dela temperatura de descomposición. Presentan ele-vados módulos y bajas relajaciones.

3.1.1.2 Adhesivos termoplásticos amorfos

Tienen estructuras lineales y ramificadas, no

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TEMA 3: PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORESDESPUÉS DEL CURADO

(Juan Carlos del Real Romero, Universidad Pontificia Comillas de Madrid; Mario MadridVega, Loctite España y Francisco López Martín, ETSIN de Madrid)

Fig.3.1:Diagrama

tensión-deformación de

un polímeroelástico frágil.

pueden cristalizar generalmente por el gran tama-ño de los sustituyentes lo cual impide el desliza-miento y desenredamiento de las cadenas.

A temperaturas por debajo de la Tg presentanuna respuesta elástica, comportándose de formaviscoelástica por encima de tal temperatura. Porotro lado, presentan respuestas elásticas frente aesfuerzos instantáneos y viscoelásticas frente aesfuerzos diferidos en el tiempo.

3.1.2 Comportamiento elastoplástico (tipo B)

Presentan un comportamiento similar a losmetales, apareciendo en primer lugar una zona dedeformación elástica y posteriormente una zonade deformación plástica, con un acusado fenóme-no de fluencia, como se muestra en la siguientefigura.

Se comportan así los termoplásticos semicrista-linos (lineales y poco ramificados).

En este mecanismo de deformación existenvarias fases ligadas al comportamiento de las dis-tintas zonas cristalinas y amorfas del polímerosemicristalino:

a)En un primer momento y correspondiente ala deformación elástica del polímero, se pro-duce una orientación de las regiones amorfasen la dirección del esfuerzo, para posterior-mente producirse una orientación de laszonas cristalinas.

b)Según se sigue incrementando la tensión, se

pueden romper enlaces secundarios produ-ciéndose el estiramiento de las cadenas ple-gadas (zona de deformación plástica).

c)En gráfica se observa un aumento de la ten-sión, lo cual implica que las cadenas del polí-mero se orientan en la dirección del esfuerzo.

d)Por último, se produce la rotura del polímero(rotura de los enlaces covalentes).

3.1.3 Comportamiento elástico (tipo C)

Este es el comportamiento típico de los elastó-meros. Los elastómeros son polímeros entrecruza-dos amorfos (cadenas moleculares muy torsiona-das dobladas y plegadas) que presentan uncomportamiento elástico no lineal, ya que sumódulo elástico se incrementa a tensiones eleva-das. Por debajo de la Tg (entre -50 y 90ºC) elmaterial se fragiliza.

Al aplicar la tensión el polímero se deformaelásticamente debido a un enderezamiento, des-plegado y alargamiento de cadenas en dirección ala tensión. Al retirar la tensión se recupera la con-figuración inicial.

Como se ha visto anteriormente, la temperaturade transición vítrea es de gran importancia en el

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PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES DESPUES DEL CURADO

Fig.3.2:Diagramatensión-deformación deun polímeroelastoplástico. Fig.3.3: Modificación de la estructura de un

polímero semicristalino solicitado.

comportamiento mecánico de los polímeros. Latemperatura de transición vítrea Tg marca el trán-sito de un comportamiento vítreo a un comporta-miento viscoelástico.

Cuando el polímero se encuentra a una tempera-tura inferior a la Tg , no hay posibilidad de movi-miento de los segmentos de la molécula, sólo seproducen vibraciones restringidas, no existiendoni rotaciones ni traslaciones de las moléculas, conlo cual el polímero se encuentra en un estado rígi-do (comportamiento mecánico tipo A). Si la tem-peratura es mayor que la Tg, se pueden dar rota-ciones y traslaciones por lo que aumenta laflexibilidad de las moléculas y éstas adquieren laposibilidad de deslizarse unas sobre otras (com-portamiento mecánico tipo B o C).

Los termoplásticos amorfos presentan Tg altas yusualmente se emplean a temperaturas por debajode la Tg con lo que presentan un comportamientofrágil. En la siguiente figura se puede ver la varia-ción del logaritmo módulo de relajación frente a latemperatura para un polímero termoplásticoamorfo.

Los termoplásticos semicristalinos presentan Tgbajas y se utilizan por encima de la Tg.

Los polímeros termoestables al tener unaestructura reticulada tridimensional, no puedenrotar ni deslizarse, con lo cual su temperatura detransición vítrea es casi inapreciable, siendo muycercana a la temperatura de descomposición tér-mica.

En los elastómeros la Tg se presenta muy pordebajo de la temperatura ambiental. Se utilizanpor encima de la Tg para que cuando se sometan atensión se puedan desenmarañar las zonas amor-fas pero recuerdan su forma primitiva y al cesar latensión retornan a su posición inicial. A altas tem-peraturas los elastómeros se descomponen sin lle-gar a reblandecer.

3.2 Sol ic i taciones de las uniones adhesivas3.2 Sol ic i taciones de las uniones adhesivas(Juan Carlos del Real Romero, Universidad(Juan Carlos del Real Romero, UniversidadPontif ic ia Comillas de Madrid)Pontif ic ia Comillas de Madrid)

Los fracasos más frecuentes cuando se empleanadhesivos son debidos al desconocimiento de losesfuerzos a que va a estar sometido el ensamblaje.De hecho, dentro de ciertos límites, es viable pro-ceder mediante determinadas reglas empíricaspara diseñar y obtener adhesiones correctas. Aún

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Fig.3.5: Cambio estructurado de un polímeroelástico solicitado: a) Desplegado de lascadenas; b) Alargamiento de las cadenas, conlimitación por el entrecruzamiento, queincrementa el módulo elástico.

Fig.3.6: Cambio de volumen específico queexperimentan los polímeros amorfos ycristalinos a diferentes temperaturas.

Fig.3.4: Diagrama tensión deformación de unpolímero elástico.

así, cuando los esfuerzos son complejos es indis-pensable tener en cuenta todos los factores quepueden influir.

En la práctica, esto quiere decir que la naturale-za y la magnitud de las tensiones que se esperandurante el servicio del ensamblaje deben conocer-se antes de decidir el tipo de adhesivo que se debeemplear.

Los esfuerzos mecánicos actúan sobre los con-juntos ensamblados como esfuerzos de tracción,de compresión, de flexión, de torsión y de corta-dura, provocando así las tensiones. Aún así, lastensiones no aparecen únicamente como conse-cuencia directa de transmitir fuerzas o energías,sino que también se puede dar por la aparición defenómenos secundarios que acompañan a loscambios de temperatura.

Esquemáticamente, podemos hablar de lossiguientes tipos de solicitaciones sobre las unio-nes adhesivas:

Esfuerzos normales de tracción y de com-presión: las fuerzas son perpendiculares alplano de la junta adhesiva y toda la fuerzaestá distribuida uniformemente sobre el área.Asimismo toda la unión se encuentra cargadaal mismo tiempo y no existe ninguna zona dela unión que esté más o menos cargada queotra. Aunque a primera vista los esfuerzos detracción parecen muy favorables para launión adhesiva, pueden llegar a ser muy des-tructivos si se producen desviaciones deldiseño que puedan provocar la desorienta-ción de estas fuerzas generando esfuerzos dedesgarro.

Esfuerzos de cortadura o cizalla: en losesfuerzos de cizalla las tensiones tambiénestán uniformemente distribuidas sobre launión adhesiva y todo el adhesivo está carga-do simultáneamente. Sin embargo las tensio-nes son paralelas al plano de la unión. Estetipo de junta es el mas frecuente por ser lamás sencilla de ejecutar.

Esfuerzos de desgarro: en este tipo de esfuer-zos la fuerza no está distribuida uniforme-mente a lo largo de la unión adhesiva, ade-más no todo el adhesivo trabaja al mismotiempo. Tal como están las fuerzas aplicadasuna parte de la unión está sometida a una ten-sión elevada mientras que otra zona casi notrabaja. Este tipo de esfuerzos se debe evitarsiempre que sea posible ya que la unión pre-senta una resistencia inferior que en el casode los esfuerzos de cizalla y normales.

58


Fig.3.7:Esfuerzos detracción ycompresión.

Fig.3.8: Esfuerzos de cortadura o cizalla.

Fig.3.9: Esfuerzos de desgarro.

Esfuerzos de pelado: en los esfuerzos de pela-do la tensión está localizada en una línea muyfina en el borde de la junta adhesiva. En estecaso la zona de la unión adhesiva que contri-buye a la resistencia es todavía menor que enel caso de los esfuerzos de desgarro, estandola mayoría sin carga. Estos esfuerzos gene-ralmente aparecen en el caso de que uno o losdos substratos sean flexibles. Debido a todasestas consideraciones se debe evitar siemprela aparición de este tipo de esfuerzos ya queson los más perjudiciales para las unionesadhesivas.

En el caso de que sea imposible evitar la apari-ción de esfuerzos de pelado por motivos de dise-ño, una posible solución para optimizar la uniónsería emplear un adhesivo elástico, el cual presen-ta una cierta deformación bajo la fuerza aplicada.Debido a esta deformación del adhesivo la zonaresistente se amplia presentando un comporta-miento significativamente mejor que el obtenidocon un adhesivo rígido.

Por regla general para conseguir ensamblajesadheridos correctos hay que plantear durante laetapa de diseño un trazado que evite en lo posibleesfuerzos que no sean de tracción o de cortaduraen las uniones adhesivas.

A la hora de realizar una junta adhesiva las ten-siones que aparecen son mas complicadas que lasdefinidas anteriormente, dando lugar a juntas queestán sometidas a distintos tipos de esfuerzossimultáneamente. En otros casos la distorsión de

los adherentes bajo carga puede dar lugar a la apa-rición de tensiones secundarias.

Además de la clasificación realizada anterior-mente, los esfuerzos mecánicos se clasificansegún su valor y duración en:

.Esfuerzos transitorios.

.Esfuerzos estáticos o permanentes.

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Fig.3.10: Esfuerzos de pelado.

Fig.3.11:Comparación delcomportamientode los adhesivos

elásticos y losadhesivos rígidosfrente a esfuerzos

de pelado: i)Efecto sobre

adhesivosrígidos. La

resistencia esmuy pobre; ii)

Efecto sobreadhesivos

elásticos. Laresistencia se

mejoraapreciablemente.

Fig.3.12:Aparición deesfuerzos no

deseados pordistorsión de los

adherentescuando sonsolicitados.

.Esfuerzos dinámicos.

.Esfuerzos combinados.

3.2.1 Esfuerzos transitorios

Los esfuerzos transitorios son consecuencia deun incremento único del esfuerzo hasta una cargamáxima. Se emplean por los diseñadores para cal-cular la resistencia nominal de los adhesivos.Aparecen rara vez en la práctica.

3.2.2 Esfuerzos estáticos o permanentes

Los esfuerzos estáticos o permanentes sonesfuerzos constantes que se prolongan a lo largodel tiempo.

Si el esfuerzo actúa en una dirección durante untiempo prolongado, puede producirse un fenóme-no de fluencia. Esto conduce a un desplazamientorelativo, débil pero constante, de los elementos deunión sin necesidad de incrementar la fuerza apli-cada. Este desplazamiento progresa hasta que sellega a la rotura de la unión adhesiva. La fluenciarepresenta un comportamiento del material, elcuál no sólo aparece en los materiales poliméricosy los adhesivos, sino también en los metales (aun-que de forma menos acentuada). En el interior dela unión adhesiva, la cohesión se irá reduciendoprogresivamente bajo la acción de una fuerzahasta que las moléculas comienzan a deslizar lasunas sobre las otras. La consecuencia es unadeformación plástica no apreciable si no se dispo-ne de aparatos de medida de precisión. Este fenó-meno presenta una dependencia fundamental de latemperatura.

Los adhesivos termoestables, como consecuen-cia de su reticulación, tienen menor tendencia afluir que los termoplásticos. Los fenómenos defluencia pueden eliminarse si escogemos adecua-damente los adhesivos. Un diseño correcto permi-te prevenir el riesgo de fluencia o, al menos, redu-cirlo a límites admisibles.

3.2.3 Esfuerzos dinámicos

Podemos distinguir entre dos tipos de ciclos de

solicitación dinámica:

.Regulares (vibratorios).

.Irregulares (impactos).

En el caso de un esfuerzo alternativo regular eladhesivo tiene que absorber la energía de defor-mación. Esto puede provocar la fatiga del materi-al, la cual puede desembocar en el fallo de launión adhesiva.

Cuando se trata de esfuerzos regulares o repeti-dos periódicamente y acompañados de ciclosbruscos, la elección es más complicada. En gene-ral, la evolución de los esfuerzos no se conoce conexactitud y el adhesivo puede reaccionar de dife-rente manera dependiendo de las variaciones brus-cas que puedan experimentar los esfuerzos. Enesta situación es complicado calcular la uniónadhesiva con precisión. En estos casos, hay querealizar ensayos comparativos teniendo en cuentala aplicación que se prevé, o encomendarse a uncálculo de resistencia basado en valores conoci-dos de la resistencia permanente, afectados porcoeficientes de seguridad.

El cálculo y el diseño de ensamblajes adheridosque tengan que soportar esfuerzos dinámicos obli-gan, en cualquier caso, al conocimiento de las pro-piedades de resistencia a la fatiga del adhesivo.

En el caso de impactos, las consecuencias sobreuna determinada unión adhesiva dependen deforma directa de la naturaleza de los substratos. Almargen de las deformaciones que se puedan pro-vocar sobre los substratos, el impacto produce unaonda de compresión que se transmite por las dife-rentes partes del conjunto, dependiendo de lacapacidad de absorción de energía de los materia-les que componen los substratos.

Desde el punto de vista de los materiales adhe-sivos, son más resistentes al impacto aquellospolímeros tenaces o elásticos, capaces de absorberla energía del impacto sin que se produzca la rotu-ra. Los polímeros rígidos, por el contrario, rompe-rán frente a impactos de suficiente energía.

Sin embargo, es conveniente resaltar la influen-cia de los substratos a la hora de predecir la resis-tencia al impacto. Así, los substratos metálicos,por ejemplo, transmiten en su práctica totalidadlas vibraciones provocadas por el impacto. Comoconsecuencia, las uniones adhesivas reciben

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vibraciones de alta energía. Adhesivos frágilesromperían bajo estas condiciones, por lo que esrecomendable el empleo de materiales poliméri-cos tenaces o elastómeros. Por el contrario, lamayoría de los polímeros absorben las energíasderivadas de impactos. En consecuencia, susuniones adhesivas reciben las vibraciones muymitigadas, motivo por el cual es factible el uso deadhesivos frágiles.

Los esfuerzos transitorios, los esfuerzos estáti-cos y los esfuerzos cíclicos permiten cálculos deresistencia simples y pueden solucionarsemediante un buen diseño. Los conocimientos yexperiencias adquiridas en la construcción ayudanmucho a la búsqueda de soluciones.

3.2.4 Esfuerzos combinados

La mayor parte de los esfuerzos son esfuerzoscombinados. Por ejemplo, el esfuerzo mecánicoestá generalmente unido a una o varias influenciasclimatológicas, normalmente sin consecuencias,salvo en casos extremos. A largo plazo, talesinfluencias contribuyen al envejecimiento delensamblaje, el cual engloba todos los procesosfísicos, químicos y mecánicos al margen de lascargas propiamente dichas. El conjunto de estosfenómenos conduce a modificaciones e incluso ala destrucción de la capa de adhesivo.

Los esfuerzos combinados que ya hemos descri-to contienen componentes activas de naturalezasdiferentes. Mencionemos a título de ejemplo lacorriente eléctrica, los productos químicos quepueden provocar o favorecer las reacciones quími-cas, procesos de disolución, etc. Para el diseñadores posible reducir estos factores de influencia difí-ciles de introducir por el cálculo, protegiendo lospuntos expuestos sobre la construcción, ya seamediante un diseño correcto, o utilizando coefi-cientes de seguridad en el dimensionamiento delos ensamblajes adheridos.

Sin embargo, estos coeficientes que permitentener en cuenta la reducción de la resistencia enfunción de un esfuerzo físico y/o químico no sehan determinado todavía para muchos casos. Losfabricantes, al igual que los diseñadores, suelenrealizar adhesiones experimentales o ensayos nor-malizados y evaluar los resultados simulando suutilización en condiciones reales.

3.3 Mecánica de la fractura (Mario Madrid3.3 Mecánica de la fractura (Mario MadridVega, Loct i te España)Vega, Loct i te España)

3.3.1 Introducción

El fallo de un adhesivo puede estudiarse comoel proceso de fractura que se deriva de la propaga-ción de una grieta a lo largo de la intercara entrelas fases adherentes. Este planteamiento permiteaplicar los conceptos de mecánica de la fractura alas roturas adhesivas.

La mecánica de la fractura generalizada ofrecela capacidad de analizar los fallos adhesivos sepa-rando la contribución de la intercara de la prove-niente de los adherentes involucrados en la resis-tencia de la unión. El análisis nos permiteentender el proceso de fallo separando el efecto delas modificaciones en las distintas fases de launión adhesiva.

La mecánica de la fractura considera la propa-gación de una grieta que ya existe. Para su estudiose consideran dos etapas:

1.Se define un parámetro de fractura que con-trola si la grieta crece o no crece. El creci-miento de la grieta se identifica con un valorcrítico del parámetro, por debajo del cual lagrieta es estable.

2.Este parámetro se expresa como una magni-tud de unidades medibles, tales como tensio-nes o deformaciones aplicadas al sistema ylas dimensiones de la probeta de ensayo. Elparámetro de fractura se puede derivar deforma empírica a partir de los valores de lasvariables que producen la propagación de la

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Fig.3.13:Esquema de los

tres modos defractura: Modo

I (desgarro);Modo II

(cortadura);Modo III

(arranque).

fractura.

El parámetro crítico de fractura corresponde, sinembargo, a una propiedad intrínseca del sistemaindependiente de la configuración y de la formade cargar la probeta. Para modo de fallo cohesivoes una propiedad del sólido y para modo de falloadhesivo es una propiedad de las fases adherentes.Normalmente el parámetro crítico depende de lavelocidad de solicitación y de la temperatura.

El valor máximo de los parámetros críticos defractura yace en el hecho de que, para un sistemadado, los valores son independientes de la confi-guración o del modo de solicitación y sólo depen-den del modo de propagación de la grieta. Estopermite su empleo en el diseño y la caracteriza-ción de cualquier tipo de unión adhesiva.

La mecánica de la fractura elástica lineal defineun parámetro de campo de tensiones K que reflejala intensidad media del campo alrededor de lagrieta. El fallo se produce cuando K alcanza elvalor crítico Kc. La fórmula de K depende de laconfiguración de la probeta, pero por ejemplo suvalor para una grieta central de media longitud cen una plancha semi-infinita es:

K = σ√ πc

Donde σ es la tensión aplicada perpendicular a

la dirección de la grieta.

La teoría elástica lineal proporciona también unsegundo parámetro de fractura. Es la energíarequerida para crear una unidad de área de lasuperficie de fractura G. Nuevamente hay unvalor crítico Gc, al cual la grieta empieza a propa-garse. Mediante una ecuación dependiente de laconfiguración se obtiene G como una magnitudmedible. Para la grieta central mencionada ante-riormente, la fórmula de G es:

G = πσ2 /E

Sustituyendo en la ecuación anterior:

G = K 2 /E

Tanto K como G se definen únicamente parasólidos elásticos lineales. Desafortunadamentemuchos materiales no lo son. Incluso los metalesque se comportan de forma lineal a bajas defor-maciones, presentan una pronunciada plasticidadalrededor del fondo de la fisura como consecuen-cia de las altas tensiones allí desarrolladas. En losplásticos y los cauchos se dan también fenómenosviscoelásticos que hacen inválidas las asuncionesde la elasticidad lineal.

3.3.2 Mecánica de la fractura de deformacionesfinitas no lineales

La teoría de la elasticidad lineal, en la cual sebasa la mecánica de la fractura elástica lineal, noes válida cuando las deformaciones son grandes o

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Fig.3.14:Localizacionesposibles de lafisura de unaunión adhesiva.

Fig.3.15: Modelo elástico-plástico simple parala zona de deformación plástica en el fondo deuna grieta en un adhesivo entre dos sustratos deelevado límite elástico.

cuando las curvas tensión-deformación no sonlineales. Para resolver esta situación, se handesarrollado varias formulaciones alternativas dela mecánica de la fractura:

1.Rivlin y Thomas: es una aproximación másempírica.

-ξ =Khc2Wo

ξ= Energía liberada durante la propagaciónde la grieta

K = Parámetro de campo de tensionesh = Espesor de la planchaW0= Densidad de energíac = Media longitud de la grieta

Si la grieta se propaga, la energía consumidapor unidad de área ζ debe igualar a la energíadisponible (liberada) por el campo de tensio-nes, es decir, la densidad de energía debesuperar el valor crítico W0c

ζ=2KcW0c

2.Rice: define una integral independiente delcamino J que evalúa la energía liberada delcampo de tensiones por unidad de propaga-ción de la grieta.

3.3.3 Limitaciones de la mecánica de la fractu-ra convencional

Como hemos visto hasta ahora, podemos hablarde dos líneas convencionales:

1.LEFM (Mecánica de la fractura elástica line-al): define parámetros verdaderos siempreque el material sea perfectamente elástico.No es aplicable a sistemas no lineales. Si lainelasticidad está presente el parámetropuede dejar de ser independiente del ensayo.Cuando la inelasticidad del sistema es impor-tante las ecuaciones de K y G dejan de serválidas.

2.NLEFM (Mecánica de la fractura elástica nolineal): estudia la no linealidad. Al no consi-derar la inelasticidad se incluyen todas laspérdidas de energía debidas a deformacionesinelásticas en el parámetro de fractura. Talespérdidas pueden estar o no directamente aso-ciadas al proceso de propagación de la grieta.El parámetro de fractura puede no ser inde-pendiente del ensayo.

3.3.4 Mecánica de la fractura generalizada

El propósito de la mecánica de la fractura gene-ralizada (GFM) es superar parte de las limitacio-nes de la mecánica de la fractura convencional. Enparticular, la GFM resuelve los problemas de nolinealidad e inelasticidad de los materiales, la pro-pagación en estado estacionario de la fisura y ladefinición de los parámetros de fractura críticoscomo propiedades físicas del material en cuestión.El planteamiento general fue introducido paraexplicar las propiedades de fatiga de los plásticos,pero fue desarrollado en el contexto de los fallosadhesivos por Andrews y Kinloch.

Consideremos una grieta ya existente y que sepropaga uniformemente a través de un sólido infi-nito o una intercara. Un elemento de volumen dematerial en el punto P(X.Y) experimenta ciertasdeformaciones durante la propagación de la fisu-ra, en primer lugar cargando mientras la grieta se

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Fig.3.16: Fondo de fisura en una planchasolicitada, mostrando en sombreado la regiónrelajada.

aproxima y posteriormente descargando cuando lafisura se aleja. Si la densidad de energía en P esW(P) se puede escribir.

W=W0f (X / c,Y / c, e0)

donde:

W0= Densidad de energía que habría existido en ese punto en ausencia de la grieta

e0= Deformación correspondientec = Longitud de la grieta

Si asumimos x = X/c podemos re-escribir:

W=W0f (x, y, e0)

Realizando las operaciones correspondientesllagamos a las siguientes ecuaciones. Para modosde fallo cohesivos:

J = J0Φ (T, c, e0)

donde:

J = Energía liberada J0= Energía requerida para el fallo cohesivoT = Temperaturac = Velocidad de propagación de la grieta

e0 = Intensidad de deformaciónΦ = “Función de pérdida” que varía de 1 (per-

fectamente elástico) a ∞ (perfectamente plástico)

Y para fallos adhesivos:

θ = θ0Φ (T, c, e0)

donde:

θ = Energía liberadaθ0 = Energía requerida para el fallo adhesivo

Se han realizado estudios diversos para compro-bar la validez de las ecuaciones anteriores. Uno deellos se basa en el estudio de la adhesión de losadhesivos elásticos sobre polímeros. En este estu-dio, realizado por Andrews y Kinloch, se adhirióun adhesivo elástico sobre varios sustratos poli-méricos que curaba directamente sobre los sustra-tos. Las películas de polímero se adhirieron a unabase metálica para crear un sustrato rígido.

Se midió la energía liberada durante la roturaadhesiva θ en función de la velocidad de propaga-ción de la grieta, siendo el despegue macroscópi-camente interfacial en todos los casos.

La comparaciones de estos resultados con losobtenidos de trabajo de adhesión termodinámicoWA empleando el método de Fowkes y Dannmuestran un gran acuerdo. Esto apoya firmemen-te la teoría de adhesión de la GFM, puesto que lasvariables θ0 y WA representan por definición lamisma magnitud, esto es, la energía requerida porunidad de área para romper los enlaces secunda-

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Fig.3.17:Propagacióncohesiva (a) yadhesiva (b) enuna planchainfinita.

Fig.3.18: Detalle de una fisura en la intercara.

.

rios interatómicos de la intercara.

Cuando los materiales fueron tratados con unataque químico para crear insaturaciones,Andrews y Kinloch descubrieron que θ0 >> WA.Éste era un resultado esperado, puesto que en estecaso se generan enlaces primarios (covalentes) enla intercara, que elevan drásticamente el valor deθ0 mientras que no afecta a WA que sólo dependede las interacciones de van der Waals.

3.4 Diseño de la junta adhesiva (Juan Carlos3.4 Diseño de la junta adhesiva (Juan Carlosdel Real Romero, Universidad Ponti f ic iadel Real Romero, Universidad Ponti f ic iaComil las de Madrid)Comil las de Madrid)

3.4.1 Generalidades

Un paso extremadamente importante durante elproceso de diseño de la junta adhesiva es estable-cer los requisitos de la aplicación. Propiedadescomo la resistencia a cortadura, la resistencia aimpacto, la pérdida de resistencia por envejeci-miento térmico, las tolerancias de montaje (holgu-ras), la resistencia a distintas condiciones ambien-tales y a disolventes, los tiempos de manipulaciónrequeridos y los límites aceptables para cualquie-ra de tales pruebas son ejemplos de característicasque deben ser especificadas.

El tipo de proceso de limpieza, la preparaciónsuperficial y los límites de rugosidad superficialque pueden ser tolerados deben ser especificados.

Lo ideal es describir o identificar de forma fácil-mente comprensible los métodos de pruebaempleados para determinar las propiedades de laadhesión y del adhesivo a emplear, como hacenpor ejemplo los ensayos normalizados de los dis-tintos organismos de normalización.

Tanto el diseño como la elección del adhesivodeben acomodarse a la aplicación, evitando en lamedida de lo posible juntas adhesivas sobredi-mensionadas, que suelen encarecer de forma des-proporcionada e innecesaria los costes de monta-je.

Los factores geométricos que se consideran enprimer lugar son la anchura de la adhesión, la lon-gitud de solapamiento y los espesores de adhesivo

y substratos. La resistencia a cortadura es directa-mente proporcional a la anchura de solapamiento.Sin embargo, la relación entre longitud de solapa-miento y resistencia a cizalla no es lineal, aunquese produce un ligero incremento.

Esto es debido a que las tensiones se acumulanen los extremos de la zona de solapamiento.Cuando se incrementa la longitud de solape, la

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Fig.3.19:Evolución de laresistencia con

el incrementodel área de

adhesióncuando

aumentamos laanchura y la

longitud desolape.

Fig.3.20: Efectodel incrementode solape en latensión medida

en la líneamedia del

solape.

tensión máxima disminuye para una fuerza dada.Si se sigue incrementando la longitud de solape,sólo se consigue una pequeña disminución de latensión máxima, mientras que las zonas centralesde la unión adhesiva existe una zona libre decarga. Como regla práctica no conviene solaparmas de 25 -30 mm, ya que no se consigue unincremento de la resistencia de la unión.

La longitud y la anchura no son las únicas varia-bles geométricas que influyen en la resistencia dela adhesión. La carga a partir de la cual un subs-trato comenzará a deformarse plásticamentedepende de su rigidez y grosor. Sucede con fre-cuencia que la resistencia de adhesión de dos pie-zas delgadas supera el límite elástico y la resisten-cia última de los substratos.

De Bruine y Houwink analizaron la relaciónentre grosor, solapamiento y tensión, definiendocomo “factor de junta” la relación entre la raízcuadrada del grosor y la longitud de solapamiento.

Algunas consideraciones de diseño importantesse pueden resumir en los siguientes puntos:

.Utilizar siempre la mayor área posible, respe-tando las limitaciones de costo de la aplica-ción.

.Alinear correctamente las uniones de modoque las tensiones puedan ser absorbidas en ladirección de mayor resistencia de la unión.

.Maximizar esfuerzos de cortadura y minimizaresfuerzos de pelado y de desgarramiento.

.Diseñar subensamblajes de modo que se mini-

micen las operaciones de ensamblaje conadhesivo.

.Recordar que debemos anticiparnos a todas lasposibles solicitaciones (particularmente lasde pelado y desgarramiento) que puedan apa-recer durante el ensamblaje o las operacionesde manipulación, así como las que se puedanproducir durante el funcionamiento de lapieza.

.Evitar partes con curvaturas complejas.

3.4.2 Reglas de diseño de las uniones adhesivas

Es imposible dar reglas de diseño para todos lostipos de uniones posibles, así que se comentaranlos tipos más comunes de uniones y las posiblessoluciones para mejorar su rendimiento.

3.4.2.1 Diseño de uniones a solape

En el diseño de uniones adhesivas las unionessolapadas son las que más frecuentemente seencuentran. Este tipo de unión es de gran utilidady existen multitud de soluciones para mejorar ladistribución de tensiones.

Como se vio anteriormente en el caso de unio-nes solapadas las fuerzas están desalineadas res-pecto a la línea de adhesión y bajo una cargadeterminada se produce una distorsión de lossubstratos, provocando unos momentos flectoresque generan esfuerzos de desgarro. En el caso deque aparezcan fuerzas sólo en un lado de la uniónse pueden inducir esfuerzos de pelado.

En estos casos existen distintas soluciones paramejorar la resistencia. Estas mejoras van en trescaminos:

1.Rediseñar la junta para asegurar el alinea-miento de los esfuerzos.

2.Rigidizar la zona de la unión para evitaresfuerzos de desgarro.

3.Se puede aumentar la flexibilidad de los bor-des de los substratos para que se adaptenmejor a los esfuerzos evitando así esfuerzosde pelado.

En las siguientes figuras se pueden observar

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Fig.3.21:Relación entrela resistencia yel factor dejunta de unaunión solapada..

algunas de estas soluciones. En el caso de que en estas uniones solapadasaparezcan esfuerzos de pelado, se pueden utilizarvarias soluciones pero todas van en la dirección derestringir el movimiento en el borde de la unión.Esto se puede conseguir aumentando la rigidez oel área de adhesivo en el borde del sustrato, gene-rando un doblez con lo cual tenemos un anclajemecánico o utilizando un remache o un punto desoldadura en el borde.

3.4.2.2 Diseño de uniones a tope: uniones tubu-lares

Las uniones a tope presentan buenas resistenciafrente a esfuerzos de tracción y aún mejores fren-te a los de compresión. Sin embargo, estas unio-nes son problemáticas ya que se pueden generarcon cierta facilidad esfuerzos de desgarro si seproduce un desalineamiento de las fuerzas respec-to al eje de revolución.

Habitualmente en estos casos se suelen emplearchaflanes, canales y escalones para facilitar lainserción de ambas piezas, aumentando así el áreade contacto e incrementando a su vez la resisten-cia al desgarro por el impedimento mecánico quese produce.

Otro problema que tienen estas uniones es laimposibilidad de inspeccionar la unión, ya que elinterior es inaccesible. El uso de orificios para la

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Fig.3.22: Juntas solapadas.

Fig.3.23: Terminaciones de junta para reducir larigidez.

Fig.3.24:Métodos para

evitar lastensiones de

pelado enadhesivos

rígidos.

inyección del adhesivo y la apertura de canalespara facilitar el escape del aire ocluido, son algu-nas de las soluciones para asegurar que el adhesi-vo ha rellenado toda la cavidad.

En la siguiente figura se observan algunasmodificaciones en el diseño de estas uniones paramejorar su comportamiento.

3.4.2.3 Diseño de uniones en T

En este tipo de uniones los esfuerzos transversa-

les (T), son los mas peligrosos, ya que generanesfuerzos de desgarro y de pelado. En el caso defuerzas normales (N) son más peligrosos losesfuerzos de compresión ya que pueden provocarel pandeo de la chapa y la aparición de momentosflectores sobre ella.

En general todos los diseños en este tipo deuniones se dirigen al empleo de escuadras y ele-mentos que aumenten en área de la unión, asícomo la rigidez del conjunto, a fin de evitar la fle-xión en el caso de esfuerzos transversales.

3.4.2.4 Diseño de uniones en esquina

Para estas uniones son válidas las reglas y reco-mendaciones realizadas para las uniones en T. Lasuniones a 90º usualmente empleadas en soldadurano son validas en este caso, ya que se pueden

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Fig.3.25:Uniones en tubopara cargasaxiales ytorsionales.

Fig.3.26:Ejemplo deintroducciónde una mejoraen el diseño deun conjuntocilíndricounido conadhesivo.

Fig.3.27: Mejoras de diseño para uniones en T.

Fig.3.28: Mejoras de diseño para uniones enesquina.

generar con cierta facilidad esfuerzos de desgarroy pelado. La utilización de elementos suplementa-rios de refuerzo permiten una mejora considera-ble. Las uniones mediante refuerzos de escuadraso el encastrado en piezas auxiliares, son las solu-ciones más habituales en estos casos.

En las figuras que vienen a continuación seaprecia que con los mismos elementos constructi-vos y con pequeñas modificaciones en el diseño sepueden obtener mejoras significativas en las pres-taciones de una estructura. Obsérvese el caso de lasiguiente figura, la cual representa una estructuraen forma de caja sometida a un esfuerzo de trac-ción. En este caso la solución B es la más adecua-da, ya que en la solución A se produce una flexióndel elemento inferior. Esta deflexión genera unmomento flector que tiende a abrir la unión y pro-ducir un desgarro de la unión.

Conclusiones parecidas se pueden extraer de losejemplos que aparecen en la figura siguiente.

A menudo, como se ha visto en algún ejemploanterior los adhesivos se combinan con operacio-nes de conformado, atornillado, remachado o sol-dado, resultando auténticas formas híbridas deensamblaje. En cuanto al diseño, en general laidea consiste en eliminar la dependencia del tiem-po de curado del adhesivo y minimizar los proble-mas debidos a esfuerzos de pelado y de desgarrodurante el funcionamiento del conjunto. El adhe-sivo reduce la concentración de esfuerzos y mejo-ra el rendimiento del ensamblaje frente a cargasdinámicas.

3.5 Ensayos no destruct ivos para la evaluación3.5 Ensayos no destruct ivos para la evaluaciónde las uniones adhesivas (Mario Madrid Vega,de las uniones adhesivas (Mario Madrid Vega,Locti te España)Locti te España)

3.5.1 Introducción

La calidad de las uniones adhesivas se determi-na mediante un elevado número de elementosinterrelacionados, incluyendo los constituyentes yel proceso de ensamblaje. Una vez que se ha rea-lizado la unión adhesiva, su inspección se limita ala comprobación de las dimensiones del productoy si efectivamente las piezas están unidas. A par-tir de este punto se requieren técnicas de evalua-ción no destructiva (NDE). La finalidad de estastécnicas es detectar defectos en la unión, determi-nar las propiedades del adhesivo y, finalmente,asegurar el rendimiento de la junta adhesiva.

Uno de los métodos más sencillos consiste en elseguimiento de la propagación del sonido en elensamblaje para detectar defectos en la uniónadhesiva. Sin embargo, es un sistema limitado ypoco fiable, puesto que sólo sirve para detectardefectos de cierta magnitud.

Igualmente, otras limitaciones parecen insalva-bles mediante el uso de métodos NDE. Es el casode la imposibilidad de determinar resistencias rea-les (más relacionadas con el punto más débil de la

69


Fig.3.29: Modificación de diseño en unionesadhesivas.

Fig.3.30:Modificaciones

de diseño enuniones

adhesivas.

unión que con la resistencia media que puede sersensiblemente superior) o de detectar fallos adhe-sivos (en la intercara adhesivo/sustrato).

Como resultado de las limitaciones menciona-das, los métodos NDE se emplean en la prácticapara detectar defectos. El método NDE más sensi-ble y fiable para uniones adhesivas se basa en losultrasonidos. Allí donde los ultrasonidos estánlimitados se emplean otros métodos NDE comolas holografía y la detección térmica. El empleode ordenadores mejora la detectabilidad de losdefectos.

3.5.2 Descripción de los defectos

Existe una enorme variedad de grietas o discon-tinuidades que pueden aparecer en las estructurasadheridas. En las uniones metal-metal, los defec-tos son normalmente huecos o despegues.

Los defectos de intercara se deben a errorescometidos durante el pretratamiento de los adhe-rentes, antes del proceso real de ensamblaje.Generalmente, estos defectos sólo se evitan reali-zando controles como el de rotura de gota (com-probación de la buena mojabilidad de la superfi-cie) o la caracterización del pretratamiento (porejemplo, el espesor del anodizado o de la impri-mación) puesto que no son detectables mediantemétodos de ensayo no destructivos (NDT).

Los defectos del adhesivo curado pueden ser

alguno de los siguientes:

1.Adhesivo escasamente curado o adhesivoexcesivamente curado.

2.Exceso de espesor de adhesivo por insufi-ciente presión durante el ensamblaje o faltade coincidencia de los sustratos. Resulta en laaparición de porosidades o huecos.

3.Adhesivo espumoso o poroso producido porun curado excesivamente rápido (rampa decalentamiento muy pronunciada en adhesi-vos de curado por calor).

4.Pérdida de la durabilidad a largo plazo porpresencia de excesiva humedad en el adhesi-vo antes de su curado.

3.5.3 Aplicaciones y limitaciones de NDT en lasuniones adhesivas

Existen multitud de métodos NDT disponiblespara la inspección. A continuación se describiránalgunos de los que se pueden emplear para la ins-pección de estructuras adheridas.

3.5.3.1 Inspección visual

La inspección visual se aplica tanto a la evalua-ción de los materiales, como a la de ciertos recu-brimientos o la comprobación de que el procesode curado (presión, temperatura, tiempo, etc.) hasido correcto. Asimismo, nos permite revelardefectos como fracturas en el metal o en el adhe-sivo, despegues, delaminaciones, impactos, inclu-sión de elementos extraños, aparición de burbujaso cualquier otro defecto mecánico.

3.5.3.2 Inspección mediante ultrasonidos

Se emplean ultrasonidos entre 2.25 y 10 Mhz. Acontinuación se mencionan las técnicas existen-tes:

1.Eco de un pulso de contacto: se emplea elmismo transductor para emitir y detectar lareflexión del pulso de ultrasonidos.

2.Transmisión por contacto: el detector delpulso se coloca al lado opuesto del emisor delpulso de ultrasonidos.

3.Método de inmersión: el ensamblaje se

70


Fig.3.31:Defectos típicosen unionesadhesivas.

sumerge en un tanque de agua. El pulso sedetecta por reflexión, por transmisión oempleando una placa reflectora.

La mayor limitación de los métodos de ultraso-nidos es la aparición de interferencias debidas alespesor del adhesivo o de los sustratos, y que pue-den hacer creer al usuario que existen despeguesdonde no los hay.

3.5.3.3 Radiografía de rayos-X

Es un método relativamente caro, pero que per-mite realizar inspecciones en un solo barrido. Escapaz de detectar discontinuidades, variaciones dedensidad y variaciones de absorción de rayos-Xen los materiales. Es especialmente ventajoso paraciertos adhesivos que son opacos a los rayos-X,por lo que permite una detección rápida de loshuecos y las porosidades.

3.5.3.4 Radiografía de neutrones

Tiene similitudes con la radiografía de rayos-X,pero presenta ventajas ya que no es tan sensible alas variaciones de densidad o de espesor de losmateriales. Se emplea para determinar la presen-cia de huecos o porosidades en el adhesivo (loshidrógenos de los polímeros absorben los neutro-nes y los hacen opacos) cuando la inspección conrayos-X no es adecuada, aunque su uso comométodo rutinario es caro.

3.5.3.5 Test de la moneda

El método más simple para inspeccionar unaunión adhesiva consiste en golpear la estructuracon una moneda y comprobar cualquier cambio detono del sonido producido, normalmente relacio-nados con despegues grandes (del orden de 38mm). No permite detectar defectos menores oaquéllos que aparezcan en uniones adhesivasinternas, como en el caso de multicapas.

71


Fig.3.32: Gráfico del eco de propagación deultrasonidos en un laminado sin defectos.

Fig.3.33: Gráfico del eco de propagación deultrasonidos en un laminado con defectos.

Fug.3.34: Detección de defecto en un laminado dematerial compuesto mediante representación C.Técnica continua.

Fig.3.35:Detección dedefecto en unlaminado de

materialcompuesto

medianterepresentaciónC. Técnica deconmutación.

3.5.3.6 Emisión acústica

En algunos casos, las técnicas de emisión acús-tica son más efectivas que los ultrasonidos o losrayos-X convencionales para detectar corrosióninterna en los metales y adhesivo degradado por lahumedad. El principio del método es la detecciónde ondas acústicas o mecánicas producidas portransformaciones físicas o mecánicas de los mate-riales. En lo que se refiere a la detección de corro-sión en la línea de unión, sólo es posible si no seha eliminado el agua del área.

3.5.3.7 Métodos NDT (ensayos no destructivos)especiales

Existe una gran variedad de métodos NDT,entre los cuales podemos mencionar:

1.Interferometría holográfica2.Inspección térmica o infrarroja3.Inspección termográfica4.Ensayos de estanqueidad5.Holografía acústica

3.6 Métodos estándar para la evaluación de3.6 Métodos estándar para la evaluación delas uniones adhesivas (Juan Carlos del Reallas uniones adhesivas (Juan Carlos del RealRomero, Universidad Pontif ic ia Comil las deRomero, Universidad Pontif ic ia Comil las deMadrid)Madr id)

Para poder seleccionar un adhesivo y predecirsu comportamiento en una aplicación se emplea lahoja de datos técnicos que elabora el fabricante.Los valores que se incluyen corresponden a ensa-yos normalizados. Dado el elevado número defactores que afectan en el rendimiento de un adhe-sivo, sólo son comparables entre sí los resultadosobtenidos mediante un mismo ensayo normaliza-do.

Hay multitud de métodos estándar para evaluarel comportamiento de las uniones adhesivas. Talesmétodos permiten predecir la resistencia de lasjuntas adhesivas frente a diferentes tipos deesfuerzos o diferentes condiciones de envejeci-miento. Asimismo también existen normas sobrepreparaciones superficiales para los distinto tiposde substratos, nomenclatura y terminología, méto-dos de muestreo y presentación de resultados, etc.Estas normas son una herramienta indispensablepara comparar y seleccionar las diferentes espe-

cies adhesivas en la fase de diseño.

En la actualidad la normativa generada por losdistintos cuerpos normativos es muy abundante,siendo de especial importancia ASTM e ISO. EnEspaña como en el resto de los países de la UniónEuropea el CEN esta homogeneizando en colabo-ración con los distintos cuerpos normativos nacio-nales (BS, DIN, AENOR, AFNOR,etc.) toda lanormativa europea, así las norma EN son validaspara todos los países de la Unión.

En el caso de ASTM el comité encargado de losadhesivos es el D14 y el de los selladores el C24.El comité D14 de ASTM tiene 11 subcomitésdedicados al desarrollo de especificaciones demateriales y métodos de ensayo para adhesivos.La ASTM publica dentro del Annual Book ofASTM Standars un tomo (Volumen 15.06) dedi-cado a los adhesivos que contiene una compila-ción de especificaciones, practicas y métodos deensayo.

En el tema de adhesivos el CEN y AENOR tam-bién tienen unos comités específicos, siendo res-pectivamente el nº 193 y el nº 143. A su vez estoscomités están divididos en siete subcomités:

SC1:Terminología y ensayos generales.SC2:Adhesivos estructurales.SC3:Adhesivos para papel y cartón.SC4:Adhesivos para la construcción.SC5:Adhesivos para cuero y calzado.SC6:Adhesivos para tuberías de plástico.SC7:Adhesivos para la madera y productos

derivados de la madera.

Una diferencia que tienen los ensayos mecáni-cos de adhesivos, frente a otro materiales comolos metales o los polímeros como materias primas,es que son muy inusuales los ensayos de adhesi-vos en masa, donde lo que se ensaya es una piezamonolítica del adhesivo polimerizado.

En el ensayo de metales se suele ensayar elmaterial bajo distintas condiciones de esfuerzo(tracción, flexión, cizalla), sin embargo en losadhesivos lo que se ensaya es la unión, ya que enésta tiene una gran importancia el diseño así comoel tipo de substrato que se está empleando.

Así bajo estas premisas los ensayos mecánicosde uniones adhesivas más extendidos son losensayos de tracción en uniones a tope, cizalla en

72


uniones solapadas, desgarro y pelado.

3.6.1 Normas ASTM para la caracterización deuniones adhesivas

La siguiente lista incluye las normas ASTMmás empleadas para la caracterización de losadhesivos: Ha sido extraída del libro anual de nor-mas ASTM de 1997, volumen 15.06 sobre“Adhesivos”.

El código que identifica cada norma incluye enformato de dos cifras (por ejemplo 97), despuésde un guión, el año original de adopción del están-dar o, en caso de revisión, el año en que tuvolugar. Las letras que siguen al año significan quese han realizado varias revisiones durante ese año(a = 2 revisiones, b = tres revisiones, etc.). Lasnormas aprobadas sin cambios se indican con elaño completo en el que se volvieron a aprobarentre paréntesis. Las épsilon indican cambios deeditorial desde la última revisión o aprobación. Elnúmero que sigue indica el número de revisiones(ε1 = 1 revisión, ε2 = 2 revisiones, etc.).

Las referencias marcadas con el símbolo $ hansido aprobadas para su empleo por elDepartamento de Defensa Americano.

La referencia marcada con el símbolo ♣ corres-ponde a una norma extraída oficialmente de unestándar de una Sociedad.

C557-93a: Specification for Adhesives forFastening Gypsum Wallboard to WoodFraming.

$D896-92: Test Method for Resistance ofAdhesive Bonds to Chemical Reagents.

$D897-95a: Test Method for Tensile Propertiesof Adhesive Bonds.

$D898-96: Test Method for Applied Weightper Unit Area of Dried Adhesive Solids.

$D899-94: Test Method for Applied Weightper Unit Area of Liquid Adhesive.

$D903-93: Test Method for Peel or StrippingStrength of Adhesive Bonds.

D904-94: Practice for Exposure ofAdhesive Specimens to Artificial Light.

$D905-94: Test Method for Strength Propertiesof Adhesive Bonds in Shear by CompressionLoading.

$D906-94a: Test Method for Strength

Properties of Adhesives in Plywood TypeConstruction in Shear by Tension Loading.

D907-96a: Terminology of Adhesives.$D950-94: Test Method for Impact Strength of

Adhesive Bonds.$D1002-94: Test Method for Apparent Shear

Strength of Single-Lap-Joint AdhesivelyBonded Metal Specimens by TensionLoading (Metal-to-Metal).

$D1062-96 εε1: Test Method for CleavageStrength of Metal-to-Metal Adhesive Bonds.

$D1084-88: Test Methods for Viscosity ofAdhesives.

D1101-92: Test Methods for Integrity of GlueJoints in Structural Laminated WoodProducts for Exterior Use.

D1144-94: Practice for Determining StrengthDevelopment of Adhesive Bonds.

$D1146-88 (1994) εε1: Test Method forBlocking Point of Potentially AdhesiveLayers.

$D1151-90 (1995): Test Method for Effect ofMoisture and Temperature on AdhesiveBonds.

$D1183-96 εε1: Test Methods for Resistance ofAdhesives to Cyclic Laboratory AgeingConditions.

$D1184-93: Test Method for Flexural Strengthof Adhesive Bonded Laminated Assemblies.

D1304-93: Test Methods for AdhesivesRelative to Their Use as Electrical Insulation.

D1337-96: Test Method for Storage Life ofAdhesives by Consistency and BondStrength.

D1338-91: Test Method for Working Life ofLiquid or Paste Adhesives by Consistencyand Bond Strength.

$D1488-96: Test Method for AmylaceousMatter in Adhesives.

$D1489-93: Test Method for NonvolatileContent of Aqueous Adhesives.

D1490-96 εε1: Test Method for NonvolatileContent of Urea-Formaldehyde ResinSolutions.

$D1579-92: Test Method for Filler Content ofPhenol, Resorcinol, and MelamineAdhesives.

$D1582-93: Test Method for NonvolatileContent of Liquid Phenol, Resorcinol, andMelamine Adhesives.

$D1583-96: Test Method for Hydrogen IonConcentration of Dry Adhesive Films.

$D1780-94: Practice for Conducting CreepTests of Metal-to-Metal Adhesives.

73


$D1781-93: Method for Climbing Drum PeelTest for Adhesives.

D1828-96: Practice for Atmospheric Exposureof Adhesive-Bonded Joints and Structures.

D1874-62 (1993) εε1: Specification for Water-or Solvent-Soluble Liquid Adhesives forAutomatic Machine Sealing of Top Flaps ofFiberboard Shipping Cases.

$D1875-95: Test Method for Density ofAdhesives in Fluid Form.

$D1876-95: Test Method for Peel Resistanceof Adhesives (T-Peel Test).

D1879-70 (1994): Practice for Exposure ofAdhesive Specimens to High-EnergyRadiation.

D1916-93: Test Method for Penetration ofAdhesives.

D1994-95: Test Method for Determination ofAcid Numbers of Hot-Melt Adhesives.

D1995-92: Test Method for Multi-ModalStrength of Autoadhesives (ContactAdhesives).

D2093-92: Practice for Preparation of Surfacesof Plastics Prior to Adhesive Bonding.

D2094-91 (1995): Practice for Preparation ofBar and Rod Specimens for Adhesion Tests.

D2095-96 εε1: Test Method for TensileStrength of Adhesives by Means of Bar andRod Specimens.

D2293-96: Test Method for Creep Properties ofAdhesives in Shear by Compression Loading(Metal-to-Metal).

D2294-96: Test Method for Creep Properties ofAdhesives in Shear by Tension Loading(Metal-to-Metal).

D2295-96: Test Method for Strength Propertiesof Adhesives in Shear by Tension Loading atElevated Temperatures (Metal-to-Metal).

D2339-94093a: Test Method for StrengthProperties of Adhesives in Two-Ply WoodConstruction in Shear by Tension Loading.

D2556-93a: Test Method for ApparentViscosity of Adhesives Having Shear-Rate-Dependent Flow Properties.

D2557-93: Test Method for Tensile-ShearStrength of Adhesives in the SubzeroTemperature Range from -267.8 to -55ºC (-450 to 67ºF).

D2559-92 (1996): Specification for Adhesivesfor Structural Laminated Wood Products forUse Under Exterior (Wet Use) ExposureConditions.

D2651-90 (1995): Practice for Preparation ofMetal Surfaces for Adhesive Bonding.

D2674-72 (1994): Methods of Analysis ofSulfochromate Etch Solution Used inSurface Preparation of Aluminium.

D2739-90 (1995): Test Method for VolumeResistivity of Conductive Adhesives.

D2851-86 (1993) εε1: Specification for LiquidOptical Adhesive.

D2918-93: Practice for Durability AssessmentOf Adhesive Joints Stressed in Peel.

$D2919-95: Test Method for DeterminingDurability of Adhesive Joints Stressed inShear by Tension Loading.

D2979-95: Test Method for Pressure-SensitiveTack of Adhesives Using an Inverted ProbeMachine.

D3110-95: Specification for Adhesives Used inLaminate Joints for Nonstructural GluedLumber Products (Discontinued 1997♣).

D3111-88 (1994) εε1: Test Method forFlexibility Determination of Hot-MeltAdhesives by Mandrel Bend Test Method.

D3121-94: Test Method for Tack of Pressure-Sensitive Adhesives by Rolling Ball.

D3163-96: Test Method for DeterminingStrength of Adhesively Bonded Rigid PlasticLap-Shear Joints in Shear by TensionLoading.

D3164-92a: Test Method for StrengthProperties of Adhesively Bonded PlasticLap-Shear Sandwich Joints in Shear byTension Loading.

D3165-95: Test Method for Strength Propertiesof Adhesives in Shear by Tension Loading ofLaminated Assemblies.

D3166-93: Test Method for Fatigue Propertiesof Adhesives in Shear by Tension Loading(Metal / Metal).

D3167-93: Test Method for Floating RollerPeel Resistance of Adhesives.

D3310-90 (1995): Test Method forDetermining Corrosivity of AdhesivesMaterials.

D3433-93: Practice for Fracture Strength inCleavage of Adhesives in Bonded MetalJoints.

D3434-96: Practice for Multiple-CycleAccelerated Ageing Test (Automatic BoilTest) for Exterior Wet Use Wood Adhesives.

$D3482-90 (1995): Test Method forDetermining Electrolytic Corrosion ofCopper by Adhesives.

D3498-93: Specification for Adhesives forField-Gluing Plywood to Lumber Framingfor Floor Systems.

74


D3528-96: Test Method for Strength Propertiesof Double Lap Shear Adhesive Joints byTension Loading.

D3535-92 (1996): Test Method for Resistanceto Deformation Under Static Loading forStructural Wood Laminating Adhesives UsedUnder Exterior (Wet Use) ExposureConditions.

D3632-77 (1990) εε1: Test Method forAccelerated Ageing of Adhesive Joints bythe Oxygen-Pressure Method.

D3658-90 (1995): Test Method forDetermining the Torque Strength ofUltraviolet (UV) Light-Cured Glass/MetalAdhesives Joints.

D3762-79 (1993) εε1: Test for Adhesive-Bonded Surface Durability of Aluminium(Wedge Test).

D3807-93: Test Method for Strength Propertiesof Adhesives in Cleavage Peel by TensionLoading (Engineering Plastics-to-Engineering Plastics).

D3808-96: Practice for QualitativeDetermination of Adhesion of Adhesives toSubstrates by Spot Adhesion Test Method.

D3929-96 εε1: Test Method for Evaluating theStress Cracking of Plastics by AdhesivesUsing the Bent-Beam Method.

D3930-93: Specification for Adhesives forWood-Based Materials for Construction ofManufactured Homes.

D3931-93: Test Method for DeterminingStrength of Gap-Filling Adhesive in Shearby Compression Loading.

D3933-93: Guide for Preparation ofAluminium Surfaces for StructuralAdhesives Bonding (Phosphoric AcidAnodizing).

D3983-93: Test Method for MeasuringStrength and Shear Modulus of NonrigidAdhesives by the Thick-Adherend Tensile-Lap Specimen.

D4027-93: Test Method for Measuring ShearProperties of Structural Adhesives by the

75


Tabla 3.1:Ensayos ASTM.

76


Modified-Rail Test.$D4300-93: Test Method for Ability of

Adhesive Films to Support or Resist theGrowth of Fungi.

$D4317-94: Specification for PolyvinylAcetate-Based Emulsion Adhesives.

$D4338-90: Test Method for FlexibilityDetermination of Supported Adhesive Filmsby Mandrel Bend Test Method.

$D4339-95: Test Method for Determination ofthe Odour of Adhesives.

D4426-96: Test Method for Determination ofPercent Nonvolatile Content of LiquidPhenolic Resins Used for Wood Laminating.

D4497-94: Test Method for Determining theOpen Time of Hot Melt Adhesives (ManualMethod).

D4498-95: Test Method for Heat-FailTemperature in Shear of Hot Melt Adhesives.

D4499-95: Test Method for Heat Stability ofHot-Melt Adhesives.

$D4500-95: Test Method for Determining Grit,Lumps, or Undissolved Matter in Water-Borne Adhesives.

D4501-95: Test Method for Shear Strength ofAdhesive Bonds Between Rigid Substratesby the Block-Shear Method.

D4502-92: Test Method for Heat and MoistureResistance of Wood-Adhesive Joints.

D4562-90 (1995) εε1: Test Method for ShearStrength of Adhesives Using Pin-and-CollarSpecimen.·

D 4680-92: Test Method for Creep and Time toFailure in Static Shear by CompressionLoading (Wood-to-Wood).

D4688-95: Test Methods for EvaluatingStructural Adhesives for Finger JointingLumber.

$D4689-95a: Specification for Adhesive,

Casein-Type.$D4690-95a: Specification for Urea-

Formaldehyde Resin Adhesives.$D4783-93: Test Methods for Resistance of

Adhesive Preparations in Container to Attackby Bacteria, Yeast, and Fungi.

D4800-94: Guide for Classifying andSpecifying Adhesives.

D4896-95: Guide for Use of Adhesive-BondedSingle Lap-Joint Specimen Test Results.

$D5040-90: Test Methods for Ash Content ofAdhesives.

D5041-93b: Test Methods for FractureStrength in Cleavage of Adhesives inBonded Joints.

D5113-90: Test Methods for DeterminingAdhesive Attack on Rigid CellularPolystyrene Foam.

D5215-93: Test Methods for InstrumentalEvaluation of Staining of Vinyl Flooring byAdhesives.

D5266-92: Practice for Estimating thePercentage of Wood Failure in AdhesiveBonded Joints.

D5267-92: Test Method for Determination ofExtrudability of Cartridge Adhesives.

D5364-93: Specification for Anaerobic Single-Component Adhesives (AN).

D5572-95 εε1: Specification for Adhesivesused for Finger Joints in NonstructuralLumber Products.

D5573-94: Practice for Classifying FailureModes in Fiber-Plastic (FRP) Joints.

D5574-94: Test Method for EstablishingAllowable Mechanical Properties of Wood-Bonding Adhesives for Design of StructuralJoints.

D5648-94: Test Method for Torque-TensionRelationship of Adhesives Used on ThreadedFasteners (Lubricity).

77


Tabla 3.2:Ensayos pararetenciones y

fijaciones conadhesivos

anaeróbicos.

D5649-94: Test Method for Torque Strength ofAdhesives Used on Threaded Fasteners(Lubricity).

D5656-95: Test Method for Thick AdherendMetal Lap-Shear Joints for Determination ofthe Stress-Strain Behavior of Adhesives inShear by Tension Loading.

D5657-95: Test Method for Fluid TightnessAbility of Adhesives Used on ThreadedFasteners.

D5751-95: Specification for Adhesives Usedfor Laminate Joints in Nonstructural LumberProducts.

D5824-95: Test Method for DeterminingResistance to Delamination of AdhesiveBonds in Overlay-Wood Core LaminatesExposed to Heat and Water.

D5868-95: Test Method for Lap ShearAdhesion for Fiber Reinforced Plastic (FRP)Bonding.

D5999-96: Test Method for Noninterference ofAdhesives in Repulping.

D6004-96: Test Method for DeterminingAdhesive Shear Strength of CarpetAdhesives.

D6005-96: Test Method for DeterminingSlump Resistance of Carpet Adhesives.

E229-92: Test Method for Shear Strength andShear Modulus of Structural Adhesives.

3.6.2 Ensayos estándar para retenciones y fija-ciones con adhesivos anaeróbicos

Existen ensayos específicos para otros tipos deuniones como son los casos de fijaciones de torni-llos y retenciones de ejes mediante adhesivosanaeróbicos, como se puede ver en el cuadroadjunto.

3.6.3 Normativa ISO sobre adhesivos

A continuación se incluye una recopilación delas normas publicadas por ISO para la caracteriza-ción de los adhesivos:

ISO 4578:1997 Adhesives — Determinationof peel resistance of high-strength adhesivebonds — Floating-roller method (ED. 3; 6 P;C)

ISO 4587:1995 Adhesives — Determinationof tensile lap-shear strength of rigid-to-rigid

bonded assemblies (ED. 2; 4 P; B)ISO 4588:1995 Adhesives — Guidelines for

the surface preparation of metals (ED. 2; 7 P;D)

ISO 6237:1987 Adhesives — Wood-to-woodadhesive bonds — determination of shearstrength by tensile loading (ED. 1; 8 P; D)

ISO 6238:1987 Adhesives — Wood-to-woodadhesive bonds — determination of shearstrength by compression loading (ED. 1; 8 P;D)

ISO 6922:1987 Adhesives — Determinationof tensile strength of butt joints (ED. 1; 3 P;B)

ISO 7387-1:1983 Adhesive — With solventsfor assembly of PVC-U pipe elements —characterisation — Part 1: Basic test methods(ED. 1; 10 P; E)

ISO 8510-1:1990 Adhesives — Peel test for aflexible-bonded-to-rigid test specimenassembly — Part 1: 90 degree peel (ED. 1; 5P; C)

ISO 8510-2:1990 Adhesives — Peel test for aflexible-bonded-to-rigid test specimenassembly — Part 2: 180 degree peel (ED. 1;5 P; C)

ISO 9142:1990 Adhesives — Guide to theselection of standard laboratory ageing con-ditions for testing bonded joints (ED. 1; 20 P;K)

ISO 9142:1990/COR 1:1995 (ED. 1; 1 P; *)ISO 9653:1998 Adhesives — Test method for

shear impact strength of adhesive bonds (ED.2; 6 P; C)

ISO 9664:1993 Adhesives — Test methods forfatigue properties of structural adhesives intensile shear (ED. 1; 10 P; E)

ISO 9665:1998 Adhesives — Animal glues —Methods of sampling and testing (ED. 2; 23P; L)

ISO 10123:1990 Adhesives — Determinationof shear strength of anaerobic adhesivesusing pin-and-collar specimens (ED. 1; 4 P;B)

ISO 10354:1992 Adhesives — Characterisationof durability of structural-adhesive-bondedassemblies —Wedge rupture test (ED. 1; 4 P;B)

ISO 10363:1992 Hot-Melt Adhesives —Determination of thermal stability (ED. 1; 3P; B)

ISO 10364:1993 Adhesives — Determinationof working life (pot life) of multi-componentadhesives (ED. 1; 3 P; B)

78


ISO 10365:1992 Adhesives — Designation ofmain failure patterns (ED. 1; 3 P; B)

ISO 10964:1993 Adhesives — Determinationof torque strength of anaerobic adhesives onthreaded fasteners (ED. 1; 4 P; B)

ISO 11003-1:1993 Adhesives — Determinationof shear behaviour of structural bonds —Part 1: Torsion test method using butt-bon-ded hollow cylinders (ED. 1; 7 P; D)

ISO 11003-2:1993 Adhesives — Determinationof shear behaviour of structural bonds —Part 2: Thick-adherend tensile-test method(ED. 1; 12 P; F)

ISO 11339:1993 Adhesives — 180 degreepeel test for flexible-to-flexible bondedassemblies (T-peel test) (ED. 1; 3 P; B)

ISO 11343:1993 Adhesives — Determinationof dynamic resistance to cleavage of highstrength adhesive bonds under impact condi-tions — Wedge impact method (ED. 1; 6 P;C)

ISO 13445:1995 Adhesives — Determinationof shear strength of adhesive bonds betweenrigid substrates by the block-shear method(ED. 1; 4 P; B)

ISO 13895:1996 Adhesives — Guidelines forthe surface preparation of plastics (ED. 1; 7P; D)

ISO 14615:1997 Adhesives — Durability ofstructural adhesive joints — Exposure tohumidity and temperature under load (ED. 1;8 P; D)

ISO 14676:1997 Adhesives — Evaluation ofthe effectiveness of surface treatment techni-ques for aluminium — Wet-peel test by floa-ting-roller method (ED. 1; 4 P; B)

ISO 14679:1997 Adhesives — Measurementof adhesion characteristics by a three-pointbending method (ED. 1; 11 P; F)

ISO 15107:1998 Adhesives — Determinationof cleavage strength of bonded joints (ED. 1;5 P; C)

ISO 15108:1998 Adhesives — Determinationof strength of bonded joints using a bending-shear method (ED. 1; 4 P; B)

ISO 15109:1998 Adhesives — Determinationof the time to rupture of bonded joints understatic load (ED. 1; 4 P; B)

ISO 15166-1:1998 Adhesives — Methods ofpreparing bulk specimens — Part 1: Two-part systems (ED. 1; 5 P; C)

3.6.4 Normativa UNE EN sobre adhesivos

A continuación se incluye una recopilación delas normas publicadas por UNE para la caracteri-zación de adhesivos.

UNE 104236:1988 Impermeabilización.Materiales bituminosos y bituminosos modi-ficados. Pegamentos bituminosos.

UNE 104281-5-1:1990 Materiales bituminososy bituminosos modificados. Pinturas y adhe-sivos. Métodos de ensayo. Toma de mues-tras.

UNE 104281-5-17:1988 Materiales bitumino-sos y bituminosos modificados. Pinturas yadhesivos. Métodos de ensayo.Envejecimiento artificial acelerado con tubosfluorescentes de luz U.V.

UNE 104281-5-2:1986 Materiales bituminososy bituminosos modificados. Pinturas y adhe-sivos. Métodos de ensayo. Conservación enel envase.

UNE 104281-5-3:1986 Materiales bituminososy bituminosos modificados. Pinturas y adhe-sivos. Métodos de ensayo. Estabilidad a ladilución.

UNE 104281-5-7:1987 Materiales bituminososy bituminosos modificados. Pinturas y adhe-sivos. Métodos de ensayo. Materia fija yvolátil.

UNE 104281-5-8:1986 Materiales bitumino-sos y bituminosos modificados. Pinturas yadhesivos. Métodos de ensayo. Contenido deagua.

UNE 21356/1C:1984 Materiales aislanteseléctricos. Cintas adhesivas sensibles a lapresión. Condiciones generales y métodos deensayo.

UNE 21356:1978 Materiales aislantes eléctri-cos. Cintas adhesivas sensibles a la presión.Condiciones generales y de ensayo.

UNE 21357-1:1977 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. Especificaciones para cintas de PVCplastificado con adhesivo no termoendureci-ble.

UNE 21357-2:1980 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. Especificaciones para cintas de papelcelulosa corrugado con adhesivos termoen-durecibles.

UNE 21357-3:1983 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. Especificaciones para cintas de papel

79


celulosa con adhesivos termoendurecibles.UNE 21357-4:1983 Materiales aislantes eléc-

tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. especificaciones para cintas de películade poliéster (PETP) con adhesivo termoen-durecible.

UNE 21357-5:1983 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. Especificaciones para cintas de películade poliéster (PETP) con adhesivo no termo-endurecible.

UNE 21357-6:1991 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. Especificaciones para cintas de películade policarbonato con adhesivo no termoen-durecible.

UNE 21357-7:1991 Materiales aislantes eléc-tricos. Cintas adhesivas sensibles a la pre-sión. especificaciones para cintas de películade poliimida con adhesivo termoendurecible.

UNE 53038:1955 Materiales plásticos.Determinación de la adherencia en adhesivospara madera.

UNE 53174:1985 Plásticos. Adhesivos parauniones encoladas de tubos y accesorios depoli (cloruro de vinilo) no plastificado utili-zadas en conducciones de fluidos con o sinpresión. Características.

UNE 53175:1985 Plásticos. Adhesivos parauniones encoladas de tubos y accesorios depoli (cloruro de vinilo) no plastificado utili-zadas en conducciones de fluidos con o sinpresión. Métodos de ensayo

UNE 53355:1980 Plásticos. Métodos de tomade muestra de los adhesivos y de sus materiasprimas.

UNE 53357:1981 Plásticos. Adhesivos.Determinación del extracto seco en adhesi-vos, colas y productos similares que conten-gan disolventes orgánicos.

UNE 56702-1:1969 Colas. Terminología.UNE 56702-2:1969 Colas. Clasificación.UNE 59032:1988 Calzado. Ensayo de adhesi-

vos en medio disolvente y en dispersión.Comprobación de la aptitud al pegado demateriales.

UNE-EN 1066:1997 Adhesivos. Toma demuestras.

UNE-EN 1067:1997 Adhesivos. Examen ypreparación de muestras para ensayo.

UNE-EN 12002:1997 Adhesivos para baldo-sas cerámicas. Determinación de la deforma-ción transversal de adhesivos y materiales derejuntado cementosos.

UNE-EN 12003:1997 Adhesivos para baldo-sas cerámicas. Determinación de la resisten-cia a la cizalladura de los adhesivos de resi-nas reactivas.

UNE-EN 12023:1997 Cintas autoadhesivas.Medida de la transmisión de vapor de aguaen una atmósfera cálida y húmeda.

UNE-EN 12024:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia a la temperatura yhumedad elevadas.

UNE-EN 12025:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia al desgarro por elmétodo del péndulo.

UNE-EN 12026:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la fuerza de desenrollado a altavelocidad.

UNE-EN 12027:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia a la llama.

UNE-EN 12028:1996 Cintas autoadhesivas.Medida del alargamiento bajo una carga está-tica.

UNE-EN 12029:1996 Cintas autoadhesivas.Determinación de iones corrosivos solublesen agua.

UNE-EN 12030:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia al impacto.

UNE-EN 12031:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia al estallido.

UNE-EN 12032:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la adhesión de cintas adhesivastermoendurecibles durante su curado.

UNE-EN 12033:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la adhesión de cintas adhesivastermoendurecibles después de su curado.

UNE-EN 12034:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la longitud de un rollo de cintaadhesiva.

UNE-EN 12036:1996 Cintas autoadhesivas.Penetración del disolvente en cintas adhesi-vas enmascaradoras.

UNE-EN 1239:1999 Adhesivos. Estabilidadcongelación - descongelación.

UNE-EN 1240:1999 Adhesivos. Determinacióndel valor de hidroxilo y/o del contenido dehidroxilo.

UNE-EN 1241:1999 Adhesivos.Determinación del índice de acidez.

UNE-EN 1242:1999 Adhesivos. Determinacióndel contenido de isocianato.

UNE-EN 1243:1999 Adhesivos.Determinación del formaldehído libre en loscondensados de amino y amidoformaldehí-do.

UNE-EN 1244:1999 Adhesivos. Determinación

80


del color y/o cambios de color de revesti-mientos adhesivos bajo la influencia de laluz.

UNE-EN 1245:1999 Adhesivos. Determinacióndel pH. Método de ensayo.

UNE-EN 1246:1999 Adhesivos. Determinacióndel contenido de cenizas total del contenidode cenizas sulfatadas.

UNE-EN 1308/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Determinación del desliza-miento.

UNE-EN 1308:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Determinación del deslizamiento.

UNE-EN 1322/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Definiciones y terminolo-gía.

UNE-EN 1322:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Definiciones y terminología.

UNE-EN 1323/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Placas de hormigón paraensayos.

UNE-EN 1323:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Placas de hormigón para ensayos.

UNE-EN 1324/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Determinación de la resis-tencia a la cizalladura de los adhesivos dedispersión.

UNE-EN 1324:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Determinación de la resistencia ala cizalladura de los adhesivos de dispersión.

UNE-EN 1346/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Determinación del tiempoabierto.

UNE-EN 1346:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Determinación del tiempo abier-to.

UNE-EN 1347/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Determinación de la capaci-dad humectante.

UNE-EN 1347:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Determinación de la capacidadhumectante.

UNE-EN 1348/A1:1999 Adhesivos para bal-dosas cerámicas. Determinación de la resis-tencia a la tracción de los aditivos cemento-sos.

UNE-EN 1348:1997 Adhesivos para baldosascerámicas. Determinación de la resistencia ala tracción de los adhesivos cementosos.

UNE-EN 1464:1996 Adhesivos.Determinación de la resistencia al pelado enjuntas pegadas de alta resistencia. Métododel rodillo móvil.

UNE-EN1 465:1996 Adhesivos. Determinación

de la resistencia a la cizalladura por tracciónde juntas pegadas de substratos rígidos.

UNE-EN 1939:1997 Cintas autoadhesivas.Medida de la adhesión, sobre acero inoxida-ble o sobre su propio reverso, mediante pela-do.

UNE-EN 1940:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la resistencia a la rotura.

UNE-EN 1941:1996 Cintas autoadhesivas.Medida del alargamiento a la rotura.

UNE-EN 1942:1996 Cintas autoadhesivas.Medida del espesor.

UNE-EN 1943:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la adhesión mediante una fuerzaestática de cizalla.

UNE-EN 1944:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la fuerza de desenrollado a bajavelocidad.

UNE-EN 1945:1996 Cintas autoadhesivas.Medida de la adhesión instantánea.

UNE-EN 204:1993 Clasificación de adhesi-vos no estructurales para uniones de maderay productos derivados de la madera. (versiónoficial en 204:1991).

UNE-EN 205:1993 Métodos de ensayo paraadhesivos para la madera de uso no estructu-ral. Determinación de la resistencia a la ciza-lladura de tracción de juntas solapadas. (ver-sión oficial en 205:1991).

UNE-EN 2243-2:1993 Material aeroespacial.Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo.Parte 2: Pelado de metal-metal. (versión ofi-cial en 2243-2:1991).

UNE-EN 2243-3:1993 Material aeroespacial.Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo.Parte 3: Ensayo de pelado metal - núcleo denido de abeja. (versión oficial en 2243-3:1991).

UNE-EN 2243-4:1993 Material aeroespacial.Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo.Parte 4: Ensayo de tracción perpendicularpara metal - nido de abeja. (versión oficial en2243-4:1991).

UNE-EN 2243-5:1993 Material aeroespacial.Adhesivos estructurales. Métodos de ensayo.Parte 5: ensayos de envejecimiento. (versiónoficial en 2243-5:1992).

UNE-EN 26922:1995 Adhesivos.Determinación de la resistencia a la tracciónde uniones a tope. (ISO 6922:1987). (versiónoficial en 26922:1993).

UNE-EN 28510-1:1995 Adhesivos. Ensayode pelado para una union encolada de adhe-rente flexible sobre rígido. Parte 1: Pelado a

81


90 º. (ISO 8510-1:1990). (versión oficial en28510-1:1993).

UNE-EN 28510-2:1995 Adhesivos. Ensayode pelado para una union encolada de adhe-rente flexible sobre rígido. Parte 2: Pelado a180 º. (ISO 8510-2:1990). (versión oficial en28510-2:1993).

UNE-EN 29142:1995 Adhesivos. Guía para laselección de condiciones normalizadas deenvejecimiento en laboratorio al ensayar jun-tas pegadas. (ISO 9142:1990).

UNE-EN 29653:1995 Adhesivos. Métodos deensayo de la resistencia a la cizalladura porimpacto en juntas pegadas. (ISO 9653:1991).

UNE-EN 301:1994 Adhesivos para estructu-ras de madera bajo carga. Adhesivos de poli-condensación de tipos fenólicos y aminoplás-ticos. Clasificación y especificaciones decomportamiento. (versión oficial en301:1992).

UNE-EN 302-1:1994 Adhesivos para estruc-turas de madera bajo carga. Métodos de ensa-yo. Parte 1: Determinación de la resistenciadel pegado a la cizalladura por tracción lon-gitudinal. (versión oficial en 302-1:1992).

UNE-EN 302-2:1994 Adhesivos para estruc-turas de madera bajo carga. Métodos de ensa-yo. Parte 2: Determinación de la resistencia ala delaminación (método de laboratorio).(versión oficial en 302-2:1992).

UNE-EN 302-3:1994 Adhesivos para estruc-turas de madera bajo carga. Métodos de ensa-yo. Parte 3: Determinación de la influenciade los tratamientos cíclicos de temperatura yhumedad sobre la resistencia a la traccióntransversal. (versión oficial en 302-3:1992).

UNE-EN 302-4:1994 Adhesivos para estruc-turas de madera bajo carga. Métodos de ensa-yo. Parte 4: Determinación de la influenciade la contracción sobre la resistencia a lacizalladura. (versión oficial en 302-4:1992).

UNE-EN 522:1998 Adhesivos para piel ymateriales para calzado. Resistencia de launión. Requisitos mínimos y clasificación deadhesivos.

UNE-EN 542:1996 Adhesivos. Determinaciónde la densidad.

UNE-EN 543:1996 Adhesivos. Determinaciónde la densidad aparente de adhesivos enpolvo y en granza.

UNE-EN 60454-1:1997 Cintas adhesivas sen-sibles a la presión para usos eléctricos. Parte 1: Requisitos generales.

UNE-EN 60454-2:1997 Cintas adhesivas sen-

sibles a la presión para usos eléctricos. Parte 2: Métodos de ensayo.

UNE-EN 60454-3-10:1997 Cintas adhesivassensibles a la presión para usos eléctricos.Parte 3: Especificaciones para materialesparticulares. Hoja 10: Requisitos para cintasde película de acetato-butirato de celulosacon adhesivo de caucho termoendurecible.

UNE-EN 60454-3-13:1997 Cintas adhesivassensibles a la presión para usos eléctricos.Parte 3: Especificaciones para materialesparticulares. Hoja 13: Requisitos para cintasde tela tejida compuestas por mezcla de celu-losa y viscosa, con un lado recubierto conmaterial termoplástico y el otro lado conadhesivo de caucho termoendurecible.

UNE-EN 827:1996 Adhesivos.Determinación del contenido en sólidos con-vencional y del contenido en sólidos a masaconstante.

UNE-EN 828:1999 Adhesivos. Mojabilidad.Determinación por medida del ángulo decontacto y de la tensión superficial crítica dela superficie sólida.

UNE-EN 924:1995 Adhesivos. Adhesivoscon base disolvente y exentos de disolvente.Determinación del punto de inflamación.

UNE-EN ISO 10363:1996 Adhesivos termo-fusibles. Determinación de la estabilidad tér-mica (ISO 10363:1992).

UNE-EN ISO 10365:1996 Adhesivos.Designación de los principales modelos derotura (ISO 10365:1992).

UNE-EN ISO 10964:1997 Adhesivos.Determinación del par de desmontaje en ele-mentos de fijación roscados encolados conadhesivos anaeróbicos (ISO 10964:1993).

UNE-EN ISO 9664:1996 Adhesivos.Métodos de ensayo para la resistencia a lafatiga por esfuerzo de cizalla de adhesivosestructurales (ISO 9664:1993).

UNE-EN ISO 9665:1996 Adhesivos. Colasanimales. Métodos de toma de muestras yensayo (ISO 9665:1993).

UNE-ENV 1965-1:1997 Adhesivos estructu-rales. Corrosión. Parte 1: Determinación yclasificación de la corrosión de un sustrato decobre.

UNE-ENV 1965-2:1997 Adhesivos estructu-rales. Corrosión. Parte 2: Determinación yclasificación de la corrosión de un sustrato enlatón.

UNE-ENV 1966:1998 Adhesivos estructura-les. Caracterización de una superficie

82


83


mediante la medida de la adhesión por elmétodo de flexión en tres puntos.

UNE-ENV 1967:1997 Adhesivos estructura-les. Evaluación de la efectividad de las técni-cas de tratamiento superficial para aluminiousando un ensayo de pelado húmedo en com-binación con el método del rodillo móvil.

PNE-EN 1238 Adhesivos. Determinación dela temperatura de reblandecimiento de adhe-sivos termoplásticos (anillo y bola).

PNE-EN 1391 Adhesivos para piel y materia-les de calzado. Método para evaluar la apti-tud al pegado de materiales. Requisitos míni-mos y clasificación de materiales.

PNE-EN 1392 Adhesivos para piel y materia-les de calzado. Adhesivos en base disolventey en dispersión. Métodos de ensayo paramedir la resistencia de la unión en condicio-nes específicas.

PNE-EN 923 Adhesivos. Términos y defini-ciones.

3.7 Determinación práct ica de las dimensiones3.7 Determinación práct ica de las dimensionesde juntas adhesivas solapadas s imples (Juande juntas adhesivas solapadas s imples (JuanCarlos del Real Romero, Universidad Ponti f ic iaCarlos del Real Romero, Universidad Ponti f ic iaComil las de Madrid, extraído de informaciónComil las de Madrid, extraído de informaciónde CIBA)de CIBA)

La resistencia a cortadura de una junta adhesivasolapada simple depende de la naturaleza del sus-trato, del adhesivo, del espesor del sustrato y delárea de solape.

Dados la carga requerida y el sustrato y adhesi-vo a ser empleado, se puede predecir:

1.El solape óptimo para un adherente de unespesor dado.

2.El espesor de sustrato óptimo para un solapedado.

El solape y el espesor se pueden determinar deforma directa a partir de un diagrama basado enensayos prácticos. Los ensayos para determinar laresistencia a cortadura media de diferentes solapes(l) y espesores (t) de sustrato deben ser suficientes

para representar una curva de resistencia a corta-dura frente al cociente entre espesor de adherentey solape t/l.

Cualquier punto concreto de una curva estable-cida representa (para las uniones realizadas entreel mismo adhesivo y el mismo material como sus-trato) el estado de tensiones de una junta adhesivay representa la relación entre las dimensiones dela junta (eje horizontal), la tensión de cortaduramedia en el adhesivo (eje vertical) y la tensión detracción media en el sustrato (inclinación de unalínea recta trazada desde el origen hasta esepunto).

El solape óptimo (t) se determina empleandoconjuntamente el diagrama y la siguiente fórmula:

τ = σ t

Esta fórmula se deriva de:

. Los requisitos de diseño conocidos:P= Carga por unidad de ancho de juntat= Espesor de sustrato (en el caso de variosespesores, el inferior)

. Los anteriores determinan:σ = P/t Tensión de tracción media en elmetal

τ = P/l Tensión de cortadura media en la

l

Fig.3.36: Junta a solape simple. l: solape; t:espesor de la placa.

Fig.3.37:Diagrama decorrelación

entre resistenciaa cortadura deladhesivo y t/l de

los sustratos.

juntaSustituyendo por P resulta la ecuación anterior.

El solape óptimo se determina como sigue:

1.Se calcula σ a partir de P y t.2.Se traza una línea recta desde el origen con

inclinación viene dada por σ.3.Se lee el valor de τ en el punto en el que la

recta trazada corta la curva.4.Una vez determinados σ y τ , y conocido t, se

sustituyen lo valores en la ecuación:

τ = σ t

y se calcula en solape óptimo.

La desviación del solape óptimo reduce la efi-ciencia de la unión. Solapes demasiado pequeñoscausan el fallo de la junta por debajo de la cargarequerida, mientras que solapes excesivos puedengenerar uniones innecesariamente grandes.

El espesor de sustrato óptimo se determinacomo sigue:

1.Se calcula τ a partir de P y l.2.Se lee el valor de t/l a partir de es valor de

τ en la curva.3.Una vez determinado t/l y conociendo l, se

calcula el espesor óptimo.

3.8 Anális is de las uniones a solape (Francisco3.8 Anális is de las uniones a solape (FranciscoLópez Mart ín, ETSIN de Madrid)López Mart ín, ETSIN de Madrid)

3.8.1 Análisis elástico lineal

La unión a solape, en la que dos placas estánunidas mediante una capa de adhesivo, es una delas uniones más comunes que se encuentran en lapráctica. Uniones de este tipo construidas con pla-cas de aluminio de 25mm de ancho, 12mm de lon-gitud y 1,6mm de espesor se utilizan en control decalidad. La unión es fácil de hacer y los resultadosson sensibles tanto a la calidad del adhesivo comoa la preparación superficial realizada sobre losadherentes.

El análisis más simple considera que los adhe-rentes son rígidos y que el adhesivo sólo deformaa cortadura. Si el ancho de solape es b, la longitudde solape l, y la carga P, entonces la tensión decortadura τ viene dada por:

τ = P

y la tensión a tracción del adherente crecerálinealmente hasta cero a lo largo de la longitud desolape. En la figura anterior se muestra una uniónsimilar pero en la que los adherentes ahora secomportan elásticamente. Para el adherente supe-rior, la tensión de tracción es máxima donde

84


Fig.3.40: Deformaciones exageradas en unaunión a solape simple. (a) con adherentesrígidos; (b) con adherentes elásticos.

bl

Fig.3.38: Signosconvencionalespara lastensiones de unaunión solapada .P: Carga porunidad de ancho;σ, tensión mediade tracción; τ:Tensión media acortadura en launión adhesiva.

Fig.3.39:Empleo de undiagrama decorrelación enun diseño dejunta.

l

85


comienza el solape y su valor cae hasta cero en elextremo solapado de la placa. Así, la deformacióna tracción en estos puntos debe cambiar progresi-vamente a lo largo de la longitud de solape l. Lasituación contraria se da en el adherente inferior.Así, suponiendo continuidad en la interfase adhe-sivo/adherente, los paralelogramos de adhesivouniformemente deformados a cortadura se distor-sionan. Este fenómeno se denomina “cortaduradiferencial”, y fue analizado en 1938 porVolkersen.

3.8.2 Análisis de Volkersen

En el análisis de Volkersen, en el que la corta-dura queda confinada al adhesivo, se supone queéste deforma sólo a cortadura mientras que eladherente sólo lo hace a tracción. Considerando el

desplazamiento relativo de los dos adherentes,superior e inferior, δ, a lo largo del solape tene-mos:

δx = δ0 - ∫ x

ε1 dx+∫ x

ε2dx

donde δ0 es el desplazamiento relativopara x= -1/2, y ε1 y ε2 son las distribuciones delas deformaciones directas de los adherentes 1 y 2.

Para la unidad de ancho de solape, siendo P lacarga aplicada, para el adherente superior tene-mos:

ε1 = 1 [ P - ∫ x

τ x dx ]y para el inferior:

ε2 = 1 ∫ x

τx dx

donde E es el módulo de Young para los adhe-rentes. Para el adhesivo tenemos:

δx =t3

τx

donde G es el módulo del adhesivo. Operandocon las ecuaciones anteriores se obtiene una ecua-ción diferencial de la forma:

τx = ω2 τx

que tiene una solución de la forma:

τx = A1 coshω x + A2 senhω x

donde A1 y A2 son constantes arbitrarias, defini-das por las condiciones de contorno. Si procede-mos en términos adimensionales, esto es:

τ = τx

donde τm es la tensión a cortadura promediada.Con condiciones de contorno apropiadas obtene-mos la distribución de la tensión a cortadura deladhesivo:

τ = ω cosh ωX + ( Ψ-1 ) ω senh ωX

donde:

ω2 = (1 + Ψ )φ

Ψ = t1

Et1

Et2

G

−1/2

−1/2

−1/2

−1/2

τm

2 senh ω/2 Ψ-1 2 cosh ω/2

t2

Fig.3.41: Unión a solape simple analizada porVolkensen (1938): geometría no deformada.

Fig.3.42: Unión a solape simple analizada porVolkensen (1938): unión deformada.

II

φ = Gl 2

X = x

y

-1 / 2 ≤ X ≤ 1 / 2

Para el caso de adherentes de igual espesor,t1= t2= t. Entonces Ψ=1 y ω = (2φ )1/2. La tensiónde cortadura máxima en el adhesivo tiene lugar enlas zonas finales de la unión:

τmax = √φ coth √ φ

Es importante observar que para longitudes desolape grandes:

τmax = √( Gl2

)y el valor absoluto de la tensión a cortadura

máxima, τmax , es proporcional a:

√ ( G )que es independiente de la longitud de solape.

La teoría desarrollada por Volkersen no tiene encuenta dos factores importantes. Primero, lasdirecciones de las dos cargas P no son axiales. Enconsecuencia, aparecerá un momento flector apli-cado a la unión añadido a la tensión a cortadurapor tracción. Segundo, los adherentes flexan, ycomo consecuencia se producirá una rotación dela unión. La rotación modifica la dirección de lalínea de carga en la dirección del solape, poniendode manifiesto un problema geométricamente nolineal, ya que los desplazamientos de la unión noson proporcionales a la carga aplicada.

3.8.3 Análisis de Goland y Reissner

Goland y Reissner en 1944 tuvieron en cuenta elefecto anteriormente mencionado usando un fac-tor K que relaciona el momento flector en el adhe-rente al final del solape, M0, con el estado decarga, mediante la expresión:

M0 = KPt

donde P es la carga aplicada y t el espesor de losadherentes (el espesor de la línea de pegado no setuvo en cuenta). Si la carga aplicada a la unión esmuy pequeña, no tiene lugar la rotación de la líneade solape. En ese caso, M0≈Pt/2 y K≈1.0.Cuando se aumenta la carga, la línea de solaperota, haciendo que la línea de acción de la cargapase más cerca e incluso coincida con el eje axialde los adherentes, y así se reduce el valor del fac-tor K. En esta primera aproximación se suponeque la unión adhesiva es indeformable, es decir,que rota como un conjunto.

La segunda aproximación teórica de Goland yReissner es aplicable a uniones adhesivas reales.Se puede establecer una serie de ecuaciones dife-renciales que son resolubles (Cornell, 1953) si tra-tamos la unión adhesiva como un número infinitode muelles a cortadura con un número infinito demuelles a tracción/compresión en la dirección Y.Haciendo la suposición de deformación plana,este planteamiento permite obtener la distribucióna cortadura (τ3x) y la distribución a tensión normal(σ3y).

El intervalo de validez de la segunda aproxima-ción de Goland y Reissner viene dado por:

t1G3< 0.1 y

t1E3< 0.1

donde E, G y t son el módulo de Young, elmódulo de cortadura y el espesor respectivamen-te, y los subíndices 1 y 3 se refieren a los adheren-tes y al adhesivo.

El límite superior del intervalo de validez vienedado por consideraciones de energía de deforma-ción, ya que la teoría desprecia el trabajo realiza-do por las tensiones σ1 y y τ1x en los adherentesfrente al trabajo realizando por las tensiones σ3y yτ3x en la capa de adhesivo.

Una demostración de cómo se obtienen estoslímites fue dada por Sneddon en 1961. Según esteautor, para una unión a solape simple en la que:

t1 = t2 = 1.62mm, t3 = 0.25mmG1 = G2 = 25.9GNm-2, E1 = E2 = 69GNm-2

G3 = 1.72 GNm-2, E3 = 4.82GNm-2

tenemos:

t1G3 = 0.43 y t1E3 = 0.45

86


t3G1 t3E1

Et1t3

l

2 2

2Ett3

2tt3

2 t3G1 t3E1

y la teoría de Goland y Reissner no es estricta-mente aplicable. Sin embargo, Lubkin y Reissneren 1956 consideraban que los resultados de losexperimentos de foto elasticidad presentados porCornell en 1953 muestran que los límites de lateoría son conservadores, aunque ellos no danindicaciones de los verdaderos límites.

Estos límites serán aplicables a cualquier teoríaque haga suposiciones similares a la de Goland yReissner omitiendo las deformaciones a cortaduray las tensiones a tracción a través de los adheren-tes.

No serán aplicables, sin embargo, a teorías tridi-mensionales presentadas más tarde, como la deAdams y Peppiatt en 1973, porque la tensión acortadura en los adherentes se supone que varíalinealmente a través del espesor. Esta teoría omitela existencia de tensiones a tracción dentro de lacapa de adhesivo.

Benson en 1969 indicó más limitaciones funda-mentales en la teoría de Goland y Reissner, seña-lando que el empleo del factor K permite tratar larotación de la región de solape, pero sin embargo,las tensiones internas en la unión son obtenidassuponiendo que no hay rotación. La solución paralos esfuerzos de cortadura en el adhesivo y las ten-siones de tracción es sólo estrictamente precisapara K=1.0, esto es, para cargas muy bajas.Debería ser tenido en cuenta que en las considera-ciones para relacionar el factor K con la carga sesupone que la unión es indeformable, esto es, queel espesor de la línea de pegado es nulo, mientrasque la segunda aproximación supone un espesorfinito.

Kutscha y Hofer en 1969 indican que la solu-ción para la tensión normal, σ3y, fue presentadaincorrectamente en el artículo original. La solu-ción ha sido examinada y comprobada, y el resul-tado correcto, como lo dio también Sneddon en1961 es:

σ3y = στ2

[(R2λ2 K

- λK´cosh λ cos λ ).

.cosh λx

cos λx

+ (R1λ2K

- λK´senh λ sen λ)

senh λx

senλx]

donde

C = l

λ = C ( 6E3t ) 1/4

K´= K C ( 3(1 - ν2) σ )1/2

R1 = coshλ senλ + senhλ cos λR2 = senhλ cosλ - coshλ senλR3 = 2(senh2 + sen2λ)

Una serie de estudios paramétricos de las solu-ciones de Goland y Reissner fue llevada fue leva-da a cabo por Kutscha y Hofer en 1969 e hicieronnotar que la tensión aplicada en los adherentes nose puede desarrollar debido a que el factor K vacambiando de valor a medida que se incrementa lacarga.

La tensiones máximas generadas al cargar unaunión a solape tienen lugar en las zonas finales dela región de solape. Se puede observar que la ten-sión máxima por unidad de carga en la unióndecrece cuando aumenta el valor de la carga. Eldecrecimiento con mayor pendiente tiene lugar enlos valores de la tensión a tracción máxima porunidad de carga de la solución corregida. El traba-jo mediante técnicas fotoelásticas de McLaren yMacInnes en 1958 confirma cualitativamente quela máxima tensión por unidad de carga en unaunión a solape simple decrece cuando se aumentael valor de la carga aplicada a la unión.

87


Fig.3.43:Tensiones a

tracción ycortadura

máximas,σ3y,τ3x, en función

de la cargaaplicada

teniendo encuenta lasegunda

aproximaciónde Goland y

Reissner.

2

t Et3

t E

C2R3 2

2C C

C C

88


3.8.4 Efecto de la flexión en una unión a solapedoble

Aunque no hay momento flector neto en unaunión a solape doble simétrica como ocurre conuna unión a solape simple, debido a que la cargase aplica a través del adhesivo a los adherentesfuera de su línea axial neutra, la unión a solapedoble experimenta flexión interna. En una unión asolape doble simétrica el adherente central noexperimenta un momento flector neto, pero losadherentes exteriores flexan, produciéndose unaumento de las tensiones a tracción a través de lacapa de adhesivo al final de la región de solapedonde no están cargados, y de las tensiones decompresión al final donde están cargados.

3.8.5 Segunda teoría de Volkersen

Tratando el adhesivo de la misma forma queGoland y Reissner, Volkersen en 1965 planteó unsistema de ecuaciones diferenciales resolubles,para describir las tensiones de tracción y las ten-siones cortadura en la capa de adhesivo de unaunión a solape doble. El segundo modelo teóricode Volkersen para la unión a solape doble omitelas mismas tensiones en el adherente como hace lasegunda teoría de Goland y Reissner, por lo tantotiene los mismos límites de validez. La flexión enla unión a solape doble no causa rotaciones en laregión de solape, y por lo tanto la tensión por uni-dad de carga en el adhesivo no depende de lacarga aplicada. Así, la carga aplicada se puede

desarrollar explícitamente a partir de las funcionessolución de las tensiones de cortadura y normalesen la capa de adhesivo.

3.8.6 Revisión de Forest Products Laboratory(FPL)

Ya en el año 1964, el interés por las unionesadhesivas hizo que el Laboratorio de Materialesde la Fuerza Aérea de los EE.UU. encargara a loslaboratorios FPL una revisión crítica en el campodel diseño de estas uniones. Este trabajo incluyóestudios y análisis exhaustivos de la bibliografíarelacionada con aspectos teóricos y experimenta-les de uniones a solape, propiedades mecánicas deadhesivos en película en uniones, criterios de fallode uniones y métodos empíricos de diseño de launión. Basadas en los resultados de este estudio seformularon las recomendaciones oportunas pararealizar una investigación de mayor alcance enesta área.

Fig.3.44:Tensiónmáxima atracción en eladhesivo deuna unión asolape simpleen función deE del adhesivo.

4.1 Introducción: objet ivos (José Miguel Mart ín4.1 Introducción: objet ivos (José Miguel Mart ínMart ínez, Univers idad de Al icante)Mart ínez, Univers idad de Al icante)

La adhesión es un fenómeno de superficie. Elespesor dentro del cual tienen lugar las interaccio-nes entre adhesivo y sustrato (interfase adhesiva)tiene una magnitud del orden de las distanciasintermoleculares. Es claro suponer que cualquiersustancia intermedia va a interferir en este fenó-meno. Es más, cualquier capa exterior de compo-sición o estructura diferente de la del seno del sus-trato va a afectar en la calidad de cualquieradhesión.

Cuando se buscan uniones reproducibles condurabilidad se necesitan procesos que aseguren laaptitud de la superficie para adherir o lo que es lomismo, que se halle exenta de cualquier agenteextraño que provenga del entorno o del mismosustrato. Estos procesos de denominan tratamien-tos superficiales.

Los tratamientos superficiales no son siempreimprescindibles. Sin embargo su aplicación per-mite optimizar la adhesión y, cuando menos,reproducir las características de la adhesión engrandes cadenas productivas preservando losniveles de calidad diseñados.

Los objetivos de un tratamiento superficial son:

1.Desarrollar la fuerza y la durabilidad de lasadhesiones, optimizando el contacto inter-molecular entre adhesivo (y/o imprimación)y sustrato. Podemos distinguir:

a)Sustratos de baja energía superficial: ele-vación de la energía superficial mediantetratamientos mecánicos o modificacionesquímicas.

b)Sustratos de alta energía superficial: uso,por ejemplo, de imprimaciones organome-tálicas para evitar la degradación, porejemplo causada por la humedad.

2.En cualquier caso se debe lograr que la adhe-sión sea debida a fuerzas de adhesión intrín-

secas y no sólo al anclaje mecánico, para ase-gurar una buena adhesión inmediata y unalarga durabilidad de las uniones. No obstan-te, es muy conveniente generar sobre el sus-trato una topografía superficial que multipli-que la superficie real de la interfase.

3.Facilitar la reproducibilidad de los resulta-dos.

4.Evitar la formación de capas de débil cohe-sión, producidas, por ejemplo, por la migra-ción de plastificantes a la superficie del sus-trato.

Estos objetivos se logran mediante diferentestécnicas basadas en la eliminación de los contami-nantes superficiales, por métodos mecánicos oquímicos o en la modificación física o química dela superficie, para lograr rugosidades adecuadaspara la adhesión o para modificar la estructura deenlaces de la superficie.

En ocasiones el tratamiento superficial tienecomo función facilitar la reticulación del adhesi-vo, actuando como un activador. En otras ocasio-nes se pretende proteger la superficie del sustrato,especialmente en el caso de metales.

Existe una enorme variedad de tratamientossuperficiales que pueden ser empleados para ade-

89


TEMA 4:PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES A ADHERIR O SELLAR

(José Miguel Martín Martínez, Universidad de Alicante; Francisco López Martín, ETSIN deMadrid y Mario Madrid Vega, Loctite España)

Fig.4.1:Diagrama que

muestra laestructura de

capas y larugosidad que

se puedeesperar sobre

la superficiede un metal

sin preparar.La escala dela rugosidad

superficialpuede ser delorden de los

micrones.

cuar cada superficie a un determinado proceso deadhesión. Los factores que deben considerarsepara decidir la preparación superficial idóneapodrían resumirse entre los siguientes:

.Tamaño y forma geométrica de las superficies.

.Tipo de instrumentación disponible.

.Estabilidad de los materiales.

.Posibilidad de migraciones superficiales.

Los efectos que logra el tratamiento superficial,como resumen de lo dicho hasta ahora, son algu-nos o la totalidad de los descritos a continuación:

.Eliminación de sustancias capaces de formarcapas interfaciales de débil cohesión.

.Creación de grupos específicos en la superficieque favorezcan la adhesión intrínseca.

.Creación de una topografía superficial adecua-da.

4.2 Descripción de los tratamientos (José4.2 Descripción de los tratamientos (JoséMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deMiguel Mart ín Mart ínez, Universidad deAl icante)Al icante)

4.2.1 La limpieza superficial

La limpieza superficial consiste en la elimina-ción de la suciedad o contaminación superficial deun sustrato, sin provocar alteraciones físicas oquímicas del mismo. Existen tres procedimientosde limpieza con disolventes:

.Desengrasado en fase vapor.

.Tratamiento en baño de ultrasonidos.

.Frotado, inmersión o spray.

4.2.2 El desengrasado en fase vapor

Mediante el desengrasado en fase vapor lasuperficie del sustrato se pone en contacto convapor caliente de un disolvente capaz de solubili-zar aceites, grasa, parafinas sólidas, etc. Se produ-ce una acumulación de vapor caliente en la super-ficie fría de la pieza, hasta que el peso de la gotaprovoca su retorno al baño de disolvente.

4.2.3 El tratamiento en baño de ultrasonidos

Mediante el tratamiento en baño de ultrasonidosse obtienen limpiezas superficiales de alta calidadmediante irradiación de ondas ultrasónicas a tra-vés de un disolvente o mezcla de disolventes ade-cuada. Esto provoca una rápida agitación y cavita-ción que eliminan las partículas más inaccesibles.Las frecuencia de los ultrasonidos se hallan en elrango de los 20000 a 50000 Hz.

4.2.4 El frotado, la inmersión y el spray

El Frotado, la inmersión y el spray son los

90

PREPARACIÓN DE LOS MATERIALES A ADHERIR O SELLAR

Fig.4.2: Desengrasado con disolvente orgánicoen fase vapor.

Fig.4.3: Sistema de limpieza en baño deultrasonidos.

métodos más simples y versátiles, pero a su vez,son más difíciles de controlar. El frotado consisteen el paso con intensidad de un paño, brocha opapel de celulosa empapado en el disolvente. Laoperación se debe repetir varias veces, hasta queno exista evidencia de contaminación en la super-ficie a limpiar.

La inmersión en baños de disolvente es útilpara la limpieza de piezas pequeñas. En ocasionesprecisa de la ayuda de brochas, frotado, etc.

El método por spray asegura que todo el disol-vente que llegue a la superficie de la pieza sealimpio. Sin embargo, es un método más costosoque los anteriores.

4.2.5 Los tratamientos abrasivos

Los tratamientos abrasivos son fundamental-mente lijados, cardados, chorro de arena, chorrode granalla, etc. El método de abrasión elegido ylas variables experimentales dependerán del sus-trato y del proceso de unión. Los efectos que pro-ducen sobre los sustratos son:

.Eliminación de los contaminantes superficia-les.

.Creación de una superficie activa.

.Aumento del área de contacto con el adhesivo.

.Se retarda la fractura mecánica de la uniónadhesiva.

Tras realizar un tratamiento abrasivo se debeproceder a una limpieza de los sustratos tratadospara eliminar restos de polvo, contaminantes, etc.y llevar a cabo la adhesión antes de que aparezcala corrosión o la contaminación.

Existen tratamientos abrasivos químicos queeliminan la capa más externa de material. Losagentes químicos empleados se denominan “deca-pantes”.

4.2.6 Los tratamientos químicos

Los tratamientos químicos crean grupos polaresen la superficie de los sustratos. Estos grupos sonresponsables de uniones de mayor durabilidad.Los tratamientos químicos más usuales son:

.Acido crómico: empleado para el PE.

.Disoluciones de sodio: para plásticos y polio-lefinas fluoradas.

.Ciclación (con ácido sulfúrico): para cauchos.

.Halogenación: también para cauchos.

Hay otro grupo de tratamientos químicos (losdecapantes) que no modifican químicamente lasuperficie pero que eliminan las capas débiles (porejemplo de óxido). Se emplean habitualmente enmetales.

4.2.7 Los primers

Los primers o imprimaciones son sustanciasque se emplean como intermedio entre el adhesi-vo y el sustrato. Tienen muy diversas funciones.Así, en superficies de alta energía superficial por

91


Fig.4.4: Limpieza de superficies mediantefrotado.

Fig.4.5:Tratamiento

abrasivomediante chorro

de arena.

ejemplo se emplean para incrementar la resisten-cia de las uniones adhesivas a la fatiga, la tempe-ratura y la humedad. En algunas ocasiones prote-gen la superficie del sustrato frente a agentesfísicos o químicos, aunque con ello también sedota a tales sustratos de propiedades antiadheren-tes. Pueden producir los siguientes efectos:

1.Protección de la superficie del sustrato.2.Mejora de la interacción entre el adhesivo y

el sustrato.a)Incrementando la mojabilidad de losadhesivos muy viscosos.

b)Permitiendo la adhesión de sustratos difí-ciles de unir.

c)Creando una capa de mayor energíasuperficial.

d)Aumentando la vida de servicio de launión adhesiva.

e)Mejorando la adhesión de los adhesivos.3.Mejora de las propiedades cohesivas de sus-

tratos inconsistentes.4.Flexibilización del tratamiento superficial.5.Generación de características particulares:

a)Reduciendo la penetración de la hume-dad.

b)Eliminando rugosidad superficial.6.Absorción e inclusión de la suciedad superfi-

cial inherente a ciertos sustratos.7.Protección de la interfase adhesiva frente a la

radiación UV.

Existen ciertas imprimaciones que se puedenemplear para activar la superficie de polímerosdifíciles de adherir. Todos los polímeros tienen encomún una marcada apolaridad que dificulta elmojado del adhesivo y, como consecuencia, sóloson capaces de generar enlaces intermolecularesde baja energía. Estas imprimaciones se reco-miendan para adherir poliolefinas, politetrafluoro-etileno y siliconas, entre otros. Se diseñan para suuso con cianoacrilatos debido al mecanismo decurado y a la elevada polaridad de estos adhesi-vos.

4.2.8 Los tratamientos de llama

Se basan en la oxidación superficial debida auna reacción que se inicia por radicales libres cre-ados a alta temperatura (2000ºC). De manera muyesquemática se pasan los polímeros por variosquemadores durante menos de 1 segundo. Este

método se emplea fundamentalmente para laadhesión de poliolefinas. Los mejores resultadosse logran con un exceso de oxígeno en la mezclade combustión.

4.2.9 El plasma de baja presión

El tratamiento mediante plasma de baja presiónse comenzó a utilizar con profusión desde 1960.El plasma puede ser generado en el aire (descargacorona) o a presión reducida (“glow discharge”).En lugar de un gas (aire, amoníaco, argón, nitró-geno, oxígeno, tetrafluorometano, etc.) se puedeemplear un polímero, produciendo un efecto quese conoce con el nombre de “grafting”. Medianteeste método se pueden lograr grosores controla-dos y reproducibles que actúan como primers.Fundamentalmente los efectos que produce el tra-tamiento con plasma sobre los sustratos son lossiguientes:

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Fig.4.6: Tratamiento de llama.

Fig.4.7: Tratamiento mediante plasma de bajapresión.

.Limpieza superficial.

.Degradación de las zonas superficiales.

.Reticulación de los polímeros en la superficie.

.Oxidación superficial.

.Polimerización y “grafting” en la superficiedel sustrato.

.Implantación iónica.

4.2.10 La descarga en corona

La técnica de descarga en corona consiste enhacer pasar la película de polímero sobre un elec-trodo metálico recubierto de un material dieléctri-co al que se le hace llegar un alto voltaje proce-dente de un generador de alta frecuencia (10-20kHz). Normalmente el voltaje se incrementa enciclos hasta que se ioniza el gas, generándose unplasma a presión atmosférica que se conoce como“descarga corona”.

Se trata de un tratamiento muy efectivo para laspoliolefinas que crea en la superficie grupos car-bonilo promotores de la adhesión y eleva la ener-gía superficial del polímero.

4.3 Tratamientos superf ic iales de sól idos de4.3 Tratamientos superf ic iales de sól idos debaja energía superf ic ial (José Miguel Mart ínbaja energía superf ic ial (José Miguel Mart ínMart ínez, Univers idad de Al icante)Mart ínez, Univers idad de Al icante)

Muchos polímeros no presentan problemas deadhesión y precisan únicamente limpieza superfi-

cial para su preparación. Sin embargo, existenmateriales polímeros de uso muy extendido y quepresentan superficies de muy baja energía superfi-cial. En tales casos se debe acudir a tratamientossuperficiales específicos.

4.3.1 Polímeros fluorados

Existe una serie de polímeros fluorados (PTFE,PCTFE, FEP, fluoruro de polivinilo y polifluorurode polivinilideno) que presentan unas característi-cas de baja adhesividad muy marcadas. En conse-cuencia, es absolutamente necesario prepararsuperficialmente estos polímeros para poderemplearlos como sustratos en adhesiones. Los tra-tamientos posibles son los siguientes:

.Abrasión: mejora la adhesión pero aún no esefectiva.

.Tratamiento de “marcado” (etching): se apli-can disoluciones de sodio en THF o amonía-co líquido. Este tratamiento crea una serie deinsaturaciones superficiales y una capa de 1 µm.de carbono que dan un aspecto pardo negruz-co al polímero. Este color puede ser atenuadopor lavado con acetona.

.Tratamiento electroquímico.

.Soldadura con superficies de alta energíasuperficial.

.Imprimaciones empleadas en conjunción concianoacrilatos.

4.3.2 Poliolefinas

Las poliolefinas son un grupo de polímeros queincluyen el HDPE, el LDPE y el PP, entre otros.Son también de baja reactividad y baja energíasuperficial. Se pueden realizar los siguientes trata-mientos:

.Limpieza con disolventes: cloroformo para PEde alta densidad y para PP.

.Tratamiento de llama: para PE de baja densi-dad.

.Tratamiento químico: el más habitual se reali-za con ácido crómico. Su efecto consiste encrear insaturaciones C=O y rugosidad en lasuperficie. El tratamiento debe realizarse entiempos inferiores a 1 min. y a temperaturaambiente para evitar la formación de una

93


Fig.4.8: Tratamiento de descarga en corona.

capa de débil cohesión..Soldadura con superficies de alta energía

superficial..Imprimaciones empleadas en conjunción con

cianoacrilatos.

4.3.3 Cauchos

Los cauchos tienen muy buenas característicasadhesivas durante el proceso de vulcanización.Sin embargo, una vez vulcanizados pueden pre-sentar problemas de adhesión. Para favorecer launión a otros sustratos se suele aplicar una impri-mación sobre el caucho. Los tratamientos superfi-ciales empleados suelen ser:

.Hinchado con disolventes

.Abrasión mecánica

.Halogenación

.Ciclación

4.3.4 Siliconas y cauchos termoplásticos

Las siliconas y los cauchos termoplásticos pre-sentan asimismo problemas de adhesividad. Sepueden emplear los siguientes tratamientos:

.Plasma

.Descarga corona

.Abrasión

.Tratamiento con ácido crómico

.Tratamiento con llama

.Limpieza con disolvente

.Imprimaciones empleadas en conjunción concianoacrilatos

4.4 Tratamientos superf ic iales de sól idos de4.4 Tratamientos superf ic iales de sól idos dealta energía superf ic ial (José Miguel Mart ínalta energía superf ic ial (José Miguel Mart ínMart ínez, Universidad de Al icante)Mart ínez, Universidad de Al icante)

Cuando hablamos de materiales con alta energíasuperficial tenemos que diferenciar claramenteentre materiales cerámicos y metálicos.

4.4.1 Materiales cerámicos

Los materiales cerámicos son, generalmente, degran estabilidad química. Presentan problemas deadhesión cuando son vítreos, ya que sólo se unende forma duradera mediante adhesivos capaces degenerar enlaces químicos. Por este motivo, preci-san de agentes de acoplamiento, generalmente enbase a silanos, que creen enlaces primarios en lainterfase adhesivo/sustrato.

4.4.2 Materiales metálicos

Los metales, desde el punto de vista de la adhe-sión, tienen una serie de características particula-res:

1.Alta energía superficial.2.Presentan capas de débil cohesión:

a)Recubrimientos superficiales.b)Adsorción de humedad y contaminaciónatmosférica.

c)Capas superficiales de óxido.3.La adhesión inicial es adecuada pero tiende a

disminuir con el tiempo, fundamentalmentedebido a la formación progresiva de capas deóxido superficial. Por este motivo se precisade tratamientos superficiales que mejoren ladurabilidad frente a los agentes externos.

Los tratamientos superficiales comúnmenteempleados en metales son:

1.Limpieza con disolvente. Baños de disolven-te, paños empapados en el disolvente o bañosde ultrasonidos. Tradicionalmente se emplea-ba el 1,1,1-tricloroetano, pero sus efectosperjudiciales sobre la capa de ozono lo hanconvertido en un disolvente de uso muy res-tringido. Al finalizar el tratamiento se realizaun lavado con limpiador alcalino. Puede ade-más aplicarse un tratamiento químico o unaabrasión.

2.Abrasión mecánica. Se emplea esmeril, cepi-llo de púas, papel lija o chorro de granalla,que es el más efectivo de todos.Posteriormente se debe realizar un lavadocon disolvente para eliminar impurezas. Laefectividad del tratamiento deriva de la crea-ción de una topografía superficial, de unincremento de la superficie de unión, unamejora del mojado y una eliminación de la

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contaminación superficial.3.Tratamientos químicos. Alargan la vida de

servicio de las uniones adhesivas pero tienensus limitaciones ya que se requieren un cui-dadoso control por la generación de residuosy la posibilidad de modificación de la propie-dades intrínsecas del metal.

4.Imprimaciones. Generalmente silanos.5.Tratamiento con plasma. En el caso de sóli-

dos con elevada energía superficial, los efec-tos del tratamiento con plasma son lossiguientes:

i)Se eliminan las sustancias de pequeñopeso molecular de la superficie (marcado).

ii)Se polimeriza una imprimación en lasuperficie del sustrato con lo que se lograuna notable mejora de la durabilidad de launión adhesiva, aunque con el consiguien-te incremento en costes.

iii)Se implantan átomos extraños en el sus-trato que van a facilitar la creación de enla-ces primarios.

iv)Si se inyecta un producto pulverulentoen una corriente de plasma, éste se puededepositar en la superficie del sustrato comosi se tratara de un spray (recubrimientosmediante proyección térmica). Con esteprocedimiento se pueden recubrir metalescon capas de óxidos refractarios (Al2O3,ZrO2, etc.).

4.5 Microgeometría superfic ial: rugosidad4.5 Microgeometría superfic ial: rugosidad(Mario Madrid Vega, Loct i te España)(Mario Madrid Vega, Loct i te España)

Partiendo de la certeza de que el fenómeno de laadhesión es un fenómeno superficial, no es difícilentender que la microgeometría de la superficieinfluya en la resistencia de la adhesión. La rela-ción exacta entre resistencia, durabilidad y rugosi-dad superficial es difícil de prever y puede variarentre adhesivos. Superficies rugosas proporcionanun anclaje mecánico para el adhesivo, pero pue-den quedar atrapados pequeños volúmenes deaire, causando un mojado incompleto. Es posibleque los adhesivos rígidos sean más compatiblescon superficies suaves que los adhesivos flexiblesa causa de la ausencia de puntos de rugosidad queeviten la aparición de puntas de tensión que a suvez podrían actuar como iniciadores de la fractu-ra. Los adhesivos flexibles pueden deformarsebajo tensiones y resistir la rotura o el desgarro, demodo que la rugosidad no es un factor crítico.

La rugosidad superficial puede ser definidacomo las irregularidades microgeométricas de lassuperficies de las piezas mecanizadas, constitui-das por un conjunto de crestas y valles, debidos ala acción de las herramientas utilizadas. Desde elpunto de vista de la adhesión deben considerarselos siguientes parámetros:

1.Profundidad de la rugosidad.2.Altura de alisamiento.3.Media aritmética de la rugosidad.

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Fig.4.9:Representación

de unasuperficie y elanálisis de su

microgeometríasuperficial.

En lo que concierne a las superficies, es necesa-rio distinguir entre relieves superficiales de origennatural y aquéllos obtenidos de forma artificial.

Podemos observar relieves naturales, por ejem-plo, en los minerales, que presentan estructurascristalinas desarrolladas en ausencia de inhibiciónalguna, o en la madera sin mecanizar. De cara a laadhesión, estos estados superficiales son deimportancia secundaria y no serán tratados aquí.No obstante, aquellos relieves naturales proceden-tes de superficies de rotura, capas de corrosión,picaduras, etc. son tremendamente variados y dedifícil predicción. Los procesos que los confor-man son muy diversos y no existe ningún criteriogeneral de evaluación válido.

La influencia de los relieves obtenidos artifi-cialmente son, por el contrario, de una importan-cia considerable desde el punto de vista de laadhesión. Así, afectan de forma directa a procesostales como la preparación superficial, la elecciónde los adhesivos y la preparación de éstos.

Es necesario, pues, distinguir entre los diferen-tes procesos de fabricación:

1.Con arranque de viruta.2. Por moldeo.

3.Por deformación y corte.4.Mediante otros procedimientos.

Con materiales termoplásticos, la flexibilidadvariable interviene de igual forma en la formacióndel perfil de la pieza, de modo que para procedi-mientos de mecanizado idénticos, las rugosidadesobtenidas sobre las superficies de los materialesplásticos pueden diferir considerablemente de lasde los materiales metálicos. El comportamiento delos termoestables es más parecido al de los meta-les.

Es necesario tener en cuenta que los estadossuperficiales obtenidos mediante procesos defabricación sin arranque de viruta o los proceden-tes de moldes presentan rayados menos patentesque los perfiles procedentes de levantamiento dematerial. El motivo de esto es que los utillajes deutilizados en el moldeo o en los procesos de defor-mación ejercen presiones inferiores que las herra-mientas de corte, las cuales comprimen la superfi-cie haciéndola más densa. Por el contrario, lasaristas de las herramientas de corte producenrayas con ángulos agudos. Igualmente, la natura-leza y composición de la capa límite exterior ysobre todo de la capa de reacción son, por ejemplopara las piezas de fundición, diferentes de las quepresentan las piezas mecanizadas.

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Fig.4.10:Distribución defrecuenciasmediante curvasde Abbot de larugosidad de lassuperficies.

Desde el punto de vista de la adhesión son pre-feribles acabados groseros a acabados finos quedisminuyen la superficie real del material, hacien-do más difícil el anclaje mecánico y disminuyen-

do la extensión de la interfase adhesivo-sustrato.

La viscosidad del adhesivo debe ser adecuada ala estructura geométrica fina y al estado energéti-co de la superficie. Esto significa que las des-igualdades de la superficie deben ser rellenadas yque las capas de adhesivo deben tener un espesorcapaz de recubrir las holguras entre los sustratos.De ser así, la totalidad de la superficie podrá par-ticipar en la adherencia.

4.6 Preparación superf ic ial de materiales4.6 Preparación superf ic ial de materialesestructurales (Francisco López Mart ín, ETSINestructurales (Francisco López Mart ín, ETSINde Madr id )de Madr id )

4.6.1 Introducción

Los objetivos de la preparación superficial delos materiales metálicos son:

.Eliminar o prevenir la formación de sustancias

capaces de formar capas interfaciales dedébil cohesión. Una analogía para describireste concepto es aplicar una presión a unacinta adhesiva en un adherente cuya superfi-cie está cubierta con polvos de talco. La cintaadhesiva quedará cubierta con los polvos yno formará unión con el adherente. Ejemplosde capas interfaciales de débil cohesión son:láminas de óxidos débiles en adherentesmetálicos, capas producidas por la migraciónde plastificantes a la superficie del adherentecuando este es un polímero. Otros contami-nantes superficiales pueden ser: polvo, grasa,suciedad, etc.

.Está comprobado que para formar una unióneficaz se requiere un contacto molecular ínti-mo entre adhesivo y adherente. Un trata-miento superficial correcto optimizará estegrado de contacto, que puede ser ocasionadopor modificación química de la superficie deladherente.

.Proteger a las superficies de los adherentesantes de realizar la unión. A veces esto esnecesario, particularmente con metales quedespués del tratamiento superficial tenganuna superficie que sea altamente reactiva nosólo frente a los adhesivos sino también fren-te a los contaminantes atmosféricos. Parapreservar la integridad de la superficie esnecesario realizar la unión con adhesivosdentro de pocas horas después de realizar eltratamiento superficial, o bien aplicar un“primer” que sea compatible con el adhesivoque se aplicará más tarde. Una superficie a laque se haya aplicado un “primer” puede pro-teger a la superficie del adherente durantevarios meses antes de realizar la unión.

.Proporcionar a los adherentes una topografíasuperficial adecuada, alterando de este modoel perfil superficial e incrementando la super-ficie de unión.

Puesto que el fenómeno de la adhesión es unfenómeno de superficies, es lógico pensar que elestado de estas es esencial para conseguir unabuena unión.

La resistencia mecánica de una unión adhesivadepende fundamentalmente de las fuerzas deadhesión desarrolladas entre adherente y adhesi-vo, lo cual requiere un contacto molecular íntimo,aunque algunas veces insuficiente, entre ellos. Poreso es muy importante que las superficies a unirestén exentas de contaminantes, con el fin de faci-

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Fig.4.11: Prefiles de superficies con idénticaprofundidad de rugosidad (Ra ó Rz): a) Laadherencia es de buena a muy buena, puesto queaunque hay un pequeño número de valles, sonprofundos; b) En este caso hay un númeropequeño de crestas y la adherencia essensiblemente inferior; c) Es el perfil habitualresultante de un mecanizado con arranque deviruta. La adherencia es de media a buena.

litar una buena humectación del adherente y pro-porcionar contacto directo con el adhesivo, favo-reciendo la expulsión del aire que pudiera estarretenido (Kinloch).

Para metales, la preparación superficial implicala eliminación de capas débiles superficiales queson químicamente incompatibles con el adhesivoy la formación artificial de capas estables que seanmecánica y químicamente compatibles con elmismo. Este aspecto es esencial tanto para obteneruna buena resistencia de la unión como para sufiabilidad y conservación en el tiempo(Clearfield).

Uno de los ensayos más empleados para com-probar la durabilidad de las uniones es el ya men-cionado Wedge crack test. Este ensayo se basa enuna probeta constituida por dos placas adheridauna sobre la otra y entre las cuáles se introduceuna cuña que genera una carga permanente de cor-tadura sobre la unión adhesiva. La grieta generadase propaga con el tiempo dependiendo de las con-diciones ambientales a las que se someta la probe-ta. El crecimiento de la grieta a lo largo del tiem-po nos informa sobre la durabilidad de la uniónadhesiva.

La elección del tratamiento superficial más ade-cuado para un metal depende de:

.Su naturaleza.

.El estado inicial.

.El tipo de adhesivo.

.El entorno al que va a estar sometida la uniónadhesiva.

.Criterios económicos.

4.6.2 Preparación superficial de los metales

4.6.2.1 La limpieza superficial

Consiste en la eliminación de la suciedad o con-taminación superficial de un adherente. La mayo-ría de las superficies metálicas presentan una capade grasa superficial como consecuencia de losprocesos de mecanizado en los cuales se utilizanlubricantes, o grasa que en determinadas ocasio-nes se aplica como protección de la corrosión.

De forma general se puede decir que el desen-grasado se suele realizar en base al tamaño de lapieza que se va a limpiar, de esta forma tendremoslimpieza en spray, en inmersión, en ultrasonidos,en fase vapor, etc. En general se puede indicar quetodos los métodos de desengrase se mejoranmediante agitación mecánica.

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Fig.4.12:Diagrama deflujo para lapreparaciónsuperficial delos metalesmedianteprocesoselectroquímicos.

Fig.4.13: a) Probeta “wedge crack test”; b)Cuña de aluminio o acero inoxidable; c)Montaje adherido con la cuña insertada,

4.6.2.2 Los tratamientos abrasivos

La abrasión mecánica es la técnica de prepara-ción superficial más ampliamente utilizada, sien-do adecuada para prácticamente todos los materia-les.

A la hora de eliminar grandes cantidades deagentes extraños de una superficie metálica previoa la unión por adhesivos se pueden considerarvarios tratamientos abrasivos. La limpieza conabrasivos incluye todos aquellos procesos quesuponen pasar un medio abrasivo sobre la superfi-cie a limpiar, pero el más utilizado, sobre todocuando se requiere consistencia en el acabado, esel chorreado abrasivo por impacto de arena, alú-mina o granalla a presión. Otros métodos utiliza-dos son el lijado, cardado, etc. realizados de formamanual o automática.

Un tratamiento abrasivo tiene una doble finali-dad: eliminar impurezas de la superficie y propor-cionar un perfil de superficie adecuado para laaplicación del adhesivo. En este proceso es muyimportante la limpieza del medio abrasivo utiliza-do. Si, por ejemplo, el cepillo utilizado se hausado previamente para limpiar la grasa de unadherente, dicha grasa se transferirá a la superficieque se quiere limpiar.

La geometría, tamaño, y la naturaleza (metálicao no metálica) del medio abrasivo afectará al per-fil de la superficie, produciendo siempre unaumento del área superficial y por lo tanto unmayor contacto interfacial.

Además, se piensa que en ciertas circunstanciasla abrasión mecánica mejora la capacidad deladhesivo para “mojar” (es decir, que el adhesivocubra la superficie completamente con facilidad).

4.6.2.3 Los tratamientos químicos

Alargan la vida en servicio de las uniones adhe-sivas pero tienen sus limitaciones ya que requie-ren un cuidadoso control por la generación deresiduos y la posibilidad de modificación de laspropiedades intrínsecas del metal.

4.6.2.4 Los inhibidores para el retardo de lahidratación

Para retardar la hidratación de la capa de óxidometálico se ha propuesto aplicar sobre las superfi-cies de los adherentes una monocapa de ciertosinhibidores orgánicos. Un ejemplo de esta técnica,donde se han preparado las superficies de alumi-nio mediante un tratamiento sulfocrómico seguidode una impregnación con el inhibidor NTMP, pre-viamente a su unión mediante adhesivo epoxi,muestra que la resistencia en medio húmedo ycaliente puede mejorar hasta equipararse con otraunión preparada con anodizado fosfórico.

La mayor resistencia a la degradación de lasuniones de aluminio preparadas con anodizadofosfórico, por efecto de la capa de fosfato adsorbi-da sobre el óxido, puede aun ser mejoradamediante el empleo de inhibidor NTMP.

Otra opción para retardar la hidratación seríaconvertir la alúmina amorfa que normalmente setiene (tanto con anodizado fosfórico como conataque sulfocrómico) por alúmina altamente cris-talina, que es mucho más estable frente a la acciónde la humedad. Sin embargo, la obtención deAl2O3 cristalino sobre el sustrato metálicomediante algún método sencillo y económico estodavía un tema pendiente.

4.6.2.5 El tratamiento con plasma

Este procedimiento, así como los otros procedi-mientos denominados energéticos tales como eltratamiento con llama, láser, etc., producen uncambio en la textura superficial de los adherentes,producido por la interacción de especies altamen-te energéticas con la superficie del adherente.Estos procedimientos han sido aplicados a meta-les y en particular a polímeros y materiales com-puestos.

4.6.2.6 La aplicación de “primers”

La aplicación de un “primer” a un adherente esotra forma de tratamiento superficial principal-mente usado para materiales tales como metales ycerámicos. Generalmente, la aplicación del “pri-mer” es la fase final de un proceso de tratamiento

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superficial constituido por varias etapas. El “pri-mer actúa como un medio que se puede unir confacilidad al adherente y al adhesivo. Algunosadhesivos tienen elevadas viscosidades y, portanto, no fluyen fácilmente sobre el adherente, olos adherentes presentan superficies difíciles deunir (por ejemplo, cobre). El “primer” moja confacilidad al adherente, y se presenta como unadhesivo en disolución. A continuación el “pri-mer” depositado sobre el adherente se cura de lamanera indicada por el fabricante. Cuando se apli-ca el adhesivo sobre la superficie imprimada, ysiendo ambos químicamente compatibles, se esta-blece tras el curado una unión de alta resistencia.

Los “primers” contienen a menudo ingredientesque potencian la resistencia a la degradaciónmedioambiental y la estabilidad térmica de launión, así como protegen al adherente de procesosde hidratación y corrosión. El “primer” puede pro-teger al adherente durante varios meses antes deefectuar el pegado.

Los “primers” más comúnmente usados sonsilanos que tienen la fórmula generalR(CH2)nSiX3 donde R es un grupo organofuncio-nal elegido por su reactividad con un adhesivodado y X es un grupo hidrolizable que puede for-mar enlace con el adherente.

La imprimación es un agente acoplante que escapaz de establecer enlaces químicos primariosentre el adhesivo y el adherente. Se aplica a lasuperficie del adherente antes de realizar la unióncon el adhesivo, mejorando la durabilidad enhúmedo. El ejemplo más conocido es el empleode organosilanos como ensimaje de las fibras devidrio en materiales compuestos de matriz poli-mérica. Se establecen enlaces covalentes entre elSi de las fibras y el Si del organosilano, por unlado, y entre la matriz polimérica y el grupo orga-nofuncional del agente acoplante, por el otro.

Los silanos han sido también usados en unionesmetal/polímero, resultando en una durabilidad enhúmedo mejorada. Existen agentes acoplantesespecíficos para acero (γ-GPS) y aluminio (γ-APS). La mejora en la durabilidad de la uniónparece estar relacionada con la formación de enla-ces metal-O-Si que se forman por reacción de losgrupos hidroxilo en la superficie del óxido metáli-co y los organosilanos correspondientes. Sinembargo, hay que decir que tanto los enlaces Si-O-Si como los metal-O-Si son, a su vez, suscepti-bles de sufrir hidrólisis y el mecanismo exacto porel cual la durabilidad de la unión aumenta por eluso de esta imprimación no es todavía bien com-prendido. Es más, el propio silano tiene una natu-raleza higroscópica que acelera la penetración deagua en la intercara de unión. La clave que deter-mina la resistencia de la unión parece radicar en laestructura y espesor de la capa de polisilano queconstituye la imprimación. La imprimación seaplica sumergiendo el sustrato en una soluciónacuosa del agente acoplante y secándolo despuéspara eliminar los restos de humedad. La tempera-tura a que se realiza el secado determina el grado

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Fig.4.14: Aplicación de imprimación porelectrodeposición.

Fig.4.15:Aplicación apistola y curadode laimprimación.

de entrecruzamiento de las cadenas orgánicas yeste parámetro parece ser determinante –junto conel espesor de la capa de imprimación– sobre laresistencia en húmedo de la unión.

Aunque los organosilanos constituyen lasimprimaciones más empleadas en las unionesmetal/polímero, otros agentes acoplantes tambiénhan sido utilizados: organotitanatos, organozirco-natos, organozircoaluminatos, complejos decromo, betacetonas y mercaptoésteres multifun-cionales. También las imprimaciones de basefenólica han resultado conferir una muy buenadurabilidad a las uniones metal/polímero; no obs-tante, los enlaces entre el óxido metálico y elgrupo fenólico también son susceptibles de ataquepor el agua, por lo cual, de nuevo, el mecanismoíntimo que proporciona la mejora de durabilidadde la unión todavía no es perfectamente conocido.

4.6.3 Tratamientos superficiales de los materia-les metálicos más frecuentes

4.6.3.1 Aleaciones de aluminio

El anodizado fosfórico de bajo voltaje, posterioral decapado con dicromato sódico, es un procesoversátil que es capaz de producir una capa deóxido de aluminio fuertemente unido al adherenteen una gran variedad de aleaciones de aluminio.

No obstante, es esencial eliminar antes del ano-

dizado la capa de óxido de aluminio previa, paraasegurar resistencia a la corrosión y mayor dura-bilidad de la unión. Puesto que el espesor de lacapa de óxido formado es controlable, se podrían

101


Fig.4.16: Diagrama de un aparato de anodizadosimple. El aluminio es el ánodo (+) gracias auna fuente de alimentación DC regulada. Eltanque es normalmente el cátodo (-), aunque sepuede emplear en su lugar un metal no reactivo.

Fig.4.17:Diagrama deflujo para el

proceso deanodizado de

piezas dealuminio.

Fig.4.18: Cargade bastidores

para elanodizado.

aplicar puntos de soldadura, incluso cuando yaestá colocado el adhesivo en pasta con inhibidoresde la corrosión adecuado para el caso en que sequiera realizar una unión híbrida soldadura/adhe-sivo.

Con la adición de cromatos a los adhesivos seha mejorado el comportamiento a corrosión en lascondiciones de la cámara de niebla salina. Con elproceso de anodizado anterior se ha conseguidopegabilidad de los adhesivos y soldabilidad, inclu-so después de 300 horas de exposición a estascondiciones ambientales.

En piezas de escasa responsabilidad estructuralunida a no grandes requisitos en cuanto a durabili-dad, la abrasión mecánica es suficiente(Minford,74).

Cuando se exigen buenas propiedades mecáni-cas y durabilidad se suelen utilizar cuatro tipos deprocedimientos de preparación superficial: FPL(Forest Products Laboratory), P2, anodizado fos-fórico PAA y anodizado crómico CAA.

Con excepción del simple desengrasado y de laabrasión mecánica, el procedimiento FPL es elmás antiguo de los tratamientos superficiales paraadherentes de aluminio (Eichner); también se usacomo etapa previa de los tratamientos PAA y

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Fig.4.19: Perfilresultante dediferentestratamientossobre aluminio:a) TratamientoCrO3 /NaHSO4;b) TratamientoFPL (ForestProductsLaboratory); c)Anodizado conácido fosfórico(PAA); d)Anodizado conácido crómico(CAA).

Fig.4.20: Resultado de los ensayos “Wedge-crack” (longitud de la grieta) frente a tiempo enadherentes de Alumino 2024 tratados condiferentes tratamientos.

Fig.4.21: Diagramas esquemáticos de losdiferentes óxidos generados sobre aluminiomediante tratamientos superficialeselectroquímicos. Las columnas de óxidorepresentadas se repiten siguiendo un patrónaproximadamente hexagonal a lo largo de lasuperficie del aluminio.

CAA.

El procedimiento P2 se ha desarrollado con elfin de evitar la toxicidad de los cromatos; se tratade utilizar como oxidante sulfato férrico en lugarde dicromato sódico utilizado en el tratamientoFPL (Rodgers). El anodizado con ácido fosfórico(PAA) fue desarrollado por la Boeing Companyen las décadas de los sesenta y setenta para mejo-rar las características de las estructuras primariasaeronáuticas (Kabayashi).

Las uniones donde se ha aplicado el tratamientoPAA presentan mejores características de durabi-lidad en condiciones ambientales de humedad queaquéllas donde se ha aplicado el FPL, especial-mente cuando se utilizan adhesivos epoxi. El pro-cedimiento PAA es el elegido en Estados Unidospara aplicaciones de alta responsabilidad estructu-ral (ASM). El anodizado con ácido crómico CAA(Military Specification), es muy usado para mejo-rar la resistencia a la corrosión de superficies dealuminio. Aunque no es tan utilizado como losFPL y PAA en los Estados Unidos es el preferidoen Europa (Bijlmer). No obstante, debido a quelos compuestos de cromo VI son productos tóxi-cos, concretamente pueden causar cáncer de pul-món al ser inhalados, en la actualidad se están pro-poniendo procesos alternativos con el fin desustituirlos (Matz) (Smith).

4.6.3.2 Aceros

En cuanto al acero, debido al gran interéscomercial de su unión estructural mediante adhe-sivos, se ha realizado una intensa labor de investi-gación para conseguir durabilidad en las uniones.A diferencia del aluminio, el hierro no forma óxi-dos firmemente adheridos al sustrato. Los trata-mientos de abrasión mecánica son comúnmente

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Fig.4.22: Efecto de los pretratamientossuperficiales sobre la durabilidad de las unionesde aleaciones de aluminio adheridas con epoxitenaz sometidas a un envejecimiento aceleradoen agua a 50º C.

Fig.4.23: Ensayo “wedge” que muestra lacalidad comparativa de varios métodos depreparación superficial. FR, freon; MEK, metiletil cetona; TCE, tricloroetano; A, recubrimientode conversión de cromato (Alodine 1200); FPL,ataque químico de Forest Products Laboratory;PJ, Pasajell 105; HF, ácido fluorhídrico al 2%;OFPL, ataque químico FPL optimizado; 5555,anodizado con ácido fosfórico; FPL-P, FPL enpasta.

Fig.4.24:Diagrama que

muestra larelación entrelos datos del

ensayo “wedge”para el ataquequímico FPL y

el anodizadocon ácido

fosfórico sobrealuminio. La

conclusiónsacada a partir

de estos datosfue que la

durabilidad esmayor en el

metal tratadocon anodizado

con ácidofosfórico.

usados, pero aunque son adecuados para algunasaplicaciones, no son apropiados para los casos enque la unión estructural esté sometida a severascondiciones ambientales (Clearfield). Además, lagran variedad y complejidad de las microestructu-ras de los distintos aceros dificultan la tarea dedesarrollar un tratamiento superficial universal.

Para aceros al carbono, el método propuesto porRussell y colaboradores (Russell,82) (Russell,83),basado en un ataque químico con ácido fosfóricoy alcohol etílico, se muestra razonablemente efec-tivo, habiéndose mostrado insuficiente una merapreparación mecánica de la superficie(Santamaría).

Para aceros inoxidables, aunque está comproba-do que los tratamientos superficiales químicosmejoran las características de la unión medianteadhesivos no hay acuerdo sobre qué tratamientoquímico es el mejor. Una disolución atacante muyusada está formada por una mezcla de HNO3 –HF. Otra es ácido crómico. Varias solucionesbasadas en ácido sulfúrico también son muy utili -zadas, y varios investigadores han investigado unaamplia variedad de disoluciones basadas en áci-dos con dicromatos. El tratamiento que para uninvestigador merece ser considerado como elmejor no lo es tanto para otros investigadores.

4.6.3.3 Aleaciones de titanio

Las aleaciones de titanio son atractivas particu-larmente para ser empleadas en la industria aeros-pacial debido a su alta relación resistencia/peso.Además, su capacidad para mantener las propie-dades mecánicas a altas temperaturas hacen posi-ble su utilización en componentes estructuralesque operen a temperaturas próximas a los 400 ºC.Una de estas aleaciones, Ti-6Al-4V es muy utili-zada en la industria aerospacial en piezas unidasmediante adhesivos.

Los tratamientos de abrasión mecánica, particu-larmente el chorreado con alúmina, son métodosmuy empleados de preparación superficial de laaleación Ti-6Al-4V. Sin embargo, la durabilidadde la unión es muy pobre con este tipo de trata-mientos, y en consecuencia, no es recomendablesu utilización especialmente cuando se requierealta responsabilidad estructural.

Lo mismo que para el aluminio, preparacionessuperficiales para la aleación Ti-6Al-4V queofrezcan garantías en cuanto a durabilidad son lasque forman óxidos por anodizado y/o ataque quí-mico. El tratamiento de anodizado ofrece lasmejores condiciones de durabilidad como trata-miento superficial para las aleaciones de titanio,principalmente debido a la morfología superficialque se consigue con este tratamiento.

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Fig.4.25:Longitud degrieta frente atiempo deexposición enadherentes deTi-6AL-4Vunidos conepoxi FM300My sumergidos enagua hirviendo.

El proceso más utilizado es el CAA (aunqueaplicado de forma diferente que para adherentesde aluminio). Desde hace pocos años, el procedi-miento SHA, ha ganado interés debido a que ladurabilidad conseguida en las uniones es superiora la conseguida con el procedimiento CAA.

El procedimiento SHA consiste en un desengra-sado con metiletilcetona seguido de inmersión ensendas disoluciones de HNO3 y HF, aclarado conagua destilada y posterior anodizado en una diso-lución de NaOH, seguida de otro aclarado y seca-do final.

Más recientemente se han investigado variacio-nes al método SHA, como el método NaTESi; eneste último método se añade tartrato de titanio a ladisolución de NaOH.

El chorreado con alúmina se ha realizado tam-bién como una etapa previa en los procesos deanodizado, sin embargo, se ha llegado a la conclu-sión que su inclusión no aporta mayor durabilidada las uniones.

Un método que fue también utilizado es el trata-miento superficial AP. No obstante su uso ha des-cendido debido a la inestabilidad de uno de losproductos empleados, agua oxigenada, a la tempe-ratura a la que se realiza el tratamiento, 65 ºC.

Las preparaciones superficiales de la aleaciónTi-6Al-4V que impliquen la formación de unóxido no se deben utilizar a temperaturas superio-res a 200 ºC, ya que el óxido se disuelve en la ale-ación por encima de esa temperatura. Para aplica-ciones a alta temperatura se utiliza comopreparación superficial un tratamiento con plas-ma. La generación del plasma se hace con unamezcla de argón e hidrógeno o de nitrógeno ehidrógeno. Partículas de polvo del material a serdepositado, en este caso Ti-6Al-4V, se inyectan enel plasma.

4.6.3.4 Cobre

El cobre no es considerado generalmente comoun metal estructural. El campo de mayor aplica-ción de piezas de cobre unidas mediante adhesi-vos es en la industria microelectrónica. No obs-tante, las aleaciones de cobre se utilizan en piezasde responsabilidad estructural para varias aplica-

ciones marinas. Como en otras ocasiones la prác-tica común es preparar la superficie a encolar portratamientos de abrasión mecánica; aunque estetratamiento produce una adecuada resistencia ini-cial, la durabilidad de la resistencia de la unión espequeña.

Se han desarrollado varios tratamientos de ata-que químico para el cobre y sus aleaciones (latóny bronce) que son adecuadas para aplicacionesestructurales y en las que la resistencia de la uniónadhesiva conseguida se conserva a largo plazo.Dos de ellos, los basados en ataque químico conEbonol C y con clorito sódico respectivamente,producen un óxido superficial con la morfologíaadecuada (Clearfield).

Sin embargo, otros autores opinan que este tipode tratamientos superficiales (ataque químico) esde dudosa efectividad (refiriéndose a la durabili-dad de la unión) en el caso del cobre debido a lafacilidad con que se forma un óxido débil y des-menuzable (Adams).

4.6.4 Tratamiento superficial de los cerámicosestructurales

Uno de las preparaciones superficiales máscomunes para los materiales compuestos, funda-mentalmente para laminados de fibra de carbono,es el denominado peel-ply. Consta de las siguien-tes etapas:

.Se pone un tejido poroso en la cara exterior dellaminado durante el curado.

.Una vez ha curado la matriz, el tejido se puedepelar del material, dejando una superficierugosa.

.Se lija la superficie.

.Se limpia con acetona.

.Se seca.

Los materiales estructurales por excelenciaempleados en aeronáutica, las estructuras en panalde nido de abeja, se preparan realizando el corres-pondiente tratamiento de las pieles, que general-mente son planchas de aluminio (anodizado yaplicación de primer). Los núcleos se suelen des-engrasar.

105


106


Fig.4.26:Estructura deemparedado: a)Constitución; b)Detalle lineaencolado.

5.1 Adhesivos prepolimerizados en fase l íqui5.1 Adhesivos prepolimerizados en fase l íqui --da da

5.1.1 Adhesivos prepolimerizados en soluciónacuosa

Son los adhesivos que se emplean en mayorvolumen. De acuerdo con su origen se puede dis-tinguir entre adhesivos de origen natural y adhesi-vos de origen sintético.

Los adhesivos en solución acuosa de origennatural pueden ser a su vez de origen mineral,animal o vegetal. Los adhesivos prepolimeriza-dos en solución acuosa de origen mineral seemplean masivamente en el campo de la construc-ción. Ejemplos de ello son los yesos, cementos,escayolas, etc., que emplean un mineral base ycargas también minerales que mejoran sus carac-terísticas mecánicas y el agua como vehículo.

Los adhesivos prepolimerizados en soluciónacuosa de origen vegetal más importantes son lacelulosa (empleada en la elaboración de colas parapapeles pintados), el almidón, la goma arábiga yla colofonia. Tienen usos fundamentalmentedomésticos, aunque el almidón se comenzó aemplear de forma masiva en el encolado de lossellos de correos. En la actualidad, los adhesivospara sellos de correos se preparan a partir de unsubproducto del almidón, la dextrina, y poliaceta-to de vinilo, aunque el almidón se sigue emplean-do en la industria de la fabricación de embalajes,para la elaboración de cartones microcanalados oen la industria de la elaboración del papel y lafabricación de bolsas de papel.

Son varios los adhesivos prepolimerizados ensolución acuosa de origen animal que se hanempleado a lo largo de la Historia. Así, el adhesi-vo procedente de la cocción de huesos animales ode las escamas del pescado (cola de pescado) seha empleado durante siglos. La caseína, proteínaprocedente de la leche, tiene también propiedadesadhesivas que se han aplicado en carpintería, enembalajes alimenticios y en el encolado de etique-tas para botellas de vidrio. Otras de sus aplicacio-nes son su uso como coloide estabilizador y pro-tector de sistemas de látex, como aditivo parafabricar otros adhesivos, como material para recu-brir papel en combinación con látex y en la fabri-cación de envoltorios para la industria de la comi-da y la del tabaco.

Los adhesivos en solución acuosa de origensintético se basan fundamentalmente en políme-ros de PVP (polivinilpirrolidona), PEG (polieti-lenglicol) y PAV (Polialcohol vinílico). El PVPtiene aplicaciones en productos farmacéuticos. ElPEG se emplea en cosmética y farmacia. El por-centaje de estos adhesivos en sólidos es del 50%.Los usos del PAV se extienden a los siguientessectores:

.Industria textil

.Industria del papel

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Fig.5.1: Formación de una película de adhesivoen dispersión acuosa.

TEMA 5:ADHESIVOS Y SELLADORES PREPOLIMERIZADOS

(Mario Madrid Vega, Loctite España, incluye información extraída de documentaciónfacilitada por 3M e IBERCERAS)

.Polimerización en emulsión

.Industria de la construcción (aditivo paracementos)

No presentan problemas de seguridad e higiene,ni de inflamabilidad.

5.1.2 Adhesivos prepolimerizados en soluciónorgánica

Su empleo se haya en declive debido a los pro-blemas de Seguridad e Higiene asociados con eluso de disolventes orgánicos. Su composiciónsuele ser la siguiente:

.Caucho: responsable de la cohesión y de laelasticidad del adhesivo curado.

.Resina: proporciona la untuosidad.

.Disolvente: mantiene la mezcla en estadolíquido/fluido.

.Cargas: aportan características mecánicas alproducto y lo abaratan.

.Pigmentos: dan coloración al producto.

En este caso el porcentaje en sólidos del adhesi-vo es inferior: en torno al 25-30%. Son adhesivosinflamables y presentan problemas de seguridad ehigiene en el trabajo.

Los polímeros utilizados en este tipo de adhesi-vos suelen ser lineales y adquieren propiedadeselásticas tras su vulcanización, la cual se producecon el oxígeno del aire en el caso del SBR (adhe-sivos de aislamiento).

El producto se debe aplicar sobre uno de lossustratos a adherir, aunque es más efectivo si seaplica sobre ambos sustratos. Entonces se debeesperar a que transcurra el denominado “tiempode preevaporación”, o tiempo durante el cual seevaporará la mayor parte del disolvente. Una veztranscurrido este tiempo se unen los sustratoshasta que se fijen. El curado continúa en los díassucesivos hasta que se evapora todo el disolvente.

Debemos considerar el denominado “tiempoabierto” o tiempo máximo que puede transcurrirdesde la aplicación del adhesivo sobre los sustra-tos sin que éste pierda sus propiedades adhesivaspor excesiva evaporación de disolvente.

Estos adhesivos son de uso general, aunque

debe evitarse su uso en adhesiones de cierta res-ponsabilidad. Se emplean sobre superficies relati-vamente amplias, como láminas o planchas.Ejemplos de su uso son: pavimentos, recubrimien-tos de paredes, tapicerías, muebles, laminados,materiales de aislamiento, paneles divisorios,artes gráficas y publicidad y en el interior de vehí-culos. Los adhesivos denominados “de aislamien-to” y los adhesivos de nitrilo son ejemplos de estafamilia adhesiva.

Los adhesivos de aislamiento están constituidospor caucho SBR o por acrílicos. Tienen unauntuosidad alta y duradera que permite tiempos demanipulación cortos con sustratos ligeros. Sonpoco agresivos por lo que pueden ser empleadospara la adhesión de poliestireno expandido.

Los adhesivos de nitrilo se basan en el cauchode nitrilo. Tienen buena resistencia a aceites,disolventes y plastificantes. Además son postcura-bles por efecto del calor, con la consiguientemejora de sus propiedades mecánicas.

Se pueden incluir bajo este epígrafe los adhesi-vos de contacto, basados en el caucho de neopre-no. Son los más adecuados para la adhesión decaucho y precisan de su aplicación en ambos sus-tratos para, una vez transcurrido el tiempo de pre-evaporación, proceder al ensamblaje con aplica-ción de presión. Los adhesivos de neopreno seemplean para unir laminados plásticos de alta pre-sión y en las industrias del calzado, de la automo-ción y de la construcción.

5.1.3 Adhesivos prepolimerizados en emulsión

El polímero en este caso se halla emulsionadoen un vehículo que puede ser orgánico o inorgáni-co. Dentro de este grupo podemos distinguir entrepolímeros vinílicos y polímeros acrílicos.

Ejemplos de adhesivos en emulsión en base a unpolímero vinílico son los de PVC y PE. Se emul-sionan con disolventes orgánicos. Sin embargoson más usuales los adhesivos de poliacetato devinilo (PAcV) y los poliacrílicos, que se empleanemulsionados en agua para el encolado de cartóny de papel y en carpintería. Precisan de sistemasde secado basados en microondas.

El PAcV es din duda el más importante en volu-

108

ADHESIVOS Y SELLADORES PREPOLIMERIZADOS

men de esta familia de adhesivos. Sustituyó amediados del siglo XX a la cola de pescado con-virtiéndose en un adhesivo básico. El uso delPAcV y sus copolímeros se extiende a áreas comolas que siguen.

.Encuadernación

.Industria del sobre

.Fabricación de cartón

.Industria del embalaje (bolsas de papel, cajasde papel y cartones para leche)

.Industria del papel e industria textil

.Ensamblaje de la madera (colas blancas paracarpinteros)

.Adhesivos infantiles

.Industria del tabaco (fabricación de cigarros)

Los adhesivos en emulsión basados en políme-ros acrílicos (metacrilatos) mejoran las caracterís-ticas térmicas de los anteriores. Se suelen emplearcomo autoadhesivos (cintas adhesivas y etiqueta-do) ya que soportan tensiones muy débiles, seunen fácilmente a las superficies y tienen unabuena resistencia química al agua. Su coste sinembargo, es más elevado, lo cual limita en granmedida su utilización.

5.2 Adhesivos prepol imerizados en fase sól ida5.2 Adhesivos prepol imerizados en fase sól ida

5.2.1 Adhesivos piezosensibles


Los adhesivos piezosensibles, autoadhesivos oPSA son aquellos que precisan de una ligera pre-sión para realizar su función adhesiva.Normalmente se hallan sobre un soporte físico, elcual les añade una serie de características mecáni-cas, aunque pueden presentarse en forma de pelí-cula sobre un protector antiadherente que permitesu manejo. Por otro lado, no precisan de un cura-do, sino que sus propiedades reológicas y suuntuosidad permanente son responsables de suadhesión instantánea.

Los primeros productos que podrían ser consi-derados como cintas adhesivas fueron los espara-drapos empleados en medicina. Sin embargo las

primeras cintas industriales fueros desarrolladaspor Drew (3M) en 1920. Estas primeras cintastenían soporte de papel y fueron desarrolladaspara ser utilizadas como enmascaradores en pro-cesos de pintado. Más tarde aparecería la primeracinta con soporte sintético transparente (el celo-fán), y así, hasta nuestros días, el campo de lascintas adhesivas se amplió con la utilización denuevos tipos de soportes y de adhesivos.

5.2.1.2 Teoría de los autoadhesivos

El comportamiento reológico de los autoadhesi-vos es el responsable de su carácter especial fren-te a los adhesivos convencionales. Los autoadhe-sivos son materiales viscoelásticos. Elcomportamiento de los adhesivos durante el pro-ceso de formación de la unión o de intento derotura de la misma puede relacionarse con estecomportamiento reológico y con su módulo elásti-co, como podemos observar en la siguiente gráfi-ca en función de la temperatura y la velocidad dedeformación.

Todos los autoadhesivos tienen una temperaturade transición vítrea muy por debajo de la tempera-

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Fig.5.2: Móduloelástico a

cortadura(G)frente a la

temperatura y lavelocidad de

deformación deun PSA.

tura ambiente lo cual asegura su comportamientoviscoelástico a las temperaturas de trabajo.Durante el proceso de formación de la unión elautoadhesivo deberá tener, a temperatura ambien-te, una buena capacidad para fluir viscosamente avelocidades bajas de deformación (bajo móduloelástico). Por otro lado la unión se formará si elsustrato posee una energía superficial superiores ala del autoadhesivo.

Una vez producido el contacto, en la interfaseadhesivo/sustrato se desarrollarán una serie demecanismos de unión como los vistos hasta ahora:anclaje físico (rugosidad de los materiales), enla-ces de tipo secundario (puentes de hidrógeno,fuerzas de dispersión, interacción entre dipolospermanentes, fuerzas de inducción, interaccionesácido-base) e incluso enlaces de tipo primario(covalentes e iónicos). El efecto de la rugosidadsobre la adhesión de los PSA no es el mismo quepara el resto de los adhesivos. De hecho, el ancla-je sobre superficies suaves suele ser mejor quesobre superficies rugosas, ya que el material vis-coelástico tiene dificultades para expulsar el aireatrapado en el interior de las microcavidadessuperficiales. Tales cavidades constituyen ademáspuntos de iniciación de la fractura.

Hay dos tipos de propiedades que caracterizanal autoadhesivo. Por un lado sus propiedadesadhesivas, determinadas por su energía superficialy su capacidad para desarrollar uniones con el sus-trato. Por otro, sus propiedades viscoelásticas oinherentes a la masa del autoadhesivo que, prime-ro, permiten formar la unión por medio de lafluencia del autoadhesivo bajo presión y, luego,condicionan el comportamiento frente a esfuer-zos.

5.2.1.3 Clases de autoadhesivos

Los autoadhesivos se clasifican en función delmaterial polimérico (tipo elastómero), que seemplea como base de su formulación. De todosellos, los autoadhesivos en base a caucho natural osintético (conocidos como adhesivos de caucho) ylos basados en polímeros acrílicos son los másimportante.

Los autoadhesivos de caucho natural sonampliamente empleados. El caucho natural fue labase de los primeros adhesivos utilizados en cin-

tas. Se obtiene del árbol Hevea Brasilienis enforma de látex y químicamente es Cis-1,4-poliiso-preno. En los autoadhesivos se emplea como unsólido obtenido mediante la coagulación del látex,como hoja ahumada o crepé pálido. La formula-ción partiendo de látex es menos frecuente.

Para que el caucho natural pueda ser disuelto ymezclado con los otros componentes del autoad-hesivo ha de ser sometido al proceso denominadocomo masticación, mediante el cual se reduce elpeso molecular del polímero.

El caucho natural es un elastómero y, como tal,proporciona al autoadhesivo sus propiedades elás-ticas. Sin embargo tiene poco tack inherente ynecesita de la adición de un componente que apor-te las propiedades de viscosidad y de tack necesa-rias. Estos componentes son las resinas, las cualescomentaremos posteriormente. Otros componen-tes del autoadhesivo serán antioxidantes, plastifi-cantes y pigmentos.

Los autoadhesivos de caucho natural-resina secaracterizan por tener un tipo de adhesión muyuniversal, un buen tack y una buena adhesión ini-cial que aumenta poco con el tiempo. Su resisten-cia a altas temperaturas, a disolventes y a la intem-perie no es muy buena. Puede mejorarse mediantereticulación química del caucho, ya sea por vulca-nización con azufre o con resinas de fenol-formal-dehído. El curado ha de ser controlado para evitarla pérdida de tack. Suele realizarse en la mismalínea de encolado. También son frecuentes, en cin-tas eléctricas por ejemplo, los autoadhesivos decaucho termoestable. En estos casos la cinta, unavez aplicada, es sometida a ciclos de alta tempera-tura, alcanzando la termoestabilidad y adquirien-do una gran resistencia a temperatura y a disol-ventes.

El caucho natural también puede formularsejunto a otros elastómeros, como el SBR. En gene-ral, la expresión “adhesivo de caucho” englobatanto a los de caucho natural como a los de cauchosintético.

Los autoadhesivos de caucho SBR se basan enel SBR, copolímero sintético de estireno-butadie-no al azar y con un contenido en estireno de un20-25%. Al igual que el caucho natural, el SBR hade ser masticado previamente a su disolución ymezcla. También se encuentra disponible enforma de látex. Formulado con el caucho natural

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confiere al autoadhesivo unas características deenvejecimiento mejores.

Los autoadhesivos de copolímeros en bloque,también denominados cauchos termoplásticos,son polímeros sintéticos de cadena AAABB-BAAA, donde AAA representa los extremos ter-moplásticos del poliestireno y BBB el bloque cen-tral de poliisopreno, polibutadieno,polietileno-butileno o polietileno-propileno.

La característica principal de estos cauchos esque los extremos aromáticos de poliestireno sonde tipo duro y cristalino, e incompatibles con elnúcleo central alifático y de tipo caucho del iso-preno, polibutadieno, etc. Así tenemos una estruc-tura en dos fases, con bloques discontinuos de PSen una fase continua de caucho. La Tg del cauchoestá muy por debajo de la temperatura ambiente,mientras que la Tg del PS está muy por encima.

Los extremos plásticos actúan como unionesfísicas entre las cadenas de caucho confiriendo alcopolímero, en estado sólido, unas característicassimilares a las de un caucho convencional.Cuando la temperatura se eleva por encima delpunto de reblandecimiento del poliestireno, éstedeja de constituir la unión entre las cadenas decaucho y el copolímero se comporta como unlíquido. Este proceso es totalmente reversible y,por tanto, el caucho puede considerarse como untermoplástico, lo cual influye enormemente a lahora de su aplicación.

Desarrollados a partir de 1965, los copolímerosen bloque constituyeron un gran cambio en la for-mulación y forma de aplicación de los autoadhesi-vos. Las diferencias respecto al caucho natural oSBR son, básicamente, de fabricación:

.No necesita masticación previa.

.Puede encolarse con un mayor porcentaje desólidos debido a la menor viscosidad de susdisoluciones.

.Puede aplicarse en forma de hot-melt, sindisolventes (presentan tack en un rango detemperaturas muy amplio).

Sus características, en cuanto al tipo de adhe-sión, son similares a las de los adhesivos de cau-cho natural o SBR. Su cohesión y resistencia acizalla a temperatura ambiente suele ser superior ala de éstos, aunque su comportamiento a altastemperaturas suele ser peor.

Los autoadhesivos de caucho butilo se basanen un copolímero de isopreno-isobutileno, mien-tras que los autoadhesivos de poliisobutileno sebasan en un homopolímero de poliisobutileno. Elpoliisobutileno se utiliza como elemento para dartack en otros tipos de adhesivos. Puede aportarcaracterísticas de buen envejecimiento y adhesivi-dad en frío. Ambos se han utilizado para etiquetasremovibles y aplicaciones eléctricas.

Los autoadhesivos en base a polímeros acríli-cos se empezaron a producir en los años 30 y autilizar masivamente a partir de los 50. Su baseson polímeros formados a partir de monómerosacrílicos, principalmente acrilatos.

En la literatura y las patentes se describennumerosos monómeros adecuados para formarhomopolímeros o copolímeros adecuados paracintas adhesivas, normalmente moléculas de 4-17

111


Fig.5.3: Estructura de un caucho termoplástico(en base a copolímeros en bloque).

átomos de carbono. Entre ellos, se puede citar elácido acrílico, el acrilato de etilo, el acrilato debutilo, etc.

Algunas de las propiedades de los adhesivosacrílicos les colocan por encima del resto de losautoadhesivos. Por ejemplo:

.Con una selección adecuada de monómeros,los polímeros acrílicos tienen adhesividadpermanente y, por tanto, no precisan de laadición de resinas. Aún así, éstas se añadencon frecuencia para dar más tack o adhesiónespecífica sobre ciertos sustratos.

.Son adhesivos de composición sencilla,muchas veces monocomponentes, por lo cualno contienen compuestos de bajo pesomolecular que puedan migrar a la superficie.

.Son polímeros saturados y resisten la oxida-ción.

.Resisten la radiación ultravioleta.

.Su cohesión, resistencia a temperaturas y adisolventes es, en general, superior a la de losadhesivos de caucho. Además estas propie-dades pueden mejorarse con una adecuadareticulación.

.Mayor resistencia a plastificantes.

.Su adhesión inicial suele ser baja, pero seincrementa mucho con el paso del tiempo.

Todas estas propiedades hacen que los autoad-hesivos acrílicos sean hoy los preferidos para apli-caciones permanentes, que exijan resistencia a ladegradación por temperatura y radiación ultravio-leta.

Una categoría dentro de los autoadhesivos acrí-licos son los autoadhesivos repulpables. Son dis-persables en agua y se utilizan en cintas destina-das a la industria papelera.

Por último, los autoadhesivos acrílicos son apli-cables en solución, emulsión acuosa, hot-melt ysistemas reactivos 100% sólidos.

Los autoadhesivos de polímeros de vinil-éterpueden se utilizados como homopolímeros ocopolimerizarse en adhesivos acrílicos. Se emple-an para incrementar la adhesión.

Los autoadhesivos de silicona pueden ser cata-logados como muy específicos frente a los ante-riores, más generales. Se emplean en cintas adhe-sivas cuando se desean algunas de las siguientespropiedades:

.Adhesión sobre materiales siliconados u otrossustratos difíciles de adherir como PTFE.

.Rango de temperaturas entre -75ºC y 250ºC.

.Adhesión controlada y baja sobre todo tipo desuperficies, lo cual hace posible su retiradasin residuos incluso después de condicionesextremas.

Los autoadhesivos de silicona se utilizan confrecuencia sobre soportes plásticos de gran resis-tencia a temperatura como PTFE, poliimidas,poliéster, tejido de fibra de vidrio, etc.

Se formulan de forma convencional con unagoma y una resina de silicona. La relación de con-centraciones entre goma y resina determinan engran medida las propiedades del autoadhesivo.

5.2.1.4 El uso de resinas en los autoadhesivos

Las resinas o tackificantes son los compuestosque aportan al autoadhesivo viscosidad y untuosi-dad. Son básicas para la formulación de la mayo-ría de los autoadhesivos. Las resinas son, básica-mente, de tres tipos:

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Fig.5.4: Evolución de la adhesión de los PSAcon el tiempo.

.Resinas de colofonia, extraídas de los pinos ycompuestos de ácidos orgánicos con anillosaromáticos.

.Resinas en base a hidrocarburos, polímeros debajo peso molecular obtenidos del petróleo odel alquitrán, y que son las más utilizadas enla actualidad.

.Resinas terpénicas, obtenidas de fuentes natu-rales y cuyos monómeros base son limoneno,dipenteno, β-pineno y α-pineno.

Los adhesivos se formulan con una o variasresinas para alcanzar las propiedades deseadas. Laincorporación de la resina a la formulación delpolímero base produce los siguientes efectos:

.Disminuye el peso molecular medio del adhe-sivo, abriendo el entramado del polímero yfavoreciendo el flujo viscoso. Esto provocaque el módulo en la zona de alta temperaturay velocidad de deformación baja sea menor,es decir, el adhesivo sea más deformable ymoje mejor.

.A la vez, la resina, por su elevada Tg, eleva ladel sistema (paso de un comportamientovítreo a uno elástico) y el adhesivo se vuelvemás duro en la región de alta velocidad dedeformación, asociada al fenómeno de roturade la unión.

La concentración de resina ha de estar en elrango del 40-50% para que las diversas propieda-des del autoadhesivo ofrezcan un buen balance.La variación de dicha concentración no afecta dela misma forma a las características de tack, pela-do y cizalla. La concentración ideal estará en fun-ción del tipo de autoadhesivo que queramos con-seguir.

5.2.1.5 Clases de cintas adhesivas

Se pueden distinguir dos grupos claramentediferenciados:

.Cintas de una cara

.Cintas de doble cara

Los componentes básicos de una cinta de unacara son soporte y adhesivo. En el siguienteesquema se añaden otros componentes que pue-den estar o no presentes.

Las aplicaciones de las cintas de una cara vandesde la sujeción y la protección, hasta el empal-me, la identificación, el enmascarado, la decora-ción, etc.

Su clasificación suele hacerse en función delsoporte utilizado:

.Cintas de papel.

.Cintas de plástico: polietileno, polipropileno,PVC rígido y plastificado, poliéster, acetatode celulosa, PTFE (alta temperatura),Kapton, Tedlar, PEAPM y plásticos reforza-dos.

.Tejidos: plastificados y de fibra de vidrio.

.Láminas metálicas: aluminio, plomo y cobre.

.Laminados.

.Espumas.

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Fig.5.5: Efecto de la adición de una resina alelastómero base de un PSA.

Fig.5.6:Esquema de una

cinta de unacara.

Las cintas de doble cara son cintas autoadhesi-vas por ambas caras, por lo que su única aplica-ción es unir dos superficies. Por este motivo, suempleo y aplicaciones son más parecidas a las delos adhesivos convencionales. Frente a éstos pre-sentan las siguientes limitaciones:

.No tienen capacidad de rellenado de holguras.

.No penetran en superficies rugosas o pocohomogéneas (madera, poliéster/fibra devidrio, etc.).

.Tienen resistencias muy inferiores.

Sin embargo presentan ventajas en cuanto a lacomodidad de su uso y su empleo inmediato. Noobstante su utilización sólo es posible si al menosuno de los dos sustratos es flexible, debido a losproblemas que acarrea la falta de paralelismo quesuelen presentar las uniones entre sustratos rígi-dos.

En ocasiones son sencillamente una capa deautoadhesivo depositada sobre un soporte inadhe-rente.

Podemos clasificar las cintas de doble cara entres grupos:

.Cintas transferidoras. Son el grupo más sen-cillo. Están formadas por una láminas deautoadhesivo depositadas sobre un protector(papel siliconado, normalmente) que permitesu manejo. Emplean por lo general adhesivosacrílicos.

.Cintas de doble cara con soporte de bajo

espesor. Tienen un soporte intermedio entredos capas de adhesivo. El soporte tiene enocasiones la única misión de facilitar elmanejo de la cinta. En otras ocasiones permi-te que la cinta sea removible, así como queexistan cintas de doble cara con adhesivos oniveles de adhesión distintos para cada cara.Los soportes utilizados son tisú, papel o plás-ticos (poliéster, PVC, polipropileno, etc.).

.Cintas de doble cara con soporte de espu-ma. El soporte es una espuma sobre la que selaminan cintas transferidoras o de doble cara.Existen espumas autoadhesivas en toda sumasa que no precisan de esta laminación(espumas acrílicas). Solventan los problemasde falta de paralelismo por lo que son aptaspara su uso en la unión de sustratos rígidos.Las espumas más utilizadas son las de poliu-retano, neopreno, polietileno, EVA, acrílicasy PVC.

5.2.2 Adhesivos termofusibles


Los adhesivos termofusibles o hot-melt sonmateriales termoplásticos a temperatura ambientey líquidos, más o menos viscosos, a la temperatu-ra de aplicación. No contienen ni agua ni disol-vente de ningún tipo. Funcionan por pérdida decalor y solidificación a partir de su estado fluido(del orden de 150-180ºC). Por su mecanismo decurado permiten unir dos caras de un mismo o dedistintos sustratos en muy pocos segundos.

Un hot-melt puede aportar las siguientes carac-terísticas a un sustrato:

1.Termosellabilidad2.Buena adhesividad3.Tack y/o hot-tack4.Barrera para el agua y otros líquidos5.Barrera para los gases (vapor de agua, oxíge-

no, etc.)6.Resistencia a las grasas7.Brillo, semibrillo o mate8.Resistencia al frote9.Resistencia al rayado10.Deslizamiento o antideslizamiento11.Otros

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Fig.5.7:Esquema de unacinta de doblecara.

Fig.5.8:Esquema de unacintatransferidora.

No se suele emplear en metales, ya que la altaconductividad térmica de éstos hace que el hot-melt solidifique antes de que sea capaz de mojar lasuperficie del sustrato.

El uso de los adhesivos hot-melt está necesaria-mente asociado con los equipos dosificadoresautomáticos, aunque el uso de pistolas manualesestá muy extendido incluso en la industria del cal-zado. Así, la maquinaria de dosificación se diseñapara la producción masiva a alta velocidad.

El uso de los hot-melt en máquinas presenta suspropios problemas. Por una parte, las operacionescontinuas a elevada temperatura dan lugar a fenó-menos de oxidación del polímero. Este problemase evita mediante la adición de antioxidantes, aun-que éstos suelen trabajar de forma eficiente a tem-peraturas por debajo de los 100ºC o son volátiles.Por otro lado pueden aparecer problemas de con-densación debido al enfriamiento de los contene-dores durante las paradas en la línea de produc-ción, por lo que normalmente el adhesivo semantiene a una determinada temperatura.

Debido al carácter termoplástico de los hot-melt, estos adhesivos presentan limitaciones fren-te a temperaturas por encima de la ambientalcuando se encuentran ya curados sobre las piezas.

5.2.2.2 Composición de los hot-melt

Básicamente, un hot-melt se compone de:

.Un polímero: confiere la cohesión y la flexibi-lidad al adhesivo, creando la estructura bási-ca responsable de las propiedades mecánicasdel hot-melt.

.Una resina: mejora la humectación y la adhe-sión a los sustratos.

.Una cera: disminuye la viscosidad haciendomás fácil el uso del hot-melt y controlandolos tiempos de pegado.

En muchas ocasiones, la naturaleza química delos componentes del hot-melt es muy similar. Sinembargo, las características mecánicas de cadauno de ellos debe ser diferente en concordanciacon su función, y esto se logra básicamentevariando el grado de polimerización.

Además de éstos, existen otros aditivos con fun-ciones muy específicas. Es el caso de los antioxi-dantes, que evitan la oxidación del hot-melt cuan-do éste se halla en estado líquido o cuando esexpuesto a la luz, conservando el color del pro-ducto que de otro modo se oscurecería.

5.2.2.3 Polímeros y copolímeros empleados enla formulación de un hot-melt

Principalmente se utilizan los polímeros y copo-límeros del:

.Etileno

.Acetato de vinilo

.Propileno

.Acido acrílico (acrilatos)

.Anhídrido maléico (maleatos)

.Otros (butadieno, estireno, isopreno, etc.)

Uno de los coplímeros más empleados es elEVA, copolímero de etileno-acetato de vinilo.

5.2.2.4 Resinas empleadas en la formulación deun hot-melt

Podemos distinguir varios tipos:

.Resinas hidrocarburo: alifáticas, aromáticas omezclas de ambas.

.Resinas de colofonia.

.Resinas de colofonia modificadas: polimeriza-da, dimerizada, esterificada, hidrogenada,etc.

.Resinas terpeno-fenólicas.

5.2.2.5 Ceras empleadas en la formulación deun hot-melt

Podemos distinguir las siguientes clases:

.Ceras minerales derivadas del petróleo: parafi-nas macrocristalinas y microcristalinas.

.Ceras sintéticas Fischer-Tropsh: no oxidadas,oxidadas o saponificadas.

.Ceras de polietileno: no oxidadas u oxidadas.

.Ceras de polipropileno

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5.2.2.6 Formas de aplicación de un hot-melt

Se pueden resumir entre las siguientes:

1.Rodillo:1.1. Liso1.2. Tramado o por registro1.3. Offset

2.Marcha inversa (Reverse)2.1. Recubrimiento en cortina2.2. Impregnación

3.Aplicación de boquillas sistema “jet” o pisto-la

4.Extrusión

5.2.2.7 Características de los hot-melt

Para caracterizar un hot-melt y poder, a priori,seleccionarlo para una determinada aplicacióndebemos realizar una serie de ensayos. En capítu-los anteriores hemos comentado los ensayos nor-malizados más importantes para la caracterización

de los adhesivos. Aquí sólo mencionaremos algu-nos exclusivos para los hot-melt:

1.Características físico-químicas: se observanpor mediación de los siguientes ensayos normali-zados:

a)Punto de fusión (ASTM D.127)b)Punto de gota (ASTM D.566)c)Punto de reblandecimiento (ASTM E.28)d)Viscosidad Brookfield (ASTM D.3236)e)Punto de turbidezf)Dureza (ASTM D.1321)g)Calorimetría diferencial de barrido (DSC)h)Color (ASTM D.1500/Gardner/Visual)i)Olorj)Otros (punto de inflamación, punto de igni-

ción, punto de solidificación, etc.)

2.Estabilidad térmica:

a)Variación de la viscosidad con la tempe-ratura/tiempo

b)Estabilidad del colorc)Tendencia a la roturad)Pérdida de peso (volatilidad)e)Formación de natas o pielesf)Otros

3.Características de aplicación:

a)Adhesión al sustrato/sustratosb)Tiempo abiertoc)Tiempo de secadod)Tiempo de presión

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Fig.5.9:Recubrimientomediante rodillotramado.

Fig.5.10:Recubrimientopor sistemaoffset.

Fig.5.11: Recubrimiento mediante rodillo conmarcha inversa.

4.Comportamiento térmico:

a)Resistencia a baja/alta temperaturab)Temperatura de fallo de adhesión:c)Por cizalla (SAFT)d)Por pelado (PAFT)

5.2.2.8 Aplicaciones de los hot-melt

Las aplicaciones de los hot-melt son muy diver-sas. Fundamentalmente se basan en su velocidadde curado, que los hace idóneos para conformarembalajes, por ejemplo en líneas de producción enlas que el beneficio es proporcional al volumenproducido. No es usual encontrar aplicacionessobre sustratos metálicos, debido a que éstos pre-cisan ser atemperados para evitar un enfriamientoexcesivamente rápido del hot-melt.

Los hot-melt se utilizan fundamentalmente enlos siguientes sectores:

.Embalaje (cerrado de cajas y estuches)

.Bandejas

.Encuadernación

.Autoadhesivos (non-woven, etiquetas, moque-tas autoadhesivas, cintas adhesivas y espu-mas)

.Etiquetado en caliente (envases de PET)

.Industria textil y cuero

.Laminación de papel

.Madera

.Paletizado

.Sanitarios

.Otros

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6.1 Principios sobre la pol imerización6.1 Principios sobre la pol imerización

6.1.1 Introducción

Los adhesivos de polimerización durante launión adhesiva, es decir, aquéllos que polimerizancuando se hallan entre los sustratos que se preten-de ensamblar, son fluidos, más o menos viscosos,constituidos básicamente por monómeros y/u oli-gómeros. De su polimerización resulta el adhesivocurado en forma de plástico de ingeniería.Además, de tal mecanismo de curado se derivanlas propiedades particulares de cada adhesivo:

.La profundidad de curado dependerá del gradode iniciación de la reacción de polimeriza-ción. En general, los adhesivos monocompo-nentes que curan mediante diversos sistemasde iniciación superficial (presencia de ionesmetálicos, presencia de humedad sobre laspiezas, humedad ambiental, uso de activado-res, etc.) presentan profundidades de curadolimitadas. Sin embargo, los sistemas bicom-ponentes (que inician la polimerización entodo su volumen) permiten profundidades decurado ilimitadas.

.El adhesivo pasará de estado líquido a estadosólido sin pérdida de masa y con inaprecia-bles pérdidas de volumen. Tal característicaes básica para realizar adhesiones de alto ren-dimiento y condición indispensable paraobtener sellados fiables.

.Al no existir solvente alguno en la formulaciónson adhesivos que no presentan problemas deemisión de agentes inflamables, tóxicos odañinos para el medio ambiente.

.Puesto que podemos predecir dentro de unrango las características del polímero quevamos a obtener, podremos diseñar con arre-glo a roturas cohesivas y a comportamientosmecánicos conocidos.

Las cadenas polímeras están constituidas por

unidades semejantes que se repiten a lo largo detoda la estructura. Es por ello que el productoresultante se denomina homopolímero. La poli-merización conjunta de varios monómeros distin-tos de idéntica funcionalidad origina copolímeroso terpolímeros, según sean dos o tres el número demonómeros precursores distintos, respectivamen-te. Variando la técnica de copolimerización y lasproporciones de cada monómero se pueden mol-dear las propiedades físico-químicas del polímeroresultante. Es posible preparar diferentes tipos decopolímeros de acuerdo con su estructura:

1.Copolímero al azar: las unidades se distribu-yen de forma aleatoria a lo largo de la cadenaprincipal del polímero.

2.Copolímero alternado: las unidades se vanalternando a lo largo de la cadena principal.

3.Copolímero en bloque: las diferentes unida-des se agrupan en bloques en segmentosalternativos.

4.Copolímeros injertados: ramificaciones cons-tituidas por una única unidad repetida que seenganchan a la cadena principal constituidapor la otra especie.

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TEMA 6:ADHESIVOS Y SELLADORES REACTIVOS

(Mario Madrid Vega, Loctite España y Juan Manuel Martín García, Loctite España)

Fig.6.1:Esquemas de los

diferentes tiposde copolímeros.

6.1.2 Tipos de polimerización

La polimerización artificial tiene lugar segúndos posibles mecanismos:

.Poliadición: por adición al abrirse un dobleenlace de un monómero que lo contenga.

.Policondensación: por condensación de molé-culas sencillas en la reacción de monómerosdifuncionales con grupos terminales reacti-vos.

6.1.3 Poliadición o polimerización “en cadena”

En la polimerización por poliadición o “encadena” los monómeros normalmente empleadosen este tipo de polimerización contienen un dobleenlace C=C que puede participar en una reacciónen cadena la cual sigue tres etapas:

.Etapa de iniciación: una o varias moléculasiniciadoras generan, mediante una reacciónquímica o mediante una descomposición tér-mica, una “especie activa”. Esta especie acti-va, que puede ser un radical libre, un anión,

un catión o un complejo de coordinación, ini-cia entonces la polimerización adicionándoseal doble enlace del monómero. La reacciónocurre de tal manera que se genera un nuevoradical libre, anión, catión o complejo. Elmonómero inicial se convierte en la primeraunidad que se repetirá en la cadena polímeraincipiente.

.Etapa de propagación: las “especies activas”recientemente generadas se adicionan a nue-vos monómeros de forma similar a comoocurría en la etapa de iniciación. Este proce-so se repite una y otra vez hasta que se pro-duce la última etapa del proceso.

.Etapa de terminación: el crecimiento de lacadena se interrumpe por reacción con otracadena en crecimiento, por reacción conotras especies existentes en la mezcla o pordescomposición espontánea del núcleo acti-vo. Bajo ciertas condiciones, las polimeriza-ciones aniónica y de coordinación puedenrealizarse sin la etapa de terminación, gene-rando los denominados polímeros “vivos”.

120

PROPIEDADES DE LOS ADHESIVOS Y SELLADORES DESPUÉS DEL CURADO

Fig.6.2:Esquema de lasetapas de unapolimerizaciónpor poliadición.

Fig.6.3: Esquemade las etapas deunapolimerizaciónporpolicondensación.

Fig.6.4: Esquema de una poliadición: a) Etapade iniciación: generación de las especies activas;b) Etapa de propagación: adición sucesiva demonómeros a las especies activas; c) Etapa determinación: interrupción del crecimiento de lacadena.

La etapa limitante de las poliadiciones es la deiniciación, siendo la concentración de especieactiva muy baja, en comparación con el resto deespecies presentes (fundamentalmente, polímerorecién formado y monómero aún sin reaccionar).Por este motivo, las velocidades de reacción sonelevadas. Por otro lado, la reacción de adición esexotérmica, motivo por el cual se puede observardesprendimiento de calor.

Mediante poliadiciones se pueden lograr cade-nas polímeras de alto peso molecular. Además, esposible generar tanto ramificaciones como reticu-laciones entre cadenas principales, generandoduroplásticos.

6.1.4 Policondensación o polimerización “enetapas”

La polimerización por policondensación o “poretapas” se basa normalmente en dos monómeros

difuncionales (o polifuncionales) que son capacesde reaccionar mutuamente. Por ejemplo, un diáci-do es capaz de reaccionar con un diol en presenciade un catalizador, generando un poliéster. En estecaso, el crecimiento de la cadena se inicia porreacción de uno de los grupos carboxílicos deldiácido con uno de los grupos hidroxilo del diol.Los grupos carboxilo o hidroxilo libres del díme-ro resultante pueden reaccionar con un grupo fun-cional apropiado de otro monómero o de otrodímero. Este proceso se repite en toda la mezclahasta que todos los monómeros se convierten enespecies de bajo peso molecular como dímeros,trímeros, tetrámeros, etc. Estas moléculas, llama-das oligómeros, pueden entonces reaccionarmutuamente a través de su grupos funcionales. Deesta forma se pueden generar cadenas poliméricasde peso molecular moderado. No se llegan aalcanzar los elevados peso moleculares que selogran mediante las polimerizaciones en cadena.Esto se debe a que conforme se incrementa el pesomolecular decrece de forma dramática la concen-tración de grupos funcionales libres. Además,tales grupos se hallan en los extremos de las cade-nas y, por ello, no pueden moverse libremente enel medio de reacción viscoso.

Una de las consecuencias que se pueden deducirde este mecanismo de reacción es que las cadenasde polímeros se forma muy lentamente, requirien-do en ocasiones de horas a días. La concentraciónde cadenas en crecimiento es elevada. Además,debido a que las reacciones químicas involucradasrequieren energías de activación relativamenteelevadas, la mezcla de polimerización general-mente debe ser calentada.

121


Fig.6.5: Los adhesivos de poliadición son,generalmente, adhesivos en base acrílica.

Fig.6.6: Estructuras químicas de algunosmonómeros de poliadición.

Fig.6.7: Esquemade una

policondensación:a) Prepolímero yagente de curadoantes de curar; b)

Aumento deltamaño molecular

durante elcurado; c)

Gelificación; d)Curado completo.

Los pesos moleculares que se logran son mode-rados. La generación de ramificaciones y la reti-culación del polímero se provoca mediante elempleo de especies tri- o multifuncionales.

Un importante efecto que tiene el tipo de poli-merización sobre los sistemas adhesivos es el rela-cionado con los tiempos de manipulación y decurado. Como ya se ha visto, las poliadiciones sonreacciones en cadena y tienen velocidades dereacción elevadas. Por el contrario, las policon-densaciones son reacciones lentas que producenun incremento paulatino y continuo de la viscosi-dad del sistema adhesivo.

Los adhesivos anaeróbicos, los cianoacrilatos ylos acrílicos curan según un proceso de poliadi-ción. Por este motivo el lapso de tiempo entre laviscosidad inicial detectable y la resistencia a lamanipulación de estos adhesivos es muy corto encomparación con el de epoxis o poliuretanos quecuran mediante policondensaciones.

En el caso de los epoxi, el adhesivo va espesán-dose hasta que llegado cierto punto no se reco-mienda la reposición, incluso antes de que sealcance el tiempo de manipulación. En el caso delos acrílicos la reposición es posible antes de quese llegue a consumir el 80% del tiempo de fija-ción. Una vez que el acrílico tiene una viscosidadevidente la resistencia a la manipulación se logra-rá en muy poco tiempo, después del cual no seaconseja la reposición. Con los epoxis y poliureta-nos es posible una cierta reposición incluso des-pués de un apreciable incremento de la viscosi-dad.

El peso molecular medio y la distribución de los

pesos moleculares tienen una gran importancia enla determinación de todas las propiedades físicasde los polímeros para una misma estructuramolecular, debido a que las fuerzas de atracciónentre las moléculas aumentan con su tamaño, esdecir, con su longitud. Concretamente, la resisten-cia a la tracción y el índice de refracción varían enfunción del peso molecular medio, existiendo unpeso molecular crítico por debajo del cual las pro-piedades del polímero varían bruscamente y sucomportamiento resulta muy distinto.

Uno de los parámetros que tiene efecto directosobre el grado de polimerización es la velocidadde polimerización. En las reacciones de poliadi-ción viene determinada fundamentalmente por laetapa de iniciación. Cuando se generan numerosospuntos de crecimiento para las cadenas poliméri-cas se incrementa la velocidad de polimerizaciónpero, al mismo tiempo, disminuye el grado depolimerización. Los polímeros que resultan tienenpeores propiedades mecánicas. Esto se observaclaramente en los adhesivos que, como reglageneral, dan lugar a uniones más resistentes cuan-to menor sea la velocidad de curado. Tal compara-ción es sólo válida para adhesivos del mismo tipo.

6.2 Adhesivos r ígidos6.2 Adhesivos r ígidos

Los adhesivos rígidos se emplean generalmenteen aplicaciones estructurales. Asociado a la uniónde los materiales se produce el sellado, por efectode relleno de las posibles vías de escape o deingreso del fluido a sellar. No obstante, en muchasocasiones la función primaria es la de sellado. Enparticular, existen adhesivos rígidos de baja resis-tencia para permitir el desmontaje de las unionesselladas.

Los adhesivos rígidos presentan, por lo general,un alto rendimiento frente a esfuerzos estáticos acortadura, compresión y tracción (los anaeróbicosno resisten esfuerzos importantes a tracción). Son,sin embargo, muy sensibles frente a esfuerzos depelado y cargas dinámicas, a no ser que los adhe-rentes sean capaces de absorber o minimizar losefectos negativos de estas solicitaciones.

Los adhesivos rígidos se pueden clasificar deacuerdo con su capacidad de relleno de holgura:

122


Fig.6.8:Esquema decinéticas decurado en virtudde lapolirreación.

.Adhesivos para sustratos coincidentes:.Anaeróbicos.Cianoacrilatos

.Adhesivos con capacidad infinita de relleno deholgura:

.Epoxis

6.2.1 Los anaeróbicos

6.2.1.1 Generalidades

Los orígenes de los productos anaeróbicoscomerciales se remontan a los trabajos de Burnetty Nordlander (General Electric Corporation)hacia los años 40’. Estos investigadores observa-ron que cuando los monómeros de diacrilato y dedimetacrilato basados en el dietilén glicol u homó-logos eran calentados a 60-80°C durante algunashoras mientras se los hacía pasar una corriente deaire, oxígeno u ozono burbujeante, se convertíanen materiales capaces de polimerizar espontánea-mente a temperatura ambiente para formar polí-meros reticulados con propiedades adhesivas.

A principios de los 50’ Krieble atacó el proble-ma de obtener un sistema anaeróbico estable eli-minando el paso de oxigenación del monómero yempleando hidroperóxido de cumeno, fuente deradicales muy estable, como iniciador de la poli-merización. Cuando el adhesivo anaeróbico entra-ba en contacto con la superficie de un metal detransición y en condiciones de ausencia de oxíge-no los restos de oxígeno disuelto se consumíanrápidamente y la polimerización tenía lugar a unavelocidad suficiente para su uso comercial. Poreso, la primera parte del trabajo de Krieble fue eldesarrollo de un sistema anaeróbico estable por símismo y capaz de polimerizar en ausencia de oxí-geno como un adhesivo útil.

La mayor parte de las discusiones que vienen acontinuación se centra en aquellos productosanaeróbicos para los que se acuñó años atrás eltérmino “adhesivos de ingeniería”. Estos produc-tos tienen numerosas aplicaciones en el ensambla-je de piezas cilíndricas, en la fijación de piezasroscadas y en el acoplamiento y sellado de bridasentre otros, pero en general adolecen de resisten-

cia a la tracción, al impacto y al pelado necesariaspara su uso con fines estructurales.

6.2.1.2 Composición de los anaeróbicos

Los adhesivos anaeróbicos monocomponentesse formulan, básicamente, como sigue:

.Monómeros / resinas

.Reactivos para el curado:.Iniciador, en base a hidroperóxidos.Acelerador, normalmente aminas.Coaceleradores en base a ácidos débiles,como sacarina

.Estabilizadores: agentes quelatantes de meta-les activos, presentes en trazas en la formula-ción original, para evitar que la formación deradicales libres no progrese. El más común esla sal disódica del ácido etilendiamintetracé-tico.

.Inhibidores: especies que reaccionan con losradicales activos generando especies inacti-vas. La hidroquinona es el más común.

.Modificadores de rendimiento:.Plastificantes: reducen el módulo del adhe-sivo.

.Lubricantes

.Promotores de la adhesión

.Aditivos para mejorar la resistencia encaliente

.Modificadores de forma:.Colorantes y pigmentos.Modificadores de la viscosidad

Los monómeros empleados pueden ser mono, dio trifuncionales. La velocidad de curado es míni-ma para los mono, mayor para los di y máximapara los trifuncionales.. La tenacidad del polímerodepende entre otros factores de la morfología delmonómero.

El sustrato desempeña el papel de segundo com-ponente o iniciador, como veremos a continua-ción. Cuando las superficies de los sustratos metá-licos son pasivas se puede emplear un agentequímico que supla la ausencia de iones desenca-denantes de la reacción de polimerización. Esteagente se denomina “activador”. Podemos consi-derar tres tipos de activadores:

.Activadores orgánicos: velocidad de curadomoderada, generan uniones resistentes.

123


.Activadores en base a sales de cobre: veloci-dad de curado elevada, pero en detrimento dela unión adhesiva.

.Activadores en base a catalizadores químicos:velocidad de curado elevada.

Existe formulaciones bicomponentes de adhesi-vos anaeróbicos. En tal caso, la parte A del pro-ducto corresponde al adhesivo, mientras que laparte B es una mezcla de resina y monómeros queporta los iones metálicos.

6.2.1.3 Mecanismo de curado de los anaeróbi-cos

Básicamente, un adhesivo o un sellador anaeró-bico no reacciona en presencia de aire. Sin embar-go, en ausencia de aire y presencia de iones metá-licos el proceso de curado tiene lugar.

124


Fig.6.9:Monómero demetacrilato.

Fig.6.10:Molécula dehidroperóxidode cumeno,empleado comoiniciador de lasreacionesanaeróbicas.

Fig.6.11:Esquema de lacapacidad deaceleración quetienen lasdiferentesaminas en elcurado de lasresinasanaeróbicas.

Fig.6.12: Aminas empleadas como aceleradoresde adhesivos anaeróbicos.

Fig.6.13: La sacarina es uno de los ácidosdébiles empleados como aceleradores de losadhesivos anaeróbicos.

Fig.6.14: Esquema de curado de los adhesivosanaeróbicos.

Los adhesivos anaeróbicos son ideales para suuso en montajes metálicos. La superficie de losmetales, rica en iones, favorece la generación deradicales libres en su reacción con los peróxidospresentes en la formulación del adhesivo. No obs-tante, los sustratos metálicos presentan diferentesniveles de actividad:

1.Superficies activas como acero dulce, latón,bronce, cobre, hierro, aluminio con un conte-nido en cobre superior al 1%, zincados,pavonados, cadmiados, etc.

2.Superficies pasivas como aceros de alta alea-ción, aluminio con un contenido en cobreinferior al 1%, níquel, estaño, plata, oro,capas de óxido, cromados, revestimientosanódicos, acero inoxidable, etc.

Los tiempos de curado son elevados con meta-les pasivados. La corrosión y suciedad superficia-

les evitan el contacto de los iones con el adhesivoanaeróbico, inhibiendo la reacción. Los sustratosno metálicos (plásticos, cerámicas, madera,vidrio, etc.) también requieren activación.

Los adhesivos anaeróbicos pueden curar tam-bién por efecto del calor. Así tras calentar la líneade unión durante 3 a 5 minutos se observa un ini-cio del proceso de curado. Se puede conseguir lapolimerización completa calentando entre 120ºCy 150°C durante 30 min. Existen además formula-ciones de adhesivos anaeróbicos que, una vezcurado el adhesivo, incrementan su reticulaciónpor efecto del calor. Este segundo curado provocaun reforzamiento del plástico incrementando suresistencia a la rotura.

6.2.1.4 Ventajas de los anaeróbicos

Una vez curados, los adhesivos anaeróbicospresentan las siguientes características:

.Muy buena resistencia a la cortadura.

.Buena resistencia a la temperatura (de -55°Chasta un máximo de 230°C).

.Curado rápido.

.No se precisa un acabado superficial excepcio-na l ( s e r ecomiendan rugos idades de0.8-3.2 µm RA).

.Efecto sellador con excelente resistencia quí-mica.

.Buena resistencia a la vibración.

.Buena resistencia a las cargas dinámicas.

.Adecuados fundamentalmente para sustratosmetálicos.

6.2.1.5 Desventajas de los anaeróbicos

Algunas de las desventajas son las siguientes:

.Los adhesivos anaeróbicos estándar presentanresistencias a tracción, pelado y desgarropobres. Los anaeróbicos tenaces soportanmejor tales tensiones.

.Necesitan activadores sobre sustratos pasivoso no metálicos.

125


Fig.6.15: La inhibición por parte del oxígeno esel resultado de la reacción entre el radical libreactivo y el oxígeno atmosférico. Unaconsecuencia de ello es la superficie pegajosaque queda en el exterior de la línea de unióncomo consecuencia de un curado incompleto.

Fig.6.16: Sistema anaeróbico de curado: i) Elsistema acelerador cambia el estado deoxidación del metal haciendo su superficie másactiva; ii) El peróxido reacciona con el metalactivado para generar radicales libres; iii) Losradicales libres reaccionan con el monómeropara generar el polímero.

6.2.1.6 Aplicaciones de los anaeróbicos

Las características únicas de los adhesivosanaeróbicos hacen que estos productos sean idea-les para ciertas áreas de aplicación específicas:

.Fijación de roscas

.Retención de piezas cilíndricas

.Sellado de bridas

.Sellado de zonas roscadas

.Acoplamiento de bridas

.Impregnación de piezas metálicas de fundicióno de metal sinterizado

6.2.2 Los cianoacrilatos


Los cianoacrilatos (denominación química delos adhesivos instantáneos) fueron introducidoscomo adhesivos comerciales en 1953 y fueron enun principio empleados como adhesivos especia-les en aplicaciones industriales. Sus excepcionalescaracterísticas adhesivas, así como la comodidadde su uso los han convertido en una de las solu-ciones más comunes a los problemas de ensam-blaje entre materiales muy diversos.

En su origen, los cianoacrilatos fueron descu-biertos como consecuencia de investigacionesrealizadas por la Eastman Kodak para sintetizaradhesivos aptos para realizar suturas químicas deheridas. Sin embargo, sus primeros usos fueronindustriales. Es en la actualidad cuando se hareactivado el uso médico de esta familia de adhe-sivos.

Los cianoacrilatos forman adhesiones resisten-tes con una gran variedad de sustratos como meta-les, plásticos, cauchos, maderas duras y otrosmateriales no porosos con superficies coinciden-tes. Como la mayoría de los adhesivos, trabajanmejor cuando se emplean sobre superficies com-pletamente limpias.

Tanto el cianoacrilato de etilo como el cianoa-crilato de metilo forman adhesiones resistentes enmetales como aluminio, acero, cobre y una granvariedad de aleaciones, aunque el de metilo forma

en general uniones más fuertes. Cuando se requie-re resistencia al impacto, a la fatiga, al pelado o atemperaturas relativamente altas se debe acudir acianoacrilatos modificados con elastómeros.

Los cianoacrilatos adhieren muy rápida y fuer-temente la mayoría de los polímeros, aunque algu-nos de ellos, como el polietileno y el polipropile-no son difíciles de adherir. Existen imprimacionesque actúan como interfase entre el sustrato noadherente y el adhesivo. Se aplican sobre lassuperficies de los plásticos no adherentes y, poste-riormente, se realiza la adhesión con el cianoacri-lato como se ha visto hasta ahora.

Algunos polímeros, particularmente termoplás-ticos tipo vinilo, butiratos, acrílicos, policarbona-tos y poliestirenos, suelen dar lugar a adhesionesmás resistentes con cianoacrilato de etilo. Losresultados con ensayos de placas planas muestranque lo normal es encontrarse con roturas de sus-trato. Los problemas de agrietamiento por tensión(“stress cracking”) que a veces aparecen sobrepolicarbonatos se evitan con el uso de formulacio-nes rápidas y dosificaciones sin excesos, de formaque no se den contactos prolongados entre eladhesivo líquido y el material del sustrato.

Los cianoacrilatos forman uniones excepciona-les sobre la mayoría de los cauchos, con excep-ción de las siliconas. La única preparación necesa-ria es la limpieza con un disolvente como acetonao MEK. Los poliuretanos requieren un lijado lige-ro seguido de una limpieza con disolvente paraeliminar los agentes desmoldeantes que puedenhallarse en la superficie. Tanto el cianoacrilato demetilo como el de etilo forman adhesiones deresistencias semejantes.

Tanto el cianoacrilato de metilo como el de etiloadhieren el vidrio en segundos, pero las unionesse degradan con el tiempo. Aunque la causa no seconoce aún con certeza se piensa que puedehallarse relacionada con la alcalinidad de la super-ficie del vidrio. Por este motivo no se recomiendael uso de cianoacrilatos para adherir vidrio omateriales cerámicos vítreos.

La madera y otros materiales porosos puedenser adheridos con cianoacrilatos, aunque sustratosexcesivamente porosos pueden retirar el adhesivode la zona de adhesión antes de que polimerice.En tal caso se pueden emplear formulaciones vis-cosas o ciertas formulaciones modificadas con

126


aditivos capaces de encapsular la suciedad super-ficial intrínseca a estos sustratos y transformarlaen puntos de iniciación de la polimerización. Eladhesivo, pues, empieza a polimerizar antes de serabsorbido. Estas formulaciones son también váli-das para cueros, papel, cartón, etc.

Muchas clases de madera son frecuentementeácidas motivo por el cual suele ser necesario eluso de activadores o las ya mencionadas formula-ciones insensibles al sustrato.

6.2.2.2 Composición de los cianoacrilatos

Los cianoacrilatos contienen los siguientescomponentes en su formulación:

.Monómeros: cianoacrilatos de metilo, etilo,propilo, metoxibutilo, n-butilo, etc.

.Estabilizadores:.Ácidos débiles líquidos (sulfónicos) ygaseosos (anhídrido sulfuroso)

.De radicales libres, como la hidroquinona..Espesantes: como el polimetacrilato de metilo

o la sílice..Modificadores de rendimiento:

.Aditivos para la adhesión de sustratosporosos

.Modificadores de forma:.Colorantes.Aditivos fluorescentes

Los activadores que se emplean para acelerar elcurado de los cianoacrilatos se basan en aminasprimarias, secundarias o terciarias. Los activado-res se pueden aplicar sobre los sustratos antes de

aplicar el adhesivo, o posteriormente a su aplica-ción para curar los excesos de adhesivo.

6.2.2.3 Mecanismo de curado de los cianoacri-latos

Casi todos los sustratos poseen humedad adsor-bida sobre sus superficies, y esta humedad propor-ciona iones hidroxilo que servirán como iniciado-res de la polimerización aniónica. Cuando unagota de cianoacrilato es comprimida o extendidaentre dos superficies, la fina película resultanteentra en íntimo contacto con las trazas de hume-dad adsorbidas en la superficie de los sustratos,dando lugar a una rápida iniciación de la polime-rización. Cuanto más fina es la película de ciano-acrilato más rápidamente se produce su curado.Una gota o un cordón de cianoacrilato situado enuna superficie normal no ácida permanecerá líqui-da durante mucho tiempo. Sin embargo, cuandosea extendida o presionada en una fina película, lapolimerización tendrá lugar. Este requisito para el

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Fig.6.17: Algunos monómeros de cianoacrilato.

Fig.6.18:Algunas aminasempleadas como

activadorespara acelerar el

curado de loscianoacrilatos.

Fig.6.19:Polimerizaciónpor poliadición

de loscianoacrilatos.

curado tiene, además, otra consecuencia: la canti-dad de adhesivo necesaria es muy pequeña.

Una consecuencia directa del mecanismo decurado de los cianoacrilatos es su dependencia dela humedad relativa del aire. Así, los tiempos demanipulación y de curado total son tanto menorescuanto mayor es la humedad. Ambientes secospueden llegar a inhibir la polimerización de loscianoacrilatos, a no ser que se empleen formula-ciones insensibles a la humedad.

Los cianoacrilatos no polimerizan tan rápida-mente en grandes holguras a no ser que se apliqueun activador en la superficie de adhesión o sobreel mismo adhesivo. Las formulaciones viscosassólo son efectivas en holguras de hasta 0.2mmaproximadamente si no se emplea un activadorsuperficial, el cual se debe aplicar sobre una oambas superficies, mientras que el adhesivo sólose aplica sobre una de ellas.

Cuando las superficies a adherir son ácidas, esnecesario el uso de un activador superficial o deuna formulación insensible a la superficie paraobtener tiempos de fijación cortos. No obstante, eluso de activadores superficiales no suele ser nece-sario para la mayoría de los sustratos los cualesdan lugar a velocidades de fijación suficientemen-te rápidas para la mayoría de las aplicaciones. Eluso de activadores superficiales no da lugar aadhesiones más fuertes, sino únicamente a tiem-pos de manipulación más cortos.

Recientemente se han desarrollado cianoacrila-tos curables mediante radiación UV. La reacciónde polimerización transcurre vía radical y dalugar, a diferencia de la que transcurre vía anióni-ca, a cadenas de elevado peso molecular. Estosadhesivos curan en grandes holguras, generandoadhesiones y rellenos transparentes y duros.Tienen una aplicación directa en la industria delos desechables médicos.

6.2.2.4 Ventajas de los cianoacrilatos

Entre las ventajas ofrecidas por los cianoacrila-tos tenemos las siguientes:

.Son adhesivos monocomponentes de fácilaplicación.

.Forman adhesiones fuertes rápidamente.

.Sólo son necesarias cantidades muy pequeñasde adhesivo.

.Forman adhesiones virtualmente invisibles sise evitan los excesos. En caso contrario,puede aparecer un empañamiento visiblesobre materiales opacos o transparentes.

.Buena resistencia química a la mayoría de losdisolventes.

6.2.2.5 Desventajas de los cianoacrilatos

Como el resto de los materiales adhesivos, loscianoacrilatos presentan limitaciones. Se puedenresumir entre las siguientes:

.Capacidad de relleno de holgura limitada (nor-malmente 0.2mm) excepto los cianoacrilatosde curado UV. Los adhesivos tipo gel curanen holguras superiores con un activador, aun-que la resistencia es notablemente inferior ala obtenida con superficies coincidentes.

.Resistencia pobre al impacto, a no ser que elpropio material absorba su efecto (adhesio-nes de polímeros entre sí o con metales, porejemplo).

.Pobre durabilidad en ambientes húmedos: esteefecto no se produce en adhesiones entrepolímeros.

.Baja resistencia a esfuerzos de pelado.

.La temperatura continua máxima a la que pue-den ser expuestos es de 80°C.

.Presentan un fenómeno denominado “bloo-ming” o empañamiento causado por la vola-tilidad del monómero. Este fenómeno consis-te en la formación de una especie de nubeblanca alrededor de la zona de adhesión,sobre todo cuando existe un exceso de adhe-sivo o la humedad ambiental es baja. Estopermite que el monómero se volatilice yreaccione con la humedad sobre el área cir-cundante a la zona de adhesión. Este proble-ma se puede evitar aumentando el pesomolecular del monómero para disminuir suvolatilidad. Así, el cianoacrilato de alcoxieti-lo es el más empleado comercialmente enaquellas aplicaciones en las que, por motivosde estética o para evitar la posibilidad de pér-dida de contactos eléctricos, no es recomen-dable la aparición de empañamientos.

128


6.2.2.6 Aplicaciones de los cianoacrilatos

Las aplicaciones típicas de los cianoacrilatosvienen resumidas a continuación:

.Automoción: adhesión de piezas plásticas delhabitáculo, cierres y otros elementos.Mantenimiento y reparación de elementos yfabricación de accesorios.

.Electrónica y la Electricidad: unión de compo-nentes voluminosos, fijación de cables, etc.

.Fabricantes de desechables médicos.

.Industria cosmética.

.Industria militar.

.Desenmascarado de huellas digitales.

.Sutura médica: se emplean normalmente cia-noacrilatos de butilo o superiores debido a sumayor flexibilidad y menor toxicidad.

6.2.3 Los epoxis


Las primeras resinas epoxi fueron sintetizadaspor primera vez en Alemania por Schlack (1934),en Gran Bretaña por Moss (1937) y en Suiza porCastan (1938) durante el período previo a la IIGuerra Mundial, pero no fueron empleadas hastafinalizada ésta. El material de partida más emple-ado era el bisfenol-A que reacciona con la epiclor-hidrina para generar un líquido de peso molecularmoderado compuesto por moléculas lineales ter-minadas con grupos epoxi. El poder adhesivo dela resina se debe a los grupos hidroxilo, puestoque los grupos epoxi desaparecen durante el cura-do.

Los epoxis se caracterizan por su gran capaci-dad de relleno de holgura. Sin embargo, cuandohablamos de aplicaciones estructurales, el rendi-miento óptimo de los epoxis, al igual que para elresto de adhesivos rígidos, se obtiene cuando lasholguras rondan los 0.1mm. La sensibilidad de laresistencia de estos adhesivos a la holgura esampliamente conocida por los ingenieros aero-náuticos, que emplean normalmente adhesivos enpelículas que mantienen el espesor óptimo deadhesivo constante.

6.2.3.2 Composición de los epoxis

Los epoxis contienen los siguientes componen-tes:

.Monómeros, en base a epoxis

.Agentes de curado, en base a aminas, mercap-tanos, imidazolas, anhídridos, etc. Las nue-vas formulaciones de epoxis catiónicos decurado UV, emplean especies capaces degenerar cationes al ser expuestas a la radia-ción UV, como las sales de triarilsulfonio.

.Cargas como aluminio, sílice, etc. Empleadaspara minimizar los fenómenos de contrac-ción y expansión del adhesivo.

.Espesantes

.Pigmentos

.Resinas diluyentes de bajo peso molecularpara reducir la viscosidad, mejorar la tenaci-dad o la flexibilidad, la capacidad de mojado,la resistencia térmica, etc.

.Aceleradores del curado a temperaturaambiente, como fenoles o derivados fenóli-cos.

A veces se añade polvo de aluminio como agen-te de refuerzo, aunque su efectividad está enentredicho. En cualquier caso, tal carga de alumi-nio mejora la conductividad térmica del adhesivomodificando las etapas de curado a elevada tem-peratura.

129


Fig.6.20:Característicasde los distintos

sistemasadhesivos

epoxi.

6.2.3.3 Mecanismo de curado de los epoxis

El sistema de curado más común emplea unaamina primaria bi o trifuncional, para lograr elentrecruzamiento de las cadenas. Las propiedadesy la velocidad de curado dependen del agente decurado empleado. Algunos agentes como la dicia-namidas se emplean en sustratos metálicos.

Los epoxis bicomponentes de curado a tempera-tura ambiente, que podemos encontrar en el mer-cado de consumo, emplean como agente de cura-do las versamidas, menos molestas en cuanto aolores que las aminas, puesto que están basadas enaceites secos dimerizados y combinados con di otriaminas.

Estos productos comerciales requieren ademáscatalizadores para permitir la reticulación deladhesivo. Los epoxis de curado a temperaturaambiente no logran el mismo rendimiento que losque curan a elevadas temperaturas, pero suele sersuficiente para un una amplia variedad de aplica-ciones.

En el pasado la mayoría de los epoxis se formu-laban como bicomponentes que debían ser mez-clados inmediatamente antes de ser empleados ytenían una vida de mezcla limitada. Sin embargo,

en la actualidad existen adhesivos epoxi mono-componentes con un agente endurecedor latenteque se libera únicamente por reacción a alta tem-peratura. Estos adhesivos fueron comercializadosen 1975. Por debajo de la Tg de la mezcla (pordebajo de 0°C) no se produce reacción alguna. Alelevarse la temperatura comienza la policonden-sación de la resina.

Los epoxis empleados en aplicaciones estructu-rales deben ser curados a temperaturas altas o atemperatura ambiente con post-curado por calor.La ventaja del post-curado como operación inde-pendiente, incluso en el caso de juntas ya curadascon algo de calor, es que puede ser realizado sin el

130


Fig.6.21: Lassales detriarilsulfoniose empleancomofotoiniciadorespara losepoxiscatiónicos.

Fig.6.22:Reacción decurado en unepoxi.

Fig.6.23: Grado de curado de una resina epoxien función del tiempo para las temperaturas decurado indicadas.

Fig.6.24: Variación de la Tg con el grado decurado (α) en una resina tipo epoxi.

uso de sistemas de sujeción o sistemas de calenta-miento con prensas hidráulicas. En una primeraetapa de curado se logra el 60% de la resistenciatotal, suficiente para mantener los sustratos posi-cionados y poder pasar a una segunda fase decurado por calor en la que terminan de reaccionarel resto de los grupos epoxi de la resina.

Los epoxi-fenólicos fueron desarrollados en elFPL (Forest Products Laboratory) por petición delas fuerzas aéreas de los E.E.U.U. a principios delos 50’. Su aplicación primera fue como adhesivospara aviones resistentes a altas temperaturas. En laactualidad se conocen formulaciones que son con-sideradas como las más resistentes a altas tempe-raturas continuas (de 180ºC a 250°C).

Un tipo de adhesivos epoxi muy reciente es elde los denominados epoxi catiónicos, productosmonocomponentes capaces de iniciar la reacciónde polimerización tras su exposición a radiaciónUV. Una vez el adhesivo ha recibido la luz, lareacción prosigue sin necesidad de una exposicióncontinuada. Una aplicación directa de esta técnicaestá en el encapsulado y el relleno de circuitosimpresos.

6.2.3.4 Ventajas de los epoxis

Las propiedades de los epoxis son las siguien-tes:

.Adhieren casi todos los sustratos.

.Gran relleno de holguras.

.Alta resistencia a cizalla y a tracción.

.Adhesivos muy rígidos. Resistencia a pelado ya impacto en formulaciones flexibles (epoxi-nitrilo).

.Aunque es dieléctrico y aislante térmico,puede ser modificado para ser conductor dela electricidad y del calor. Además se puedenadicionar cargas para mejorar las característi-cas mecánicas (como fibra de vidrio) o paradisminuir la densidad (como microesferasneumáticas).

.Buena resistencia química.

.Son mecanizables.

.Resistencia a temperaturas de hasta 180°C(hasta 250°C en algunas formulaciones).

6.2.3.5 Desventajas de los epoxis

Algunas desventajas son:

.Presentan problemas de absorción y difusiónde la humedad en su seno.

.Sistemas de alto rendimiento bicomponentes ycon necesidad de calor, al menos en la etapade post-curado.

.Problemas de tiempos de curado, vida de lamezcla y necesidad de temperatura para con-

131


Fig.6.25: Diagrama Tiempo-Temperatura-Transformación (T-T-T) de Gilham para unaresina termoestable. Mostrando los estados:líquido, elastómero, vidrio gelificado y vidriosin gelificar.

Fig.6.26:Reacción de

generación decationes por

exposición deun fotoiniciador

catiónico bajoluz UV.

Fig.6.27:Mecanismo decurado de un

epoxi catiónico.El epoxi

reacciona conun ácido

(catión) ygenera un nuevo

catión.

seguir un alto grado de reticulación.

6.2.3.6 Aplicaciones de los epoxis

Los epoxis se emplean en muchas aplicaciones:

.Aditivos para hormigones y elementos deconstrucción

.Adhesivos estructurales para la industria aero-náutica

.Fabricación de materiales compuestos

.Recubrimientos superficiales

.Electrónica (circuitos impresos, encapsula-ción, relleno, etc.)

.Imprimaciones

6.3 Adhesivos tenaces6.3 Adhesivos tenaces

Los adhesivos tenaces se emplean en estructu-ras sometidas a esfuerzos dinámicos. Presentan unalto rendimiento frente a esfuerzos estáticos ydinámicos a cortadura, compresión y tracción.Responden mejor que los adhesivos rígidos frentea esfuerzos de pelado.

Al igual que los adhesivos rígidos, los adhesi-vos tenaces se pueden clasificar de acuerdo con sucapacidad de relleno de holgura:

.Adhesivos con capacidad de relleno de holgu-ras bajas:

.Anaeróbicos tenaces

.Cianoacrilatos tenaces.Adhesivos con capacidad de relleno de holgu-

ras intermedias:.Adhesivos acrílicos

.Adhesivos con capacidad infinita de relleno deholgura:

.Epoxis tenaces

6.3.1 Los acrílicos


Los adhesivos acrílicos modificados estructura-les constituyen una de las más recientes y, tal vez,versátiles familias de adhesivos empleadas en el

ensamblaje de piezas en la industria. A finales delos 60’ y principios de los 70’ los tecnólogos de laadhesión comenzaron a explorar esta familia. Losmejores adhesivos desarrollados hasta entonces,los epoxi, presentaban limitaciones en cuanto a lalimpieza de las superficies, la necesidad de calorpara las formulaciones de alto rendimiento y losmoderados resultados obtenidos sobre los másrecientes materiales de ingeniería que en la actua-lidad están reemplazando a los metales en muchasáreas. Los acrílicos presentaban soluciones a laslimitaciones mencionadas, hasta el punto de quese pueden considerar alternativas para el ensam-blaje de piezas en competencia incluso con losmétodos mecánicos o la soldadura.

6.3.1.2 Composición de los acrílicos

Los adhesivos acrílicos se formulan comosigue:

.Monómeros monofuncionales, como metacri-lato de metilo

.Reforzadores en base a caucho

.Reactivos para el curado:.La parte A contiene el iniciador (peróxi-dos)

.La parte B contiene un reductor (aminas oDHP) y/o metal, según se trate de:.Tipo “activador”.Tipo “parte B”

.Colorantes, para diferenciar parte A y parte B.

Los adhesivos acrílicos de curado por luz con-tienen fotoiniciadores, susceptibles de generarradicales libres cuando se exponen a la luz UV.

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Fig.6.28: Fómula química del hidroperóxido decumeno (CHP), peróxido típico empleado comoiniciador de los adhesivos acrílicosestructurales.

6.3.1.3 Mecanismo de curado de los acrílicos

Una característica diferenciadora de los adhesi-vos acrílicos es que no necesitan que la mezclaentre resina y activador sea completamente homo-génea, ya que una vez generados los “centros acti-vos”, la propagación del polímero se produce enel seno del adhesivo.

La mayoría de los adhesivos acrílicos estructu-rales proporcionan tiempos de curado que van de2 min. a 1 h. a temperatura ambiente. En contras-

te con los epoxis, no se recomienda el uso de calorpara acelerar el curado. La velocidad de curadopuede incrementarse bajo ciertas condiciones decalor y sólo a temperaturas suaves en el rango de55-66ºC. En ningún caso la temperatura puedeexceder los 72ºC durante las primeras etapas delcurado. A diferencia de los epoxis, no es necesariauna segunda fase de curado. Una vez que el cura-do vía radicales libres ha comenzado es capaz dellegar a la polimerización total mediante mecanis-mos de propagación.

Los acrílicos se presentan comercialmente dediferentes formas:

1.Sistemas adhesivo más activador: esta técni-ca de aplicación aprovecha la principal ven-taja de proceso que ofrece la familia de adhe-sivos acrílicos estructurales. El activador seaplica al sustrato o a la superficie que va a seradherida mediante un rodillo, una brocha, unspray o cualquier método convencional derecubrimiento. Una vez que la superficie hasido activada puede ser adherida inmediata-mente o almacenada durante periodos detiempo prolongados antes del ensamblaje.Posteriormente, se puede aplicar la resinacomo si se tratara de un adhesivo monocom-ponente en la estación de ensamblaje y pro-ceder inmediatamente al montaje a tempera-tura ambiente. La dosificación de la resina sepuede realizar mediante bombas y conduc-ciones, y puede ser controlada por personalno cualificado con un equipo relativamentesimple. Un beneficio adicional de esta técni-ca es que el adhesivo no curará sobre superfi-cies que no hayan sido previamente activa-das, siendo muy sencilla la limpieza posteriordel adhesivo sin curar. Así, las áreas que nodeben ser adheridas pueden ser controladaspor medio de la aplicación del activador, sinnecesidad de un control estricto de la dosifi-

133


Fig.2.29: Fórmula de la dihidroxipiridina(DHP), reductor típico empleado en los acrílicosestructurales.

Fig.6.30: Reacción típica de generación deradicales libres a partir de un fotoiniciador porefecto de la luz UV.

Fig.6.31: Sistema de curado de los adhesivosacrílicos: i) Los iniciadores generan radicaleslibres y e iones hidroxilo; ii) Los reductores sonespecies donadoras de protones. Esto favorece lageneración de radicales libres en combinacióncon los iniciadores. Fig.6.32:

Esquema de usode un acrílicocon activador.

cación del adhesivo. Las holguras de adhe-sión de hasta 0.5 mm. curarán aplicando elactivador sobre una de las caras a ensamblar.Si se desean holguras superiores, se debenactivar ambas superficies. Mediante estemétodo se pueden rellenar y curar holgurasde 1 mm.

2.Sistemas bicomponentes: cuando el sistemaactivador/resina no es apropiado, el acrílicopuede ser aplicado mediante un método másconvencional basado en la mezcla de doscomponentes. La relación de mezcla máscomún para estos productos es de 10 partesde resina por cada parte de catalizador. Enciertas circunstancias son posibles los siste-mas 1:1.

3.Sistemas bicomponentes sin necesidad demezcla: son los menos conocidos y menosutilizados. La mayoría de estos adhesivos seenvasan en dos recipientes diferentes. Laparte A se aplica sobre una superficie; laparte B se premezcla con un catalizador hasta12 h. antes de su uso y se aplica sobre elsegundo sustrato. Cuando se unen ambassuperficies comienza el curado. Este procedi-miento permite tiempos de apertura muy ele-vados y, en consecuencia, la adhesión desuperficies enormes. Es absolutamente nece-sario para determinadas aplicaciones especí-ficas y si se asumen como aceptables vidasde mezcla para la parte B de 12 h., es posiblela mezcla del sistema en una relación 1:1obteniendo así el máximo rendimiento.

4.Acrílicos de curado UV: son, tal vez, la fami-lia de adhesivos de curado UV más impor-tante. Son productos monocomponentes que

curan bajo exposición a radiación UV.Pueden ser de curado bajo UV cercano (lon-gitudes de onda de alrededor de 365nm) o decurado bajo luz visible (longitudes de ondade alrededor de 420 nm).

6.3.1.4 Ventajas de los acrílicos

Algunas de ellas son las que siguen:

.Gran estructuralidad.

.Elevada tenacidad con elongaciones a la rotu-ra importantes.

.Excelente durabilidad frente a agentesmedioambientales.

.Excelente resistencia a la fatiga.

.Presentan tiempos de manipulación cortos.

.Adhesión sobre una amplia variedad de sustra-tos.

.Resistencia a temperaturas de 120ºC-150ºCsegún la formulación.

.Versatilidad en la dosificación.

.Preparación superficial mínima o innecesariapara metales y plásticos.

.Capacidad intermedia de relleno de holgura.Se pueden superar los 3 mm de holgura conadhesivos bicomponentes, aunque los mejo-res resultados se logran con holguras de juntade hasta 0.3 mm.

.Los sistemas bicomponentes toleran variacio-nes en las proporciones de mezcla.

134


Fig.6.33:Absorbancia delosfotoiniciadoresempleados enlos adhesivos decurado UVtradicionales.Se puedenobservar dospicos a 366 nmy a 254 nm.

Fig.6.34: Profundidad de curado tomada mediantecurado con luz UV.

6.3.1.5 Desventajas de los acrílicos

Entre las desventajas podemos incluir lassiguientes:

.Pobre adhesión sobre la mayoría de los elastó-meros.

.Olor característico a ácido acrílico.

.Sistemas de mezclado en proporciones dife-rentes a 1:1. Son comunes relaciones de mez-cla de 20:1 a 4:1. Los sistemas 1:1 tienenvidas de almacenamiento limitadas y menorversatilidad.

.Puntos de inflamación bajos. El adhesivo flui-do sin curar puede presentar temperaturas deignición ligeramente inferiores a la ambien-tal.

6.3.1.6 Aplicaciones de los acrílicos

Las aplicaciones de los acrílicos son muy diver-sas gracias a su alto rendimiento frente a cargasdinámicas y a temperaturas moderadamente altas:

.Adhesión de ferritas a carcasas de motoreseléctricos

.Adhesión de zapatas de frenos a coronas

.Paneles de calefacción solar

.Equipamiento deportivo sometido a tensionescomo las raquetas de tenis

.Adhesión estructural en aviones y embarcacio-nes

.Adhesión entre madera y vidrio (carpintería)

.Uniones metal-metal, metal-vidrio y metal-plástico

.Fabricación de muebles, como mesas de vidrioy metal

.Fabricación de aparatos médicos desechables

6.3.2 Los anaeróbicos tenaces


Aunque las primeras formulaciones de los adhe-sivos anaeróbicos difícilmente podían emplearseen aplicaciones estructurales, con el tiempo sedesarrollaron adhesivos tenaces capaces de sopor-tar mejor cargas dinámicas y esfuerzos de tracción

y de pelado. Para obtener adhesivos estructuralescon un mecanismo de curado anaeróbico fue nece-sario diseñar y sintetizar nuevos tipos de monó-meros. Los primeros (denominados “metacrilatosde uretano”) eran en realidad prepolímeros obteni-dos por reacción de un alcohol dihidroxílico (diol)en proporción inferior a la estequiométrica con undiisocianato y el intermedio resultante se “tapona-ba” con metacrilato de hidroxialquilo. De estemodo se lograba una molécula que contenía seg-mentos “rígidos” y “flexibles”. Esta hipótesis fuela base la base de posteriores síntesis en las cualesprepolímeros “rígidos” y “flexibles” eran enlaza-dos químicamente antes de ser “taponados” conmetacrilatos de hidroxialquilo.

Los prepolímeros mencionados, diluidos conmono y dimetacrilatos para poder trabajar conellos y formulados con sistemas de curado anaeró-bicos eran de hecho adhesivos estructurales porsus propiedades de resistencia a cizalla y tracción.No obstante, debido al alto grado de reticulación ysu rígida “espina dorsal”, eran extremadamentefrágiles y presentaban pobre resistencia frente aimpacto y a pelado. Mediante una mezcla adecua-da de los componentes “rígido” y “flexible” fueposible formular una línea de adhesivos estructu-rales que combinaban la resistencia a la tempera-tura, a la tracción, al impacto y al pelado, entreotras.

A pesar del hecho de que tales formulacionesmezcla rígido/flexible eran considerablementemejores que las puramente “rígidas” y muy supe-riores a los adhesivos para maquinaria en cuanto apropiedades de adhesión estructural, no alcanza-ban características destacadas como adhesivosestructurales. Una posible explicación a estehecho podía ser que los diversos monómeros nocopolimerizaran fácilmente.

6.3.2.2 Composición de los anaeróbicos tenaces

Los anaeróbicos estructurales se formulan deforma similar a los anaeróbicos estándar, con lasalvedad de que el monómero empleado varía.Como ya se ha mencionado, se emplean monóme-ros en base a dimetacrilatos de uretano. Los extre-mos, rígidos, se encargan de que la reacción depolimerización transcurra según reacción anaeró-bica, mientras que el espinazo del monómero, fle-xible, confiere la tenacidad que requiere el polí-

135


mero resultante para poder funcionar en aplicacio-nes estructurales.

6.3.2.3 Mecanismo de curado de los anaeróbi-cos tenaces

Los adhesivos anaeróbicos estructurales presen-tan una alta capacidad anaeróbica, aunque puedencurar mediante el uso de activadores. Esto losconvierte en materiales versátiles para su aplica-ción industrial, ya que su uso no queda limitadoúnicamente a materiales metálicos. Sin embargoconviene aclarar que los mejores resultados selogran sobre metales.

Una de las primeras familias adhesivas a las quese añadió un sistema de curado UV fue a la de losanaeróbicos. Estos adhesivos permiten fijar rápi-damente las partes de la estructura a unir y curarlos excesos de adhesivo.

6.3.2.4 Ventajas de los anaeróbicos tenaces

Algunas de ellas son las que siguen:

.Buena estructuralidad.

.Tenacidad moderada con elongaciones a larotura de bajas a medias.

.Excelente durabilidad frente a agentesmedioambientales y agentes químicos.

.Buena resistencia a la fatiga.

.Presentan además tiempos de manipulaciónmuy cortos.

.Buena resistencia a la temperatura (hasta190ºC).

.Versatilidad en la dosificación.

6.3.2.5 Desventajas de los anaeróbicos tenaces

Entre las desventajas podemos incluir lassiguientes:

.Pobre adhesión sobre los polímeros en gene-ral.

.Limitaciones en la profundidad de curado dehasta 0.8 mm. No obstante los mejores rendi-mientos se logran con holguras alrededor dela décima.

6.3.2.6 Aplicaciones de los anaeróbicos tenaces

Las aplicaciones de los anaeróbicos tenacesincluyen las propias de los anaeróbicos estándarmás aplicaciones propiamente estructurales comolas que siguen:

.Adhesión de ferritas a carcasas de motoreseléctricos.

.Adhesión de zapatas de frenos a coronas.

.Uniones metal-metal y metal-vidrio.

.Adhesión de altavoces.

.Adhesión de elementos electromecánicos.

.Adhesión de desechables médicos, comocánulas a cabezales para jeringas.

6.3.3 Los cianoacrilatos tenaces


Los cianoacrilatos tenaces surgen, como en elcaso de otras resinas adhesivas, como respuesta alas carencias que presentan los cianoacrilatosestándar frente a esfuerzos dinámicos. Como con-secuencia de las modificaciones realizadas en laformulación se logran características excepciona-les para un cianoacrilato, aunque en detrimento dela velocidad de curado del adhesivo.

Como ocurre con los epoxis tenaces el adhesivooriginariamente rígido y con un comportamientodinámico pobre se modifica mediante la adiciónde una segunda fase elástica, capaz de absorberenergía durante la deformación del material adhe-sivo. La fase de caucho dispersada actúa comofreno de las microgrietas iniciadas, mejorando laresistencia frente a pelado, impacto y cargas diná-micas. En el caso particular de los cianoacrilatos,esta segunda fase mejora además la resistenciatérmica y el envejecimiento que sufre el adhesivoen ambientes húmedos cuando se emplea paraadherir superficies metálicas.

6.3.3.2 Composición de los cianoacrilatos tena-ces

Los cianoacrilatos tenaces tienen la mismacomposición que los estándar, con la salvedad de

136


que incluyen aditivos que modifican el rendimien-to mecánico y térmico del adhesivo. En ocasionesse emplean hasta tres aditivos. Estos aditivos seañaden en forma de dispersión, creando unasegunda fase en la formulación del adhesivo. Son,en general, materiales flexibles que complemen-tan la rigidez de la matriz adhesiva.

Los efectos de los aditivos de los cianoacrilatostenaces son:

.Mejora de la resistencia frente a esfuerzos depelado y desgarro.

.Mejora de la resistencia frente a solicitacionesdinámicas.

.Mejora de la resistencia al calor.

6.3.3.3 Mecanismo de curado de los cianoacri-latos tenaces

Los cianoacrilatos tenaces se basan en ésteresetílicos a los cuales se adiciona una dispersión departículas de caucho. Al igual que los cianoacrila-tos estándar se estabilizan en medio ácido débil.Por ello, el curado del adhesivo es también conse-cuencia de la acción de la humedad que existesobre los materiales.

La velocidad de curado de los cianoacrilatos es,

sin embargo, muy inferior a la de los cianoacrila-tos estándar, debido a que el cianoacrilato de etilose halla “diluido” en el resto de componentes. Noobstante, el uso de activadores sobre las piezas osobre el mismo adhesivo permite lograr tiemposde manipulación muy cortos.

6.3.3.4 Ventajas de los cianoacrilatos tenaces

Entre las ventajas ofrecidas por los cianoacrila-tos tenaces tenemos las siguientes:

.Buena estructuralidad.

.Tenacidad moderada con elongaciones a larotura bajas.

.Buena durabilidad frente a agentes medioam-bientales. Mejoran la resistencia frente a lahumedad de los cianoacrilatos estándar.

.Buena resistencia a la fatiga.

.Adhesivos monocomponentes de fácil aplica-ción.

.Rapidez de curado.

.Mejoran la resistencia frente a la temperaturade los cianoacrilatos estándar. Los cianoacri-latos tenaces soportan 100ºC en continuo.Algunas formulaciones soportan hasta 120ºCen continuo.

.Resistencia química.

6.3.3.5 Desventajas de los cianoacrilatos tena-ces

Al igual que los cianoacrilatos estándar, los cia-noacrilatos tenaces presentan limitaciones. Sepueden resumir entre las siguientes:

.Capacidad limitada de relleno de holgura, entorno a los 0.2 mm.

.Pueden presentar problemas de empañamientoy olores.

.No adhieren vidrio o cerámicos vítreos.

6.3.3.6 Aplicaciones de los cianoacrilatos tena-ces

Las aplicaciones de los cianoacrilatos tenacesson, principalmente, las que siguen:

137


Fig.6.35: Efecto de la fase dispersa elastómerasobre la propagación de la rotura en las juntasadhesivas de cianoacrilatos modificados conelastómeros.

.Adhesión de piezas metálicas y plásticaspequeñas para subcomponentes de automo-ción.

.Adhesión de metales sinterizados (ferritas, porejemplo).

.Adhesión de caucho y caucho a metal parajuntas de sellado.

.Adhesión de componentes electrónicos adicio-nales en placas de circuitos impresos someti-das a vibraciones en el sector de la electróni-ca.

.Adhesión de etiquetas identificativas en diver-sos sectores.

6.3.4 Los epoxis tenaces


Los epoxis tenaces incorporan en su formula-ción un caucho, generalmente nitrilo, capaz deprecipitar de forma microdispersa cuando la resi-na endurece. Con la adición de esta fase de cauchose mejoran las características del adhesivo curadofrente a esfuerzos de pelado, sobre todo a bajastemperaturas en las que otros epoxis, como losnylon-epoxis, pierden todas sus características deflexibilidad. Los epoxis tenaces bicomponentesfueron introducidos comercialmente en 1973.

Los primeros epoxis tenaces presentaban pro-blemas de adhesión sobre superficies de aluminioen la adhesión de las alas de aviones. El problemase debía fundamentalmente a un efecto combina-do entre la corrosión del aluminio y el efecto de lahumedad sobre la interfase adhesiva. Sin embargoestos fallos nunca habían sido observados en losadhesivos epoxi-fenólicos de curado a alta tempe-ratura o en los fenólicos-nitrilo. Ulteriores investi-gaciones llevaron a la modificación en los proce-sos de anodizado de los aluminios y a ladisminución de la permeabilidad de los adhesivosa la humedad. No obstante, a pesar del alto rendi-miento de las últimas formulaciones de los epoxistenaces, en la actualidad el uso del adhesivo enestas aplicaciones se limita a estructuras secunda-rias o como refuerzo de otras estructuras ensam-bladas mecánicamente.

6.3.4.2 Composición de los epoxis tenaces

Los epoxis tenaces tienen la misma composi-ción que los estándar. Al igual que se hace conotras resinas, la adición de ciertos modificadoresmejoran el rendimiento mecánico del adhesivo.Los aditivos se hallan en el adhesivo en forma dedispersión. Son normalmente partículas de cau-cho, por ejemplo polisulfuro o caucho nitrilo.

6.3.4.3 Mecanismo de curado de los epoxistenaces

Los epoxis tenaces se comercializan en formade sistemas bicomponentes y monocomponentescon un agente endurecedor latente que se liberaúnicamente por reacción a alta temperatura. Losepoxis empleados en aplicaciones estructuralesdeben ser curados a temperaturas altas o a tempe-ratura ambiente con post-curado por calor,siguiendo en cualquier caso perfiles controladosde calentamiento para lograr las propiedades ópti-mas del adhesivo curado..

6.3.4.4 Ventajas de los epoxis tenaces

Las propiedades de los epoxis tenaces son lassiguientes:

.Elevadísima estructuralidad.

.Tenacidad moderada con elongaciones a larotura bajas y medias.

.Buena resistencia química.

.Resistencia a la fatiga.

.Adhieren casi todos los sustratos.

.Gran relleno de holguras.

.Son mecanizables.

.Resistencia a temperaturas de hasta 180ºC(hasta 250ºC en algunas formulaciones).

6.3.4.5 Desventajas de los epoxis tenaces


.Presentan problemas de absorción y difusiónde la humedad en su seno.

.Problemas en la dosificación de los sistemasde alto rendimiento bicomponentes y con

138


necesidad de calor, al menos en la etapa depost-curado.

.Problemas de tiempos de curado, vida de lamezcla y necesidad de temperatura para con-seguir un alto grado de reticulación.

.Los epoxis tenaces monocomponentes debenconservarse a temperaturas muy bajas(-40ºC).

6.3.4.6 Aplicaciones de los epoxis tenaces

Los epoxis tenaces se emplean en muchas apli-caciones:

.Adhesivos estructurales para la industria aero-náutica.

.Adhesivos estructurales para la industria espa-cial.

.Adhesivos estructurales para la industrianaval.

.Adhesivos estructurales para la industria engeneral para aplicaciones con relleno de hol-gura.

.Encapsulado y relleno en aplicaciones electró-nicas.

6.4 Adhesivos f lexibles6.4 Adhesivos f lexibles

La función primaria de un adhesivo flexible es,generalmente, el sellado. Sin embargo, muchosadhesivos elásticos se emplean en uniones estruc-turales, en ocasiones con rendimientos difícilmen-te alcanzables por mediación de otros sistemas deunión. Aunque adhesivos y selladores se formulana menudo a partir de los mismos polímeros, sediseñan para tener propiedades distintas. Losadhesivos elásticos tienen normalmente resisten-cias a tracción y a cortadura superiores, mientrasque los selladores elásticos son normalmentemateriales de bajo módulo que se emplean comobarrera frente al paso de líquidos, vapores, gases osólidos.

Los adhesivos elásticos se encuentran comer-cialmente como fluidos más o menos viscosos queforman un caucho elástico mediante una reacciónquímica. Existen multitud de químicas, aunque lasmás importantes en la actualidad son las siliconas,los poliuretanos y los silanos modificados. Unacuarta familia, los polisulfuros, se emplean única-

mente en la fabricación de ciertos elementos,estando en desuso debido a los problemas deseguridad e higiene que lleva asociado su empleo.

Los adhesivos flexibles se pueden encontrarbásicamente en dos formatos:

En los sistemas monocomponentes o RTV-1el adhesivo reacciona con la humedad ambiental.El curado comienza en la capa más exterior y con-tinúa hacia el interior del cordón aplicado.Conforme se produce la polimerización el cauchose vuelve cada vez más impermeable a la hume-dad, dificultando la polimerización de las capasinteriores. Esto limita la capacidad de relleno deholgura del adhesivo, que se halla entre los 6 y los12 mm, y la velocidad de curado, que normalmen-te se halla en torno a 1 mm/día como media. Lavelocidad de curado en profundidad es un procesocontrolado por la difusión, es decir, dependientede la temperatura y la humedad. Los tiempos deformación de piel y el de tacto seco dependen dela velocidad de reacción, que es dependiente del

139


Fig.6.36:Consumo de

selladoresflexibles para laconstrucción en

el mercadojaponés.

Fig.6.37: Elcurado de los

sistemas RTV-1transcurre en dos

etapas: i) Laformación de piel

viene determinadapor la velocidad

deentrecruzamiento;

ii) El curado enprofundidad es un

procesodependiente de la

difusión.

tipo de adhesivo.

En los sistemas bicomponentes o RTV-2 eladhesivo reacciona con el segundo componente,el cual se suele añadir durante el proceso de dosi-ficación mediante boquillas mezcladoras. Lostiempos de curado son muy inferiores a los de sushomólogos monocomponentes, por lo que se sue-len emplear en líneas de producción automatiza-das.

6.4.1 Las siliconas


Durante los años 50 se obtuvieron suficientesconocimientos acerca de los cauchos de siliconavulcanizados a temperatura ambiente, y se comer-cializaron los primeros productos. En un principiofueron sistemas bicomponentes y multicompo-nentes, a los que les siguieron los productosmonocomponentes.

6.4.1.2 Composición de las siliconas

Las siliconas contienen los siguientes compo-nentes:

. Polímero de silicona

. Agente de entrecruzamiento

. Catalizador

. Antioxidante/UV o estabilizadores térmicos

. Modificadores de rendimiento:. Plastificantes. Promotores de la adhesión

. Modificadores de forma:. Cargas. Colorantes y pigmentos

6.4.1.3 Mecanismo de curado de las siliconas

Las fórmulas de los cauchos de silicona RTV-1y RTV-2 incluyen polímeros de silicona, agentesreticuladores y cargas principalmente, así comoaditivos especiales. Las características de procesoy de vulcanización están determinadas por la com-

binación de agentes reticuladores/polímeros desilicona y catalizador de reticulación; las propie-dades mecánicas dependen de la mezcla de cargasy polímeros de silicona.

Las siliconas RTV-1 reaccionan con la hume-dad ambiental curando desde el exterior hacia elinterior del cordón aplicado. Conforme se producela polimerización de los siloxanos el caucho sevuelve cada vez más impermeable a esta hume-dad, dificultando la polimerización de las capasinteriores. Por este motivo existe una limitaciónpara el grosor de los cordones además de que,cuando hablamos de los tiempos de curado, deba-mos introducir nuevos conceptos: el tiempo deformación de piel y el de tacto seco. No obstante,

140


Fig.6.38: Efecto del contenido creciente deresina y de su funcionalidad en algunaspropiedades mecánicas.

Fig.6.39: Etapas de curado de las siliconasmonocomponentes: i) Liberación del polisiloxanotaponado mediante humedad; ii) Entrecruzamientodel polisiloxano liberado con otro aún taponado.

las siliconas presentan tiempos de formación depiel cortos en comparación con otros elastómerosRTV-1. En particular, las siliconas acéticas for-man piel en 5 minutos.

La polimerización de las siliconas RTV-2 seproduce en todo el volumen dosificado, puestoque el agente polimerizador está en contacto contoda la masa de siloxanos. Es por ello que, engeneral, presentan tiempos de curados muy infe-riores a los de las siliconas RTV-1.

La polimerización de las siliconas da lugar asubproductos de reacción que por lo general sonvolátiles. Usualmente las siliconas se clasifican deacuerdo con el subproducto que liberan durante elproceso de curado:

.Acéticas: cuando liberan ácido acético (olor avinagre característico). Generan problemasde corrosión sobre ciertos sustratos metálicoscomo el cobre.

.Alcoxi: liberan alcoholes de diferente pesomolecular generalmente metanol.

.Amínicas: liberan aminas.

.Oxímicas: son formulaciones especiales queliberan oximas, pero con la particularidad deque este subproducto de reacción es reutiliza-do nuevamente en la reacción de polimeriza-ción. Por este motivo también se denominansiliconas neutras.

Existen además siliconas que curan bajo radia-

ción UV, mediante el uso de fotoiniciadores en lacomposición. Normalmente se emplean lámparascon emisión UV para fijar el producto sobre lossustratos. A veces se utiliza como sistema de cura-do dual junto con el curado clásico por humedad.

Las siliconas de curado UV se formulan conprepolímeros de silicona taponados parcial (cura-do dual humedad/UV) o totalmente (curadoexclusivo con UV) con grupos funcionales meta-crilato. Empleando un fotoiniciador estándar selogra el curado vía radicalaria del adhesivo.

6.4.1.4 Ventajas de las siliconas

La siliconas una vez curadas presentan lassiguientes ventajas:

.Buena adhesividad y sellado sobre una ampliavariedad de sustratos.

.Permanecen flexibles entre –55ºC y 250ºC,aunque hay formulaciones que llegan asoportar hasta 350ºC en picos.

.Buena durabilidad. Son resistentes a la hume-dad, el ozono y la radiación UV.

.Propiedades dieléctricas destacadas.

6.4.1.5 Desventajas de las siliconas


.No son pintables.

.Las siliconas acéticas producen un olor pene-trante. Sin embargo, las siliconas alcoxi y lasoxímicas presentan olores suaves.

.En general baja resistencia a aceites calientes,combustibles y productos clorados.

6.4.1.6 Aplicaciones de las siliconas

Se suelen emplear en muy diversas aplicacio-nes, como adhesivos y selladores industriales y enla construcción:

.Adhesión y sellado de componentes mecáni-cos y electrónicos.

.Adhesión de gomas y tubos flexibles.

.Adhesión y sellado en electrodomésticos.

141


Fig.6.40: Prepolímeros de silicona más usuales:i) Polímero de silicona (polidimetilsiloxano); ii)Grupos funcionales terminales (Y).

.Adhesión y sellado en la industria de la refri-geración.

.Sellado y encapsulado de elementos eléctricos(siliconas neutras).

.Recubrimiento de cintas transportadoras.

.Revestimiento de paneles metálicos para laindustria de la construcción.

.Adhesión de vidrio (cerrajería y celosías).

.Adhesión y sellado de aplicaciones químicas.

.Sellado y juntas en la industria de la automo-ción.

6.4.2 Los poliuretanos


Los poliuretanos son polímeros basados en laquímica del isocianato. A menudo la denomina-ción “poliuretano” es incorrecta, ya que sólo unapequeña fracción de los enlaces son verdaderosgrupos uretano. Son el resultado de la reacción deun isocianato con agua, o con un poliol o unaamina en el caso de los poliuretanos bicomponen-tes.

6.4.2.2 Composición de los poliuretanos

Los poliuretanos monocomponentes contienenlos siguientes componentes:

.Prepolímero, en base a polioles iso-taponados

.Cargas (negro de carbón, sílices, talco, carbo-nato de calcio) y pigmentos

.Plastificantes

.Agentes de entrecruzamiento (MDI, TDI)

.Catalizadores

Los poliuretanos bicomponentes contienen lossiguientes componentes en su formulación:

.Parte A:.Prepolímero, en base a polioles.Cargas (negro de carbón, sílices, talco, car-bonato de calcio) y pigmentos

.Plastificantes

.Catalizadores.Parte B:

.Agentes de entrecruzamiento (MDI, TDI)

.Pigmentos, para diferenciar los componen-tes.

Los isocianatos empleados pertenecen a dosgrupos fundamentales: aromáticos (por ejemplo,MDI) y alifáticos (por ejemplo, TDI). Dentro delos aromáticos el MDI se emplea generalmentepara poliuretanos de alto módulo, mientras el TDIes especialmente útil para formulaciones de bajomódulo. Los isocianatos alifáticos son en generalmás estables frente a la radiación UV.

Los poliuretanos normalmente se preparanhaciendo reaccionar los isocianatos con poliolespara producir pre-polímeros de uretano.

La alta polaridad de los pre-polímeros de ureta-no proporciona buenas características adhesivas,aunque incrementa apreciablemente la viscosidaddel adhesivo, especialmente a bajas temperaturas.Sin embargo, la formulación de los adhesivos depoliuretano no permiten incluir promotores de laadhesión, por lo que se debe acudir al uso deimprimaciones para mejorar la durabilidad de lasadhesiones.

Los catalizadores aceleran la velocidad de cura-do y alteran el orden de reactividad de los isocia-natos alifáticos y aromáticos. Son, generalmente,organometálicos (de estaño, mercurio, hierro-cobalto, zinc-bismuto) o aminas terciarias.

142


Fig.6.41:Reacción depreparación delos prepolímerosde uretano paraadhesivos depoliuretano.

Fig.6.42: Fórmula del MDI.

6.4.2.3 Mecanismo de curado de los poliureta-nos

Los poliuretanos monocomponentes reaccionancon la humedad atmosférica para generar un cau-cho elastómero. Al igual que en el caso de las sili-conas, la reacción de polimerización ocurre desdeel exterior del cordón hacia el interior, lo cualvuelve a limitar el ancho de cordón utilizado ade-más de alargar los tiempos de curado.

La combinación entre prepolímeros de uretanoe isocianatos genera un olor característico de lospoliuretanos. La reacción de curado es relativa-mente lenta, dando lugar a tiempos de formaciónde piel de alrededor de una hora.

Por el contrario, los poliuretanos bicomponen-tes polimerizan como resultado de la reacción delos isocianatos con los correspondientes polioles oaminas en toda la masa de la junta adhesiva. Estoelimina las limitaciones de holgura de curado ypermite velocidades de curado muy superiores.

6.4.2.4 Las imprimaciones para los poliureta-nos

Los poliuretanos estructurales, de alto módulo,presentan problemas de estabilidad cuando seincorpora a su formulación promotores de la adhe-sión, lo cual obliga al uso de imprimaciones quecontienen isocianatos y silanos, y que ejercen lafunción de interfase entre el adhesivo y el sustra-to. El uso del imprimador mejora la adhesiónsobre vidrio, aluminio y algunos plásticos, ade-más de incrementar enormemente la vida de laadhesión.

Los imprimadores para poliuretanos tienen unafunción múltiple, dependiente del material quequeremos adherir. Sus funciones son las siguien-tes:

1.Inhibición y barrera química. Existen deter-minados materiales sobre los cuales es impo-sible asegurar una limpieza adecuada. Porejemplo, en algunos tipos de maderas noblesexiste un proceso constante de desprendi-

miento de resinas. Como consecuencia, aun-que la superficie haya sido limpiada de formamuy exhaustiva, siempre aflorará una capacontaminante a la superficie. Por ello es pre-ciso aplicar una capa de imprimación queejerza la función de barrera química entre elmaterial y el adhesivo que aplicaremos pos-teriormente.

2.Activación superficial. La imprimación per-mite una adhesión específica del adhesivocon el sustrato, puesto que contiene en su for-mulación prepolímeros que activan química-mente el sustrato. Esta característica es devital importancia para asegurar la durabilidadde las adhesiones.

3.Protección. Es importante sólo para la adhe-sión de sustratos transparentes. La radiaciónultravioleta de la luz solar puede dañar lasadhesiones realizadas con poliuretano. Paraevitar este efecto perjudicial se aplicanimprimaciones opacas (negras) sobre los sus-tratos transparentes, evitando de esta formala llegada de la luz solar a la zona de adhe-sión.

4.Control de calidad. En series productivas esmuy difícil controlar la calidad de limpiezade los sustratos. Por este motivo en muchas

143


Fig.6.43:Reacción decurado porentrecruzamientoen presencia dehumedad de lospoliuretanos. i)Generación deun ácidocarbámico; ii)Reacción delácido carbámicocon otroprepolímero deuretano.

ocasiones se aplica una imprimación sobresustratos que teóricamente no lo requieren.Incluso a menudo se acude a imprimacionesnegras para localizar y verificar su aplicaciónen la misma línea productiva.

6.4.2.5 Ventajas de los poliuretanos

Los poliuretanos presentan las siguientes venta-jas:

.Sellan un amplio rango de sustratos.

.Permanecen flexibles entre -40ºC y 80ºC.

.Buena resistencia a los productos químicos.

.El adhesivo aplicado se puede pintar.

.Producen olores muy suaves debidos al propioprepolímero de uretano. Los subproductosgenerados durante el curado no son olorosos(dióxido de carbono).

.Presentan fenómenos de histéresis que puedenaprovecharse en la amortiguación de ruidos,vibraciones, etc.

6.4.2.6 Desventajas de los poliuretanos

Algunas desventajas son las que siguen:

.Problemas de seguridad e higiene relacionadoscon los isocianatos, cuando se aplica calorsobre el adhesivo sin polimerizar. No obstan-te, los poliuretanos, una vez curados, contie-nen concentraciones extremadamente bajasde isocianato sin reaccionar.

.Precisan imprimaciones para realizar unionesestructurales.

.Resistencia pobre a la radiación UV.

6.4.2.7 Aplicaciones de los poliuretanos

Podemos resumir las aplicaciones de los poliu-retanos en los siguientes apartados:

.Construcción y reparación.

.Transporte y automoción.

.Ingeniería mecánica y montaje de máquinas.

.Electromecánica.

.Construcción y reparación de remolques.

.Construcción de contenedores.

.Construcción de puertas y ventanas.

.Construcción naval.

.Aparatos electrodomésticos.

.Sistemas de ventilación.

6.4.3 Los silanos modificados


Los silanos modificados fueron descubiertos enJapón hace más de dos décadas. Su uso comoselladores y adhesivos elásticos ha crecido deforma espectacular hasta llegar a consumos delorden de las siliconas o los poliuretanos y con unatendencia de crecimiento superior a éstos.

6.4.3.2 Composición de los silanos modificados

Los silanos modificados responden a la siguien-te composición típica:

.Polímero de silano modificado: son poliéteresterminados con grupos siloxanos

.Cargas y pigmentos

.Plastificantes

.Catalizadores

.Promotores de la adhesión

.Antioxidantes y absorbentes de la luz UV

6.4.3.3 Mecanismo de curado de los silanosmodificados

La reacción de polimerización de los silanos

144


Fig.6.44: Prepolímero de silano modificado.

modificados sucede a través de los grupos siloxa-no terminales, iniciada por la humedad ambientalo la adición de segundo componente. Como sub-producto de reacción se genera metanol en bajaconcentración, lo que minimiza los olores. Comopara siliconas y poliuretanos monocomponentes,la reacción ocurre desde el exterior del cordónhacia el interior, lo cual vuelve a limitar el anchode cordón utilizado además de alargar los tiemposde curado.

Como ya se ha comentado para otros adhesivosflexibles monocomponentes, la velocidad de for-mación de piel viene determinada por la velocidadde la reacción de entrecruzamiento. En los silanosmodificados la formación de piel tiene lugar entrelos 10 y los 30 minutos posteriores a su aplica-ción. Sin embargo, la velocidad de curado en pro-fundidad viene controlada por la difusión del aguaal interior del material, es decir, depende de latemperatura y la humedad. Se logran profundida-des de curado que oscilan entre los 6 y los12 milí-metros.

Por el contrario, los silanos modificados bicom-ponentes polimerizan como resultado de la reac-ción de los dos componentes en toda la masa de lajunta adhesiva. Esto elimina las limitaciones deholgura de curado y permite velocidades de cura-do final muy superiores.

A diferencia de los poliuretanos, los silanosmodificados permiten incluir agentes promotoresde la adhesión en su formulación. Esto, unido conla polaridad del polímero, permite una gran adhe-sión sobre sustratos muy variados, incluyendopolímeros y vidrio.

6.4.3.4 Ventajas de los silanos modificados

Los silanos modificados presentan las siguien-tes ventajas:

. Buena adhesividad y sellado sobre una ampliavariedad de sustratos, incluyendo la ampliamayoría de los polímeros.

. Presentan viscosidades bajas antes del curado,lo cual facilita su dosificación.

.Presentan un buena capacidad de relleno deholguras y capacidad de sellado.

.Permanecen flexibles entre -40ºC y 100ºC.

.Buena resistencia a los productos químicos.

.Buena resistencia a la radiación UV.

.El adhesivo aplicado se puede pintar.

.Producen subproductos de bajo olor (metanol).

6.4.3.5 Desventajas de los silanos modificados

Algunas desventajas son las que siguen:

.Inhiben el curado de los poliuretanos debido aque generan metanol durante su curado.

6.4.3.6 Aplicaciones de los silanos modificados

Podemos resumir las aplicaciones de los silanosmodificados en los siguientes apartados:

.Transporte y automoción.

145


Fig.6.45: Etapasde curado de lossilanosmodificadosmonocomponentes:i) Liberación de losgrupos extremos;ii)Entrecruzamientode losprepolímeros.

.Industria de la construcción.

.Revestimiento de paneles metálicos para laindustria de la construcción.

.Sellado de paneles de cemento y sellado demarcos.

.Sellado de paneles de aluminio, acero, piedra,materiales compuestos y cerámicas en apli-caciones exteriores.

.Sellado de azulejos para aplicaciones diversas.

.Electromecánica.

.Construcción y reparación de remolques.

.Construcción de contenedores.

.Construcción de puertas y ventanas.

.Construcción de maquinaria agrícola.

.Aparatos electrodomésticos.

.Sistemas de ventilación.

146


7.1 Tecnologías anaeróbicas (Francisco Val le7.1 Tecnologías anaeróbicas (Francisco Val leFonck, Loct i te España y Juan José LesmesFonck, Loct i te España y Juan José LesmesCelorrio, Loct i te España)Celorrio, Loct i te España)

7.1.1 Fijación y sellado de elementos roscados


Aproximadamente el 50% del tiempo de trabajoen una línea de fabricación se emplea en la reali-zación de operaciones de ensamblaje, bien seamediante pasadores, tuercas y tornillos, espárra-gos o remaches. El coste total de estas operacio-nes de ensamblaje se ve aumentado en el caso deque sea necesario el reapriete de las uniones ator-nilladas para asegurar una correcta precarga o enel caso de reparaciones de uniones atornilladas.Sólo el 5% del coste total corresponde a los ele-mentos físicos involucrados (tuerca y tornillo),mientras que el 95% restante corresponde a gastosde inventario, operaciones de montaje y tiempo deinstalación.

La reducción de los costes derivados de la insta-lación de uniones atornilladas se dirigen a tresáreas fundamentalmente:

.Uso de elementos normalizados para reducirlos stocks.

.Optimización del número de elementos pre-sentes en una unión atornillada.

.Realización de uniones más fiables reduciendoel coste de garantía.

Asimismo, las uniones atornilladas puedenfallar, con las consecuencias negativas que estopuede producir sobre el producto final. Las causasde fallo de las uniones atornilladas son:

.Rotura

.Relajación

.Autoaflojamiento

Sobre las dos primeras hay extensa literatura enla que se dan métodos teóricos y experimentalespara evitar el fallo de los tornillos por rotura orelajación en función de las dimensiones y losmateriales usados en los mismos. Sin embargo losmétodos tradicionales no han sido capaces de daruna respuesta satisfactoria al problema del fallopor autoaflojamiento.

El uso de productos adhesivos para evitar elfallo por autoaflojamiento se ha extendido entodos los sectores industriales a lo largo de losúltimos 40 años desde el descubrimiento de losadhesivos anaeróbicos, siendo el método que dalos resultados más fiables.

7.1.1.2 Teoría de los montajes roscados: rela-ción par de montaje/precarga

Uno de los factores más importantes dentro deuna unión atornillada es la fuerza de precarga quese quiere mantener entre los elementos ensambla-dos mediante dicha unión. La fuerza de precargaestá directamente relacionada con el par de aprie-te que se aplica sobre el montaje. Para un mejorestudio de la relación entre el par de apriete y laprecarga obtenida se utiliza la analogía entre un

147


TEMA 7:TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON LOS ADHESIVOS Y LOS

SELLADORES(Francisco Javier Valle Fonck, Loctite España; Juan José Lesmes Celorrio, Loctite España;Mario Madrid Vega, Loctite España; Francisco López Martín, ETSIN de Madrid; Rafael

González Díaz, EUITA de Madrid y Eva Royuela Prieto, Loctite España)

Fig.7.1:Distribuciónde esfuerzos

en una uniónatornilladadurante el

montaje.

montaje roscado y un plano inclinado.

Si se desenrolla la rosca de un tornillo se obtie-ne un plano inclinado de ángulo α (ángulo de larosca), se puede asumir la tuerca como un cuerposituado sobre dicho plano cuyo peso (F) sería lafuerza de precarga que se obtiene en el montaje

Considerando el equilibrio que se produce en ladirección del plano inclinado, la relación entre elpar de apriete y la fuerza de precarga conseguidaes:

T= [(µ + tg α) . Dp

+ µb . Db]. F

Donde:

T = Par de aprieteF = Fuerza de precargaµ = Coeficiente de fricción en la roscaµb= Coeficiente de rozamiento por desliza-

miento planoα = Ángulo de la roscaDp= Diámetro medio de la roscaDb= Diámetro medio de la zona de contacto

entre la cabeza del tornillo y la brida a asegu-rar (zona de rozamiento plano).

Para el cálculo de esta expresión se ha supuestoque la rosca es de sección plana y no se ha consi-derado el factor Tsenα en la dirección normal,para simplificar la expresión matemática.

La expresión anterior pone de manifiesto algu-nos aspectos importantes a considerar en las unio-nes roscadas:

1)Cuanto menor sea el ángulo ( menor es el parde apriete necesario para conseguir el mismonivel de precarga. Por tanto, las roscas finasnecesitan niveles de par de apriete inferiores.

2)El coeficiente de rozamiento en la rosca y enla zona de rozamiento plano afectan directa-mente al par de apriete a aplicar.

Porcentualmente, el 40% del par de apriete seemplea en vencer el rozamiento en la rosca, el50% en vencer el rozamiento plano entre la tuercay la brida y sólo el 10% del par se emplea en obte-ner la fuerza de precarga. Como se puede ver, elrozamiento es el factor clave en las uniones ator-nilladas.

Teniendo en cuenta el ángulo del flanco de larosca (β), que en roscas métricas es de 60º, y elfactor normal a la superficie del plano inclinadoque incorpora el par de apriete, la expresión querelaciona el par de apriete con la precarga obteni-da sería:

T= [( + tg α ).Dp

+ µb. Db] .F

Donde β es el ángulo del flanco de la rosca.

Si expresamos el par en función del diámetronominal (Dn) de los tornillos, podemos simplificarla expresión anterior de la forma:

T = K·Dn·F

El coeficiente K es un factor de lubricación quetiene en cuenta los coeficientes de rozamientoplano y de rozamiento de la rosca, así como aspec-tos geométricos de la misma. Experimentalmente,el factor de lubricación K, que no tiene que con-fundirse con el coeficiente de rozamiento, tiene unvalor aproximado de 0,2.

En cada caso, el factor K debe determinarseexperimentalmente para cada par tornillo-tuerca.Una vez que éste ha sido determinado, puedeusarse en pares tornillo-tuerca de los mismos

148

TECNOLOGÍAS RELACIONADAS CON LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES

2 2

2

µ

cosβ/22µ1-

cosβ/2

Fig.7.2: Efecto de las vibraciones sobre el parde rozamiento.

materiales pero con distintos diámetros. Estadeterminación del coeficiente K no es exacta ytiene variaciones de hasta un ±20% en distintospares tornillo-tuerca de los mismos materiales eidéntico diámetro. El uso de agentes lubricantes oelementos de fijación reduce la variabilidad delcoeficiente K.

En una curva par-fuerza de precarga, la pen-diente es K·D , por lo que, al ser D constante paraun tornillo podemos asimilar la variabilidad de lapendiente a la variabilidad del coeficiente K.

Es evidente que la reducción de los coeficientesde rozamiento, tanto el de la rosca como el que seproduce en cabeza, permite alcanzar la fuerza deprecarga deseada con un menor par de apriete.Tradicionalmente se han usado pastas lubricantesantigripantes con una doble función:

Reducir el coeficiente de rozamiento existentedurante el montaje, tanto en valor absoluto, comoreduciendo la variabilidad que en el mismo se pro-duce entre conjuntos tornillo-tuerca similares.Esta baja variabilidad en los coeficientes de roza-miento que se produce en los distintos montajespermite definir de forma exacta el par de apriete aaplicar, sabiendo que la fuerza de precarga conse-guida se encuentra dentro de unos límites admisi-bles fijados previamente.

Proteger el montaje atornillado frente a la corro-sión externa, incluso a altas temperaturas, y pre-venir el gripado de los tornillos y sus posiblesconsecuencias.

El uso de pastas antigripantes garantiza la rever-sibilidad del montaje roscado incluso a muy altastemperaturas, evitando las soldaduras y agarrota-mientos entre tornillo y rosca o alojamiento. Estefenómeno de gripado produce efectos sumamenteperjudiciales en los montajes roscados, pudiendollevar en algunos casos a la rotura del tornillodurante el desmontaje.

7.1.1.3 Par de desmontaje

Realizando el mismo análisis visto en el casoanterior, usando la analogía del plano inclinado,en el proceso de desmontaje de una unión atorni-llada sometida a una fuerza de precarga F, se apre-cia que el par de desmontaje es menor que el par

de montaje aplicado en la misma unión sin másque comparar las expresiones matemáticas que losdefinen.

T= [(µ - tg α) . Dp

+ µb . Db]. F

Al igual que en el caso anterior no se ha tenidoen cuenta el término Tsenα para simplificar el des-arrollo matemático, y el cálculo se refiere a unarosca plana.

En el caso del desmontaje se observa que existeun factor que favorece el mismo, debido al efectode la fuerza F·senα. Dicho término se conoce porel nombre de par de autoaflojamiento, y suexpresión es:

Ta= tg α . Dp

. F

En el caso que existiese un contacto perfectoentre el tornillo y la tuerca y no hubiera rozamien-to entre ambos, el par de autoaflojamiento forzaríael desmontaje de la unión atornillada por efecto dela tensión de precarga.

En condiciones normales el par de autoafloja-miento se ve compensado por el par resistenteaportado por el rozamiento en cabeza y el roza-miento en la rosca. Como se ve, el rozamientovuelve a jugar un papel fundamental para mante-ner la fuerza de precarga de las partes a unir.

El par de desmontaje que se obtiene en la prác-tica suele ser del orden de un 15-20% inferior alpar de montaje aplicado como consecuencia delefecto del par de autoaflojamiento. En el caso deuniones a altas temperaturas, no obstante, el parde desmontaje puede superar al de montaje debidoal gripado del tornillo. La eficacia de las pastasantigripantes destinadas a evitar este efecto se

149


2 2

2

Fig.7.3:Distribución deesfuerzos en unauniónatornilladadurante eldesmontaje.

mide calentando uniones roscadas de elementosnormalizados de acero dulce a 450 ºC y de aceroinoxidable a 750ºC apretadas a 80 Nm, y midien-do el par de desmontaje que suele situarse entre 90y 100 Nm dependiendo de la pasta empleada.Algunas de estas pastas suelen mantener su efica-cia hasta temperaturas que rondan los 1100ºC.

7.1.1.4 Autoaflojamiento

Al hablar del par de desmontaje ya hemos men-cionado el efecto del par de autoaflojamiento. Lapregunta que en seguida se plantea es la siguiente:en una situación de equilibrio, ¿qué sucede si poralguna razón desaparece el rozamiento en la roscay en cabeza?. La respuesta es muy simple, launión atornillada se autoafloja perdiendo fuerzade precarga.

El autoaflojamiento es uno de los principalesproblemas que se plantean en las uniones atorni-lladas sometidas a cargas dinámicas. A lo largo delos años se han buscado numerosas solucionespara intentar resolver este problema con una efec-tividad relativa. Arandelas elásticas, tuercas auto-blocantes, contratuercas, anillos de Nylon. todosestos métodos buscan incrementar de una forma uotra la superficie existente para aumentar la fuer-za de rozamiento, pero ninguno de ellos ataca elproblema allí donde se produce: en la zona decontacto entre las roscas de tuerca y tornillo.

Las fuerzas dinámicas anulan las fuerzas derozamiento en la rosca al liberar parte o toda lafuerza de precarga existente. De esta forma, lafuerza normal al plano inclinado disminuye suvalor y las fuerzas de rozamiento en la rosca y encabeza se reducen también en la misma medida.

El uso de fijadores adhesivos anaeróbicos per-mite solucionar de forma efectiva el problema delautoaflojamiento. Los adhesivos anaeróbicos sonproductos que necesitan ausencia de oxígeno y lapresencia de iones metálicos para polimerizar for-mando un plástico duro. Ambas condiciones secumplen en las uniones roscadas más comunes.Una vez montado el tornillo, el adhesivo polime-riza solidificando y rellenando toda la holguraexistente entre las roscas de tuerca y tornillo. Eladhesivo solidificado favorece el comportamientofrente al autoaflojamiento ya que:

150


Fig.7.4:Máquina devibración porimpacto lateral,para ensayosacelerados deaflojamiento deunionesroscadas.

Fig.7.5: Resultados de ensayos acelerados devibración para diferentes zonas roscadas. Sepuede observar la caída de par que experimentanmuchas de las soluciones habitualmenteempleadas para evitar el autoaflojamiento deestos elementos.

Fig.7.6: Funcionamiento del producto anaeróbicoen una unión atornillada.

.Elimina la posibilidad de movimiento relativoen dirección axial entre la tuerca y el tornilloal rellenar la holgura existente entre ambos.

.Rellena las irregularidades superficiales exis-tentes en la zona de contacto y aumenta elrozamiento al producirse su enclavamientoen las mismas.

.Aumenta el coeficiente de rozamiento existen-te al sumar, al propio de la unión debido alcontacto entre los flancos, la fuerza necesariapara la ruptura del adhesivo.

Además de las ventajas evidentes que presentael uso de fijadores anaeróbicos para evitar el auto-aflojamiento de los tornillos, estos productos pre-sentan ventajas adicionales que, en algunos casos,pueden llegar a ser determinantes. Entre otras sepueden destacar:

.Par de desmontaje controlado en función delgrado de resistencia del producto usado.

.Sellado de la unión roscada.

.Protección contra la corrosión de la unión ator-nillada.

.Reducción de costes frente a los métodos tra-dicionales para evitar el autoaflojamiento.

.Factor de lubricación K similar al de los pro-ductos lubricantes usuales en los montajesatornillados y con la misma variabilidad.

7.1.1.5 Control del par de desmontaje con pro-ductos anaeróbicos

Existen distintos grados comerciales de produc-tos anaeróbicos para la fijación y sellado de ros-cas. Dichos grados se clasifican en función de laresistencia que presentan y así existen fijadores debaja, media y alta resistencia. Es importante resal-tar que todos ellos tienen la misma capacidad paraevitar el autoaflojamiento del montaje. La diferen-cia entre los distintos grados reside en el par dedesmontaje necesario.

Representando el par de montaje aplicado fren-te al par de desmontaje necesario para los distintosgrados de fijadores aplicados sobre tornillos simi-lares tal y como se hace en la siguiente figura, seaprecia claramente la diferencia.

Para un par de montaje dado (por ejemplo 20Nm) el par de desmontaje es de aproximadamenteel 80% (16 Nm) sin adhesivo, aplicando un adhe-

sivo de baja resistencia el par de desmontaje es de35 Nm, y para un adhesivo de alta resistencia de45 Nm.

Por tanto el uso de fijadores anaeróbicos permi-te controlar la cuantía del par de desmontaje enfunción de las necesidades del montaje.

7.1.1.6 Atornillado de bridas con juntas

Una de las aplicaciones más representativas delas uniones roscadas es el atornillado de bridascon juntas. El diseño de juntas merece de por sí untratamiento especial. No obstante, uno de los pun-tos más importantes que se deben tener en cuentaes el número, disposición y tipo de tornillo usadopara sujetar la brida y los esfuerzos a los que esostornillos están sometidos.

Al apretar el tornillo de una brida con una fuer-za de precarga Fv el tornillo sufre una elongación

151


Fig.7.7: Efectode laresistencia delfijador sobre elpar dedesmontaje.

Fig.7.8:Esfuerzos sobreel tornillo enuna brida.

que, según la ley de Hooke, es proporcional a latensión a la que se ve sometido. Análogamente, labrida sufre una deformación proporcional a lafuerza de compresión ejercida. Llamando δs alalargamiento del tornillo y δf al acortamiento de labrida podemos representar el equilibrio alcanzadoen el mismo diagrama de fuerza-deformación.

Si, por efecto de un agente externo bien estático,bien dinámico se produce una carga externa en launión de valor Fb, el tornillo se verá sobretensio-nado y aumentará su deformación en ∆δ respectoa δs, mientras que la deformación en la brida dis-minuirá en la misma cantidad. El tornillo se verátensionado con una fuerza Fmáx y la compresiónde la brida disminuirá hasta un valor Ff tal y comose puede ver en la figura anterior.

Por semejanza de triángulos se deduce que larelación entre fuerzas es la siguiente.

F = C k =

δ f =

1 =

1

Donde:

F = Fmáx - Fv

Cs: Rigidez del tornillo. Cs=As . Es

Cf: Rigidez de la brida. Cf = Af . Ef

El aumento de esfuerzo a que se ve sometido el

tornillo (F) depende de la rigidez tanto del tornillocomo de la brida. Por tanto, cuanto menor sea larigidez de la brida menor será dicho aumento defuerza.

Como se puede apreciar en la siguiente figura,cuanto menos se deforme la brida (mayor sea surigidez) menor será la sobretensión aplicada en eltornillo debido a un esfuerzo exterior. Esta es elmotivo por el cual el uso de productos anaeróbi-cos como formadores de juntas es más favorableque el empleo de juntas sólidas de papel o corcho.Estos productos generan bridas rígidas al produ-cirse un contacto metal-metal, y eliminar la inter-posición de un elemento poco rígido como puedeser el corcho.

Considerando también la pérdida de fuerza detensado previo debido al asentamiento de los flan-cos de tuerca y tornillo que provoca una disminu-ción en el alargamiento del tornillo (∆Fv), comose ve en la figura anterior, la fuerza de tensadoprevio que hay que aplicar al tornillo para garanti-zar una fuerza mínima en la brida Ff será:

Fvo = Ff + Fb·(1-Ck) + ∆Fv,

En donde:

C k = δ f

= 1

= 1

152


δf + δsFb δsδf

1 CfCs

1

δf + δs δsδf

1 CfCs

1

Lf

Ls

Fig.7.9:Sobretensióndebida a unesfuerzo externoFb.

Fig.7.10: Efecto de juntas de baja rigidez sobrela fuerza máxima que sufre el tornillo.

con:

Cs: Rigidez del tornillo. Cs=As . Es

Cf: Rigidez de la brida. Cf=A f . E f

La expresión anterior permite calcular la fuerzade precarga a la que se debe tensionar el tornillopara que, en presencia de una fuerza exterior Fb, lafuerza de compresión en la brida se mantenga,como mínimo, en un valor F f .

7.1.1.7 Sellado de roscas

Los selladores de roscas evitan las fugas degases y líquidos en las uniones de tuberías. Todasestas uniones se consideran «dinámicas» debido alas vibraciones y a los cambios de presión o tem-peratura.

En el mercado se encuentran diferentes tipos deroscas:

1.Rosca cónica de tubería estándar americana,a veces denominada NPT (National PipeThread) o rosca cónica.

2.Tipo europeo, hembra paralela y macho cóni-co.

3.Estándar americana de sellado en seco. Estetipo tiene la misma forma general que las

roscas cónicas pero con el cono truncado.4.Roscas rectas según normas europeas y ame-

ricanas - métricas o SAE.

7.1.1.8 Sistemas de sellado de roscas

Existen varios sistemas para el sellado de ros-cas:

Las lacas selladoras sin curado para tuberíases uno de los métodos más antiguos de sellar lasvías de fuga en espiral de las uniones roscadas.Son pastas compuestas de aceites y cargas derelleno. Lubrican las uniones y obturan las roscassin aportar fijación. Sin embargo, pueden fluirbajo presión, tienen una baja resistencia a losdisolventes y no funcionan en roscas paralelas.

Las lacas selladoras para tuberías con basedisolvente son también un método antiguo desellar las uniones roscadas. Aportan lubricación yobturan las holguras, aunque fluyen con menosfacilidad. Pero se contraen durante el curado al

153


Lf

Ls

Fig.7.11: Efecto del asentamiento entre losflancos de tuerca y tornillo.

Fig.7.12: Tiposde roscasexistentes en elmercado.

evaporarse los disolventes. Para minimizar loshuecos, es necesario volver a apretar las uniones.Fijan por fricción.

Las cintas de PTFE (politetrafluoetileno), delas cuáles la más conocida es la cinta Teflon®,dan un buen sellado inicial y resisten los ataquesquímicos. El PTFE es el único sellador orgánicopermitido para el oxígeno gaseoso. Actúa comolubricante y resiste los disolventes, pero lubricatambién en la dirección de desmontaje, permitien-do que las uniones se aflojen. Las cargas dinámi-cas pueden acelerar la deformación permanente,provocando fugas con el tiempo. El efecto lubri-cante puede dar como resultado un apriete excesi-vo, añadiendo tensión o causando una rotura. Lascintas de PTFE suelen evitarse en los sistemashidráulicos debido a su desmenuzamiento, quepuede obstruir orificios y provocar graves proble-mas de mantenimiento.

El metal elástico, aunque no es, en realidad, un«sellador», los diseñadores suelen especificaruniones de sellado en seco que teóricamente norequieren un sellador. El diseño es efectivo enuniones mecanizadas cuidadosamente. Sin embar-go, hay que destacar los altos costes de mecaniza-ción y tolerancias difíciles de mantener.

Los selladores anaeróbicos curan convirtién-dose en un polímero tenaz e insoluble, que rellenalas roscas y evita las fugas independientemente dela presión o del par aplicado. Lubrican durante elmontaje, sellan independientemente del par demontaje hasta el valor límite de rotura de la tube-ría y proporcionan un par de desmontaje controla-do, incluso años después. Por su carácter anaeró-bico, no curan fuera de la unión, siendo fáciles delimpiar. No obstante, es necesario saber que nosirven para sellar oxígeno y agentes fuertementeoxidantes, no sirven para sellar a temperaturas

superiores a 200°C y no está recomendado su usoen tuberías de diámetro superior a M80 (R3”).

Un novísimo desarrollo es el hilo de sellado.Este material consiste en hebras de poliamidaimpregnadas con una silicona hidrófuga. Una vezaplicado sobre las rosca permite el sellado porcompresión frente a fluidos como el agua fría ycaliente o los gases. Debido a su constitución, per-mite un considerable reposicionamiento de laspiezas roscadas. Por su rendimiento y facilidad deaplicación se piensa que va a revolucionar el mer-cado de los selladores de roscas.

7.1.1.9 Factores a considerar para el sellado deroscas

Los muchos factores que afectan a las unionesde tuberías durante su vida útil deben conocerse ycomprenderse durante la fase de diseño, en elmomento de escoger los selladores. Esta eleccióndebe basarse en criterios de fiabilidad y calidad alargo plazo. Ya no es aceptable que el equipotenga fugas de aceite o de cualquier otra sustancia.Las tuberías deben permanecer sin fugas bajo lasvibraciones más severas, los ataques químicos, elcalor o los aumentos bruscos de presión.

Hasta en las uniones roscadas de tuberíascorrectamente mecanizadas y montadas existenvías de fuga. También existen éstas en las irregu-laridades superficiales de los flancos de la rosca.Esto requiere que el sellador presente una mojabi-lidad suficiente para copiar perfectamente lassuperficies de la rosca. El tamaño es otro factor atener en cuenta: un sellador diseñado para unionesde 8 mm de diámetro puede no funcionar conuniones de 80 mm.

Muchos materiales de sellado no llenan comple-tamente el espacio interior de las roscas. Sólosellan porque el pretensado es tan alto en los flan-cos de la rosca que los materiales se comprimencubriendo las irregularidades superficiales.Funcionan cuando se mantienen de manera cons-tante bajo una alta compresión. Sin embargo, enaplicaciones dinámicas suele ser imposible conse-guir o mantener el pretensado necesario. Existentres razones para ello:

.Con frecuencia, las uniones de las tuberías seaflojan para conseguir alineamientos espe-

154


Fig.7.13: Losselladoresanaeróbicos sellanindependientementedel par de apriete.

ciales para curvaturas, codos o elementos demedida, renunciando al pretensado correcto.

.La vibración puede provocar que los flancosde la rosca se desgasten hasta el punto deaflojarse. Las conexiones flexibles, talescomo los manguitos hidráulicos, son espe-cialmente vulnerables.

.El movimiento relativo puede forzar la expul-sión de las cintas selladoras.

Los selladores anaeróbicos llenan completa-mente los huecos para crear un sellado. La elec-ción del sellador correcto aporta la resistenciasuficiente para eliminar el movimiento relativo dela unión y evitar así la causa de la mayoría de lasfugas.

Los selladores de roscas anaeróbicos son rápi-dos, limpios y fáciles de aplicar directamentedesde los envases o los dosificadores. Al montarconexiones paralelas o cónicas, el sellador debeaplicarse a ambos componentes, macho y hembra.Los productos anaeróbicos llenan completamentelas roscas, con lo que el pretensado de las unionesresulta menos crítico.

Los selladores anaeróbicos también facilitan eldesmontaje en futuras operaciones de manteni-miento, ya que las uniones de tuberías no se corro-en ni se agarrotan. Las roscas rellenas de adhesivoanaeróbico evitan la entrada de humedad o de pro-ductos químicos corrosivos.

7.1.2 Retención de montajes cilíndricos


El término “retención” se utiliza para describircualquier situación donde deban mantenerse jun-tos componentes de montaje cilíndrico coaxiales.Los métodos tradicionales de retención mecánicason:

.Tornillos de fijación

.Pasadores de seguridad

.Resortes circulares

.Chavetas y chaveteros

.Estriados

.Montajes por interferencia

.Soldadura

Uno de los métodos más básicos para sujeciónde poleas y ruedas a los ejes, es el uso de tornillosde fijación . Este método confía en un efecto deapriete muy localizado, y en consecuencia estálimitado a cargas relativamente ligeras y tiende aaflojarse bajo vibraciones. Los pasadores deseguridad pueden proporcionar capacidades decarga más altas pero necesitan una alineación pre-cisa de las piezas. Los resortes circulares propor-cionan únicamente resistencia a la sujeción axial.Todos estos métodos crean concentraciones detensión alta localizadas en la junta, y requieren deuna mecanización extra e inventario de piezas.Ofrecen la ventaja de un desmontaje fácil. Lospasadores de seguridad se pueden utilizar tambiénpara proporcionar protección a los operarios deequipos, ya que fallan a un determinado grado detensión.

En la retención de poleas y engranajes se pue-den utilizar tanto las chavetas de media lunacomo las cónicas, donde deben transmitirse paresmás considerables. La desventaja estriba en lanecesidad de una mecanización de gran precisióny costosa de las chavetas y chaveteros. Los ejesque se extralimitan de tamaño requieren normal-mente grandes concentraciones de tensión alrede-dor del chavetero. Pueden darse también el afloja-miento y el desgaste por movimientos relativos.

Los estriados normalmente se recomiendancuando han de transmitirse cargas torsionales muyaltas. Tienen así mismo muchos de los inconve-nientes de los chaveteros, aunque son considera-blemente más caros de mecanizar.

155


Fig.7.14:Esquema de una

chaveta ychavetero.

Los montajes por interferencia pueden trans-mitir cargas relativamente altas, tanto axialescomo torsionales, por medio de fuerzas de fric-ción que se crean cuando existe alta presión porcontacto entre las superficies coincidentes. Estapresión de contacto se crea por la existencia deuna interferencia mecánica entre las piezas coinci-dentes, ej. el diámetro externo de la pieza machoes ligeramente más grande que el diámetro internode la pieza hembra. Cuanto más alta sea la presiónde contacto, más alta será la resistencia de lajunta. Existen diferentes categorías de montajespor interferencia:

.Montaje a presión: las piezas se fuerzan parajuntarse a temperatura ambiente.

.Montaje por contracción en caliente: bienpor enfriamiento del componente macho opor calentamiento del componente hembrajusto antes del montaje, de tal forma que lainterferencia durante el montaje se reduzca óelimine. Esta técnica se utiliza con piezas degran interferencia para reducir ó eliminar lafuerza de montaje ó, para reducir la posibili-

dad de agarrotamiento ó dañado de superfi-cies durante el montaje.

.Montaje cónico: las piezas cónicas se utilizanen lugar de piezas de lados paralelos. La pre-sión de contacto se puede controlar por ladistancia a la que las piezas se presionan parajuntarlas durante el montaje. Se puedenalcanzar altas presiones de contacto, sinnecesidad de mantener tolerancias estrechasen las piezas cilíndricas.

Los anillos dilatadores crean una alta presiónde contacto cuando se introducen los manguitoscónicos juntos entre el pasador y el anillo.Mientras que por un lado esta técnica requieremás piezas y un mecanizado preciso, por otrotiene la ventaja de ser relativamente fácil de des-montar.

En cuanto a la soldadura, puede oscilar desdeun simple punto de soldadura hasta una soldaduracompleja por láser o un haz de electrones, depen-diendo del tipo de junta. El límite para el éxito seencuentra en la dificultad de asegurar un buencontrol de calidad en la soldadura y las grandestensiones mecánicas y térmicas que se crean.

7.1.2.2 Inconvenientes de los sistemas tradicio-nales para la retención de piezas cilíndricas

Tanto los tornillos de fijación y pasadores de

156


Fig.7.15:Esquema de uneje estriado.

Fig.7.16:Montajes porinterferencia.

Fig.7.17: Ejemplo de un anillo dilatador.

seguridad, como los resortes circulares, chavetasy chaveteros, y ejes estriados, pueden ser relativa-mente caros de producir debido a los costes extrasde mecanizado y/o componentes adicionales. Amenudo, son necesarios procesos de endureci-miento para minimizar el desgaste y prolongar lavida. Todos estos son, esencialmente, sistemas nosellados, de aquí que tiendan a ser atacados desdeel entorno de trabajo. Los componentes deben sersobredimensionados para incorporar estos méto-dos de retención mecánica. Las grandes cargasaxiales y los pares, se transmiten eficazmente endeterminados puntos y no se distribuyen unifor-memente alrededor de toda la junta, dando comoresultado, muy altas concentraciones de tensiónen algunos casos, lo que puede conducir a proble-mas de fatiga y un fallo precoz en muchos casos.

En los montajes por Interferencia la resistenciaes una función de fricción y presión de contacto.La fricción es, de alguna manera, un parámetro nofiable y es difícil de predecir con precisión.Similarmente, la presión de contacto variará conla rugosidad superficial y la topología, el nivel deinterferencia, tolerancias dimensionales, variacio-nes en la redondez y recorrido, etc. Con ánimo decontrolar estos problemas, los diseñadores debenafinar las tolerancias de mecanizado y tener encuenta un acabado superficial con menos irregula-ridades; ambas cuestiones aumentan drásticamen-te el coste de producción. Otra limitación estribaen que cuando se especifican altos valores deinterferencia para poder soportar altas cargas,existe un peligro que consiste en que las altas ten-siones circunferenciales generadas, pueden oca-sionar daños ó fallos en los componentes. Asímismo, la corrosión por fricción, ocasionada pormicromovimientos entre las superficies de contac-to en presencia de oxígeno atmosférico, ha sidoidentificada como una de las principales fuentesde problemas de durabilidad con tales montajespor interferencia.

Por último, la soldadura está limitada a materia-les similares ó compatibles. El calor que se gene-ra en el proceso de soldadura puede provocar dis-torsión ó tensiones en las piezas.

7.1.2.3 Los adhesivos para la retención de ele-mentos cilíndricos

Un adhesivo retenedor es una formulación quí-

mica sintetizada que se aplica como un líquidodentro de una junta cilíndrica. El adhesivo líquido,en ese momento, sufre una reacción química,transformándose en un plástico termoestable conbuena adhesión a los sustratos metálicos adyacen-tes.

El tipo de adhesivo más apropiado y satisfacto-rio que se utiliza en las juntas cilíndricas, es elanaeróbico. Para que se produzca la reacción quí-mica que transforma el estado de un adhesivoanaeróbico de líquido a sólido, se necesita ausen-cia de oxígeno y presencia de una superficie metá-lica activa.

Las razones por las que debe elegirse un adhesi-vo retenedor anaeróbico dependen de cada aplica-ción en concreto. Alguna de las ventajas máscomunes son:

.Diseño de junta más sencillo.

.Tolerancias más amplias en la fabricación /costes de fabricación más bajos.

.Fácil montaje.

.Alta resistencia.

.Ahorro de costes.

.Junta sellada, menos corrosión medioambien-tal.

Una de las razones por las que los adhesivosanaeróbicos pueden resultar muy eficaces ensituaciones con juntas cilíndricas consiste, en que

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Fig.7.18:Detalle delefecto debloqueo queejerce unadhesivoanaeróbico.

la configuración de la junta sea la ideal paradichos adhesivos. Su viscosidad de baja a media,asegura el rellenado fácil y completo de la junta.La junta fina típica en las adhesiones, y la superfi-cie metálica producen el curado rápido del adhesi-vo convirtiéndolo en un plástico de alta resistenciaa la cortadura con una adhesión excelente a lassuperficies metálicas.

Las altas resistencias que se consiguen sedeben, no sólo a la adhesión de la superficie delsustrato, sino también porque el adhesivo curado,actuará en el interior de las irregularidades produ-cidas por la rugosidad superficial, como si fueranpequeñas cuñas en miniatura (ver gráfico). Por lotanto, es correcto decir que la unión con el adhesi-vo en dicha forma, no es simplemente un método“químico”, sino también un sistema “mecánico”.

En las juntas cilíndricas típicas, la carga princi-pal en la junta es la cortadura, con tracción direc-ta insignificante. Los adhesivos anaeróbicos pro-porcionan, en estos casos, muy buencomportamiento.

Aparte de proporcionar una buena resistencia enla unión, el adhesivo rellena y sella completamen-te la junta, suprimiendo así la necesidad de sella-dos adicionales contra aceite/medioambiente. Asímismo, ayuda a distribuir la transmisión deesfuerzos más uniformemente sobre la junta.

El diseño, producción y proceso de montaje dela junta, pueden ser frecuentemente, mucho mássencillos y fáciles en juntas adheridas que en losmétodos mecánicos equivalentes. Las juntas adhe-ridas son, normalmente, mucho más eficaces encuanto a costos, que los métodos mecánicos equi-valentes.

Los adhesivos retenedores son materiales plásti-cos y no deben utilizarse a temperaturas elevadas.Cada grado, individualmente, tendrá sus propiaslimitaciones de temperatura, pero generalmente,deberán abordarse con precaución las temperatu-ras de funcionamiento continuas por encima delos 150º C.

Los adhesivos retenedores deberán utilizarsesolamente cuando la holgura entre las piezas seapequeña. En grandes holguras, la resistencia dis-minuirá, y el tiempo de curado del adhesivoaumentará.

Los adhesivos retenedores funcionan mejor ensustratos metálicos. Se pueden utilizar para unirplásticos y materiales de cerámica, pero su com-portamiento estará limitado.

7.1.2.4 Tipos de retenciones con adhesivos

Existen tres tipos básicos de retenciones:

1.Montaje por deslizamiento : Existe un espa-cio entre los componentes macho y hembra.Las piezas se ensamblan sin fuerza y el adhe-sivo rellena la holgura entre las piezas apor-tando toda la resistencia a la unión.

2.Montaje a presión: Las piezas se ensamblanutilizando la fuerza como en un montaje porinterferencia. El adhesivo se aplica antes delmontaje y, en condiciones ideales, rellena losespacios debidos por la rugosidad superficialde las piezas. La resistencia final de la junta,después que el adhesivo ha curado, parte deuna combinación de resistencia mecánica dela unión basada en la fricción y presión decontacto, y la resistencia a cortadura y elefecto de cuña/sujeción del adhesivo.

3.Montaje por contracción en caliente : Laspiezas se fabrican como un montaje porinterferencia. Antes del ensamblado, secalienta el componente hembra, esto ocasio-na suficiente dilatación y permite ensamblarlas piezas como un montaje con holgura. Eladhesivo se aplica al componente macho úni-camente, y se ensamblan las piezas. A medi-da que el componente hembra se enfría, se vacontrayendo alrededor del adhesivo forman-do una unión de montaje por interferencia.

7.1.2.5 Propiedades de los montajes por desli-zamiento con adhesivo

Las ventajas del montaje por deslizamiento sonlas que siguen:

.El montaje por deslizamiento es el tipo deunión más sencillo, siendo ésta su principalventaja. El adhesivo se aplica a una ó ambassuperficies, las piezas se ensamblan y eladhesivo endurece formando una juntaestructural.

.En una junta correctamente ensamblada, el

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adhesivo distribuye la carga sobre toda lasuperficie de la junta, reduciendo las concen-traciones de tensión.

.La junta queda sellada limitando la posibilidadde corrosión.

.No se dañan las superficies del componentedurante el montaje (normal en juntas pormontaje a presión), de tal manera que esposible el posterior desmontaje y reutiliza-ción.

.Es posible la alineación y ajuste de la juntaantes que el adhesivo endurezca.

.Al contrario que la mayoría de los otros méto-dos de unión cilíndrica, no son necesariasgeneralmente, las tolerancias en fabricaciónestrictamente controladas ó la rugosidadsuperficial, para la unión de montajes pordeslizamiento.

Los montajes por deslizamiento presentan lassiguientes limitaciones:

.Deben utilizarse únicamente en juntas no críti-cas con cargas ligeras. Las resistencias estáti-cas pueden ser altas, particularmente enmodo cortadura, pero, la resistencia cíclica acompresión/tensión ó cargas de flexión estálimitada.

.Tras el ajuste/alineación inicial, no se debenmover las piezas mientras esté endureciendoel adhesivo. Con adhesivos de curado rápidoó utilizando un activador, se puede alcanzarresistencia a manipulación en menos de 5

minutos..La viscosidad del adhesivo proporcionará cier-

to grado de alineación en la junta, pero en loscasos en que la alineación sea un aspecto crí-tico, se debe emplear una plantilla de fijaciónmientras endurece el adhesivo.

Conviene considerar los siguientes parámetros:

.El área de unión debe maximizarse aumentan-do la longitud y/o diámetro de la junta.

.La holgura ó espacio entre las piezas debemantenerse a un mínimo. Todos los adhesi-vos retenedores tendrán un buen comporta-miento en holguras de 0,1mm de diámetro.Los productos de alta viscosidad deberánseleccionarse, generalmente, para las grandesholguras.

.No se deben mover las piezas hasta que eladhesivo haya desarrollado resistencia a lamanipulación. La junta no debe ponerse enfuncionamiento hasta que el adhesivo nohaya curado por completo, y desarrolladoresistencia total. Este proceso, llevará nor-malmente de 12 a 14 horas, dependiendo deltipo de adhesivo.

.En piezas más grandes, o en piezas donde elajuste y la alineación necesiten llevarse acabo después del montaje, puede utilizarseun adhesivo de curado más lento para darmás tiempo en la manipulación.

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Fig.7.19: Esquema de un montaje pordeslizamiento.

Fig.7.20:Ejemplo de

montaje pordeslizamiento.

7.1.2.6 Propiedades de los montajes a presióncon adhesivo

Las mejoras que introduce el uso de adhesivoscombinado con el montaje a presión son las quesiguen:

.La incorporación de un adhesivo anaeróbicoen el montaje a presión ya existente, puedeaportar un aumento considerable de la resis-tencia. Alternativamente, el uso de un adhe-sivo con un nivel de interferencia inferior,puede proporcionar resistencias comparablesó superiores a las de la junta por interferenciaoriginal, así como las ventajas asociadas queconlleva como serían una más baja tensióncircunferencial y radial.

.Normalmente, la unión de juntas por montaje apresión proporciona resistencias estáticassimilares ó incluso inferiores a los montajesde unión con holgura con las mismas dimen-siones de junta. Se podría esperar que launión de montajes a presión fuesen siempre

más fuertes porque la resistencia total de launión sería una combinación de la unión dela junta y de la junta de montaje por interfe-rencia. Este no es el caso, porque la resisten-cia de unión de la junta en teoría se ve redu-cida por el hecho de que algunos adhesivossiempre curan produciéndose entonces la eli-minación del adhesivo por un efecto de ras-pado, durante el ensamblaje de la junta.

.La unión de montajes a presión, generalmente,tienen con diferencia, un comportamientosuperior a la fatiga y resistencia a las cargasdinámicas que la unión de juntas de montajepor deslizamiento. Los adhesivos anaeróbi-cos funcionan mejor al cargarse en modo cor-tadura; la junta de montaje por interferenciaasegura que eso sea así. Las tensiones alter-nas tensión/compresión, ó fuerzas de flexión,que podrían ocasionar el fallo rápido en launión de un montaje por deslizamiento, seresisten por medio del contacto metal a metalen una unión de montaje a presión.

.Generalmente, en los casos de montajes a pre-sión sin adhesión, se utilizan velocidades len-tas durante el ensamblaje, a fin de evitar elriesgo de soldadura por frotamiento y distor-sión. En la unión de montajes a presión, eladhesivo proporciona una capa protectoraentre las dos superficies, minimizando elriesgo de daños. Por lo tanto, con estos adhe-sivos se pueden utilizar mayores velocidadesdurante el ensamblaje.

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Fig.7.21:Ejemplos deengranajefisurado porsobretensión.

Fig.7.22: Comparación entre juntas de montaje apresión adheridas y sin adherir.

Los inconvenientes que tiene esta técnica sonlas siguientes:

.Durante el ensamblaje de un montaje a presiónse pueden alcanzar, localmente, temperaturasmuy elevadas a consecuencia de la fricciónentre las superficies de rozamiento. Esta tem-peratura puede ocasionar el endurecimiento,aumentando así las fuerzas de ensamblado,rompiendo al mismo tiempo la unión forma-da parcialmente, y en consecuencia, compro-metiendo la resistencia final de la unión. Enel siguiente gráfico se puede observar queexiste únicamente una pequeña diferenciaentre las fuerzas de montaje y desmontaje enel caso de la unión de juntas, lo que sugiere,que la mayor parte del adhesivo ha curadodurante el montaje. Este efecto se puedeminimizar utilizando velocidades de montajerelativamente rápidas, (ej. 100mm/minuto).Sin tener en cuenta este efecto, el uso de unanaeróbico en un montaje a presión, puedemejorar considerablemente la resistencia,probablemente esto sea debido más a unefecto de enclavamiento, que al de una puraadhesión.

.En montajes a presión, en algunas ocasionespuede representar un problema el asegurar unbuena cobertura del área de unión, ya que eladhesivo puede eliminarse por un efecto deraspado durante el montaje. Se puede obteneruna cobertura y humectación óptima deladhesivo en la superficie, si las piezas coinci-dentes tienen la entrada en bisel.

Por las razones anteriormente mencionadas, elcurado del adhesivo durante el montaje puedeconducir a unas fuerzas de ensamblado sustancial-mente superiores comparándolo con una junta noadherida y la misma interferencia. Esto debe serconsiderado a la hora de seleccionar la prensa demontaje.

Deben considerarse los siguientes parámetrospara realizar montajes a presión adheridos:

.Normalmente, cuando se utiliza la unión demontajes a presión se trata de producir undiseño que minimice la fuerza de montaje ymaximice la fuerza de resistencia de la uniónen el desmontaje.

.Al igual que con todas las uniones de juntas,para conseguir una gran resistencia, es nece-saria la limpieza de las superficies. Algunosadhesivos tolera pequeñas cantidades deaceite en la superficie pero, generalmente,cuanto más limpias estén las superficies, másalta será la resistencia.

.Deberá maximizarse el área de unión aumen-tando el diámetro y/o la longitud de la junta.

.Si se aumenta el nivel de interferencia de lajunta, se aumentará la resistencia de unión enla misma.

Tal como se ha indicado anteriormente, las fuer-zas de montaje pueden ser considerables en launión de montajes a presión, debido al curado deladhesivo durante el montaje. Es deseable tenerfuerzas de montaje bajas, de tal manera que se

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Fig.7.23: Esquema de un montaje a presión conadhesivo.

Fig.7.24:Comparación

entre las fuerzasde montaje y

desmontaje dejuntas de

montaje apresión.

puedan utilizar presiones con potencia más peque-ña y más baja. Tres procedimientos se han utiliza-do para reducir las fuerzas de montaje:

1)Utilizar adhesivos de curado lento, los cualespresumiblemente, no curarán por calordurante el proceso de montaje. En la práctica,a temperaturas elevadas, localizadas y gene-radas durante el montaje, hay poca diferen-ciación entre los productos de curado lento yrápido. Por lo tanto, a menos que las presio-nes de contacto sean muy bajas (interferenciabaja ó piezas de pared fina), ej. < 15MPa,rara vez existe ventaja con el uso de un adhe-sivo de curado lento en la unión de montajesa presión.

2)Utilizar un adhesivo lubricante. Los adhesi-vos anaeróbicos se utilizan, normalmente, encomponentes roscados como selladores deroscas, evitando así el aflojamiento porvibración. Algunos de estos adhesivos sella-dores de roscas están formulados para lubri-car, así, los pernos pueden apretarse utilizan-do pares relativamente bajos. Estosadhesivos lubricantes han sido utilizados enmontajes a presión, en un intento de reducirla fuerza de ensamblado. Al igual que con losadhesivos de curado lento, el éxito se ve limi-tado a juntas a presión con poco contacto. Eladhesivo lubrica únicamente en estado líqui-do. Una vez que la presión de contacto essuficientemente alta como para generar calory por lo tanto, el curado del adhesivo, sepierde la función lubricante.

3)Utilizar una velocidad de montaje rápida.Aquí la teoría es que a más alta velocidad demontaje, existe menos tiempo para la transfe-rencia de calor, por lo que, el adhesivo presu-miblemente, no cura. Los ensayos han con-firmado una reducción en la fuerza demontaje cuando la velocidad es más alta ->1000mm/min) - (ver el siguiente gráfico).La difusión de la gota depende, de algunamanera, del producto. No obstante, puedehaber así mismo una reducción simultánea dela resistencia final de la unión, que probable-mente sea debida a la reducción de calordurante el curado del adhesivo.

Se pueden obtener los mejores resultados cuan-do se aplique el producto sobre toda la superficiede los componentes macho y hembra. La aplica-ción del producto a sólo uno de los componentesreduce la resistencia en un 10% normalmente,aunque la cifra exacta dependerá de la aplicación.

En la unión de montajes a presión, las piezas sepueden mover inmediatamente después del mon-taje. Sin embargo, se sigue recomendando noponer a funcionar la junta hasta que el adhesivohaya curado completamente y desarrollado suresistencia total. Normalmente, esto sucede en eltranscurso de 12 a 24 horas, dependiendo del tipode adhesivo.

7.1.2.7 Propiedades de los montajes por con-tracción en caliente con adhesivo

Las mejoras que introduce el uso de adhesivoscombinado con el montaje por contracción encaliente son las que siguen:

.En la unión de montajes por contracción encaliente, se consiguen unos resultado ópti-mos aplicando el adhesivo únicamente sobrela parte macho, ó pasador, mantenido a tem-peratura ambiente, y calentando la partehembra, ó anillo, lo suficiente como parapoder realizar un montaje libre sin presionar.Inmediatamente después del montaje la parteexterior caliente ayudará a crear un curadoinicial muy rápido, y la contracción del anilloejercitará una carga de compresión sobre eladhesivo curado. El efecto puro es la produc-ción de un aumento de resistencia suficiente-mente distanciado de la resistencia nominal a

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Fig.7.25: Efectode la velocidadde montajesobre lasfuerzas demontaje ydesmontaje.

cortadura del adhesivo en un montaje pordeslizamiento.

.De entre las tres configuraciones de unión dejuntas, la unión de montajes por contracciónen caliente muestra generalmente, las resis-tencias estática y a fatiga más altas.

.Al igual que en la unión de montajes a presión,el contacto metal-metal de la unión de mon-tajes por interferencia asegura buena resis-tencia a la compresión/tensión dinámica delas fuerzas de flexión, proporcionando unbuen comportamiento a fatiga bajo condicio-nes de carga complejas.

El enfriamiento del pasador como alternativa alcalentamiento del anillo, no proporcionará nece-sariamente el mismo aumento de resistencia. Noexiste el curado por calor, y probablemente lahumedad condensada quedaría atrapada entre lasuperficie de contacto del metal y el adhesivo,reduciendo la resistencia de la unión.

Hay que considerar las siguientes limitacionespara este tipo de montajes:

.Este proceso de montaje es más complejo queel de los otros diseños de unión de juntas. Unalto grado de control del proceso es vital paraasegurar resistencias de gran uniformidad.

.Se debe controlar, en particular y con especialprecaución, la temperatura del componentecalentado: si es demasiado baja no habrásuficiente dilatación en las piezas a ensam-blar como en un montaje con holgura; si esdemasiado alta, el adhesivo curará demasia-do deprisa, creando un diafragma ó capa deadhesivo separando las dos piezas.

.A menudo, son necesarias plantillas y acceso-rios de unión para evitar que las piezas que-den atascadas durante el montaje.

.Esta técnica no es adecuada para piezas depequeño diámetro debido a la necesidad dealtas temperaturas para obtener suficientedilatación térmica (220º es una guía de latemperatura máxima de montaje).

Los siguientes parámetros deben considerarse ala hora de tratar los montajes adheridos por con-tracción en caliente:

.El área de unión deberá maximizarse aumen-tando bien el diámetro y/o la longitud de lajunta.

.El aumento del nivel de interferencia de lajunta aumentará la resistencia de la unión,aunque algunos ensayos sugieren que lainterferencia es menos crítica en la unión dejuntas por contracción en caliente.

.El funcionamiento del montaje por contrac-ción en caliente debe conseguirse calentandoel componente hembra. Si se enfría el com-ponente macho se obtendrán peores resulta-dos, ya que no existe el curado por calor deladhesivo y a menudo, habrá condensación(agua) en el componente macho, lo quepodría reducir la resistencia.

.Asegurarse que la temperatura diferencial es losuficientemente alta como para crear la dila-

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Fig.7.26: Comparación de juntas de montaje porcontracción adheridas y sin adherir.

Fig.7.27: Esquema de un montaje por contracciónen caliente.

tación diferencial necesaria, de tal maneraque las piezas se puedan ensamblar con unmontaje con holgura. Si las piezas se tocandurante el montaje, en ese caso será necesariafuerza para completar el montaje y la resis-tencia se verá perjudicada.

.Mientras por un lado la temperatura debe serlo suficientemente alta como para proporcio-nar un fácil ensamblaje, si es demasiado alta,entonces se corre el riesgo de oscilaciones,con lo cual, el adhesivo cura demasiadodeprisa y produce una fina capa que separalos componentes macho y hembra. Estoaumenta la interferencia de la junta y evita elcontacto metal-metal. Las tensiones circun-ferenciales y radiales son más altas, y en lasaplicaciones de unión de engranajes existeriesgo de desalineación y engrane irregularen los dientes del mismo.

.El adhesivo debe aplicarse al componente atemperatura ambiente y alisarse ó distribuirsesobre todo el área de unión. Un cordón ó unagota de adhesivo no proporcionará una buenacobertura. La cantidad de adhesivo debe sersuficiente como para cubrir la superficie deunión. Deberá evitarse el exceso de adhesivoya que ocasionaría oscilación, tal y como seha descrito anteriormente.

.En aplicaciones de montajes por contracciónen caliente se pueden mover las piezas casiinmediatamente después del montaje, aunquedeberá dejarse enfriar antes de aplicarlesfuerzas importantes. En aplicaciones de mon-tajes por contracción en caliente que sehayan dejado enfriar, podría ser necesarioesperar algunos minutos antes de que la juntadesarrolle resistencia a manipulación. Eladhesivo curará más lentamente a baja tem-peratura. No obstante, se sigue recomendan-do no poner a funcionar la junta hasta que eladhesivo haya curado y desarrollado la resis-tencia total. Este proceso se produce normal-mente en el transcurso de 12 a 14 horas,dependiendo del tipo de adhesivo.

7.1.2.8 Mejoras que introducen los montajescon interferencia adheridos sobre los montajesconvencionales sin adhesivo

Normalmente, los montajes por interferenciatienen sólo de un 20 a un 40% de área de contactoefectiva a niveles microscópicos, y esto se debe a

las irregularidades superficiales. En condicionesóptimas, un adhesivo rellena todos los espaciosocasionados por las irregularidades superficiales,endureciendo hasta formar una junta estructuralfuerte sobre toda la superficie de unión.

La resistencia de la unión será la suma de laresistencia mecánica propia, debido al contactometal-metal y la resistencia debida a la adhesión,resistencia a cortadura y el efecto de enclavamien-to del adhesivo.

La resistencia estática será considerablementesuperior en una junta adherida que en una junta

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Fig.7.28: Efecto de relleno de los adhesivosanaeróbicos:i) El máximo contacto que se logra enlos montajes es del 20 -30% debido a la rugosidad.ii) Con adhesivo anaeróbico el contacto pasa a serel 100% y los fenómenos de fatiga se minimizan.

sin adherir, con el mismo nivel de interferencia.

Los micromovimientos y la corrosión por fric-ción se ven reducidos y se consigue una distribu-ción de la tensión más uniforme sobre la superfi-cie de unión , lo que conlleva una longevidad a lafatiga mejorada.

El contacto metal-metal en la unión asegura lasujeción del adhesivo, en primer lugar a las fuer-zas de cortadura, y por lo tanto, la tradicional des-ventaja de los adhesivos anaeróbicos, (baja resis-tencia a las tensiones alternas tensión / compresión) seve superada.

Un adhesivo puede resaltar la resistencia de unmontaje por interferencia ya existente, debido a laadhesión, la resistencia a cortadura y el efecto deenclavamiento del adhesivo. Esta es una soluciónmuy efectiva en cuanto a costos, ya que se mejorael comportamiento de la unión sin realizar grandesvariaciones de diseño.

En un montaje por interferencia convencional,la resistencia es una función de la presión de con-tacto debido a la interferencia. El conseguir pre-siones de contacto altas y consistentes requiere detolerancias superficiales y dimensionales ajusta-das, asociadas con altos costos de fabricación. Asímismo, los altos niveles de interferencia creantensiones circunferenciales y radiales en los com-ponentes. La resistencia añadida que se obtienecon el uso de un adhesivo, quiere decir que sepuede obtener la misma resistencia de unión utili-zando niveles de interferencia inferiores, y/ó tole-rancias de fabricación suavizadas.

7.1.2.9 Otros diseños de retenciones adheridas

Existen otras posibilidades para retener elemen-tos cilíndricos con adhesivos distintas de las vistashasta ahora:

.Montajes cónicos: los adhesivos anaeróbicosse pueden incorporar con éxito a las Juntas deMontajes Cónicos, con ventajas y limitacio-nes similares a las de la unión de Juntas porMontaje a Presión.

.En combinación con ejes estriados o montajescon chaveteros: los adhesivos anaeróbicos sepueden utilizar en la unión de estriados óchavetas. El adhesivo proporciona resisten-

cia axial en dichas uniones, aunque general-mente, no mejora el par de resistencia estáti-ca. La ventaja principal estriba en que losadhesivos han demostrado eficacia en lareducción de contratensión, ruido y desgastebajo cargas de par de resistencia reversible ócíclicas.

7.1.2.10 Cálculo de la resistencia de las reten-ciones

Se ha desarrollado una técnica de cálculo empí-rica para estimar las resistencias de unión de lasjuntas cilíndricas. Este método se basa en la deter-minación de la resistencia a cortadura nominal decada tipo de adhesivo retenedor anaeróbico, sobreuna pieza de ensayo normalizada, pasador y ani-llo, (según la norma ISO 10123). Este valor sepuede modificar, aplicando diversos factores decorrección para ajustarse a la geometría particulary a las condiciones operativas de la unión pro-puesta. Al valor modificado de resistencia a corta-dura del adhesivo, se le puede añadir, una estima-

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Fig.7.29:Esquema de unmontaje cónico

con adhesivo.

Fig.7.30:Ejemplo de

montaje de ejeestriado con uso

de adhesivoanaeróbico.

ción de la contribución perteneciente a la interfe-rencia mecánica, si ésta existiese. Multiplicandoel área adecuada y el radio de la unión, se puededeterminar una estimación de la capacidad decarga torsional y axial estática. En situaciones decarga dinámica, estas estimaciones se puedenmodificar posteriormente utilizando factorescorrectores de fatiga.

Las fórmulas para las resistencias estáticas atorsión y axial son:

F = πDL [τadh fc + Pµ ]

T = πD2 L

[τadh fc + Pµ ]

donde:

F = Resistencia axial de la uniónT = Resistencia a torsión de la unión D = Diámetro nominal de la uniónL = Longitud de la uniónτadh= Resistencia a cortadura del adhesivo

medida en pasadores y anillos según lanorma ISO 10123

fc = Producto de todos los factores de correc-ción empíricos

P = Presión de contacto debido a la interferen-cia, donde sea relevante

µ = Coeficiente de fricción entre los sustratosmetálicos

Los factores de corrección empíricos procedende: materiales, tipo de montaje, holgura de unión,geometría de la unión, temperatura operativa,envejecimiento a temperatura, envejecimientomedioambiental, comportamiento a fatiga, etc.

7.1.2.11 Aplicaciones típicas de retención deelementos cilíndricos

Existen tres categorías básicas en aplicacionesde retención:

.Montaje de manguitos: se refiere a situacio-nes típicas donde un anillo ó manguito seacoplan sobre un eje ó sobre un alojamiento.Con frecuencia, la unión solamente debe ase-gurar el montaje en posición, con muy pocacarga. Cuando existe carga en la junta, esprincipalmente axial y estática, aunque seden posibles cargas dinámicas torsionales si

se utiliza la junta para transmitir energía.Normalmente, la longitud de agarre es consi-derablemente más larga que el diámetro, ylas zonas de unión son relativamente gran-des. Entre los ejemplos se incluyen; camisadel cilindro del motor; grupo de unidadeslaminadas del rotor en el eje del motor eléc-trico, tubos envolventes del puente trasero,montajes de rodamientos, etc.

.Montaje de rodamientos: se refiere a la suje-ción de rodamientos y cojinetes sobre ejes óen alojamientos. La función de la junta esprincipalmente posicionamiento, pero puederesistir también cargas axiales, y posiblemen-te cargas de compresión pesadas.Normalmente, la longitud de la junta es con-siderablemente inferior al diámetro.

166


2

Fig.7.31: Ejemplo de montaje de manguito.

Fig.7.32: Ejemplo de montaje de rodamiento.

.Montaje de Engranajes: se refiere a la suje-ción de engranajes, ruedas dentadas y poleassobre ejes. Siempre estará presente una con-siderable carga de torsión, y la carga serádinámica. La longitud de la junta será, nor-malmente, de un 25-50% del diámetro exte-rior del engranaje.

Cuando se montan manguitos, las zonas deunión son, normalmente, relativamente altas, detal manera que para lograr los requisitos de bajaresistencia en la unión, son suficientes montajessencillos por deslizamiento. Asegurarse que exis-te suficiente recubrimiento de adhesivo sobre todala longitud de la junta. En algunas ocasiones,puede ser necesario el uso de un tipo de adhesivode curado lento, como en los casos de grandeslongitudes de agarre. Si fuese necesario el des-montaje para mantenimiento ó reparación, deberáconsiderarse un tipo de adhesivo de baja resisten-cia.

El montaje de rodamientos puede realizarse pordeslizamiento cuando se requiere baja resistencia,ó montajes a presión. Los montajes a presión sedeben utilizar cuando el rodamiento esté sopor-tando una fuerte rotación ó masas recíprocas. Laalineación del eje se puede simplificar con fre-cuencia utilizando una unión adhesiva. El adhesi-vo es mejor conductor de temperatura que el aire,de tal manera, que a menudo, la transferencia detemperatura a través de la junta se ve mejorada.

En la unión de montajes a presión, la cobertura

de la unión se verá mejorada si el adhesivo seextiende sobre toda la superficie de unión, mejorque en forma de cordón. Si el adhesivo se aplica aambas superficies, los resultados son normalmen-te mejores.

La resistencia de los montajes a presión mejoracon el uso de adhesivos, pudiéndose usar nivelesde interferencia más bajos, proporcionando reduc-ción en las fuerzas de montaje y menores tensio-nes en las piezas. (Si se cambia el nivel de interfe-rencia, se deben considerar los efectos dedeterminados tipos de rodamientos con espacio dejuego radial).

Los montajes de engranajes deben diseñarsesiempre a presión o por contracción en caliente.Los montajes por contracción en caliente propor-cionará la más alta resistencia. Las posibles venta-jas de los diseños de unión de montajes por inter-ferencia, comparados con otros tipos de unión,son:

.Distribución más uniforme de la tensión.

.Tensiones inferiores en los componentes.

.Menos ruido y desgaste.

.Diseño de la junta más sencillo.

.Mayor resistencia a la fatiga.

7.1.2.12 Efecto de las dilatación térmica dife-rencial

Muchas juntas cilíndricas conllevan la retenciónde metales con diferentes coeficientes de dilata-ción térmica, los cuales deben operar sobre unamplio rango de temperatura. Las técnicas demontaje convencionales, tales como montajes apresión ligera, dan como resultados dos proble-mas característicos: en un extremo de la tempera-tura, el montaje por interferencia disminuirá, y elmontaje se separará; en el otro extremo de tempe-ratura, la interferencia aumentará, y puede darcomo resultado un sobretensionado de los compo-nentes.

El adhesivo anaeróbico curado tiene un coefi-ciente de dilatación relativamente alto, comparán-dolo con el metal, sin embargo, dado que las líne-as de unión son normalmente muy finas, y eladhesivo es relativamente frágil, existe solamenteun campo de acción limitado para absorber lastensiones a tracción que se crearán durante la dila-

167


Fig.7.33: Ejemplo de montaje de engranajes.

tación de la línea de unión. Un factor que serviráde ayuda en esta situación es un ligero ablanda-miento del adhesivo, si la temperatura se aproxi-ma ó excede a la temperatura de transición a cris-talización. La capacidad del adhesivo paramejorar la resistencia de dilatación térmica dife-rencial, dependerá del diseño de la junta y pará-metros de aplicación en particular.

Existen varias técnicas para resolver los proble-mas de dilatación térmica diferencial:

.Aumento de la resistencia de montajes porinterferencia : esta técnica es la forma mássimple de aumentar la potencia de sujeciónen una junta. En la práctica, se recomiendaun valor de interferencia inferior y así evitarel sobretensionado de los componentes, y eladhesivo proporcionará la resistencia desujeción adicional necesaria en los extremosde temperatura.

.Montaje con grandes holguras controladas:esta técnica reconoce que los adhesivos anae-róbicos tienen una capacidad limitada pararesistir la tensión a tracción que se producedurante la dilatación de la unión. Diseñandouna holgura más grande, el adhesivo puedesoportar la fatiga por tracción que se ocasio-na. Durante la contracción de la junta, eladhesivo se encuentra bajo compresión, loque normalmente no supone un problema.Está técnica contará con la ventaja de verreducida de forma significativa las altas ten-siones en los componentes que van asociadasa los montajes por interferencia.

.Montaje por contracción en ajuste con hol-gura “unión por contracción”: se trata deuna extensión del principio utilizado en ajus-tes con grandes holguras. La unión se ensam-bla calentando el anillo y contrayéndolo alre-dedor del adhesivo, de forma similar a launión de un montaje por interferencia y con-tracción. Esto aporta la ventaja de crear, tem-poralmente, una holgura grande mientras serealiza el montaje. A medida que el adhesivocura y la holgura se reduce, disminuirán en eladhesivo las tensiones por contracción nor-males (tracción). Es posible que la capa deadhesivo curado, se vea sometida a compre-sión a temperatura ambiente. Pretensionandoel adhesivo, en teoría, de esta manera seríaposible que resistiese niveles de dilataciónmucho más altos durante el funcionamiento.

La unión por contracción es el mejor de losmétodos examinados para aplicaciones de altatemperatura, cuando se ensamblen acero y alumi-nio. No obstante, es costoso (necesidades de altaenergía) y las piezas se ensamblan con dificultad.Estos son los inconvenientes reales de este méto-do.

Asimismo, es una buena opción el montaje pordeslizamiento con gran holgura. Es más prácticoque la unión por contracción, ya que las piezas seensamblan más fácilmente y los requisitos deenergía son inferiores. Sin embargo, es importan-te limitar el tamaño de la holgura, ya que una granholgura daría como resultado una resistencia totalmás baja a temperatura ambiente, y una velocidadde curado más lenta. Cuando se trata del tamañode la holgura se debe tener también en cuenta lacapacidad del tipo de adhesivo en particular paracurar en grandes holguras.

La unión de un montaje a presión es la peor delas opciones a la hora de utilizar un adhesivo, aun-que sigue siendo superior a un montaje a presiónsin unir.

7.1.3 Sellado y acoplamiento de bridas

7.1.3.1 Generalidades del sellado de bridas

Las juntas de papel, corcho, o incluso metálicasse han venido usando a lo largo del tiempo para elsellado de carcasas, bloques motor y en generalcualquier conjunto en cuyo interior existiesen pie-zas móviles en contacto con un fluido lubricante.La misión de dichas juntas, garantizar la estan-queidad del conjunto, no justifica la poca atenciónprestada a su diseño, puesto que su fallo puede lle-gar a ser fatal.

En otras aplicaciones, las juntas garantizan laestanqueidad de sistemas para la manipulación desustancias potencialmente peligrosas para las per-sonas o para el medio ambiente. En este caso, unmal diseño de la junta, que desemboque a la largaen una fuga, es aún más peligroso.

La solución a estos problemas de estanqueidadno sólo pasa por la elección del tipo de junta ade-cuada para cada aplicación, sino que se debe pres-

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tar especial atención a su diseño, que dependetanto del producto usado como de la geometría,materiales y proceso de fabricación de las bridasque forman el conjunto.

7.1.3.2 Juntas de Formación “In situ” (FIS)

El uso de las juntas precortadas tradicionalespresenta inconvenientes tanto desde el punto devista funcional como desde el punto de vista eco-nómico. Problemas tales como la deformaciónpermanente, el alabeo de las bridas en el puntocentral entre tornillos, el desgaste debido a losmicromovimientos, el desgarre en la zona debajodel tornillo debido al par excesivo que hay queaplicar o la extrusión que se produce en situacio-nes de baja compresión de la brida y alta presióninterna, unidos a un pobre diseño, han sido cons-tante fuente de problemas en el sellado de bridas.

Además, las juntas precortadas requieren unnivel superior de stocks, ya que se necesita mode-lo exclusivo de junta para cada brida, tanto en pro-ducción como en el posterior servicio de manteni-miento, con el correspondiente coste adicionalque esto supone.

Las juntas de formación “in situ” o juntas FIS,solucionan en gran medida los problemas que apa-recen con el uso de juntas precortadas. Las juntasFIS se pueden dividir en dos grandes grupos:

.Juntas rígidas

.Juntas flexibles

Esta clasificación no viene marcada tanto por elproducto a usar (con propiedades mecánicas dis-tintas en cada caso) como por el diseño que se harealizado de la junta.

7.1.3.3 Juntas rígidas de Formación “In Situ”(FIS rígidas)

Las juntas rígidas están diseñadas para:

.Conseguir la rigidez óptima entre las piezasacopladas

.Minimizar el movimiento relativo entre lasbridas

.Transmitir esfuerzos de una brida a la otra

Estas consideraciones hacen que la configura-ción ideal sea aquella en la que existe contactometal-metal entre las dos piezas a sellar. Estasituación, imposible de conseguir mediante unajunta precortada, es posible gracias al uso deadhesivos anaeróbicos.

Los adhesivos anaeróbicos son compuestos quepolimerizan en ausencia de oxígeno y presenciade iones metálicos. Ambas condiciones se dan enla mayor parte de las juntas rígidas existentes en elmundo industrial. Este tipo de adhesivos presen-tan una buena resistencia a todo tipo de fluidosindustriales salvo los agentes químicos altamenteagresivos, por lo que se minimiza el riesgo de unataque químico.

El adhesivo no comienza a polimerizar hastaque se realiza el montaje. El producto sella alrellenar los huecos existentes entre las bridasdebidos a la rugosidad superficial, evitando que elfluido interior encuentre vías de escape.

Además, estos adhesivos presentan otras venta-jas adicionales:

.Eliminan la necesidad de reglajes al eliminarlas separaciones provocadas por las juntas,que permiten el contacto metal-metal.

.No se produce la relajación de la junta. Noexiste deformación permanente de esta.

.La resistencia a cizalla del adhesivo proporcio-na mayor resistencia estructural al conjunto.

.Eliminan la necesidad de almacenar distintostipos de juntas precortadas y permiten traba-jar con tolerancias de mecanizado menosestrictas.

7.1.3.4 Diseño de juntas rígidas con selladoresanaeróbicos

Como hemos mencionado antes, de nada sirveun producto idóneo si el diseño de la junta es inco-rrecto. Los adhesivos anaeróbicos presentan unaexcelente resistencia a esfuerzos de cortadura,pero su resistencia frente a solicitaciones de trac-ción o pelado es prácticamente nula. Para podergarantizar el sellado usando una brida rígida esfundamental minimizar los movimientos relativosentre las bridas y asegurar el contacto metal-metala lo largo de la superficie de contacto entre las pie-zas a unir. Para conseguirlo hay que prestar espe-

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cial atención a los siguientes parámetros de dise-ño.

El tamaño, número y posición de los torni-llos: La fuerza de compresión que ejercen los tor-nillos sobre las bridas es la única responsable demantener las dos superficies en contacto unidas.En la zona intermedia entre dos tornillos consecu-tivos, la presión ejercida disminuye, por lo que sedebe llegar a un compromiso acerca del número ydiámetro de los tornillos que garantice una presiónde contacto mínima en todo el área de la junta.

Por otra parte, podemos suponer que la presiónejercida por los tornillos se distribuye con unángulo de 45º debajo de la cabeza del tornillo(modelo de Röstcher). Por ello, cuanto mayor seael espesor de la brida más se podrán espaciar lostornillos entre si. Para aprovechar este efecto,Muchas veces se usa un resalte de la brida en elalojamiento del tornillo.

Por último, la disposición de los tornillos en la

brida debe realizarse de forma que, al unir los cen-tros de los alojamientos de los tornillos con unalínea imaginaria, ésta se aproxime lo más posibleal contorno de la junta. De esta forma se consigueeliminar las zonas con una baja presión de contac-to, minimizando el riesgo de movimientos relati-vos altos durante el funcionamiento, que puedenprovocar el fallo del adhesivo.

Rigidez de la brida : una mayor rigidez de labrida elimina, en parte, la posibilidad de deforma-ciones y movimientos relativos debido a vibracio-nes y dilataciones térmicas diferenciales. En algu-nos casos es necesario aumentar la rigidez de lajunta con nervios de refuerzo que, idealmente,deberían situarse en el punto medio entre dos tor-nillos consecutivos, al ser este punto el que estásometido a una menor compresión.

Rugosidad y planitud: aunque los adhesivosanaeróbicos necesitan un acabado superficialmenos estricto que en el caso de juntas precorta-das, es recomendable una rugosidad superficialentre 0,8 y 3.2 Ra. Así mismo, se recomienda unaplanitud inferior a 0,1 mm en 400 mm de longitud.

Método de aplicación y montaje: los adhesi-vos anaeróbicos permanecen en estado líquidomientras están en contacto con el aire, lo que per-mite que la aplicación y el montaje no se realicen

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Fig.7.34:Curvatura delas bridas enfunción de ladistancia entretornillos.

Fig.7.35:Modelo de conode presiónpropuesto porRötscher.

Distanciaóptima entretornillosG= dk + h

dk diámetro dela zona decontacto planotornillo

Fig.7.36: Mala y buena disposición de lostornillos en una junta.

al mismo tiempo. No obstante, no es bueno queéste se retrase excesivamente para evitar la conta-minación del adhesivo por suciedad ambiental.

Una vez iniciado el montaje se debe aplicar latensión correspondiente a los tornillos inmediata-mente. De otra forma corremos el riesgo de dañarla capa adhesiva al apretar los tornillos una vezque el adhesivo ha polimerizado parcialmente.

7.1.3.5 Acoplamiento de bridas

Un acoplamiento de bridas es una unión rígidautilizada para conectar árboles giratorios. Laforma y configuración de los acoplamientospuede variar, pero el principio siempre es elmismo.

Los acoplamientos de bridas transmiten poten-cia y par de dos maneras:

.Mecánicamente, utilizando espigas, pasadores,sistemas dentados especiales o tornillosadaptados sometidos a esfuerzos de cortadu-ra.

.Por fricción, debida a la presión entre lassuperficies de las bridas. La presión es gene-rada por la fuerza de apriete transmitida porlos tornillos.

Los acoplamientos de bridas se utilizan en todoslos sectores industriales. Entre sus aplicacionestípicas figuran los árboles de acoplamiento en sis-temas de transmisión de potencia, cajas de cam-bios y transmisiones de automoción.

Los acoplamientos de transmisión por fricciónson menos costosos y, si se especifican correcta-mente, son de máxima fiabilidad. Por ello, son losacoplamientos más utilizados. La capacidad decarga de estos acoplamientos de bridas convencio-nales depende de la fuerza de sujeción, de la fric-ción entre las piezas y de las dimensiones de labrida.

Es posible utilizar adhesivos entre las bridas deun acoplamiento de transmisión por fricción paraaumentar su capacidad. Si se incorporan adhesi-vos desde el diseño original, es posible concebiracoplamientos más ligeros, pequeños y baratos;también pueden utilizarse en diseños existentespara mejorar la capacidad de carga.

El tipo de adhesivo más adecuado para estaaplicación es un acrílico anaeróbico, gama deadhesivos que asegura un montaje rígido y quepuede proporcionar resistencias a cizalla muyaltas.

7.1.3.6 Diseño de los acoplamientos de bridastradicionales

En un acoplamiento de bridas atornillado sinadhesivo, la capacidad de transmisión del par dearranque antes de que se produzca el deslizamien-to entre las bridas es proporcional a:

.El número de tornillos.

.La fuerza de sujeción transmitida por cada tor-nillo.

.El coeficiente de rozamiento entre las dossuperficies de unión.

.Las dimensiones y rigidez de las bridas.

Este tipo de acoplamiento falla cuando se pro-duce un deslizamiento relativo entre las dos bri-das. Normalmente, los acoplamientos se fabricande manera que los tornillos se inserten en los tala-dros con holgura para que no estén sometidos aesfuerzo de cortadura (a menos que se produzcadeslizamiento).

La capacidad de carga del acoplamiento cuandose ha producido el deslizamiento será menor quela resistencia a cizalla de los tornillos. Sin embar-go, las cargas de cortadura que sufren los tornillosdespués de que se produzca el deslizamiento pue-den provocar el aflojamiento o el fallo del tornillopor fatiga. En aplicaciones que someten el conjun-

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Fig.7.37:Acoplamiento

de bridas típico.

to a cargas alternas, el deslizamiento de la bridapuede acelerar el fallo por desgaste.

Los acoplamientos de bridas suelen diseñarsecon un factor de seguridad elevado para evitar eldeslizamiento de la brida.

Para aumentar la capacidad de transmisión depar de un acoplamiento de bridas, pueden introdu-cirse los siguientes cambios en el diseño:

1)Aumentar las dimensiones de las bridas: estopuede dar lugar a:

a)Un diseño más pesado y voluminoso.b)Un aumento de los costes.c)Un incremento de la inercia.

2)Aumentar el número, el tamaño y/o la cali-dad de los tornillos, incrementando así lafuerza de apriete. Esto puede dar lugar a:

a)Un aumento del tiempo de fabricación ymontaje.

b)Un aumento de peso y volumen.c)Un aumento de los costes.

3)Utilizar tornillos adaptados para transmitirpar. Esto puede dar lugar a:

a)Costes de fabricación muy altos.b)La necesidad de componentes específica-mente diseñados.

c)Susceptibilidad al fallo por desgaste.

4)Uso de un adhesivo anaeróbico en las bridasantes del montaje. Esto dará lugar a:

a)La ausencia de cambios en el diseño ori-ginal.

b)Una mayor resistencia al desgaste.c)Un bajo coste relativo.

7.1.4 Sellado de microporosidades

Los diseños de producto avanzados y las nuevastécnicas de fabricación requieren métodos moder-nos para el sellado de microporosidades en piezasde metal fundido, en piezas de metal sinterizado,componentes electrónicos, compuestos plásticos,soldaduras y otros sustratos porosos. El conoci-miento cada vez mayor de las ventajas de losmodernos selladores de porosidades y de susmétodos de aplicación, junto con unos requisitosde calidad más estrictos, han impulsado losrecientes avances de esta tecnología de fabrica-

ción. La impregnación al vacío como medio fiablede sellado de porosidades en diversos sustratosgoza actualmente de alta prioridad. La capacidadde sellar poros de modo permanente y rentable haelevado lo que antes era una intervención de«reparación» a la categoría de operación de fabri-cación fiable e importante herramienta de diseño.

La industria pulvimetalúrgica ha experimentadouna revolución considerable gracias al desarrollode métodos de sellado fiables. Las porosidadesinherentes a las piezas de metal sinterizado sepueden sellar de manera fiable y permanente, demodo que pueden utilizarse en sistemas hidráuli-cos e incluso en sistemas con gases inflamablessin temor a las fugas. Además, el sellado con resi-na de los poros del metal sinterizado es actual-mente un importante paso preparatorio para elrevestimiento electroquímico, para el pintado ypara otras operaciones de acabado, y mejora engran medida sus propiedades de mecanización.Los mismos selladores y métodos de aplicaciónque sellan las porosidades de un metal evitan ade-más las fugas derivadas de las porosidadesmicroscópicas en los compuestos plásticos y enotros sustratos no metálicos.

La demanda de productos y servicios deimpregnación se ha multiplicado varias veces enlos últimos años, especialmente en las industriasde automoción y electrónica.

Entre los logros de la impregnación, está la dis-minución del peso y del coste de los montajes. Laimpregnación permite diseñar piezas de fundicióna presión con paredes más finas o cambiar a méto-dos de menor coste, como la sinterización. Losmodernos sistemas de impregnación están tanaceptados en la actualidad y han demostrado sertan efectivos y económicos, que se ha abandonadoel tradicional ensayo de fugas de las piezas de fun-dición intensamente mecanizadas en favor de laimpregnación de las piezas al 100%. La inciden-cia de fugas después de la impregnación es tanpoco frecuente que las piezas de fundición no sue-len ensayarse en busca de fugas hasta después delmontaje final del producto fabricado. Por ello, conlas piezas de fundición, el metal sinterizado y consustratos de otros materiales, la moderna impreg-nación con resina se ha convertido en una herra-mienta de diseño y fabricación avanzada.

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7.1.4.1 Impregnación de piezas de fundición

Existen dos tipos de porosidades: macroporosi-dades y microporosidades. Las macroporosidadessuelen requerir una segunda fundición porque loshuecos de la pieza son de tamaño suficiente paraafectar a la integridad estructural. Las microporo-sidades no afectan a la resistencia estructural yson el resultado de dos fenómenos físicos queocurren cuando el metal fundido solidifica:

.Formación de cristales y contracción

.Absorción de gases

Los defectos superficiales visibles no suelenmejorar con el sellado por impregnación. El sella-dor desaparece de estos defectos durante el proce-so, dejándolos inalterados. Las porosidades demenor tamaño, de escala microscópica, tanto si sedeben a inclusiones de gases como a la contrac-ción, pueden sellarse fácilmente con la impregna-

ción. El poro puede sellarse incluso si es de tama-ño relativamente grande en la pieza de fundición.

La mayoría de las aplicaciones de impregnaciónde piezas de fundición afectan a piezas con unasporosidades tan pequeñas que no son perceptiblesa simple vista.

La razón por la que suele procederse a laimpregnación de piezas de fundición es que éstassean capaces de retener fluidos a presión. Comoejemplos tenemos:

.Componentes de bombas y mecanismos dedirección en la Automoción

.Bombas de sistemas de combustible

.Reguladores

.Filtros

.Distribuidores

.Bombas de refrigerante

.Carburadores

.Culatas

.Bombas hidráulicas

.Cajas y componentes de compresores de refri-gerante

.Cajas de engranajes

.Cajas de instrumentos aeronáuticos estancos ala presión componentes de frenos de airecomprimido

.Cierres de puertas hidráulicos

.Contadores de gas

Impregnadas adecuadamente, estas piezas sesellan permanentemente y pueden mantener pre-siones equivalentes a la resistencia a la rotura dela pieza de fundición.

Las piezas de fundición también se impregnanpara sellar porosidades como preparativo paraoperaciones de acabado de metales, tales como elpintado o el revestimiento electroquímico. Si nose sellan los poros, pueden absorberse fluidosdurante las operaciones de acabado. Estos fluidosatrapados pueden emerger posteriormente, atacan-do el revestimiento de acabado desde dentro ycausando en el mismo picaduras, ampollas u otrosdefectos. Las «erupciones» que aparecen en loshornos de curado de pintura suelen ser causadaspor gases o líquidos que emergen de los poros.Algunos efectos de las porosidades pueden noaparecer en el acabado superficial hasta bastantetiempo después de haberse completado todo elproceso, quizás ya durante la vida útil del produc-to. La impregnación de las piezas de fundición

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Fig.7.38: Impregnación con sistema de curado enagua caliente.

Fig.7.39: Impregnación con sistema anaeróbicode curado a temperatura ambiente.

antes de realizar las operaciones de acabado evita-rá la absorción de fluidos extraños.

En algunos casos puede ser conveniente sellarlos poros de una pieza fundida de modo que nopuedan penetrar fluidos corrosivos. Esto se hacepara evitar la corrosión que puede originarse den-tro de las porosidades. Si se produce la corrosióndentro de los poros, pueden aparecer manchas enla superficie de la pieza, debidas a dicha corrosióninterna, aunque la superficie de la pieza haya sidotratada para evitar la corrosión. La impregnaciónde esa pieza contribuirá al sellado contra la corro-sión que, de lo contrario, podría ocurrir dentro delos poros.

7.1.4.2 Impregnación de piezas de metal sinte-rizado

Las porosidades inherentes, que son un resulta-do natural de la producción de piezas sinterizadas,han convertido la impregnación con resina en elcompañero perfecto de esta tecnología de produc-ción única. La impregnación al vacío con resinasanaeróbicas se utiliza mucho para sellar los porosde las piezas sinterizadas. De hecho, las porosida-des son tan extensas en este tipo de piezas que losproductos anaeróbicos que curan a temperaturaambiente son el método más utilizado para elsellado de piezas sinterizadas. Los selladores decurado por calor no suelen ser adecuados para laspiezas sinterizadas debido a los problemas rela-cionados con el inevitable sangrado durante elcurado por calor.

Muchos de los programas de producción de pie-zas sinterizadas que han tenido éxito no seríanposibles sin la alta fiabilidad de los sistemas deimpregnación. Cada año se producen millones depiezas sinterizadas para sistemas hidráulicos. Elaceite hidráulico a alta presión podría pasar fácil-mente a través de piezas sinterizadas no impreg-nadas con resina.

Al igual que las piezas fundidas, las piezas sin-terizadas también suelen impregnarse para evitarque las soluciones penetren por las porosidades yaparezcan en algún momento posterior, despuésde aplicada la pintura de acabado. Este tipo dedefecto de los acabados aplicados suele tomar laforma de picaduras o ampollas en la pintura.

Una aplicación de la impregnación de piezassinterizadas cuya demanda está creciendo rápida-mente es la mejora de las propiedades de mecani-zación de piezas taladradas, aterrajadas, mandri-nadas, fresadas o sometidas a otros tipos demecanizado con herramientas de corte después delsinterizado. La resina de impregnación endurecidadentro de los poros contribuye a amortiguar el filocortante de la herramienta cuando atraviesa laestructura del metal, prolongando en gran medidala vida útil de la herramienta.

Sin impregnación, el filo de la herramienta«nota» interrupciones al cortar el metal. Esto creavibración y reduce drásticamente la vida útil de laherramienta de corte. Además, genera grandesalteraciones de las tolerancias de mecanizado.Con una pieza impregnada, la herramienta decorte «nota» una carga más constante al cortar elmetal. En ensayos controlados, la vida de la herra-mienta se alargó varios cientos de veces en algu-nos casos y el mecanizado pudo realizarse a velo-cidades muy superiores con sólo impregnar laspiezas sinterizadas. El control dimensional de laspiezas mejora de manera importante, de modo quelos métodos de control de proceso estadístico sonmás efectivos. Actualmente, muchas piezas sinte-rizadas se impregnan exclusivamente por las ven-tajas que ello comporta para el mecanizado.

7.1.4.3 Integración de la impregnación en otrosprocesos

Las piezas de fundición deben mecanizarse,limpiarse y secarse por completo antes de laimpregnación. Al mecanizar las piezas fundidas,puede que se ponga de manifiesto más porosidadinterna y el sellador de impregnación sólo podráalcanzar todas las áreas que debe sellar una vezfinalizado el mecanizado. Es importante que laspiezas estén limpias y secas, de modo que losporos no queden bloqueados por materiales extra-ños que puedan impedir la plena penetración delsellador de impregnación. Las piezas deben estara temperatura ambiente en el momento de laimpregnación.

Las piezas sinterizadas deben impregnarse des-pués del sinterizado y antes de cualquier opera-ción secundaria. Normalmente, las porosidadesestán totalmente abiertas en ese momento y elsellador de impregnación puede llenarlas por

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completo. Además, este proceso sirve para mejo-rar posteriores operaciones de mecanizado o deacabado.

El revestimiento electroquímico, el pintado ydemás operaciones de acabado de piezas de fundi-ción o sinterizadas deberán realizarse cuando laimpregnación se haya completado y el selladorhaya curado plenamente. El sellador curado en laspiezas impregnadas no se ve afectado por lasdiversas operaciones de limpieza y decapado quesuelen darse en el proceso de acabado. Incluso sise utilizan soluciones muy ácidas en el acabado, elsellador no se verá afectado por una breve exposi-ción a estos fluidos.

7.2 Tecnología del curado por luz (extraído de7.2 Tecnología del curado por luz (extraído deinformación interna de Loct i te)información interna de Loct i te)

7.2.1 Introducción

La polimerización-reticulación inducida por laluz se empleaba ya hace más de 4000 años en lapreparación de momias. Se sabe que los antiguosegipcios sumergían tiras de lino en betún deJudea, el cual contiene compuestos insaturados,antes de exponer las momias envueltas a la luz delsol para que se endurecieran. También emplearonesta tecnología para sellar los barcos con un acei-te asfáltico que era capaz de polimerizar tras suexposición al sol para generar recubrimientosimpermeables y resistentes. Pero no fue hastafinales del siglo XIX cuando Niepce tuvo la bri-llante idea de emplear el mismo asfalto sensible ala luz como material imagen para obtener la pri-mera fotografía permanente. Los científicos inte-resados en los sistemas de curado UV desarrolla-ron sus trabajos durante la década de los 40’cuando se concedió la primera patente para tintasde impresión basadas en poliéster de estireno insa-turado las cuáles polimerizaban fácilmente al serexpuestas a radiación UV. Esta clase de resinas debajo precio parecieron ser también adecuadas parael recubrimiento de madera con barnices exentosde disolventes y de secado rápido. Tales sistemasde curado UV comenzaron a utilizarse en la indus-tria del acabado de la madera durante los años 60’y, aún en la actualidad, siguen siendo uno de losusos más importantes de estas resinas.

Los adhesivos, selladores y recubrimientos decurado UV son materiales que, curan o endurecen(polimerizan) al exponerlos a la longitud de ondade luz, e intensidad adecuada. Originalmente,estos sistemas respondían únicamente a la luz UVpero, debido a los avances en la química de cura-do por luz, la respuesta a la luz visible apropiadaes también ahora común y a menudo, ventajosa.En algunas aplicaciones, es incluso necesaria.Aunque los términos “curado por luz” o “fotocu-rado”, describen la química con más precisión, yhay otra luz distinta a la UV, el término “curadoUV” está muy introducido, y probablemente secontinuará utilizando para describir tanto a los sis-temas de curado por luz UV como a los de luzvisible.

La ventaja principal del proceso de curado porluz es su velocidad de curado. Dependiendo delproducto y sistema, el curado se puede conseguiren cuestión de segundos. Otras ventajas son:

.Son sistemas monocomponentes, sin necesi-dad de medir o mezclar, ni preocupaciones encuanto a la vida útil de la mezcla.

.No contienen disolventes.

.Su curado a temperatura ambiente es muyrápido.

.El curado a petición, facilita la alineación delas piezas.

.Necesitan menos espacio y energía para elequipo que los hornos.

.Permiten el ensayo de las piezas casi inmedia-tamente después del montaje.

La limitación principal del sistema de curadopor luz estriba en que el material a curar debe verluz adecuada, tanto en el tipo (longitud de onda odistribución del espectro), como en la intensidad.Esto significa que en una aplicación de adhesivo,uno de los sustratos debe transmitir la luz adecua-da. Así mismo, los montajes con zonas ensombre-cidas necesitarán de un mecanismo de curadosecundario.

7.2.2 Principios básicos del curado por luz

7.2.2.1 El espectro electromagnético

Para el curado de una material mediante luz es

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necesaria una energía para que la reacción quími-ca tenga lugar. Las luz visible y la luz UV sonejemplos de la energía radiante o energía transmi-tida desde una fuente de alta temperatura a uncuerpo receptor sin utilizar ningún otro sistema.La luz UV y la luz visible realmente comprendenuna muy pequeña porción del espectro electro-magnético que es una ordenación por longitud deonda de todos los tipos de energía radiante que seencuentran en la tierra. La luz UV se extiendedesde 100-400nm y la luz visible desde 400 aaproximadamente 760 nm en longitud de onda. Laluz en la región UV o visible que es capaz deinteractuar con materia para producir una reacciónquímica, se la denomina también como luz actíni-ca.

7.2.2.2 Tipos de luz UV y luz visible

La luz UV se divide en cuatro grupos basadosen la longitud de onda/energía y capacidad deinteractuar con la materia:

UVA(315-400nm)Luz negra. Se utiliza para reacciones de poli-merización UV de baja energía. Tambiénpara tareas de inspección fluorescente.

UVB(280-315nm)Se utiliza para polimerización por UVA, y yaque es la región energética más fuerte de laluz solar natural, para el envejecimiento ace-lerado por luz de los materiales. La luz UVBes la responsable de las quemaduras solares.

UVC(200-280nm)Se utiliza para el curado superficial rápido delas tintas y lacas UV, así como para aplica-ciones germicidas y de esterilización.

VUV(200-100nm)UV vacío. Se puede utilizar únicamente en vacío yes, por lo tanto, de una importancia comercialmenor.

La luz visible también se divide en diferentescolores, siendo asociada a distintas longitudes deondas, según se indica en el diagrama del espectroelectromagnético. Actualmente, la longitud deonda utilizada para el curado por luz visible estáen la región violeta a azul (400-480 nm).

7.2.2.3 Uso comercial de la energía radiante

La energía radiante que se encuentra en la natu-raleza es, generalmente, difusa. A fin de hacer quela energía radiante sea económica y comercial-mente útil, el hombre debe ser capaz de generarlaa voluntad y, lo que es más, ser capaz de intensifi-carla según se genera. En la actualidad se estándesarrollando equipos para producir radiaciónintensa de UV, rayos X y otros tipos adecuadospara el uso industrial.

7.2.2.4 Química: la polimerización producidapor la luz

Con el fin de que el adhesivo de curado por luzreaccione a la luz UV o visible, un componentequímico denominado fotoiniciador debe estar pre-sente en la formulación. La luz emitida desde unafuente adecuada produce la rotura del fotoinicia-dor en especies reactivas. Las especies generadasinician un proceso de polimerización rápida conmonómeros y oligómeros en el sistema para for-mar un polímero reticulado duradero. Las combi-naciones de fotoiniciadores que responden a la luzvisible y UV se utilizan a menudo en los produc-tos más recientes para mejorar su versatilidad.

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Fig.7.40:Espectroelectromagnético.

7.2.2.5 Tipos de sistemas de curado por luz

Existen, principalmente, dos tipos de sistemasde curado por luz:

.Basados en iniciadores de radicales libres.

.Basados en iniciadores catiónicos.

7.2.2.6 Sistemas de radicales libres

La mayoría de los productos comerciales decurado por luz son del tipo de radicales libres yutilizan principalmente componentes acrílicos(acrilato). Los sistemas de radicales libres son losmás versátiles en relación a las propiedades delproducto, porque muchos tipos distintos demonómeros y oligómeros están disponibles parasu uso, y se pueden obtener diferentes propieda-des. Con un sistema de radicales libres, la polime-rización se para tan pronto como se apaga la luz.Los sistemas acrílicos de radicales libres estánsujetos también a la inhibición de oxígeno, lo quesignifica que el oxígeno en el aire evita que lasmoléculas en la superficie polimericen, y dejanuna superficie húmeda o pegajosa.

7.2.2.7 Sistemas catiónicos

Los sistemas catiónicos contienen materialesepoxis y/o éter de vinilo, más que componentesacrílicos (los acrílicos no reaccionan vía catióni-ca). Debido a que sólo una variedad limitada demonómeros y oligómeros están disponibles parasu uso en estos sistemas, queda limitada su versa-tilidad para ajustar las propiedades. Al contrarioque los sistemas de radicales libres, algunos cura-dos continúan después de quitar la fuente de luz,aunque es mínima y a menudo requieren de unempuje térmico, o calor, para que sea efectiva.Los fotoiniciadores que generalmente se usan ensistemas catiónicos, pueden resultar, de algunamanera tóxicos, y sus residuos corrosivos, ej. enlos delicados chapados que se utilizan en la indus-tria electrónica. Los sistemas catiónicos no estánsujetos a la inhibición del oxígeno, pero se conta-minan fácilmente por alta humedad.

7.2.3 Equipos para el curado por luz

La descripción de todos los elementos constitu-yentes de un equipo de curado por luz, así comode los diferentes tipos de lámparas existentes en elmercado se puede encontrar en el capítulo 9 de“Aspectos relacionados con la aplicación de losadhesivos”.

No obstante, es importante estudiar los paráme-tros relacionados con la fuente de emisión de luz,puesto que determinan la capacidad de curado deladhesivo o sellador.

7.2.4 Factores a considerar para emplear lastécnicas de curado por luz

Son cuatro los factores que deben tenerse encuenta a la hora de diseñar una aplicación exitosade curado por luz. Estos factores influyen tanto enla selección del producto y como en la eficienciadel proceso de fabricación. Estos son:

.Emisión del espectro de la lámpara

.Intensidad de la luz

.Propiedades de transmisión del sustrato

.Características de curado necesarias (curadoen profundidad, curado superficial, veloci-dad, etc.)

7.2.4.1 Correspondencia entre el espectro deemisión y el fotoiniciador

Una de las consideraciones más importantes atener en cuenta para lograr un curado óptimo es lacorrespondencia entre el espectro de emisión de lalámpara a las características de absorción delfotoiniciador en el material a curar. Esto se consi-gue coordinando la selección de la lámpara con laquímica del producto. Como ya se ha indicadoanteriormente, existe una variedad de lámparascon diferentes emisiones de espectro.

Los distintos fotoiniciadores cuentan con dife-rentes características de absorción. Cuanto másintensa sea la emisión de la lámpara en la longitudde ondas absorbidas por el fotoiniciador de unproducto, más eficaz será el curado.Frecuentemente, varias fuentes de luz curarán unproducto con algún grado de eficacia , pero una de

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las fuentes puede realzar las propiedades particu-lares requeridas, ej. el curado superficial o el cura-do en profundidad. Como la medida de la emisiónde espectro en línea no es posible, el fabricante delequipo proporcionará los diagramas de potenciade las lámparas utilizadas. Las Hojas de DatosTécnicos ofrecen sugerencias sobre las fuentes deluz a utilizar con cada producto.

7.2.4.2 Intensidad de luz sobre el producto

El principal factor influyente sobre la velocidadde curado es, sobre todo, la intensidad de la luzsobre el producto, irradiación, -cuanto más inten-sa sea la luz, más rápida será la velocidad de cura-do. La irradiación es una función de:

.La potencia de la lámpara

.Distancia entre la lámpara y el producto

.Tipo de reflector

.Antigüedad de la lámpara

.Características de transmisión del sustrato através de la cual debe pasar la luz hastaalcanzar el producto que debe curarse.

7.2.4.3 La potencia de la lámpara

La potencia de la lámpara se valúa en watios porpulgada de longitud , denominada también densi-dad de energía. Las lámparas de arco de vapor demercurio conocidas comercialmente como siste-mas de curado por luz existen en densidades deenergía que van desde 100-600 watios/pulgada,pero las dos más utilizadas son de 200 y 300watios/pulgada. Esta es la potencia total de lalámpara a través de todo el espectro electromag-nético, incluyendo radiación visible e infrarroja, yno indica intensidad en ninguna longitud de ondaen particular.

7.2.4.4 Distancia entre la lámpara y el sustrato

Como en cualquier fuente de luz, la intensidaden una superficie disminuye a medida que aumen-ta la distancia desde la fuente de luz. La relaciónentre la intensidad y la distancia está muy influen-ciada por el diseño del reflector. A fin de que lamedida de intensidad de la lámpara sea significa-

tiva, las lecturas deben registrarse en la distanciade trabajo desde la lámpara.

7.2.4.5 Tipo de reflector

Es importante mantener una distancia de trabajoconstante entre la fuente y el producto a curar, afin de mantener la influencia del reflector optimi-zada.

7.2.4.6 Duración de la lámpara

La vida útil de una lámpara de arco de mercuriodepende de varios factores, influyen hechos talescomo si tiene electrodos o no, número de encendi-dos, tiempo de funcionamiento por encendido,temperatura en el área de electrodos de las lámpa-ras con electrodos y densidad de la energía. A laslámparas con electrodos se las supone una dura-ción de 1000 horas con una pérdida de no más del15% al 25% de su intensidad original. Las lámpa-ras sin electrodos ostentan una duración de 3000-5000 horas. La mejor fuente de información res-pecto a las características de duración específicasde una lámpara es el fabricante del equipo o de lalámpara. Es extremadamente importante el reali-zar una inspección regular de la intensidad de lalámpara en la distancia en la que está trabajando.Existen equipos para medir la intensidad y sonadecuados para su uso en el entorno industrial.

7.2.4.7 Características de transmisión del sus-trato

Para conseguir un fotocurado efectivo es nece-sario que luz de intensidad adecuada y la distribu-ción del espectro alcancen al producto. En caso deaplicaciones de recubrimiento o relleno, puedepredecirse un curado eficaz del producto. No obs-tante, en caso de una aplicación adhesiva en lacual la luz deba pasar a través de un sustrato antesde que alcance el producto, deberá tenerse encuenta otro factor crítico llamado característicasde transmisión del sustrato.

Incluso en los casos en que un material apareceincoloro y transparente a la vista, en realidadpuede bloquear la luz necesaria para un curado

178


UV. Por ejemplo, mientras que por un lado lamayoría de los tipos de cristal transparente trans-miten luz UV, cristal laminado de seguridad FlintF Glass (D.E.D.F. 5901) y polivinil butiral, filtrantoda la luz de longitud de onda 365 nm, que esnecesaria para el curado UV. Así mismo, existendos tipos básicos de policarbonato (P/C) transpa-rente a la vista, muy comunes actualmente en laindustria: transmisores UV, utilizado normalmen-te en aplicaciones de instrumentación médica y deabsorción de UV, utilizados en faros de coches yotras aplicaciones de exterior. Los P/C de transmi-sión UV pasan cerca del 70% de la luz de 365 nm,pero el de absorción de UV pasa sólo cerca del3%, que no es suficiente para curar los productosque contienen únicamente fotoiniciador UV, otrostipos de plásticos transparentes pueden filtrar laluz UV. Los productos de curado por luz visibleofrecen la solución para alcanzar el curado a tra-vés de sustratos transparentes de filtrado UV, ycon la nueva tecnología de curado por luz visible,es posible también curar a través de sustratos tin-tados transparentes o sustratos coloreados trans-parentes.

El color y el brillo del sustrato inferior puedentambién afectar a la velocidad de curado. La luzque se refleje desde una superficie inferior blancao brillante, puede acelerar la velocidad de curado,mientras que un sustrato oscuro puede reducirla.

La medición de las características de transmi-sión de un sustrato se lleva a cabo fácilmenteincluso en los entornos de producción y debenrealizarse antes de especificar un producto. Losradiómetros con medidor, que detectan luz en365nm y en 400 nm deben utilizarse para determi-nar si se requiere un curado UV o visible. El sus-trato, con el medidor situado debajo, se expone ala luz y se toman las medidas de intensidad. Debetambién medirse la intensidad sin el sustrato en laparte superior del medidor, y así determinar lascaracterísticas de filtración del sustrato.

7.2.4.8 Medición de la intensidad de luz

Dado que el uso eficaz de los productos de cura-do por luz depende en gran medida de la intensi-dad de la luz, es de vital importancia el medir einspeccionar esta característica. Para ser másexplícitos, la luz debe medirse en condiciones deproducción reales y a través del sustrato a ensam-

blar, si procede. El uso de los radiómetros equipa-dos con medidores que responden a la longitud deondas, generalmente críticas, de 365nm y/o400nm facilita las mediciones en línea. Deberecordarse que, incluso lecturas de intensidad enuna específica longitud de onda siendo similaresentre las dos fuentes de luz, la eficacia de curadopodría no ser la misma. Esto se debe a la impor-tancia de la distribución del espectro de la fuente.Sin embargo, la medición en una longitud de ondaes un excelente medio para determinar la intensi-dad óptima de una aplicación en particular y che-quear la intensidad para así asegurar resultados decurado coherentes.

7.2.4.9 Profundidad de curado

La profundidad de curado se aumenta con lon-gitud de ondas más largas, ej. superior a 350 nm.En caso de profundidades de curado muy grandes,se recomiendan sistemas de curado por luz visi-ble. El curado en profundidad es una función de laquímica del producto, los datos relativos a la fuen-te de luz y el tiempo de exposición pueden encon-trarse en las Hojas de Datos Técnicos de cada pro-ducto. La profundidad de curado puede mejorarse–o curar en zonas a la sombra- con el uso de siste-mas de curado dual que son formulaciones a lascuales se ha incorporado un mecanismo de curadosecundario (calor, humedad, activador).

7.2.4.10 Curado superficial

Por otro lado, el curado superficial, se mejoraexponiéndolo a longitud de ondas más cortas yenergéticas. El curado superficial puede no serimportante en una aplicación de adhesión, excep-to si se trata de bordes largos, pero obviamente, esimportante para recubrimientos, o aplicaciones derellenado. Como ya se ha indicado anteriormente,los sistemas acrílicos están sujetos a la inhibicióndel oxígeno que afectan adversamente al curadosuperficial. El utilizar nitrógeno para dejar inertela atmósfera es efectivo a la hora de solucionareste problema, y se usa en la industria del revesti-miento, pero no es práctica en la mayoría de lasespecialidades. La mejor resolución para este pro-blema es la selección cuidadosa de un producto yde los parámetros del equipo de curado, así comoel uso de alta energía, especialmente a 254 nm.

179


Tanto las lámparas de arco de mercurio de mediapresión y los bulbos de la casa Fusion H y H+emiten alta intensidad en 254 nm.

7.2.4.11 Velocidad de curado

La velocidad de curado depende tanto de lacomposición del producto como de la intensidadde la luz. Cualquier factor que reduzca la intensi-dad de la luz sobre un producto, reducirá la velo-cidad de curado. Por ejemplo, si la velocidad deuna cinta transportadora se aumenta para a su vezincrementar la productividad, puede producirse uncurado incompleto debido a la disminución deltiempo de exposición a la luz. No obstante, esimportante apreciar que los problemas puedentambién producirse si el producto cura demasiadorápido. Una de las preocupaciones es el alto gradode generación de calor. El calor excesivo puedeafectar adversamente a las piezas sensibles térmi-camente, produciéndose la fragilización en el pro-ducto ya curado, o causar neblina debido a la vola-tilización en el producto de componentes novolátiles normalmente. Un efecto más sutil perosuficientemente negativo resultante de un curadodemasiado rápido, es la posibilidad de reducir laadhesión al sustrato.

7.2.5 Familias de adhesivos de curado por luz

Existen actualmente multitud de familias deadhesivos que curan mediante exposición a radia-ción luminosa. Algunas se emplean como adhesi-vos estructurales, mientras que otras se empleancomo selladores o materiales de relleno. Todasellas han sido descritas con detalle en apartadosanteriores:

.Acrílicos de curado UV: presentan profundida-des de curado variables, desde escasos milí-metros para los tradicionales (curado en pro-fundidad a 365nm) hasta varios centímetrospara los visibles (curado en profundidad a420nm). Todos ellos sólo curan superficial-mente bajo radiaciones intensas del orden de220nm, por lo que únicamente se obtienetacto seco empleando lámparas de alta inten-sidad de emisión. Pueden presentar curadodual con activador.

.Anaeróbicos de curado UV: curan a 365nm en

profundidad y 220nm en superficie y sólopermiten el curado varias décimas de milí-metro. Presentan curado dual anaeróbico,con activador y por calor.

.Cianoacrilatos de curado UV: son menos sen-sibles a la longitud de onda, curando bajo unamplio espectro de radiaciones sin presentarproblemas destacables de curado superficial.Permiten el curado casi instantáneo de volú-menes importantes de adhesivo sin proble-mas de “blooming” posteriores.

.Epoxis catiónicos: inician la reacción bajoexposición a radiación UV permitiendo eluso de resinas monocomponentes.

.Siliconas de curado UV: se emplean general-mente como selladores. En ocasiones seaprovecha la velocidad del curado UV parafijar la silicona. El curado en profundidad seproduce posteriormente por reacción de lasilicona sin curar con la humedad atmosféri-ca. Otras veces, el único sistema de curado esla luz UV.

7.3 Técnicas de sel lado y rel lenado con elastó7.3 Técnicas de sel lado y rel lenado con elastó --meros (Mario Madrid Vega, Loct i te España ymeros (Mario Madrid Vega, Loct i te España yFrancisco Javier Valle Fonck, Loct i te España)Francisco Javier Valle Fonck, Loct i te España)

7.3.1 Introducción

El sellado se ha definido como “el arte y cienciade la prevención de las fugas”. El desarrollo histó-rico de los sistemas de sellado se ha basado aveces más en el arte que en la ciencia. En ocasio-nes las fugas en ciertos montajes no sólo han sidoadmitidas sino que se han considerado inevitables.Sin embargo, la tendencia actual se dirige hacia laelaboración de un sistema completo de unionescon fugas mínimas y que conserven su integridada lo largo de la vida del montaje. Detrás de esteimpulso se hayan factores como la crisis energéti-ca, la aparición de legislación medioambiental, laelevación de los cánones de calidad y el deseo deeliminar costes y riegos asociados con las fugas degases, líquidos y vapores.

Aunque adhesivos y selladores se formulan amenudo a partir de los mismos polímeros, se dise-ñan para tener propiedades distintas. Los adhesi-vos tienen normalmente elevadas resistencias atracción y a cortadura como métodos alternativos

180


para la unión de estructuras, mientras que losselladores son normalmente materiales de bajaresistencia que se emplean como barrera frente alpaso de líquidos, vapores, gases o sólidos.

En aplicaciones como el encapsulado y rellenode componentes electrónicos, los adhesivos modi-ficados son a veces los selladores más efectivos.En aplicaciones aeronáuticas, los selladores seemplean entre superficies en contacto (juntas desolape entre metales) para prevenir tanto la corro-sión bimetálica, como el ingreso de la humedadque podría iniciar la corrosión.

En muchas aplicaciones, el material funcionacomo adhesivo y como sellador. Un buen ejemploes la tendencia actual de la industria de la automo-ción en reemplazar la soldaduras por puntos poradhesivos en el montaje de puertas de coche. Eladhesivo (normalmente epoxis o plastisoles) seposiciona entre los paneles interior y exterior, loscuáles se ribetean. De esta forma se evita el ingre-so de agua en la junta. Las siliconas empleadascomo adhesivos y selladores en construcción y losanaeróbicos empleados como adhesivos y sellado-res en maquinaria son otros ejemplos.

7.3.2 La tecnología del sellado

Cualquier sellador debe cumplir tres funcionesbásicas:

.Rellenar el espacio generando un cierre: elsellador debe copiar las superficies y rellenarcualquier imperfección. En ocasiones esnecesario una buena adhesión sobre el mate-rial.

.Formar una barrera impermeable al flujo delfluido: en contraposición a otros materialessólidos empleados para el sellado, como elpapel o el corcho, los selladores químicospresentan una gran impermeabilidad frente alos fluidos objeto de sellado.

.Mantener el sellado en el medio operativo: enmúltiples ocasiones la junta tendrá quesobrevivir al entorno, es decir, al calor, lahumedad y la luz ultravioleta, además desoportar solicitaciones mecánicas. Los mon-tajes realizados en aeronáutica, automoción eindustria general se exponen a menudo a car-gas dinámicas severas y a agentes químicosagresivos. Ciertos fluidos pueden hinchar,

degradar químicamente y despegar la junta.Aunque cierto hinchamiento puede ayudar alsellado, cuando es excesivo suele ser un pri-mer síntoma de degradación química.

7.3.3 Familias de selladores elásticos másimportantes y sus aplicaciones

Las siliconas tal vez sean los selladores másconocidos por su extendido uso en el sector de laconstrucción. Sin embargo sus aplicaciones llegana otros sectores como el de la automoción.

El uso de siliconas como selladores secundariosen el aislamiento de cristales estás creciendo en laactualidad. En el mercado de la reparación caserase emplean siliconas de bajo rendimiento y bajocosto.

Las siliconas RTV se emplean desde 1971 en elsellado de juntas de motores, transmisiones y ejestraseros. En la actualidad, el mercado japonéssigue una tendencia ascendente en consumos para

181


Fig.7.41:Sellado a tope

simple

Fig.7.42:Sellado a solape

simple.

estas aplicaciones. El encapsulado y sellado decomponentes electrónicos es un mercado impor-tante para siliconas UV.

Las fluorosiliconas de muy alto rendimientoquímico y mecánico justifican su precio sólo parasu empleo en aplicaciones aeroespaciales.

Los poliuretanos se emplean como adhesivos yselladores en la industria de la construcción, laautomoción, la ferroviaria y la naviera. Las apli-caciones de adhesión de elementos estructuralesaprovechan la estanqueidad generada. Al margende aplicaciones meramente estructurales, lospoliuretanos se emplean masivamente en todotipo de vehículos para sellar otras uniones frenteal ingreso de agua, evitando de esta manera lacorrosión.

Los polisulfuros fueron uno de los primeroselastómeros sintéticos. Al igual que los butilos,presentan una muy baja transmisión de humedad adiferencia de las siliconas, motivo por el cual seemplean como selladores primarios en la fabrica-ción de cristales de aislamiento.

Otro empleo típico, aprovechando la resistenciaexcelente de los polisulfuros frente al combustiblede los reactores, es el sellado de los depósitos delos aviones.

Los acrílicos se emplean en ocasiones combi-nados con pequeñas proporciones de siliconasdando lugar a selladores de bajo rendimiento conel aspecto de siliconas. Se emplean en el de cerra-mientos de aluminio, entre otros.

Los cauchos de butilo se emplean como sella-dores primarios en la fabricación de vidrio de ais-lamiento. Aplicaciones en la industria de los sub-componentes para la automoción son el sellado deluces traseras, la aplicación de películas repelen-tes de agua y, en el pasado, la adhesión de losparabrisas sobre la carrocería.

Los plastisoles se emplean extensamente en elsellado de costuras en la industria de la automo-ción. El material se funde y cura durante el proce-so de cocido de la pintura de la carrocería.También se emplean en uniones híbridas con pun-tos de soldadura para la unión de paneles. Losplastisoles en base solvente se emplean para sol-dar las conducciones de agua en base a PVC.

7.3.4 Juntas flexibles de Formación “In Situ”(FIS flexibles)

Mientras que el uso de materiales anaeróbicos yjuntas rígidas persigue conseguir el sellado de laspiezas minimizando el movimiento relativo entrelas bridas, las juntas flexibles se basan en el con-cepto opuesto: se intenta, que los movimientosrelativos entre las bridas sean absorbidos por laelasticidad del material usado como sellador en lajunta. Por tanto, este material, una vez que hapolimerizado, debe ser suficientemente flexiblepara cumplir con este cometido.

En el diseño de juntas flexibles se busca:

.Garantizar el sellado de la unión mediante laadhesión del producto usado a los sustratosde las bridas.

.Permitir que el movimiento relativo entre lasbridas sea absorbido por la elasticidad deladhesivo.

Los productos flexibles, como pueden ser lassiliconas y algunos poliuretanos, son los más ade-cuados en este caso. Ambas familias de productospresentan propiedades que los hacen idóneos paraestas aplicaciones:

.Alta elongación a la rotura.

.Excelente adhesión a la mayoría de los sustra-tos.

.Gran profundidad de curado.

.Amplio rango de temperaturas de servicio.

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Fig.7.43: Esquema de junta FIS.

Estos productos curan por reacción con lahumedad ambiental. Una vez que se han aplicadoy han polimerizado, sellan por adhesión a lossubstratos. Por lo tanto no es necesaria la existen-cia de una presión entre las piezas a sellar, redu-ciéndose así la importancia que tiene la disposi-ción, tamaño y número de tornillos en el diseño.

Sin embargo, para poder aprovechar las caracte-rísticas anteriores es necesario garantizar un espe-sor mínimo del adhesivo que forma la junta. Pormuy grande que sea la elongación a la rotura de unmaterial, si su espesor es cercano a cero, la capa-cidad de elongación en términos absolutos puedeser insuficiente para soportar los movimientosrelativos de la unión sin que se produzca un falloen el adhesivo.

7.3.5 Diseño de juntas flexibles con selladoresde silicona

El principal parámetro para el diseño de juntasflexibles es definir la forma mediante la cual segarantiza un espesor mínimo de la capa de adhesi-vo. Para ello existen distintos métodos:

.Resaltes en la junta.

.Surcos de retención.

.Chaflán o radio de acuerdo.

De todos estos métodos, el menos costoso y quese ha mostrado más efectivo es el diseño con radiode acuerdo o chaflán. Esta opción consigue com-binar las ventajas de los selladores flexibles y lasjuntas rígidas, ya que garantiza el contacto metal-metal de las bridas (lo que permite cumplir contolerancias precisas) y un espesor mínimo para eladhesivo sellador.

Es de vital importancia prestar atención al méto-do de montaje utilizado. Éste debe realizarseinmediatamente después de la aplicación del pro-ducto ya que en caso contrario se corre el riesgode que se haya iniciado su polimerización forman-do una fina capa superficial o piel que puedeimpedir o dificultar la adhesión del producto a labrida correspondiente.

7.3.6 Juntas de Curado “In Situ” (CIS)

El objeto de la formación de juntas de curado insitu (CIS) consiste en colocar una junta de com-presión como pieza permanente de la superficie deuna brida. Estas juntas se crean con máquinas tra-zadoras que aplican cordones precisos de siliconaa las superficies de la brida. Los cordones curan yse unen a la brida del componente en 30 segundoscon luz ultravioleta. El sellado se logra por com-presión de la junta curada durante el montaje de launión embridada.

Para los fabricantes, las juntas de curado in situpueden suponer un adelanto considerable graciasa la rapidez de creación de las juntas.

La tecnología de formación de juntas de curadoin situ requiere mucha más precisión y repetibili-dad durante la dosificación y el curado, porque laforma y la posición de los cordones deben ser con-sistentes. Por ello, es preciso estudiar muy bien las

183


Fig.7.44: Diseño de una junta flexible usando unchaflán y un radio de acuerdo.

Fig.7.45:Esquema de

junta CIS.

decisiones que afecten a la elección de un materi-al sólido o esponjoso, del mecanismo de curado yde materiales de uno o dos componentes.

Las juntas de compresión CIS ofrecen muchasventajas en comparación con las juntas moldeadaso troqueladas de caucho o gomaespuma. Entreellas cabe citar:

.Facilidad de mantenimiento: los equipos conregistros de acceso sellados con CIS son fáci-les de fabricar y mantener.

.Ahorro de mano de obra: la fijación de juntasde compresión troqueladas o moldeadas conadhesivos o superficies piezosensiblesrequiere mucho trabajo y supone un despilfa-rro.

.Mejor calidad: con los robots trazadoresmodernos puede obtenerse una precisiónsuperior.

.Reducción de existencias: los sistemas desuministro están plagados de juntas almace-nadas. Las juntas CIS se fijan permanente-mente a las bridas y eliminan la necesidad demantener existencias.

.Fabricación flexible: los dosificadores facili-tan la introducción de cambios en los proce-sos y el desarrollo de prototipos durante laproducción.

Las juntas CIS deben curar antes de usarse, bienrápidamente por luz ultravioleta, bien lentamentepor humedad, proceso que puede tardar de 1 a 2semanas. Las producciones lentas favorecen elmétodo de curado lento, que evita el uso de equi-pos caros. Sin embargo, existe el riesgo de que laspiezas resulten contaminadas o dañadas durante elcurado, así que, en general, se prefiere el curadopor UV en 30 segundos. Además, el curado rápidoreduce las necesidades de almacenamiento de pie-zas.

Los factores principales que influyen en la elec-ción del producto son:

.El tipo de junta que se necesita.

.Las condiciones de servicio.

.El tipo de brida.

.El fluido a sellar.

Puede ser necesario considerar otras caracterís-ticas específicas de comportamiento y proceso decada producto.

7.4 Unión estructural con adhesivos (Mario7.4 Unión estructural con adhesivos (MarioMadrid Vega, Loct i te España)Madrid Vega, Loct i te España)

7.4.1 Concepto de estructuralidad

Por estructuralidad entendemos la virtud quetiene un conjunto de elementos ensamblados entresi de comportarse como un todo solidario frente alos esfuerzos mecánicos para los que fue diseña-do.

Esta definición abarca tanto aplicaciones some-tidas a cargas estáticas como puede ser cualquieredificación, como conjuntos sometidos a esfuer-zos dinámicos como es el caso de cualquier vehí-culo. La gran variedad de problemas estructurales,unido a los distintos efectos que producen losdiferentes tipos de solicitaciones sobre las estruc-turas, hacen que las soluciones para el ensamblajede los componentes sean diversas y deban estu-diarse por separado.

Básicamente, podemos clasificar los sistemasde ensamblaje en dos grandes grupos:

1)Sistemas físicos de ensamblaje: se basan enelementos mecánicos que ejercen presionespuntuales sobre los materiales. No distribu-yen las tensiones de forma uniforme y gene-ran puntas de tensión cuando son solicitados.En aplicaciones bajo esfuerzos estáticos pre-sentan buenos rendimientos, pero cuando sesometen a cargas alternativas y esfuerzosdinámicos generan fatigas sobre los compo-nentes. Suelen ser desmontables, lo cual faci-lita el mantenimiento de los conjuntos:

a)Tornillos y tuercas.b)Remaches.c)Elementos que encajan (cierres rápidos,pestañas, deformación de los elementos,montajes a presión, etc.).

2)Sistemas químicos: crean interfases entre lossustratos, generalmente con aporte de materi-al. Aprovechan las propiedades superficialesde los elementos y distribuyen las tensionesde forma uniforme. Por lo general, no permi-ten el desmontaje:

a)Soldadura fuerte o blanda: con modifica-ción de los sustratos.

b)Adhesión: sin modificación de los mate-riales.

184


Los adhesivos son soluciones para el ensambla-je de estructuras pero como ocurre con el resto delos sistemas mencionados, requieren metodologí-as de diseño concretas. Como han sido descritaspreviamente para los adhesivos en general, noslimitaremos a estudiar los factores que deben con-siderarse para diseñar de forma correcta lasestructuras que pretenden ser ensambladasmediante adhesivos

Algunos libros definen como estructural aqueladhesivo capaz de unir sustratos rígidos de altaresistencia de forma fuerte y permanente. Sinembargo, nosotros consideraremos el uso de polí-meros que en la actualidad forman parte demuchas estructuras de responsabilidad.

7.4.2 Familias de adhesivos estructurales

Las condiciones bajo las que van a funcionar lasestructuras determinan las exigencias que debecumplir el adhesivo seleccionado. Las zonas deunión se dimensionan en base a las capacidades decarga de la resina curada. No obstante, en muchasocasiones prevalecen los criterios de resistencia avibración y a fatiga frente a los de gran capacidadde transmisión de cargas. Por este motivo, en múl-tiples ocasiones se emplean adhesivos elásticospara el ensamblaje de estructuras en lugar deadhesivos rígidos de gran resistencia mecánica.

Sin lugar a dudas, los adhesivos estructuralesmás importantes por su volumen de uso son losempleados en el sector de la Construcción: elcemento, el yeso, la escayola, etc. se utilizan en elensamblaje de componentes estructurales paraconstruir edificaciones. No obstante, estos mate-riales son de naturaleza inorgánica y no seránestudiados aquí.

Los adhesivos estructurales se clasifican segúnsu módulo de elasticidad:

1)Adhesivos rígidos: Alta resistencia frente aesfuerzos normales o de cortadura. Bajaresistencia frente a esfuerzos de pelado ydesgarro. Mala resistencia frente a esfuerzosdinámicos e impacto.

a)Superficies coincidentes:i)Cianoacrilatos

b)Con capacidad infinita de relleno de hol-gura:

i)Epoxis2)Adhesivos tenaces: Buena resistencia frente

a esfuerzos normales o de cortadura. Buenaresistencia frente a esfuerzos de pelado ydesgarro. Buena resistencia frente a esfuer-zos dinámicos e impacto.

a)Para superficies coincidentes:i)Anaeróbicos tenacesii)Cianoacrilatos tenaces

b)Con capacidad de relleno de holgura:i)Adhesivos acrílicos

b)Con gran capacidad de relleno de holgu-ra:i)Epoxis tenaces

3)Adhesivos flexibles: Baja resistencia frente aesfuerzos normales o de cortadura. Altaresistencia frente a esfuerzos de pelado ydesgarro. Buena resistencia frente a esfuer-zos dinámicos e impacto.

i)Siliconasii)Poliuretanosiii)Silanos modificados

Los adhesivos rígidos son soluciones válidaspara elevadas cargas estáticas o durante un núme-ro corto de ciclos. Sólo soportarán los efectos decargas dinámicas o impactos si los sustratos no

185


Fig.7.46: Efectodel expesor deadhesivo en la

resistencia de launión adhesiva.i) Los adhesivos

rígidospresentan su

mejorrendimiento entorno a 0,1mm

de holgura.ii) Los

adhhesivosflexiblesprecisanholguras

superiores a1mm para un

correctofuncionamiento.

son excesivamente rígidos.

Los adhesivos tenaces soportan cargas inferio-res, por lo que requieren áreas de adhesión algomayores que los adhesivos rígidos. Sin embargo,soportan los efectos de cargas dinámicas o impac-tos, incluso si los adherentes son muy rígidos.Mejoran también el rendimiento de los adhesivosrígidos frente a esfuerzos de pelado o desgarro.

Los adhesivos elásticos presentan resistenciaspobres y requieren áreas de adhesión grandes.Resisten perfectamente esfuerzos de pelado y des-garro, cargas dinámicas o impactos.

La clasificación anterior sólo incluye adhesivosde polimerización durante la unión adhesiva. Nose han incluido otros adhesivos porque desde elpunto de vista del diseño son difícilmente evalua-bles, aunque se emplean en multitud de aplicacio-nes para las cuáles no es importante conocer fac-tores de seguridad.

7.4.3 Diseño de estructuras adheridas

7.4.3.1 Diseño con adhesivos rígidos

Los adhesivos rígidos se emplean como solu-ción para el ensamblaje de estructuras cuando lasuniones puedan ser diseñadas para que sólo seansometidas a esfuerzos estáticos normales y de cor-

tadura. Su uso en aplicaciones sometidas a tensio-nes de pelado o a cargas dinámicas sólo es viablesi los sustratos son capaces de amortiguar el efec-to del esfuerzo sobre la junta adhesiva (sustratosplásticos, cauchos, madera, etc.). Proporcionanuna elevada rigidez torsional a los conjuntos.

Los esfuerzos cortantes provocan deformacio-nes mecánicas en los sustratos y la aparición depuntos de tensión máxima, en particular cuandolos elementos a ensamblar son de pequeño espesory constituidos por materiales de bajo módulo deelasticidad. Esto dificulta el dimensionamiento delas uniones sometidas a tales esfuerzos, además desobrecargar los extremos de los sustratos con elconsiguiente riesgo de fallo.

Igualmente, variaciones del módulo de elastici-dad debidas a cambios de temperatura puedenproducir la aparición de puntos de tensión máxi-ma. Las elevadas tensiones de cortadura en losextremos de los solapes se combinan con las ten-siones normales resultando momentos flectoresprovocados, porque los esfuerzos en carga noestán siempre sobre una línea de aplicación. Laconsecuencia es la aparición de esfuerzos de pela-do que cargan de forma inadecuada la junta adhe-siva.

Los esfuerzos de pelado derivados de la defor-mación de los materiales se pueden minimizar consoluciones de diseño.

186


Fig.7.47:Diagramas detensióndeformaciónpara materialescon diferentescomportamientosmecánicos.

Fig.7.48: Distribución hiperbólica de esfuerzosde cortadura a lo largo de una junta adhesiva enuna probeta de placas planas solapadas,ensayadas a tracción.

σ

ε

τ

τ

Las distribuciones no uniformes de tensionesdificultan el cálculo. En los casos dudosos o cuan-do las condiciones sean severas se recomiendapasar a ensayos, aunque en cualquier caso nuncadebería obviarse la comprobación práctica de losresultados obtenidos de forma teórica.

En cualquier caso, es muy importante dimensio-nar correctamente las áreas de adhesión en la fasede diseño y prever formas que garanticen que, unavez en servicio, la unión adhesiva sólo se sometaa tensiones mecánicas de cortadura y/o de com-presión.

187


Fig.7.49: Medidas de diseño para evitar lastensiones de pelado sobre las juntas adhesivas.

Fig.7.50:Diferentesdiseños de

ensamblajesadheridos con

adhesivosrígidos.

Fig.7.51:Cálculo de laresistencia de

los ensamblajesadheridos.

Se deben concebir ensamblajes adheridos deforma que sean, si es posible, rígidos a la flexión,a la elongación, y al pelado. Esta precaucióngarantiza al ensamblaje tensiones de cortadurapuras. La unión adhesiva no se debe calcular nimás resistente, ni más débil que los componentesque se van a ensamblar. Se debe evitar el sobredi-mensionamiento (gasto inútil de material, aumen-to de peso, construcción costosa). Por ello, el cál-culo de la resistencia de una unión adherida sehace en función de la tensión máxima que debensoportar los componentes de dicha unión. Paracargas estáticas, el cálculo de resistencia se reali-za a partir de tensiones máximas admisibles de losmateriales de unión, partiendo del valor de (0.2(límite elástico en el 0,2% del valor de deforma-ción permanente). Se emplea el mismo métodopara las tensiones de cortadura y la torsión de loscomponentes.

Es importante evitar en lo posible ensamblajescon holguras variables. De este modo se evitandistribuciones no uniformes de tensiones, aprietesirregulares en el montaje o tensiones internas decurado, y por consiguiente también las dificulta-des que se añaden al cálculo de la unión. Se reco-mienda aplicar capas regulares de adhesivo evi-tando las variaciones bruscas de sección en razóna la posible sensibilidad a la entalla de la capa deadhesivo, el cual puede considerarse como uncomponente incorporado de materia plástica. Loscomponentes a unir se deben concebir y disponerde forma que ninguna de las concentraciones detensiones se pueda transmitir entre puntos deter-minados de la unión adhesiva, lo que podría pro-ducirse en el caso de que existiesen variaciones desección bruscas en la junta.

En el caso de superficies de adhesión de formaenvolvente (por ejemplo, superficies cilíndricas) yde superficies de ajuste escalonadas (tras una pre-sión no uniforme en el ensamblaje y en el curado)es conveniente emplear adhesivos de propiedadesde mojado óptimas, que curen en ausencia de pre-sión y sin contracciones apreciables.

Según la naturaleza del adhesivo y las particula-ridades de la aplicación, es indispensable tenersuperficies de unión dentro de unas tolerancias derugosidad con el fin de realizar uniones adheridasóptimas y reproducibles. Por ello, es recomenda-ble prestar atención a los métodos de fabricaciónde los componentes. La precaución de generarsuperficies rugosas favorables para adherir sólotiene sentido si se recomienda para el adhesivoelegido y para su modo de aplicación, o incluso sies necesario por otras razones.

En un esfuerzo estático, la carga en servicio sólointerviene una vez y es de una duración limitada.En la práctica este tipo de esfuerzos se presentarara vez. Sin embargo, las ecuaciones establecidaspara esfuerzos estáticos pueden ser utilizadas singrandes riesgos en numerosas aplicaciones. Parael diseñador, las leyes de cálculo pueden ser enun-ciadas teniendo en cuenta como directrices bási-cas de diseño dimensiones, esfuerzos y resistenciade los materiales utilizados, tanto del adhesivocomo de los componentes a unir.

La “resistencia nominal a cortadura” de losadhesivos (tal y como la indican los fabricantes),se determina a menudo en condiciones experi-mentales idealizadas. Se debe contar con resisten-cias a la cortadura menos elevadas para tener encuenta las particularidades de la aplicación. En elcaso en el que aparezcan esfuerzos de larga dura-ción y de naturaleza diversa que actúen sobre lasuniones adheridas en servicio, el valor a utilizaren los cálculos no será más que una fracción de laresistencia nominal a la cortadura del adhesivo.Cuando las superficies de los elementos a unir sonimportantes, sobre todo si son encorvadas (palas-tros), hay que cuidar que el contacto entre talessuperficies sea correcto y se obtenga mediante lapresión del montaje. Si la presión desaparece des-pués del curado del adhesivo, la recuperaciónelástica de los componentes puede introducir ten-siones de tracción en el ensamblaje. En los casosdesfavorables, estas tensiones pueden añadirse alos esfuerzos en servicio y provocar que se dete-riore la unión.

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Fig.7.52:Influencia delexpesor deladhesivo en latenacidad de launión adhesiva.La gráficarepresenta lavariación delvalor de KIC (oGIC ) con elespesor deadhesivo. Secompruebacomo la mayortenacidad seobtiene para losespesoresmenores.

Cuando los sustratos son capaces de absorberlas vibraciones, el impacto o los esfuerzos depelado se puede considerar el diseño de los con-juntos con adhesivos rígidos. Así, multitud deaplicaciones sometidas a cargas dinámicas queemplean sustratos poliméricos se adhieren concianoacrilatos cuando la superficies de los sustra-tos coinciden o con epoxis cuando se necesitacubrir holgura, con excelentes rendimientos enambos casos.

7.4.3.2 Diseño con adhesivos tenaces

Los adhesivos tenaces suplen las carencias deresistencia que tienen los adhesivos rígidos frentea esfuerzos de pelado, desgarro, esfuerzos dinámi-cos e impacto. Sin embargo tienen resistenciasnominales a cortadura sensiblemente inferiores.Por este motivo las superficies involucradasdeben ser algo superiores para transmitir cargasequivalentes.

Es importante generar un espesor apreciable enla línea de unión para que el adhesivo pueda elon-garse y amortiguar los efectos de las cargas men-cionadas.

En adhesión, los esfuerzos mecánicos máscorrientes son los de larga duración, constantes oalternos, y su determinación prima sobre el restode las consideraciones. Se recomienda procederde la manera siguiente:

1ª etapa: Se emplean las ecuaciones de diseñoya vistas para ensamblajes sometidos aesfuerzos estáticos.

2ª etapa: Se reemplazan los valores de resis-tencia nominal del adhesivo y de resistenciade los elementos a unir por los valorescorrespondientes a la fatiga o de resistenciapermanente de los mismos materiales.

3ª etapa: El ensamblaje por adhesión se calcu-la con esos valores. Si la resistencia del adhe-sivo no es suficiente, la solución, en la mayo-ría de los casos, consiste en aumentar lassuperficies de unión, por ejemplo, incremen-tando la longitud de solape.

Los valores de resistencia del adhesivo seextraen de las curvas de Wöhler. Las curvas deresistencia permanente a fatiga informan sobre laresistencia real del adhesivo cuando ha sido some-

tido a un esfuerzo durante un número determinadode ciclos. Paradójicamente, adhesivos con unaresistencia nominal estática elevada pueden pre-sentar valores de resistencia a la fatiga mediocrestras un número elevado de ciclos e incluso inferio-res a los correspondientes a otros de menor resis-tencia estática pero de mayor flexibilidad.

Para cálculos que requieran mayor precisióntendremos en cuenta las siguientes particularida-des:

1)La resistencia nominal a la cortadura de unadhesivo se debe calcular considerando lageometría del ensamblaje y la naturaleza delos sustratos. Esto último es particularmenteimportante para aquéllos adhesivos cuyocurado depende de la química de la superfi-cie de los adherentes.

2)Para las mismas condiciones, el comporta-miento frente a la fatiga y la resistencia per-manente deben conocerse para la carga deservicio que corresponda al caso que se estu-dia.

En la práctica, deben elaborarse gráficos enfunción del tipo de ensamblaje y los esfuerzos quepueden aparecer en funcionamiento (tales comotracción permanente, compresión permanente,tracción y compresión alternas, ondas de compre-sión, torsión alterna). Si a todo esto añadimos losesfuerzos suplementarios provenientes de efectosfísico-químicos la obtención de cálculos precisosno es práctica en muchos casos.

Por este motivo, la resistencia del adhesivo quese determina mediante ensayos se introduce en loscálculos bajo valores aproximados. Por ejemplo,si la resistencia nominal a la cortadura de un adhe-sivo se conoce, la resistencia permanente puedehallarse de forma aproximada aplicando un coefi-ciente corrector.

El valor a introducir en los cálculos debe elegir-se en función de la naturaleza de los esfuerzos queaparecen en servicio y la forma de ensamblaje.Tales cálculos, sin embargo, no permiten prever lavida de los ensamblajes adheridos (resistencia a lafatiga) y no consideran la influencia en su com-portamiento de otros factores de naturaleza físicay química.

En el caso de esfuerzos combinados o comple-jos hay que partir del hecho de que cada factor

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adicional ejerce una influencia que reduce la resis-tencia. Una solución aproximada para el cálculode la resistencia del adhesivo a la cortadura puederepresentarse mediante la siguiente relación:

τKL/complex = τN K1K2K3........Kn

En esta expresión:

τKL/complex = Resistencia a la cortadura del adhe-sivo en presencia de esfuerzos complejos,inferior a τN.

τN = Resistencia nominal a cortadura deladhesivo según la geometría de la unión yconsiderando los materiales de los sustratos(equivale a la resistencia estática del adhesi-vo).

K1K2K3........Kn = Coeficientes correctores devalor inferior a la unidad que tienen en cuen-ta los esfuerzos mecánicos, físicos y quími-cos. Dichos esfuerzos se superponen y redu-cen la resistencia.

Puesto que el principio de superposición adop-tado aquí como base del cálculo sólo es válido sise mediatizan las importantes limitaciones y gene-ralmente no es aplicable a todos los factores deinfluencia, el empleo de la fórmula se debe limitara un primer cálculo y en cualquier caso debe sercomprobado mediante la experimentación.

En lo que concierne a la influencia de la resis-tencia de los materiales de los sustratos, quesufren, a su vez, esfuerzos complejos, podemosadmitir como reglas aproximativas que:

1)En el caso de materiales metálicos, bastageneralmente con la fórmula de la resistenciapermanente ya descrita. En presencia deesfuerzos térmicos, el adhesivo es el consti-tuyente más débil del ensamblaje. Hay quedejar claro que, con esta aproximación, no seestá considerando la influencia de los esfuer-zos químicos sobre los metales.

2)Cuando los componentes a unir no son metá-licos (por ejemplo, materias plásticas), debenconsiderarse factores correctores tanto paralos sustratos como para los adhesivos.Conviene igualmente insistir en la influenciade diversos tipos de esfuerzos. Generalmentese emplean gráficas que representan la pérdi-da de resistencia frente a cada entorno opera-

tivo, de modo que se pueden extrapolar losvalores de los coeficientes correctores.

Estos cálculos permiten explicar un gran núme-ro de fracasos en la adhesión, puesto que el desco-nocimiento de alguno de estos factores de influen-cia puede llevar a un dimensionamientoinsuficiente o erróneo.

El origen de estas influencias reside principal-mente en la preparación de los adhesivos y en elmontaje de los componentes. De manera general,un adhesivo no adquiere su resistencia máxima ala cortadura cuando su humectancia o capacidadde mojado no es la adecuada a la rugosidad de lassuperficies a unir. Se puede determinar un factork<1 que tenga en cuenta la influencia negativa deuna rugosidad inadecuada de las superficies deunión. Este factor puede incluirse en la ecuaciónya descrita para el cálculo de la resistencia.

Las dimensiones de las superficies de unióninfluyen también sobre el valor de la resistencianominal a la cortadura. De forma general pode-mos admitir que a medida que aumenta la superfi-cie, la preparación del adhesivo es más delicada yel contacto entre los componentes del ensamblajees peor. Dicho de otra forma, el curado del adhesi-vo es más irregular. Además, cuando estas super-ficies son de gran tamaño la distribución de ten-siones en las zonas límites de unión se vuelvedesfavorable, de manera que pueden aparecerfisuras, mientras que en el centro del ensamblajeadherido aparecen esfuerzos muy débiles. Encomparación con el conjunto de toda la superficiepegada, habrá que admitir un valor nominal deresistencia a la cortadura inferior al obtenido en elcálculo. En muchos casos se parte de una longitudunitaria de la superficie de unión y se consideracomo variable la longitud de solape. Su dependen-cia se detalla de forma particular en la documenta-ción técnica. La influencia de la superficie deensamblaje y de la longitud de solape provoca laaparición de factores que reducen la resistencia yque deberemos considerar mediante coeficientescorrectores de valor inferior a uno.

El cálculo de esfuerzos complejos presenta difi-cultades que pueden resumirse en las considera-ciones siguientes:

1)El principio de superposición, es decir, elmétodo de cálculo mediante coeficientescorrectores no es siempre viable y sólo debe

190


utilizarse como método orientativo.2)Puesto que hay un gran número de factores

que intervienen, como la existencia de diver-sos tipos de bases de diseño, la elección delos adhesivos y los tipos de esfuerzos involu-crados, es difícil de prever y emplear los cál-culos.

3)La cantidad de información necesaria paracrear una base de datos útil es tan grande quees difícil cubrir todas las posibilidades.

7.4.3.3 Diseño con adhesivos flexibles

Cuando las uniones adhesivas se realizan entrecomponentes que pueden experimentar cambiosdimensionales o sufrir deformaciones importan-tes, o cuando las cargas de pelado son de magni-tud considerable es necesario recurrir a materialesadhesivos con propiedades elásticas.

Estos adhesivos presentan resistencias bajasfrente a esfuerzos de cortadura o tracción, lo cualse suple incrementando aún más el área de adhe-sión, puesto que de lo contrario el conjunto podríaperder estructuralidad bajo solicitaciones externaso debido al peso de los componentes. Sin embar-go, sus valores superiores de elongación a la rotu-ra e inferiores módulos les permiten soportar lasmodificaciones que pueda sufrir la línea de unión,permitiendo la unión estructural de multitud deconjuntos sometidos a solicitaciones dinámicascombinadas creando conjuntos capaces de absor-ber torsiones con capacidad de recuperación de suforma original.

Las estructuras ensambladas mediante adhesi-vos elásticos pueden perder rigidez torsional, peroen muchas ocasiones este efecto se utiliza paraaprovechar la estructuralidad de los componentes.Un caso habitual es el habitáculo de los vehículoscuyas lunas de vidrio aportan estructuralidad alconjunto gracias al uso de adhesivos elásticos enbase a poliuretanos como sistema de unión a lacarrocería.

7.4.4 Comportamiento de los adhesivos estruc-turales frente a cargas de pelado y de desgarro

Básicamente, los esfuerzos de pelado se produ-cen al aplicar un esfuerzo de tracción sobre uno de

los extremos de una unión adhesiva, cuando uno oambos sustratos son flexibles. Si los dos adheren-tes son rígidos se produce un esfuerzo de desga-rro.

En cualquier caso, los esfuerzos de pelado ydesgarro distribuyen de forma poco uniforme lastensiones a lo largo de la superficie de unión .Cuando se emplean adhesivos rígidos se creanpicos de tensión en uno de los extremos de la juntay sobre una única línea de unión. Esta es la causadel fallo de las uniones adhesivas sometidas aestos esfuerzos.

Los adhesivos elásticos solventan los efectos delos esfuerzos de pelado, ya que la propia elonga-ción del material adhesivo permite que a la prime-ra línea de unión se unan otras nuevas, creando unprisma triangular responsable de que estos adhesi-

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Fig.7.53: Efectode los esfuerzosde pelado sobre

uniones conadhesivos

rígidos (a), conadhesivos

tenaces (b) ycon adhesivos

elásticos (c).

vos presenten un rendimiento muy superior al delos adhesivos rígidos.

De todo lo anterior se deduce que en el diseñodebe contemplarse la necesidad de un grosor dejunta adhesiva, puesto que de lo contrario el adhe-sivo no será capaz de elongarse y absorber lasdeformaciones de los sustratos. Los espesores seprovocan mediante el uso de adhesivos muy vis-cosos con resistencia en verde o mediante el usode elementos mecánicos que eviten variaciones dela holgura durante el proceso de curado del adhe-sivo. A veces se provocan relieves en los adheren-tes que aseguran el espesor del adhesivo elástico.

La posibilidad de deformación de un adhesivoelástico no es ilimitada. Debemos trabajar dentrode los límites elásticos del material, puesto quecuando la junta se elonga es el adhesivo y no elsustrato el que debe deformarse. Como normageneral, la deformación máxima admisible deladhesivo es aquélla en la cual los lados inclinadosdel paralelepípedo formado por el material cuandolos adherentes alcanzan su máxima deformaciónno supera un ángulo de 45°. En base a esta normase calcula el grosor de la capa de adhesivo aemplear.

Una propiedad importante de los adhesivoselásticos es su capacidad de absorber energía.Como consecuencia de su naturaleza, los elastó-meros amortiguan, entre otros esfuerzos dinámi-cos las vibraciones, disminuyendo sus efectossobre otros elementos del conjunto. Esta caracte-rística se aprovecha en el diseño de muchos ele-mentos ya sea para evitar fenómenos de fatiga

como para mejorar el confort de los conjuntos.

Las ecuaciones empleadas para adhesivos rígi-dos y adhesivos tenaces no se pueden aplicar paralas uniones realizadas con adhesivos elásticos. Enla práctica, la deformación en servicio que experi-menta la unión adhesiva complica tremendamentela definición de esfuerzos y dimensiones.

Por ello se acude a la modelización por métodosmatemáticos, como la modelización mediante ele-mentos finitos. Los modelos matemáticos emplea-dos requieren estaciones de trabajo en base apotentes ordenadores capaces de realizar aproxi-maciones sobre los datos de contorno introduci-dos. El adhesivo se trata como un elemento másdentro del conjunto y debe estar perfectamentecaracterizado para poder realizar los cálculoscorrespondientes.

7.4.5 Aplicaciones estructurales de los adhesi-vos

El uso de adhesivos estructurales se extiende ala práctica totalidad de los sectores industriales.Sin embargo, adquiere especial relevancia en laindustria aeronáutica y la industria de la automo-ción.

Los cianoacrilatos se emplean fundamental-mente sobre sustratos plásticos. Multitud de ele-mentos empleados en los vehículos, desde los queentran a formar parte del interior del habitáculohasta aquéllos que conforman diversos subcom-ponentes aprovechan las ventajas de estos adhesi-vos. Su velocidad de curado así como su excelen-te resistencia mecánica los convierten encandidatos para todo tipo de ensamblajes de pie-zas pequeñas.

Desde el punto de vista de la estructuralidad talvez sean los adhesivos en base epoxi los másempleados. A pesar de las dificultades en su apli-cación, los epoxis han demostrado ser adhesivosde alto rendimiento en la fabricación de estructu-ras tipo panal de abeja en aviones. Las formula-ciones empleadas se hallan reforzadas con mate-riales que mejoran la tenacidad de las resinas,puesto que estas estructuras se hallan sometidas acargas dinámicas. Asimismo, los epoxis se emple-an en uniones estructurales de las nuevas carroce-rías para vehículos ligeros, sustituyendo la solda-

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Fig.7.54:Deformaciónmáximaadmisible deuna juntaadhesivaelásticasolicitada.

dura. El sector de la construcción emplea los epo-xis tanto como aditivo para ciertos cementos,como para el reforzado de muchas estructuras quealigeran así su peso. Por supuesto, una aplicaciónque no debemos olvidar es su empleo como resinamatriz para muchos de los materiales compuestosque ya se están empleando masivamente en laindustria (fabricación de cuadros de bicicletas,material estructural para carrocerías de vehículos,cascos para motos, adhesivos para el montaje decircuitos impresos, etc.).

Los acrílicos se emplean de forma menos exten-dida en aplicaciones estructurales, aunque su ren-dimiento y su facilidad de aplicación los convier-ten en soluciones ideales para múltiplesproblemas de ensamblaje. Una de las aplicacionesque más se ha desarrollado es la adhesión de ferri-tas en motores eléctricos, la cual necesita unbalance entre resistencia estructural y velocidadde aplicación. Otras aplicaciones como adhesivoestructural se dan en la fabricación de barcos, laadhesión de espejos retrovisores, la unión de pie-zas de altavoces, la fijación de guías en máquina yherramienta, etc.

Los adhesivos UV se aplican básicamente en laindustria del vidrio. Así, multitud de uniones devidrio con vidrio o vidrio con diversos metales sellevan a cabo con estos adhesivos. Las unionesquedan extremadamente limpias y curan ensegundos bajo la exposición de lámparas adecua-das.

Los adhesivos UV visibles se emplean para launión de materiales plásticos, fundamentalmenteen la industria de los desechables médicos. Laindustria óptica también se beneficia de ciertasresinas que presentan calidades excepcionales.

Aunque el ámbito de utilización de los adhesi-vos elásticos es fundamentalmente el sellado deuniones ensambladas mediante otros sistemas,existen multitud de aplicaciones que aprovechanlas ventajas que acarrea su uso. Desde las carroce-rías de vehículos de todo tipo hasta el ensamblajede muchos elementos empleados en embarcacio-nes, se benefician de las propiedades estructuralesde un material capaz de deformarse y absorber lascargas a las que se ven sometidas estas estructurasdurante su funcionamiento.

7.5 Uniones híbridas (Francisco López Mart ín,7.5 Uniones híbridas (Francisco López Mart ín,ETSIN de Madrid)ETSIN de Madrid)

7.5.1 Introducción

Se denomina unión híbrida la combinación deuna técnica convencional de unión: soldadura porresistencia, remachado o recalcado, con uniónadhesiva. Se pretende con ello aprovechar las ven-tajas que ofrece la unión adhesiva: mayor rigidezde las estructuras, mayor área de transferencia deesfuerzos, sellado frente a la corrosión etc., sal-vando sus inconvenientes: sensibilidad a esfuer-zos de pelado, problemas de envejecimiento, limi-

tada resistencia al calor, necesidad de un utillajecaro durante el proceso de curado del adhesivoetc. La técnica convencional de unión que formaparte de la unión híbrida soportará los esfuerzosaplicados, sin que ocurra el fallo global de launión si por alguna circunstancia falla el adhesi-vo.

En este capítulo nos referiremos casi exclusiva-mente a la técnica híbrida soldadura por resisten-cia / adhesivo.

7.5.2 La investigación en unión de materialesen Europa

España participa, junto con otros tres paíseseuropeos, en un proyecto financiado por la UniónEuropea, “Red Temática en Tecnologías deUniones Híbridas” cuyo objetivo es el de agruparindustrias, centros de investigación y universida-des europeas para desarrollar conocimientos eintroducir la utilización de uniones híbridas ocombinadas (uniones como soldadura por puntos,recalcado o remachado junto con adhesivos, queserían uniones más atractivas debido a su mayor

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Fig.7.55:Ejemplos de

unioneshíbridas.

rigidez).

En la fase exploratoria en la que actualmente,(1998), se encuentra el proyecto, se está realizan-do una evaluación previa de las necesidades de losdiferentes sectores industriales. Asimismo, se estáevaluando el nivel nacional de investigación en elcampo de la tecnología de uniones híbridas que seha llevado a cabo en los últimos años y el que serealiza en la actualidad.

En Europa y en el sector Transportes, se defi-nieron entre otros en 1994 las siguientes líneascomo de alta prioridad a largo plazo (mayor de 5años):

1)Tecnologías de unión:a)Nuevas técnicas para reemplazar la solda-dura por resistencia por puntos para aplica-ciones de chapa fina (producción alta, rigi-dez alta, reducción de peso).

b)Optimización de la combinación de adhe-sivos con técnicas de soldadura y/o suje-ción para uniones metálicas de chapa fina.

2)Adecuación para el servicio:a)Optimización de las técnicas de unión,materiales y configuración de las unionespara el comportamiento óptimo a la rotura.

b)Directrices de diseño para adhesivos yelementos de sujeción.

c)Comparación de la resistencia a la fatigacon las estructuras unidas por adhesión.

d)Evaluación en servicio de la duración delas uniones por adherencia.

3)Ahorro en peso y reducción de costes:a)(Por ejemplo, Airbus quiere un 30 % en lareducción de costes de los suministradoresde sistemas para aviones futuros).

b)Adhesivos y métodos para la evaluaciónde su vida.

7.5.3 Generalidades de la unión híbrida solda-dura/adhesivo

La combinación de unión adhesiva y soldadurapor resistencia (uniones híbridas) es un método defabricación de equipos donde una capa de adhesi-vo, bien en pasta o bien en película, se aplica auna de las piezas metálicas que se desean unir. Laotra pieza metálica se pone encima formando una

unión a solape simple, y el montaje se sujeta conabrazaderas o bien con puntos de soldadura paramantener las dos partes alineadas. Posteriormente,las dos piezas metálicas se unen por puntos de sol-dadura practicados a través del adhesivo usandosoldadura por resistencia convencional o soldadu-ra por roldanas. Por lo común, los puntos de sol-dadura se realizan a una distancia entre centros de2,5 a 5,1 cm. Después del curado del adhesivo,bien a temperatura ambiente o bien a temperaturaelevada, la unión formada queda sellada y estancaa los gases. Los equipos fabricados por este méto-do tienen más alta resistencia a cortadura por trac-ción, aumentan su vida a fatiga, tienen más altaresistencia a pandeo y mayor resistencia a lacorrosión, si se comparan con estructuras equiva-lentes unidas solamente con puntos de soldadura.El ahorro en coste y peso son significativos si secomparan estructuras en las que se ha combinado

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Fig.7.56: Calor generado en el punto desoldadura.

Fig.7.57: Macrografía unión híbrida.

soldadura por puntos y unión adhesiva con estruc-turas remachadas o unidas con otros elementos deunión.

Estas uniones híbridas se desarrollaron inicial-mente en la antigua Unión Soviética usándose enla fabricación de aviones de transporte (AN 22,AN 24 y YAK 40). Posteriormente, varias compa-ñías aeronáuticas americanas (Lockheed-Georgia,Northrup, Martin-Marietta, TRW) estudiaron elproceso redactando los informes oportunos, algu-nos internos y otros auspiciados por la NASA ypor la Fuerza Aérea Americana, explicando losdesarrollos realizados en la bibliografía corres-pondiente.

Cuando se aplica correctamente, la técnicahíbrida proporciona una unión estructuralmentecomparable a la conseguida con unión adhesiva y,sin embargo, se elimina el complejo y caro utilla-je generalmente necesario para realizar esta últimatécnica. Se puede llevar a cabo aplicando el adhe-sivo a las superficies a unir antes de efectuar lospuntos de soldadura o bien, cuando se emplea unadhesivo de baja viscosidad, infiltrándolo porcapilaridad entre las superficies a unir, después deque los puntos de soldadura se hayan efectuado.Ambas técnicas se han usado en Rusia.

7.5.4 Configuración de la unión

La siguiente figura muestra un detalle esquemá-tico (no a escala) de la región próxima a un puntode soldadura de una unión a solape simple, reali-zada combinando los puntos de soldadura conunión adhesiva. En los procesos más usados, seaplica adhesivo en pasta entre las láminas metáli-cas y a continuación se suelda el metal a través deladhesivo sin curar. La presión y el calor de solda-dura provocan el desplazamiento del adhesivo y lafusión del metal para formar el punto de soldadu-ra. El círculo continuo representa la marca visibledejada por el electrodo de soldadura sobre la lámi-na metálica. El círculo interior discontinuo deli-mita el punto de soldadura. La zona entre los doscírculos discontinuos o halo está despegada debi-do al desplazamiento y calentamiento del adhesi-vo durante la etapa de soldadura. Más allá del haloexiste una región de transición hasta alcanzar elespesor nominal del adhesivo. La forma y dimen-siones de estas zonas son función de diversasvariables. Entre ellas podemos incluir la rigidez y

espesor de la lámina metálica y del adhesivo sincurar, y parámetros de soldadura tales como lapresión, corriente, resistencia, tiempo y geometríadel electrodo.

La siguiente figura muestra una unión a solapesimple y otra unión a solape doble comparables.

Los helicópteros de gran tamaño contienen másde 5000 elementos de unión de varios tipos ytamaños, siendo necesaria una intensa labor demontaje. Más de la mitad de los costes de mante-nimiento soportados directamente por una estruc-tura aeronáutica están relacionados actualmentecon los elementos de unión y con las estructurassecundarias. Por esta razón es muy deseable redu-

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Fig.7.58:Representaciónesquemática de

una uniónhíbrida.

Fig.7.59: Uniónhíbrida a solape

simple y asolape doble.

cir el número de elementos de unión. El remacha-do combinado con unión adhesiva hace decrecerel número de remaches pero no los elimina. Lasoldadura por resistencia hace fundir el metal enla zona soldada, lo que puede dar lugar a defor-maciones cuando las piezas se mantienen sujetas.También, el metal resolidificado en el área de lasoldadura es más susceptible al fallo por fatiga.

Para aplicaciones en la industria aeronáuticason necesarias uniones híbridas soldadura / adhe-sivo de alta resistencia, usando aleaciones de alu-minio y titanio. Para tales aplicaciones se debenemplear tratamientos de preparación superficialespeciales y adhesivos también especiales, siendonecesario un estricto control de los parámetros decurado del adhesivo. Para aplicaciones en laindustria del automóvil donde se emplean acero yaluminio, los requisitos y procedimientos utiliza-dos son mucho menos estrictos. No son necesariastécnicas de preparación superficial muy elabora-

das y se pueden utilizar adhesivos tales como vinilplastisoles y epoxis modificados, resultando suresistencia un 67% más fuerte la unión híbrida queaquélla en la que se utilizan solamente puntos desoldadura.

La unión híbrida soldadura / adhesivo es com-petitiva en resistencia estática con elementos deunión de titanio en planchas de espesor hasta 0,40cm. Para mayores espesores, las limitaciones de lasoldadura por puntos y la capacidad en resistenciaestática hacen a la unión híbrida menos atractiva.El ahorro de peso con la unión híbrida es signifi-cativo. Es más ligera que los elementos de uniónmecánicos debido a que no se adiciona material.Se reducen las regiones de solape debido a que lasuniones híbridas permiten un espaciado más com-pacto entre las líneas de puntos de soldadura.

La siguiente figura es un gráfico donde se repre-senta la carga última a tracción frente a la tempe-ratura para diferentes métodos de unión, usandotitanio como adherente. Se ha dibujado de estaforma para tener una comparación directa de laresistencia obtenida con las diversas técnicas utili-zadas. Las uniones híbridas soldadura por pun-tos/unión adhesiva muestran una resistencia supe-rior a temperatura ambiente que los demás tiposde uniones ensayadas y excepto entre dos nivelesde temperatura, su resistencia es superior a losdemás tipos de uniones a todas las temperaturas.

El mayor obstáculo al uso de la técnica híbridaen estructuras primarias aeronáuticas es la malareputación previa atribuida a la soldadura por pun-tos en esta industria. Esta reputación es más bienuna opinión puramente emocional que basada enhechos concretos.

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Fig.7.60:Helicóptero decombate Tigre.

Fig.7.61:Resistenciaestática deuniones híbridascomparada conotros tipos deuniones.

Fig.7.62: Carga de rotura atracción en funciónde la temperatura para diferentes métodos deunión. Adherente Ti6Al4V.

Se ha demostrado que soldaduras de alta calidadse pueden practicar en aleaciones de aluminio dealta resistencia hasta 72 horas después de habersido aplicado el adhesivo a las superficies que sepretende unir. La siguiente figura muestra cómo laresistencia a fatiga por cargas axiales de unioneshíbridas soldadura / adhesivo es mucho mayor quela ofrecida por otros métodos mecánicos de uniónpara el mismo número de ciclos.

Debido a que el proceso híbrido de unión esaltamente adaptable a la mecanización y automa-tización, se produce un sustancial ahorro en loscostes de producción cuando se compara con otrosmétodos de unión.

7.5.5 Ventajas de la unión híbrida

Se indican las ventajas de una estructura unidacon puntos de soldadura y unión adhesiva combi-nadas en una unión híbrida frente a una estructurasimilar unida por remaches o por otros elementosmecánicos de unión:

.Más alta resistencia a cortadura por tracción(resistencia estática).

.Mayor vida a fatiga.

.Proporciona estructuras estancas y selladasincluso a los gases, adecuadas para contene-dores de gases o líquidos.

.Mayor rigidez.

.Mejor resistencia a la corrosión de la unión asolape.

.Los requisitos de utillaje para la fabricación no

son caros..Menor peso..Proporciona unas superficies interiores y exte-

riores suaves (sin rugosidad) que mejora laaerodinámica y simplifica el montaje delequipo.

.La unión total entre las superficies proporcio-nada por el adhesivo mejora la transferenciade carga entre las piezas.

7.5.6 Preparación superficial

Para asegurar alta resistencia en las unioneshíbridas es necesario un tratamiento químico delas superficies tanto para el proceso de soldaduracomo para el de unión adhesiva. Soldadura yunión adhesiva requieren técnicas de preparaciónsuperficial especiales y diferentes. La selecciónfinal del proceso de preparación superficial estarábasada en el uso final del equipo y en considera-ciones tales como la importancia relativa de lacalidad de la soldadura y la resistencia de la uniónadhesiva. No obstante, la preparación requerida enla soldadura por puntos propiamente dicha es unasimple limpieza superficial, en la mayoría de losprocesos industriales donde se utiliza.

Como se ha dicho con anterioridad, para lasuniones híbridas soldadura/adhesivo utilizadas enla industria del automóvil donde su responsabili-dad estructural es escasa y que emplea comoadherentes acero y aleaciones de aluminio, no esnecesario realizar una preparación superficialrigurosa.

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Fig.7.63: Carga de rotura atracción en funciónde la temperatura para diferentes métodos deunión. Adherente Ti6Al4V.

Fig.7.64:Corrosión en

las zonassoldadas por

puntos sinadhesivo.

El anodizado fosfórico de bajo voltaje, posterioral decapado con dicromato sódico, es un procesoversátil que es capaz de producir una capa deóxido de aluminio fuertemente unido al sustratoen una gran variedad de aleaciones de aluminio.No obstante, es esencial eliminar antes del anodi-zado la capa de óxido de aluminio previa, paraasegurar resistencia a la corrosión y mayor dura-bilidad de la unión. Puesto que el espesor de lacapa de óxido formado es controlable, se puedenaplicar los puntos de soldadura, incluso cuando yaestá colocado el adhesivo en pasta con inhibidoresde la corrosión adecuado para la unión híbrida.Con la adición de cromatos a los adhesivos se hamejorado el comportamiento a corrosión en lascondiciones de la cámara de niebla salina. Con elproceso de anodizado anterior se ha conseguidopegabilidad de los adhesivos y soldabilidad, inclu-so después de 300 horas de exposición a estascondiciones ambientales.

La resistencia mecánica de una unión adhesivadepende fundamentalmente de las fuerzas deadhesión desarrolladas entre sustrato y adhesivo,lo cual requiere un contacto molecular íntimo,aunque algunas veces insuficiente, entre ellos. Poreso es muy importante que las superficies a unirestén exentas de contaminantes, con el fin de faci-litar una buena humectación del sustrato y propor-cionar contacto directo con el adhesivo, favore-ciendo la expulsión del aire que pudiera estarretenido.

Para metales, la preparación superficial implicala eliminación de capas débiles superficiales queson químicamente incompatibles con el adhesivoy la formación artificial de capas estables que seanmecánica y químicamente compatibles con elmismo. Este aspecto es esencial tanto para obteneruna buena resistencia de la unión como para sufiabilidad y conservación en el tiempo.

Para el caso de adherentes de aluminio, se sue-len utilizar los siguientes tipos de preparaciónsuperficial:

En piezas de escasa responsabilidad estructuralunida a no grandes requisitos en cuanto a durabili-dad, la abrasión mecánica es suficiente. Cuando seexigen buenas propiedades mecánicas y durabili-dad se suelen utilizar cuatro tipos de procedimien-tos de preparación superficial: FPL (ForestProducts Laboratory), P2, anodizado fosfóricoPAA y anodizado crómico CAA. Con excepción

del simple desengrasado y de la abrasión mecáni-ca, el procedimiento FPL es el más antiguo de lostratamientos superficiales para adherentes de alu-minio; también se usa como etapa previa de lostratamientos PAA y CAA. El procedimiento P2 seha desarrollado con el fin de evitar la toxicidad delos cromatos; se trata de utilizar como oxidantesulfato férrico en lugar de dicromato sódico utili-zado en el tratamiento FPL. El anodizado conácido fosfórico (PAA) fue desarrollado por laBoeing Company en las décadas de los sesenta ysetenta para mejorar las características de lasestructuras primarias aeronáuticas. Las unionesdonde se ha aplicado el tratamiento PAA presen-tan mejores características de durabilidad en con-diciones ambientales de humedad que aquéllasdonde se ha aplicado el FPL, especialmente cuan-do se utilizan adhesivos epoxi. El procedimientoPAA es el elegido en Estados Unidos para aplica-ciones de alta responsabilidad estructural. El ano-dizado con ácido crómico CAA, es muy usadopara mejorar la resistencia a la corrosión de super-ficies de aluminio. Aunque no es tan utilizadocomo los FPL y PAA en los Estados Unidos es elpreferido en Europa. No obstante, debido a quelos compuestos de cromo VI son productos tóxi-cos, concretamente pueden causar cáncer de pul-món al ser inhalados, en la actualidad se están pro-poniendo procesos alternativos con el fin desustituirlos.

En cuanto al acero, debido al gran interéscomercial de su unión estructural mediante adhe-sivos, se ha realizado una intensa labor de investi-gación para conseguir durabilidad en las uniones.A diferencia del aluminio, el hierro no forma óxi-dos firmemente adheridos al sustrato. Los trata-mientos de abrasión mecánica son comúnmenteusados, pero aunque son adecuados para algunasaplicaciones, no son apropiados para los casos enque la unión estructural esté sometida a severascondiciones ambientales. Además, la gran varie-dad y complejidad de las microestructuras de losdistintos aceros dificultan la tarea de desarrollarun tratamiento superficial universal. Para acerosal carbono, el método propuesto por Russell ycolaboradores, basado en un ataque químico conácido fosfórico y alcohol etílico, se muestra razo-nablemente efectivo, habiéndose mostrado insufi-ciente una mera preparación mecánica de la super-ficie.

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7.5.7 Selección del adhesivo

Para uniones híbridas con adherentes de alumi-nio se emplean comúnmente adhesivos epoxi,epoxis modificados y uretanos, mientras que paraadherentes de titanio se suelen utilizar adhesivosepoxi y poliimidas. Estos últimos de poliimidason particularmente apropiados para titanio debi-do a su muy alta resistencia al calor (muy adecua-da para la resistencia del titanio). Los adhesivosepoxi y epoxis modificados están disponibles enforma líquida en una o dos partes, en pasta, capi-lar, o en forma de película sin soporte. Por otraparte, los adhesivos epoxi son quizá los más ver-sátiles de los adhesivos estructurales, siendo capa-ces de unir una gran variedad de sustratos y sonempleados para unir estructuras de aluminio yacero entre otros materiales. Se utilizan en laindustria del automóvil y aeroespacial; también seemplean en Defensa en el montaje de misiles.

Los adhesivos epoxi han mostrado unas caracte-rísticas aceptables para su utilización en estructu-ras de vehículos, tanto en lo que se refiere aimpacto como resistencia a la fatiga, para aleacio-nes de aluminio de la serie 6xxx. En lo referente aaceros también existen datos en la bibliografíasobre comportamiento adecuado frente al impactocuando se utilizan adhesivos de esta naturaleza.Asimismo, se ha trabajado intensamente paramejorar las características a fatiga, para adheren-tes de acero, tanto del punto de soldadura como dela unión híbrida en su conjunto.

En general, el tipo de adhesivo más adecuadopara aplicaciones de las uniones híbridas soldadu-ra/adhesivo es el epoxi modificado en pasta, con-teniendo relleno metálico o sin él de modo que eladhesivo sea aislante. También se recomiendapara este tipo de uniones el empleo de adhesivo enforma líquida. Los adhesivos más usados parauniones híbridas son seleccionados arbitrariamen-te de entre adhesivos que fueron desarrolladospara otros propósitos y que, por tanto, acarreanresultados de compromiso cuando son usadospara realizar uniones híbridas. Los adhesivosespecíficamente desarrollados para este tipo deuniones deben mostrar mejoras sobre aquéllosdisponibles en la actualidad.

Algunos autores han propuesto ciertas caracte-rísticas y valores concretos sobre los requisitosgenerales que ha de cumplir un sistema adhesivopara ser utilizado en uniones híbridas:

.Buena resistencia a cortadura 20,7 MPa míni-mo.

.Adecuada resistencia a pelado 4,44J/m míni-mo.

.Buena durabilidad.

.Capacidad para rellenar toda la unión sin quese produzcan contracciones durante el curadoy facilidad para rellenar los huecos.

.Preparación superficial capaz de mantener laestabilidad como mínimo durante tres sema-nas antes de que el adhesivo sea aplicado ycurado.

.Capacidad para soportar las condiciones devarios ciclos de curado. De uno a tres ciclospueden ser requeridos para completar unaestructura, y no se deben producir daños en eladhesivo ni detrimento de las propiedadessuperficiales.

.Capacidad para poder aplicar puntos de solda-dura pasantes a través de la superficie ya pre-parada y el adhesivo.

Los aditivos que se suelen incluir en adhesivosepoxi son: 7% en peso de sílice CAB-O-SIL paraevitar una excesiva fluidez, 3% de cromato deestroncio como inhibidor de la corrosión, ademásde polvos metálicos para proporcionar conductivi-dad eléctrica. La viscosidad de los adhesivos enpasta tiene un efecto importante en la soldadura ypegado de la unión; debe ser lo suficientementebaja como para que la fuerza ejercida por los elec-trodos de la máquina de soldadura por puntos seacapaz de asegurar contacto en la intercara y losuficientemente alta como para que el adhesivo nofluya fuera de la unión durante el ciclo de curado.

Algunos expertos en esta técnica híbrida deunión han llegado a la conclusión de que los adhe-sivos en película no son aplicables, debido alcarrier. Sin embargo, los adhesivos en películaproporcionan ventajas sustanciales en cuanto a lafacilidad de la producción de uniones estructura-les. El espesor de adhesivo puede ser controladofácilmente. La preparación de la película adhesivanecesaria y su colocación en las piezas a unir pue-den ser fácilmente controladas. El proceso es máslimpio que cuando se utiliza adhesivo en pasta. Latécnica de soldadura por puntos, unida al uso deadhesivos en película, proporciona un sistema derealizar uniones híbridas con calidad reproduci-ble.

El primer requisito que ha de cumplir un adhe-sivo para ser empleado en el proceso híbrido de

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unión, es que tenga la capacidad de fluir bajo lapresión ejercida por los electrodos de la máquinade soldadura por puntos para facilitar el contactoeléctrico entre las piezas metálicas a unir. Unsegundo requisito es que el calor generado al apli-car los puntos de soldadura cause un detrimentolimitado sobre la resistencia de la unión.

Los adhesivos en película generalmente tienenmás altas resistencias a pelado (22,2-26,7 J/m)que los adhesivos en pasta, y el tiempo de monta-je puede ser reducido aplicando este tipo de adhe-sivos a la unión. Sin embargo, para aplicar puntosde soldadura a través de un adhesivo en película,se debe utilizar algún método para reblandecerloantes de aplicar los puntos de soldadura con obje-to de que pueda fluir y ser desplazado de la unión.Si se quieren conseguir soldaduras de calidad escrítico un preciso control de la temperatura de lapelícula de adhesivo. Un deficiente control de latemperatura dentro de piezas grandes incrementafuertemente el problema de expulsión. (La expul-sión en una unión híbrida soldadura /adhesivoproduce una masa negra compuesta por una mez-cla de óxido de aluminio y adhesivo carbonizado.Esta mezcla es expulsada antes que el aluminiofundido durante un proceso de soldadura por pun-tos convencional.) Además, la capacidad de fluirde los adhesivos en película es baja lo que puededar como resultado la formación de poros en launión si el adhesivo no es capaz de rellenar todaslas zonas vacías. Por lo tanto, la elección del tipode adhesivo, bien en pasta o bien en película, paraun proceso híbrido de unión soldadura / adhesivo,es esencialmente un problema particular para cadaaplicación concreta.

Una de las ventajas del adhesivo en forma depasta para los procesos de uniones híbridas es sucapacidad para fluir, que permite el uso de bajaspresiones para el curado (presiones de ensamblajeen el proceso de soldadura por puntos) que seansuficientes para alcanzar buenos niveles de resis-tencia. Como se ha mencionado con anterioridad,la fluidez de la pasta debe ser lo suficientementebaja como para que el adhesivo no fluya fuera dela unión durante el ciclo de curado dejándola con-traída y deficiente en adhesivo.

7.5.8 Utillaje para uniones híbridas

El utillaje necesario para realizar uniones híbri-

das soldadura / adhesivo se puede clasificar encuatro categorías, que son las siguientes:

.Manipulación.

.Aplicación del adhesivo.

.Presentación de las piezas.

.Soldadura.

Puesto que tres de estas categorías son muycomunes en la industria, sólo se tratará aquí delutillaje necesario para la aplicación del adhesivo.El utillaje para la aplicación de adhesivo en formade pasta debe fijar las piezas y controlar su colo-cación, así como la anchura y espesor de la capade adhesivo. El equipo tiene un rodillo para colo-car la pieza, y una cabeza movible para controlarla anchura y el espesor de la capa de adhesivo. Eladhesivo puede ser aplicado con una pistola neu-mática y extendido con un espesor (0,15-0,41mm.) y anchura uniformes mediante enrasado conuna pieza plástica que se mueve con la cabeza. Laposición abierta de la instalación proporciona laaccesibilidad necesaria para realizar una limpiezacon disolventes del cabezal antes de la siguienteaplicación del adhesivo. El proceso de aplicacióndel adhesivo y el del extendido del mismo puedenser automatizados si lo requieren altas necesida-des de producción.

7.5.9 Técnicas para uniones híbridas

Soldadura por puntos o por roldanas se puederealizar a través del adhesivo en estructuras en lasque se realizan uniones híbridas, utilizando un sis-tema de limpieza adecuado para la soldadura yuna preparación superficial necesaria para lacorrecta aplicación del adhesivo. Cuando se utili-za un adhesivo epoxi modificado en pasta, quecontenga polvo metálico para asegurar la conduc-tividad eléctrica, los parámetros de soldadura soncasi los mismos que los utilizados en la soldadurapor puntos sin adhesivo. La soldadura realizada através del adhesivo causa un porcentaje de puntoscon formas irregulares mayor que cuando no hayadhesivo, aunque la resistencia de la unión no esafectada. No obstante, se obtiene un alto porcenta-je de puntos que muestran expulsión, dando comoresultado peor calidad y más baja resistencia de lasoldadura, incluso cuando el material ha sidosometido a procesos de preparación superficialadecuados.

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Existen diversas especificaciones preparadaspor varios organismos contratados por agenciasgubernamentales de los Estados Unidos sobre losprocesos de unión híbrida. Estas especificacionesdetallan los pasos a seguir para que en las unioneshíbridas realizadas se obtengan resultados ópti-mos. En la actualidad, la aplicación de la técnicahíbrida para la unión de piezas es relativamentedirecta. La mayoría de los procesos implicados ensoldadura por puntos son aplicables a la técnicahíbrida soldadura/adhesivo. Las piezas a unir selimpian con disolventes como en la soldadura porpuntos convencional, envueltas y almacenadaspor un tiempo máximo de 36 horas si es necesario,desde donde son trasladadas para realizar launión. El adhesivo, en forma de pasta con unaconsistencia similar a la de la miel a temperaturaambiente, es aplicado a las piezas a unir poniendoun poco en la superficie y extendiéndolo con unaespátula de nylon. Las piezas se presentan enton-ces por las superficies a unir manteniéndolas tem-poralmente sujetas. Posteriormente, se sitúanentre los electrodos de la máquina de soldadurapor puntos convencional trifásica, del tipo de pre-sión variable y se aplican los puntos de soldadura.El equipo de soldadura usado para unir las piezasestá sólo ligeramente modificado respecto al con-vencional. Después de aplicar los puntos de solda-dura, la estructura se coloca en una estufa paraproceder al curado del adhesivo, lo que tiene lugaren un tiempo aproximado de una hora. El tiempoy temperatura de curado dependen del tipo deadhesivo y del método utilizado.

7.5.10 Control de calidad

El alcance del procedimiento y del control decalidad a realizar deben estar basados en la utili-zación final del equipo. De entre los métodosactualmente en uso son seleccionados los adecua-dos para cada caso concreto de acuerdo con laaplicación específica del equipo. La repetitividadde la resistencia de la unión se compruebamediante ensayo a cortadura por tracción de pro-betas sometidas a la técnica híbrida, con el adhesi-vo curado, habiendo sometido previamente a losadherentes al tratamiento superficial adecuadoque garantice la resistencia y la buena calidad dela unión. La constancia de la calidad de la solda-dura se comprueba con ensayos realizados conuna periodicidad de una hora sobre probetas conel adhesivo sin curar, a las que se somete al ensa-

yo a cortadura por tracción. Se puede conseguiruna mayor seguridad utilizando una monitoriza-ción en la línea de soldadura que pueda detectarpuntos de soldadura inaceptables. El alcance de lainspección de la producción debe estar determina-da o basada en el uso final de la pieza y estarátambién condicionada por el tamaño y compleji-dad de la misma. Si las piezas son pequeñas,puede ser suficiente una inspección visual paradetectar defectos superficiales e irregularidadesen la superficie del adhesivo. Si son grandes ycomplejas, y con responsabilidad estructural, sepuede realizar una inspección radiográfica paraevaluar la calidad de la soldadura y una inspec-ción por ultrasonidos para determinar la calidaddel pegado. La radiografía pondrá de manifiestoposibles defectos en los puntos de soldadura talescomo grietas, problemas de expulsión y porosi-dad.

Los métodos de inspección no destructiva porinfrarrojos no se pueden utilizar en estructurasunidas con esta técnica híbrida soldadura/adhesi-vo. Varias compañías aeroespaciales de losEE.UU. han preparado especificaciones de estosprocesos híbridos de unión, que incluyen seccio-nes relativas al control de calidad.

Sin embargo, un problema para los adhesivos enla industria del automóvil es la ausencia de unensayo no destructivo fidedigno, uno que seacapaz de garantizar la calidad de la unión. El tipode ensayo que los fabricantes de automóvilesquieren y necesitan no lo tienen todavía. El des-arrollo de tal ensayo es el objetivo de una intensi-va investigación.

7.5.11 Ejemplos de aplicación de unionesadhesivas e híbridas en vehículos

Muchos expertos predicen que sólo es una cues-tión de tiempo el hecho de que la unión con adhe-sivos sea usada mucho más extensivamente de loque lo es ahora. Fuentes cercanas a la industria delautomóvil aseguran que podría ser mucho máspronto de lo que se piensa. Se espera que los adhe-sivos sean muy empleados en la unión de metalescuando se haga realidad la presencia en las auto-pistas de un nuevo concepto de automóvil conmayor rendimiento energético. Por supuesto, lasoldadura seguirá siendo utilizada en este diseñode automóvil.

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En la actualidad los adhesivos son ampliamenteusados en operaciones de plegado en cientos demiles de automóviles. Porsche EngineeringServices, Inc., en un estudio para la AmericanIron and Steel Institute and Ford Motor Co., llega-ron a la siguiente conclusión:

“La unión continua con adhesivos de todos losrebordes (pestañas) de la carrocería del automóviltendría como consecuencia una sustancial ganan-cia en rigidez”. Porsche habla de un aumento enrigidez de cerca del 40 %. El principal competidorde la unión por adhesivos es la soldadura porresistencia.

No obstante, P. G. Phillips, vicepresidente de laChemQuest Group, Pinehurst, N. C., reconoceque hay numerosos parámetros que tienen que sercontrolados en la unión por adhesivos.

Phillips identifica cinco áreas principales dondelos adhesivos estructurales son usados en la indus-tria del automóvil. Estas cinco áreas comprendenuniones tipo metal-metal, plástico-metal y plásti-co-plástico.

La primera es la de plegado de rebordes o ple-gado. Phillips se refiere a esta área como aquéllaen la que el empleo de adhesivos ha adquirido unmayor grado de madurez. Los rebordes se encuen-tran en todas partes que se pueden abrir y cerrar,como puertas, capós y portones de maletero. Setiene en ellas una parte externa y otra interna, y laparte externa se dobla sobre la interna. El adhesi-vo se aplica entre estas dos partes en la planta deestampación. Con ello el adhesivo proporcionauna resistencia en verde suficiente para mantenerla unión, permitiendo a los operarios mover laspiezas desde la planta de estampación hasta laplanta de montaje. Entonces, cuando la pieza pasaa través de la estufa de pintura en la planta demontaje, se produce el curado del adhesivo adqui-riendo las propiedades mecánicas máximas de élesperadas. Se tiene ya mucha experiencia en estaaplicación, y el adhesivo utilizado ha cambiadocon los años desde un termoplástico hasta unepoxi curado por el calor como es el que se utilizahoy día. El mercado de adhesivos utilizados enaplicaciones de plegado se estima entre 15 y 18millones de dólares por año.

La segunda área, según Phillips, comprende elparabrisas y la ventana trasera. En los parabrisasel adhesivo actúa como elemento de unión y como

sellante. El travesaño inferior del parabrisas debeservir de protección del habitáculo de ocupantesen caso de choque delantero y choque lateral.Además debe permanecer en su sitio cuando seejercen fuerzas contra él, incluso cuando se efec-túen pruebas especificadas de vuelcos reales. Eladhesivo utilizado es un poliuretano. El mercadode adhesivos en esta aplicación mueve más de 60millones de dólares al año.

El área siguiente está constituida por los panelesde la carrocería, estos paneles son de láminas deplástico obtenidas por moldeo (SMC) para vehí-culos como el Alumina o el Silhouette. Despuésde moldeadas, las piezas se unen utilizando unadhesivo de tipo poliuretano. El mercado de adhe-sivos mueve en este campo más de 20 millones dedólares al año.

Se está considerando volver a utilizar metales,aluminio o acero, en los paneles anteriores enciertas furgonetas futuras.

La cuarta área, que es novedosa, es la uniónmediante adhesivos estructurales en carroceríascon diseños muy aerodinámicos. Phillips hacomentado: “No se utilizan mucho en la actuali-dad los adhesivos para este tipo de uniones, aun-que se está considerando seriamente, piénsese quese trata de sustituir a técnicas tan tradicionales enla unión de bastidores como la soldadura y launión mediante tornillos. La unión medianteadhesivos aumentaría la rigidez del vehículo, peroel problema es que todavía no hay una técnica nodestructiva que garantice la calidad de la unión.En soldadura, sin embargo, hay ensayos que ase-guran que se cumplen las especificaciones. Setiene una gran confianza en la unión soldada, perotodavía no en la unión adhesiva estructural. Losfabricantes de automóviles están investigandovarias posibles soluciones. Se están considerandosistemas adhesivos epoxi de dos componentesporque parece ser que desarrollan la unión másresistente. Las uniones híbridas también se estánevaluando, aunque las compañías de automóvilesno se quieren apartar mucho de los adhesivosepoxi. Otros tipos de adhesivos, como los ureta-nos, por ejemplo, tienen limitaciones de tempera-tura”. Los adhesivos epoxi pueden aguantar tem-peraturas hasta 230 ºC aproximadamente.

Glenda Barich, de 3M Canadá, en un congresosobre unión de materiales avanzados celebrado enMontreal en 1994, comentó que los primeros

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adhesivos epoxi que llegaron a estar disponiblesen los años cincuenta, proporcionaban resistenciasmoderadas a cortadura, pero eran sistemas dema-siado rígidos, demasiado frágiles. Los siguientesque estuvieron en el mercado incorporaban unmodificador acelerador que proporcionaba flexi-bilidad al adhesivo curado. Estos adhesivos epoxi,añadió Barich, eran los primeros que eran algomás elásticos que frágiles. Asimismo, mostrabanaltas resistencias a pelado. Su resistencia a corta-dura, sin embargo, era sólo moderada.

El avance siguiente, siguió Barich, llega con losadhesivos epoxi modificados en el sentido deaumentar su tenacidad. En estos sistemas, la resi-na epoxi se modifica con un caucho líquido. Elcaucho aumenta la tenacidad de la frágil resina,proporcionando al adhesivo curado alta resisten-cia al impacto y resistencia a pelado, así como altaresistencia a cortadura.

La quinta área de aplicación de los adhesivosestructurales en la industria del automóvil, segúnPhillips, es su empleo como refuerzo. “En estecaso se trata de un adhesivo que es introducidoentre los paneles exterior e interior que constitu-yen el portón del maletero antes de que éste entreen la estufa de curado. En esta parte del automó-vil, el adhesivo es el componente que amortiguaráel golpeteo producido al cerrar el portón. Se tratade un suplemento de refuerzo de fibra de vidrioimpregnada en resina epoxi y precortada. En laactualidad se estudia emplear un sistema de espu-ma generada in situ”.

El interés mundial en las aleaciones de aluminiocomo material estructural en automóviles aumen-ta en el sentido de ser utilizado para reducir elpeso de los vehículos controlando el impacto eco-lógico. Aleaciones de la serie 5000 ya son usadasen Japón principalmente en planchas de la carro-cería de automóviles. No obstante, la soldadurapor puntos del aluminio, aunque presenta proble-mas, ya es factible de realizar, siendo el principalproblema a resolver en la soldadura por puntos dealeaciones en planchas la extremadamente cortavida de los electrodos. Debido a la alta conducti-vidad eléctrica y calorífica de las aleaciones dealuminio se requieren corrientes de soldadura tresveces más altas que las del acero pero con tiemposde soldadura de aproximadamente la mitad de losnecesitados al soldar planchas de acero.

Las planchas de acero y aluminio son difíciles

de soldar por puntos directamente entre ellas debi-do a la fragilidad de los intermetálicos formadosen la intercara. No obstante, se pueden soldar uti-lizando piezas de transición que son plaqueadosacero-aluminio.

Para asegurar las uniones soldadas por puntos,concretamente para estimar el tamaño del puntode soldadura, se han desarrollado actualmenteprocedimientos no destructivos, fundamentalmen-te ultrasonidos, aunque siguen existiendo proble-mas para evaluar de forma no destructiva la cali-dad de las uniones adhesivas.

En su intervención durante la InternationalBody Engineering Conference de 1994, KennethR. Baker, vicepresidente de General Motors NorthAmerican Operations, Research and Development,dijo: “Para la construcción del automóvil eléctricomodelo Impact, hemos desarrollado en nuestracompañía una estructura de aluminio de altasprestaciones tecnológicas, que es un 40 % másligera que el acero y más sencilla de fabricar. Es laestructura más rígida, más ligera y más simple desu tamaño en el mundo. Dicha estructura estáconstruida combinando piezas estampadas conotras obtenidas por extrusión y por moldeo,ensambladas todas ellas por soldadura por puntosy adhesivos epoxi. Frente a un promedio de 225 a250 elementales utilizados en un cupé típico, nos-otros construimos la estructura del Impact usandosólo 168. Actualmente estamos trabajando endiseños y métodos de procesado que nos permiti-rán reducir el número de piezas estructuralesdesde un promedio de más de 200 utilizadas hoydía hasta 25 ó 30 en vehículos futuros”.

El vehículo citado anteriormente (Impact) estáconstruido de aluminio. Las piezas moldeadas,obtenidas por el proceso VRC (proceso a vacío sinelevar el fundido), son aleaciones de aluminiopara moldeo, bien la A356-T6 ó bien la A357-T6.Las piezas obtenidas por extrusión son de una ale-ación de aluminio de la serie 6000 que se unen porsoldadura por puntos y por medios mecánicos deunión.

En 1995 había ya aproximadamente 50 prototi-pos de estos vehículos eléctricos con unioneshíbridas soldadura / adhesivo en ellos circulandopor California.

Usando la Tecnología del Vehículo de Aluminio(AVT) de Alcan International, Ford Motor Co.,

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Dearborn, Mich., ha construido para ensayos unaflota de 40 coches modelo Taurus / MercurySable, construidos mayoritariamente de aluminio.La carrocería es 630 Kg. más ligera que la de suhomólogo de acero.

Ford Motor Co. utilizó uniones híbridas solda-dura / adhesivo en el ensamblaje de sus vehículos,con el propósito de ser ensayados a nivel mundial.De acuerdo con un boletín de noticias del LondonPress Service , los coches son mucho más ligerosque los de acero sin comprometer su seguridad.Son asimismo perfectamente compatibles con lossistemas de estampación disponibles en las facto-rías. Un portavoz de Alcan International ha dichoque su compañía ha invertido hasta el momentomás de 100 millones de dólares en este programay están seguros que los coches de aluminio circu-larán por las autopistas en el año 2000. Están cen-trando su interés en componentes de la carroceríay el chasis. El proceso AVT permite a los fabri-cantes de automóviles continuar usando sus actua-les prensas de estampación para producir paracho-ques, capós y puertas. La aplicación posterior a laspestañas de un adhesivo epoxi, modificado concaucho para aumentar su tenacidad, se realizamediante robots. A continuación, se monta laestructura mediante puntos de soldadura y/o unio-nes mecánicas. El método de soldadura preferidoes la unión híbrida. Sin unión híbrida, según losingenieros de Alcan, una estructura de chapa dealuminio puede ser fabricada con una rigidez tor-sional equivalente a la de acero con aproximada-mente un 60 % de su peso. Sin embargo, usando el

proceso AVT afirman que el peso puede ser redu-cido todavía más, hasta un 50 % del de la estruc-tura de acero, y no obstante lograr un incrementode la rigidez de entre un 30 y 50 %, un factor deci-sivo en el diseño de automóviles.

Ingenieros de la Ford Motor Co. evaluaron dis-tintos métodos de unión de metales. En una de lasevaluaciones, se comparó la soldadura por puntoscon la unión híbrida soldadura / adhesivo. En esteestudio, se encontró que las muestras soldadas ypegadas eran un 20 % más rígidas en torsión conun espaciado entre puntos de 51 mm, y un 35 %más rígidas en torsión para un espaciado entrepuntos de soldadura de 229 mm.

Bajo la dirección de Dawn R. White, la FordMotor Co. está examinando la soldadura GMAWrobotizada de piezas delgadas de aluminio; laspiezas se han fabricado por moldeo, por extrusióny por estampado, soldándose entre ellas piezasobtenidas por el mismo o por distinto método, avelocidades de soldadura de 254 cm/min y a velo-cidades más altas. El espesor de los metales baseen este estudio está comprendido en un intervalode 1 a 3 mm.

El automóvil Neon Lite de la Chrysler Corp.que está fabricado de aluminio 6111-T4, ve reba-jada su rigidez torsional un 5 % cuando se utilizala soldadura por puntos como técnica de unión.Cuando se utiliza la técnica híbrida soldadura /adhesivo su rigidez torsional se incrementa en un27 %. Si se utilizan remaches, la misma magnitudbaja un 3 %, mientras que si se utiliza la técnicahíbrida remachado / adhesivo, aumenta un 33 %.

Investigadores de la Chrysler han comparado lasoldadura láser con la soldadura por puntos. Losensayos de laboratorio indican que la soldaduraláser presenta un mejor comportamiento a trac-ción y a fatiga que la soldadura por puntos con-vencional.

En una entrevista concedida a la revistaWelding Journal, W.A. Marttila de la ChryslerCorp. dijo que hay una fuerte inercia en todas lasindustrias automovilísticas para mantener la sol-dadura por puntos. A pesar de eso, muchas de lasuniones del Neon Lite fueron efectuadas conremaches autopunzonados y adhesivos.

“El problema de la soldadura por puntos es suanomalía en resistencia”, añadió Marttila. “En la

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Fig.7.65:Proceso defabricación AVTde la compañíaAlcan, donde seutilizan unioneshíbridas deepoxymodificado ysoldadura porpuntos en lacarrocería devehículos dealuminio.

nueva generación de vehículos, no obstante, seutilizarán varias técnicas de unión, no sólo una”.

Existen ejemplos de aplicaciones de unionesadhesivas, como es el caso del Renault Espace enel que más de un millar de piezas han sido encola-das, donde se ha empleado con éxito este tipo deunión en zonas del automóvil con requisitos deresistencia al impacto muy severos. Esta caracte-rística de resistencia al impacto de las uniones esespecialmente crítica en el caso de vehículos deservicio público. La seguridad pasiva de los vehí-culos de servicio público (como autobuses) estáacaparando una atención creciente debido a laincidencia en la opinión pública de accidentes enlos que se han visto envueltos este tipo de vehícu-los. El incremento de la potencia del motor y delas velocidades medias provocan que los acciden-tes debidos a la pérdida de estabilidad sean másfrecuentes. Algunos países de la Unión Europeaestán imponiendo restricciones en el diseño quegaranticen la resistencia al choque, de acuerdocon la Regulación ECE 66. Las estadísticas mues-tran que del total de accidentes en los que estáninvolucrados este tipo de vehículos más del 50 %son por impacto frontal, mientras que los acciden-tes por vuelco representan el 6 % . Existen en laactualidad ensayos exploratorios a escala real paraintroducir en vehículos de servicio público estruc-turas de aluminio unidas mediante adhesivos quesean capaces de satisfacer los criterios de seguri-dad sobre resistencia al vuelco especificados enlas regulaciones europeas.

La unión híbrida soldadura / adhesivo está sien-do investigada actualmente para la unión de pie-zas de aluminio en la industria del automóvil. Elproceso, sin embargo, no es nuevo en esta indus-tria, especialmente en la unión de piezas de acero.En efecto, el proceso ha sido y es usado en ciertasuniones de acero dentro de la industria del auto-móvil.

Según R.C. Ducharme, Director de Ingenieríade Weld Specifications Group, Midsize CarDivision, General Motors Corp., Warren, Mich.,ellos están utilizando estas uniones en piezas deacero al carbono 1008 y 1010, y en piezas de ace-ros microaleados HSLA.

Por ejemplo, la unión híbrida se utiliza en lafabricación de las piezas de alojamiento de lasruedas delanteras del Chevrolet Camaro y elPontiac Firebird. En este lugar se instala una sus-

pensión especial (suspensión SLA) que mejora lasprestaciones del automóvil, aunque para ellointroduce fuerzas bastante elevadas. Esto hace quela responsabilidad estructural de esta unión híbri-da sea alta. En estos mismos vehículos, las unio-nes híbridas son usadas en algunas zonas por razo-nes de amortiguación de ruidos y vibraciones. Enotros modelos de General Motors se usan unionesadhesivas en algunas pestañas de las puertas, perosin combinarlas con puntos de soldadura. El obje-tivo es eliminar por completo la soldadura. Losprimeros modelos de automóviles donde se utilizóeste procedimiento fueron el Pontiac Grand Prix yel Chevrolet Lumina. Se aplica un precurado deladhesivo mediante calentamiento por inducción,para aumentar la consistencia de la unión. No obs-tante, el curado final se realiza en la estufa de pin-tura.

7.6 Adhesivos aeronáuticos y espaciales: usos7.6 Adhesivos aeronáuticos y espaciales: usosy apl icaciones (Rafael González Díaz, EUITAy aplicaciones (Rafael González Díaz, EUITAde Madrid)de Madrid)

7.6.1 Introducción

El mundo de los adhesivos y la aeronáutica hanestado siempre muy unidos, desde el primer vuelodel Flyer de los hermanos Wright hasta los avio-nes supersónicos modernos. Durante la 1ª GuerraMundial se utilizaron adhesivos de origen animaly natural (albúmina, leche) para unir las estructu-ras de fuselajes y alas realizadas en madera. Antesde iniciarse la guerra surgieron diseños complejos“canvas-clad” con zunchos de alambre, donde losadhesivos se utilizaban masivamente, constitu-yendo una estructura semejante a un esqueleto;posteriormente se diseñaron estructuras muchomás simples y resistentes, semejantes a las colasde langosta o gambas, llamadas por los franceses“Monocoque”, donde la construcción implicabaauténticos diseños artísticos y los adhesivos per-mitían construirlos a base de laminados de made-ra unidos con caseína y conformados en un molde.Los alemanes tomaron la experiencia para cons-truir buena parte de los aviones que utilizaron enla guerra. En 1929 se patentó el adhesivo de doscomponentes de curado en frío, con endurecedorácido y en forma de película a base de resina fenó-lica (Tego).

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Hay que hacer una mención especial al DoctorNorman de Bruyne de la Universidad deCambridge, quién en 1930 cambió la teoría deprueba-error con los adhesivos por la aplicacióncientífica de la adhesión aplicada a la construc-ción de aeronaves, principios que todavía hoy usa-mos.

Durante la 2ª Guerra Mundial la madera fue sus-tituida por aleaciones, principalmente de alumi-nio, y los adhesivos de origen natural fueron sus-tituidos por los sintéticos; compañías como DeHavillands (Mosquito) en el Reino Unido yFokker en Holanda desarrollaron una buena tec-nología como para realizar las uniones de loscomponentes estructurales metálicos, aunque elsistema de unión mediante remachado era preferi-do por los diseñadores aeronáuticos. Los adhesi-vos como la caseína fueron sustituidos por otrosde más duración, como los de urea-formaldehído,y para las uniones de madera con metales losvinil-fenólicos. Dado que la tecnología alemanadesapareció, los desarrollos de adhesivos se con-centraron en Holanda, el Reino Unido y USA.

En los años recientes, la aplicación de los mate-riales compuestos ha supuesto la aplicación de losadhesivos como parte esencial de su constitución,especialmente en los materiales sandwich, y de lasuniones básicas de los composites entre sí y concomponentes metálicos.

7.6.2 Tipos de adhesivos en la industria aeroes-pacial

7.6.2.1 Adhesivos para la madera: la caseína ylos adhesivos sintéticos de urea-formaldehído

El adhesivo denominado caseína se obtiene porla precipitación de ésta desde leche usando ácidosulfúrico, clorhídrico o láctico. Luego se disuelveen agua alcalina caliente, y al enfriarse la viscosi-dad se transforma rápidamente y se forma un gel.El adhesivo inicialmente humecta bien la superfi-cie de la madera, rápidamente se espesa duranteen ensamble, para terminar endureciendo. Ladurabilidad de la caseína depende el agente alcali-no usado: el hidróxido sódico o amónico da lugara mayor duración pero menor resistencia al agua,en cambio el hidróxido cálcico aporta mejor resis-

tencia al agua pero el adhesivo tiene una duraciónde 1 a 2 horas. Estas limitaciones hacen que estetipo de adhesivo no sea fiable para periodos largosde uso por lo que hay que utilizar otros adhesivos.

Los adhesivos sintéticos base urea-formalde-hído fueron desarrollados en los años 40 paraaplicaciones aeronáuticas, añadiendo urea a unadisolución acuosa de formaldehído. El resultadoes la formación de los grupos metilol urea, que enmedio ácido reaccionan y dan lugar a polímerosde cadenas lineales largas

En presencia de un exceso de formaldehído elpolímero se entrecruza y reticula. Como el sub-producto de reacción es agua el uso se restringe asubstratos porosos, como la madera, papel o cor-cho. Correctamente curado da lugar a uniones queresisten mejor el agua y tienen más durabilidadque las de caseína, aunque cuando se aplicó en elMosquito la diferencia de rigidez entre el adhesi-vo reticulado y la madera dio problemas enambientes húmedos.

7.6.2.2 Adhesivos fenólicos y vinil-fenólicos

Los adhesivos base fenol tienen mejor resisten-cia ambiental. El fenol reacciona con el formalde-hído produciendo metilol fenol. Un exceso de for-maldehído en condiciones alcalinas coagulaliberando agua y formando un resol

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Fig.7.66: Reacción de polimerización de lasresinas de urea-formalheído.

Fig.7.67: Macromolécula de resol.

Al calentar el resol pasa a ser gomoso, debido aun enrollamiento molecular, antes del entrecruza-miento y la reticulación. El entrecruzamiento ocu-rre muy lentamente, pero si añadimos un ácidofuerte facilitaremos un rápido curado: esta es labase de las resinas fenólicas de dos componentescon endurecedor ácido y curado a temperaturaambiente, que se usó en los ensambles de los pri-meros aviones. Sin embargo hay que tener un cier-to cuidado con la cantidad de adhesivo a fin deconseguir una buena relación de curado y tiempo,y evitar un exceso de endurecedor ya que podríadañar la unión, como ocurrió en los aviones ale-manes Ta 154 y He 162 en la 2ª guerra mundial. Siun exceso de fenol reacciona con el formaldehído,bajo condiciones ácidas, la formación de los gru-pos metilol es lenta, formándose una estructuraestable llamada Novolaca

Añadiendo un agente de reticulación la novola-ca se convierte en un resol, que puede ser curadomediante calor. La reticulación proporciona unio-nes fuertes pero frágiles por lo que los adhesivosde este tipo se mezclan con otros polímeros paramejorar su tenacidad. Estos adhesivos fenólicosmodificados fueron la base de los adhesivos parauniones metal-metal en las aeronaves.

Los adhesivos vinil-fenólicos surgen como unamejora de los adhesivos de fenol-formaldehído.Para ganar tenacidad en los adhesivos fenol-for-maldehído, podemos cocurar los resoles con ace-tato de polivinilo. La flexibilidad aparece debido aque los grupos metilol del resol pueden reaccionarsólo con un número limitado de grupos hidroxiloen la cadena del acetato.

Cuando se aplicó por primera vez se puso elresol sobre una de las superficies de la unión, elpolivinil formaldehído fue rociado en forma depequeñas gotas sobre el resol, se cerró la unión y

se aplicó calor y presión para así lograr el curado.Así lo aplicó de Bruyne en 1943 en Aero ResearchDuxford, comercializándose con el nombre deRedux. Durante más de 50 años se ha venido uti-lizando este adhesivo, siendo el primer adhesivoestructural para uniones metal-metal. La largaexperiencia adquirida por el uso de este adhesivoha demostrado la excelente durabilidad de lasuniones de aluminio, en condiciones muy adver-sas de humedad, tensiones, fatiga, .etc.Actualmente se puede disponer de Redux enforma de película. La desventaja de este adhesivoes su lenta velocidad de curado, lo que obliga atrabajar con altas temperaturas y presiones enequipamiento de autoclaves, lo que supone altoscostes.

7.6.2.3 Adhesivos nitrilo-fenólicos

Podemos aumentar, aun más, la flexibilidad delos adhesivos fenólicos con la adición de cauchonitrílico. Estos adhesivos son excepcionales pararequisitos de mayor estabilidad que las novolacas( en vez del resol con sus grupos reactivos metilol) a la hora de mantener la compatibilidad entre elfenol y el caucho. El primer ejemplo del uso deeste adhesivo fue con la estructura del ala delavión Chance Vought Cutlas (1948), un caza conalas en flecha, en el que se realizó un sandwichcon piel de aluminio y núcleo de madera de balsa.La baja resistencia mecánica, a la humedad, hon-gos y fuego hizo sustituir la balsa por nido deabeja a base de aluminio. Los adhesivos nitrilo-fenólicos en forma de película, junto con rema-ches para asegurar la integridad estructural, seusaron para sellar los contenedores alares de com-bustible de los cazas Convair F102 y F106, y delos aviones de pasajeros Convair 880 y 990. Estatécnica se convirtió en una práctica normal en lasaeronaves, que se usa hoy día extensivamente.

7.6.2.4 Adhesivos epoxi-fenólicos

A medida que aumentamos la velocidad delavión se produce un calentamiento aerodinámicode los recubrimientos externos de éste, así necesi-tamos adhesivos estructurales que puedan operara temperaturas de más de 150º C. La combinaciónde resinas epoxi de alto peso molecular con losresoles fenólicos dio lugar en los años 50 a este

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Fig.7.68: Macromolécula de Novolaca.

tipo de adhesivo que mantenía bien la resistenciamecánica hasta 250 C, aunque a expensas de laflexibilidad. Este adhesivo se usó en el bombarde-ro, de mach 2 Convair B58 Hustler ( 1958 ) parahacer sandwich de aleaciones de aluminio en elfuselaje y alas.

7.6.2.5 Adhesivos epoxi

Los adhesivos epoxi fueron inicialmente des-arrollados en los años 40, habiendo demostradodesde entonces que son uno de los adhesivosestructurales más versátiles. Existen en distintasformas : líquidos, en forma de pasta, película yespumados; pudiendo unir, además, la mayorparte de los materiales : madera, metal, vidrio,cerámicos, composites, cauchos y hormigón. Losadhesivos epoxi se componen, normalmente dedos partes, teniendo sistemas de endurecimientodesde temperatura ambiente hasta alta temperatu-ra. Los monocomponentes, mezclados previamen-te, curan a alta temperatura. Este tipo de resinas secaracterizan por el grupo epoxi, utilizando comoagente de curado aminas, que abren el anillo epoxiy permite la reticulación

Como todos los adhesivos reticulados las epoxipresentan fragilidad, aunque ésta puede atenuarseañadiendo elastómeros. La introducción de hastaun 15% de caucho nitrilo butadieno ( NBR ) pro-duce la precipitación de éste en pequeñas esferasde una micra, incrementando la tenacidad en 30 o40 veces. Las resinas epoxi tienen alta resistenciahasta los 200º C, buena resistencia a los disolven-tes, y baja contracción. Los adhesivos epoxi domi-

nan buena parte de las aplicaciones aerospaciales,siendo la forma más usada la de película para laproducción de materiales sandwich, para unionesestructurales, para en ensamble de interiores delavión y para reparaciones.

7.6.2.6 Adhesivos acrílicos

Fueron desarrollados en los años 60 aprove-chando la experiencia en la química del polimetilmetacrilato PMMA. Los plásticos acrílicos fueronprimero empleados en la construcción de ventanasy carlingas de aviones debida a que el polímeropodía procesarse en forma de láminas de baja den-sidad, con lo que se conseguía excelente transpa-rencia y características ambientales. Una de lasdesventajas de los adhesivos acrílicos ( muy dife-renciados unos de otros ) es la alta velocidad deendurecimiento a temperatura ambiente. Hay unperiodo inicial de incubación durante el que laspiezas pueden posicionarse, tras el que el adhesi-vo endurece en minutos. Esta velocidad puede serinteresante en las reparaciones de aeronaves, aun-que las aplicaciones se reservan a condicionesmenos severas. Como los adhesivos epoxi, losacrílicos pueden incorporar caucho líquido en suproceso para aumentar la tenacidad.

7.6.2.7 Adhesivos anaeróbicos

Realmente se trata de un subtipo de los adhesi-vos acrílicos, que se basa en el monómero metila-crilato junto con una mezcla de iniciadores ( peró-xidos ), catalizadores promotores (aminas),estabilizantes (fenoles) junto con gelificantes queatrapan los metales de transición. Esta mezcla tancompleja se hace para evitar la forma espontáneade la polimerización por radicales libres. Sinembargo, el inhibidor más importante es el oxíge-no ya que reacciona fácilmente con los radicaleslibres formando especies más estables. Una vezque eliminemos el oxígeno, las radicales librespodrán activarse, especialmente en superficiesmetálicas, y así iniciar la reacción anaeróbica. Laprimera aplicación de estos adhesivos fue la inmo-vilización de uniones con tornillos y el asegura-miento de insertos en aplicaciones críticas de laindustria aerospacial, especialmente en la reten-ción de las carcasas de los cojinetes del mecanis-mo de transmisión del sistema de control de vuelo

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Fig.7.69:Microfotografíade un epoxireforzado conelastómerosparaincrementar latenacidad deladhesivo.

de los helicópteros Westland. A diferencia de lamayor parte de los adhesivos, los anaeróbicospueden formularse con una amplia gama de resis-tencias a cortadura, así que los tornillos bloquea-dos con adhesivo pueden liberarse a un determi-nado valor de momento torsor.

7.6.2.8 Adhesivos cianoacrílicos

Los cianoacrilatos también derivan de los adhe-sivos acrílicos. Fueron comercializables en 1958,con el calificativo de “Super glues” han tenido ungran éxito comercial a todos los niveles de aplica-ción. Aunque puedan resultar, aparentemente,caros la poca cantidad necesaria para obteneruniones instantáneas, lo que evita utillajes de fija-ción y ahorra tiempos de producción. Debido a lagran fragilidad del adhesivo no tiene prácticamen-te aplicaciones estructurales aeronáuticas, aunquesi aplicaciones secundarias como uniones en lospaneles de instrumentos y displays, y en fijacioneselectrónicas.

7.6.2.9 Adhesivos de alta temperatura basadosen poliimidas

La limitación de los adhesivos convencionales amantener las características mecánicas duranteperiodos largos a más de 200º C ha hecho necesa-rio buscar adhesivos que cumplan este cometido.Los poliimidas han sido los adhesivos que máséxito han conseguido. Aunque las poliimidas aro-máticas fueron introducidas en los años 60 huboque esperar hasta los años 80 para poder tener unproducto procesable y aplicable. Se preparan apartir de diaminas aromáticas y dianhidros. Lasmás usadas son las termoplásticas de cadenas lar-gas y flexibles, aunque con bajo peso molecularpodemos encontrar poliimidas termoendurecibles.

Son resistentes a la mayor parte de los ácidos(no a las bases fuertes), también son resistentes ala abrasión, oxidación y al fuego, pudiendo resis-tir temperaturas en servicio, en periodos largos, deentre 250º y 350º C. Por su baja densidad y resis-tencia a las radiaciones de alta energía se utilizaen aplicaciones civiles y militares aeroespaciales:se utiliza con matriz en materiales compuestosreforzada con fibra de vidrio o de carbono, y comoadhesivo, en forma de película, pasta o laca, en

reparaciones estructurales de aviones, vehículosespaciales, misiles y componentes electrónicos.

7.6.2.10 Adhesivos base silicona

Se basan en la cadena del polímero poli-siloxa-no. Para altos pesos moleculares tenemos sustan-cias parecidas grasas y para bajos agentes des-moldeantes.

Si R1 es un grupo alcohólico como OH-CH2-,que pueda reaccionar con superficies metálicas yR2 se reemplaza con un grupo reactivo, como unaepoxi, para bajos pesos moleculares se convierteen un agente químico de acoplamiento (primer)para los adhesivos epoxi. Si el peso molecular esmayor y algunos radicales R reaccionan dandolugar a un polímero entrecruzado se forma unadhesivo elástico. El enlace Si-O es más fuerteque el C-C por lo que los adhesivos de siliconatienen mayor resistencia a la temperatura.También podemos formular el adhesivo, o el polí-mero, para soportar vibraciones, choques térmi-cos, temperaturas criogénicas, radiación y oxíge-no atómico, lo que hace al adhesivo útil paraaplicaciones espaciales ( limitando el “outgas-sing” ). Los ladrillos de aislamiento térmico delSpace Shuttle están unidos con adhesivos de sili-cona. Los ladrillos están compuestos por un 10 %de sílice en forma de fibra y una matriz cerámica,recubiertas con una barrera térmica a base de unvidrio del tipo borosilicato (detiene el 95% de laradiación térmica). En los primeros vuelos lasnaves volvían con algunas losetas de menos, y unavez hechas las investigaciones oportunas se deter-minó mayor frecuencia en los fallos debido a laspropias losetas que al adhesivo de silicona.

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Fig.7.70:Unidad químicaconstituyente de

la cadena depolisiloxanos

base de lassiliconas.

Los adhesivos basados en enlaces C-C se oxi-dan dando lugar a volátiles gaseosos, mientras quelos basados en silicona producen, durante la oxi-dación, una capa vítrea refractaria (sílice amorfa )que puede resistir temperaturas de hasta 3300º Cdurante algunos minutos, de hecho las siliconas sehan utilizado como materiales ablativos para pro-tecciones a corto plazo en toberas de cohetes y encámaras de combustión de “ramjets”, siendo estu-diadas actualmente como material para proas enlos futuros aviones espaciales.

7.6.3 Tratamientos superficiales

Para obtener buenas uniones adhesivas esimprescindible una buena preparación de lassuperficies a unir. Por un lado éstas deberán per-mitir una perfecta humectación del adhesivo, perosi en las superficies a unir hubiera cavidadesmicroscópicas, donde el adhesivo pudiera pene-trar capilarmente, obtendríamos una excelenteayuda para desarrollar uniones más fuertes.

7.6.3.1 Madera

Presenta una estructura celular, lo que es unbuen ejemplo del mecanismo de refuerzo a laadhesión debido a las cavidades que presenta lasuperficie. Pero si se realizamos un corte en ángu-lo respecto a la orientación de la fibra, las cavida-des celulares pueden dañarse por el corte mecáni-co o por la temperatura y presión utilizadas en elmecanizado de laminados de madera, lo que pro-voca una penetración desigual del adhesivo en lasuperficie. Para evitar este problema, en los lami-nados de aplicaciones aeronáuticas, se aplica una

limpieza, con aire a presión, de la superficie pararevelar la subcapa de cavidades sin dañar. Otroproblema que existe es que las cavidades puedenestar interconectadas y ocupar así grandes volú-menes, lo que provoca la pérdida de los adhesivosde pequeña viscosidad. Todo ello redunda en lanecesidad de controlar la cinética del flujo deladhesivo durante la adhesión.

7.6.3.2 Aluminio

Los metales teniendo altas energías superficia-les deberían de humectarse con adhesivos polimé-ricos. Esas mismas energías tendrán una gran afi-nidad con el agua, con la consiguiente corrosión ysubproductos derivados, lo que podría producirdeficientes uniones. Por ello, y para mejorar lacoherencia de cualquier capa de óxido que seforme sobre el metal o preparar la superficie deestos con el fin de conseguir mecanismos adicio-nales que mejoren la unión, en la industria aeros-pacial se utilizan tratamientos superficiales muysofisticados. Las superficies de aluminio se prepa-ran haciendo un ataque ácido con ácidos crómicoy sulfúrico (proceso FPL), con ácido fosfórico

(PAA) o con ácido crómico (CAA). El procesoFPL produce un óxido con una estructura celularcon una distribución regular de protuberanciasque produce un método excelente de unión entrela capa de óxido y la capa del adhesivo; por otrolado la capa fina de alúmina que recubre la super-ficie, aparte de asegurar la durabilidad de la unión,

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Fig.7.71:Estructuracelular de lamadera.

Fig.7.72: Aluminio tratado FPL.

ayuda a prevenir la corrosión.

La morfología del óxido producido por el pro-ceso PAA es de más grosor y está mejor desarro-llada, con profundas celdillas hexagonales y lar-gas protuberancias, lo que proporciona un mejorsistema de unión con el adhesivo.

El proceso CAA, en contra, produce una espesacapa de columnas de óxido muy empaquetadas, loque da lugar a un menor efecto de interbloqueomecánico del adhesivo, por lo que se prefiere elmétodo PAA.

7.6.3.3 Titanio

Como ocurre con el aluminio si aplicamos una

oxidación superficial (anodizado) produciremosuniones fuertes y duraderas. En las aleaciones detitanio nos encontramos con dos fases α y β, comoocurre en una de las aleaciones más utilizadas la6AI4V. En esta aleación el proceso CAA conácido crómico produce una especie de islas, for-madas por la fase ( rica en aluminio, rodeadas dela fase ( rica en vanadio, que está recubierta poruna estructura en celdillas de óxido de titanio conuna tamaño de celdilla de 40nm y un espesor depared de 5 nm, semejante a las producidas en elaluminio, con una capa en la base de TiO de unos20nm que protege muy bien contra la corrosión.Esta estructura está más nivelada y con menosprotuberancias que en el aluminio.

Con los procesos más recientes como el anodi-zado con hidróxido sódico (SHA), el nivelmacroscópico de la rugosidad es mucho mayorque el del proceso CAA, teniendo protuberanciasirregulares del óxido que alcanzan de 1 a 2 micrasde altura, separadas por zonas de microrugosidadmenos pronunciada que en el proceso CAA. Elataque con un peróxido de hidrógeno alcalino(AHPE) también se ha evaluado, pero tiene el pro-blema de la descomposición del peróxido en elbaño a 65º C.

Por encima de los 200º C, los óxidos superficia-les de la aleación Ti6Al4V se disocian, disolvién-dose en la aleación, con lo que constituye unmedio de dar un tratamiento superficial. Una delas opciones más recientes es el proceso con plas-ma, en donde polvo de la aleación se inyecta en unplasma, donde funde y se proyecta a velocidadsupersónica sobre un substrato de titanio. Lamayoría de las partículas fundidas, al chocar con-tra la superficie, se aplastan formando cintas,mientras que otras se enfrían durante el trayecto yllegan sólidas por lo que se genera una mezcla ale-atoria de nódulos solidificados de estas últimassobre las partículas en forma de cinta. Esto da unaporosidad extendida sobre la superficie. Este tra-tamiento se ha ensayado con poliimida de altatemperatura habiéndose comprobado una excelen-te durabilidad en las uniones de titanio respecto almétodo CAA.

7.6.3.4 Plásticos y materiales compuestos poli-méricos

Los polímeros presentan energías superficiales

211


Fig.7.73: Aluminio tratado PAA.

Fig.7.74: Aluminio tratado CAA.

semejantes a las tensiones superficiales típicas delos adhesivos por lo que necesitamos aplicar algu-nos pretratamientos a las superficies. En algunoscasos, como son las resinas termoendurecibles, laaplicación de un disolvente con un trapo puede sersuficiente, pero en el caso de aplicaciones aeros-paciales estructurales se puede necesitar un desen-grasado acompañado de una abrasión mecánica.Las piezas moldeadas pueden estar contaminadascon agentes desmoldeantes por lo que se debenlimpiar siempre. Los composites de matriz termo-plástica necesitan tratamientos especiales paraaumentar su energía superficial (descarga eléctri-ca Corona ), ya que la limpieza con disolventes yla abrasión no son suficientes. La unión adhesivade parches de composites boro-epoxi y grafito-epoxi se aplica para la reparación de estructurasmetálicas o de composites. Estas reparaciones sedeben realizar in-situ por lo que las limitacionesde preparación y facilidades de curado se ven muylimitadas. Para reparaciones composite/compositese realiza una limpieza con abrasivo para eliminarel desmoldeante seguido de un ligero chorreadocon alúmina. Para reparaciones composite-alumi-nio se ha utilizado mucho el chorreado con alúmi-na seguido de la aplicación de un adhesivo epoxi-nitrilo de curado a 120º C. Actualmente se hacomprobado la eficacia de los parches de compo-site aplicando primero una limpieza por chorreadoseguida de un tratamiento con silanos, incluso conadhesivos de baja temperatura, 50º C.

7.6.3.5 Imprimación superficial

Para mejorar la adhesión de vidrios, cerámicosy metales podemos usar agentes de acoplamientopara realizar uniones químicas por medio de sila-nos.

Los grupos alcosílicos del silano se hidrolizaninicialmente a silanoles ( SiOH ) uniéndose quí-micamente a la superficie, dejando en el caso de lafigura un grupo epoxi para reaccionar con el adhe-sivo. De forma más precisa, se cree que la pelícu-la absorbida de poli-siloxano forma una red abier-ta sobre la superficie del adherente de forma quelas moléculas del adhesivo puedan penetrar.

7.6.4 Diseño de las uniones adhesivas

Las uniones con adhesivos deben diseñarse pen-sando en como explotar el comportamiento de losadhesivos más que pensando en uniones mecáni-cas o soldaduras. Una unión adhesiva podemosdecir que es una intercapa de polímero de bajomódulo entre dos substratos rígidos. Para conse-guir una transmisión efectiva de las cargas se debetener en cuenta lo siguiente:

.Grandes áreas de unión

.Uniformidad de espesores y aplicación

.Cargas a compresión o cortadura

.Mínimas cargas a pelado

.Evitar concentraciones de tensiones

Mientras que los requisitos de grandes áreas deunión están justificados, cualquier hipótesis sobreque la carga aplicada esté uniformemente distri-buida en la zona de unión es una mera conjetura.Si el adhesivo fuera elástico y el substrato se com-portara totalmente rígido seria verdad lo anterior.De hecho los substratos también se deforman elás-ticamente, siendo esta deformación función de,también, de la zona de adhesión. Esto hace que eladhesivo deba poder soportar una concentraciónde tensiones en los bordes de la unión de:

SCF = GaI2 / Eht

Donde:

E = Módulo elástico de los sustratosh = Espesor de los sustratosl = Longitud de solapet = Espesor del adhesivoGa = Módulo del adhesivo

De la expresión anterior se deduce que parareducir el SCF debemos disminuir el solape, utili-

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Fig.7.75:Ejemplo desilano empleadoen un primer.

zar adhesivos de bajo módulo a cortadura, que lossubstratos sean más rígidos y finos y aumentar lacapa de adhesivo.

Otra característica crítica de los adhesivos es supoca resistencia al pelado. Como indicación lacapacidad de una unión a soportar cargas a com-presión, cortadura y pelado varia en proporcionesde 1000:100:1 respectivamente. Por ello debe evi-tarse en el diseño la posibilidad del fallo por pela-do, y si no fuera posible se deberá añadir sistemasde restricción mecánica de dicho mecanismo (tor-nillos, remaches, puntos de soldadura). En la anti-gua USSR y en el avión Antonov An24, un turbo-hélice, se emplearon uniones a base de soldadurapor puntos para soportar la resistencia transversaly capas continuas de adhesivo para soportar laresistencia a cortadura. El proceso era poner eladhesivo no reactivo, aplicar los puntos de solda-

dura y curar el adhesivo, finalmente. Se revelóque los puntos de soldadura carbonizaban parcial-mente el adhesivo dando lugar posteriormente acorrosión. Otro ejemplo fue el Fairchild A10 endonde el proceso de soldadura era controlado porun ordenador.

Los primeros modelos elásticos que trataban dedescribir el comportamiento mecánico del adhesi-vo no tenían en cuenta los momentos a flexión enla parte del solape de la unión debidos al desaline-amiento de las fuerzas. Por ello se realizaron dis-tintos análisis de la unión como comportamientoplástico, comportamientos no lineales, redondea-dos, y configuraciones complejas de las uniones.En la figura siguiente podemos ver algunos deestos casos especialmente importantes en lasuniones aerospaciales

Para secciones gruesas se prefieren uniones enescalones o en arista. Cuando se unen compositesa metales la unión en escalones es la más usada,habiendo sido aplicada al avión MD F-18 para

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Fig.7.76: Análisis del comportamiento mecánicode distintas configuraciones adhesivas empleadasen uniones aeroespaciales.

Fig.7.77:Ejemplo de

unión adhesivaen un avión de

combate.

Fig.7.78: Efectodel solape doble

enladistribución de

tensiones decortadura.

unir las alas realizadas en epoxi-fibra de carbonocon las raíces de titanio del empotramiento alfuselaje.

Uniones similares se han realizado en otrosaviones, empleando en este caso composites boro-epoxi en los timones vertical y horizontal del F14y F15.

7.6.4.1Unión de estructuras metálicas

La unión de este tipo de estructuras empezó en1943 empleando adhesivos vinil-fenólicos llama-dos Redux, aplicados en uniones metal-aleaciónde aluminio en el avión De Havilland 103.Posteriormente se empleó en uniones metal-metalen las uniones de la estructura semimonocasco enduraluminio del Dove en 1948. En el Comet seutilizaron refuerzos pegados de mas de 9 metros,y doublers en forma de plancha alrededor de lasventanas. Los desastres ocurridos en estos avionesapuntaron inicialmente hacia los adhesivos, aun-que finalmente se vio que era un problema de fati-ga y tenacidad a fractura, por lo que el uso de losadhesivos ha continuado siendo aplicado en lasuniones de doublers y refuerzos, como es porejemplo el caso de Bae 146 en sus alas.

En Suecia se empleó Redux en 1947 en el aviónJ29 Tunnen, continuándose su empleo en los avio-nes que se han seguido produciendo J31 y J35. Lamayor parte de las aplicaciones consisten en launión de laminados, y la rigidización de panelesde puertas, alas o fuselaje mediante el uso de per-files en L, Z o Q. Los refuerzos en L y 2 dan elóptimo de rigidez pero se mueven durante el cura-do. Los “top hat” en sección cerrada, son más

estables ya que refuerzan la resistencia a corro-sión. En Holanda se introdujeron en 1950 en elF27, y han seguido utilizándose en la unión metal-metal de todos los aviones Fokker, f28, F50 yF100.

7.6.4.2 Estructuras nido abeja

En el apartado anterior hemos visto el empleode adhesivos rigidizando estructuras metálicas.Con el uso de los materiales sandwich podemosalcanzar similares grados de rigidez pero con sus-tanciales ahorros en peso. La construcción consis-te en dos finas capas (piel) entre las que se dispo-ne el panel nido abeja (núcleo), uniéndose entre sipor varias capas de adhesivo espumado. Estosmateriales sandwich pueden estar constituidos pordiversidad de materiales para pieles y núcleos. EnUSA se empezaron a utilizar los núcleos metáli-cos, en donde en la producción se partía de plan-chas finas unidas intermitente por adhesivo queluego se expandían o chapas corrugadas que seunían entre si. La unión de las pieles y los núcleoses sin duda lo más problemático debido a los pro-blemas de volátiles, humedad, humectación ymeniscos en la unión. Su uso empezó en los años60 y se sigue utilizando actualmente en todos losaviones en los mandos móviles.

7.6.4.3 Estructuras de composites

Aunque su uso data de los años 60 el empleoextensivo no se produjo hasta su aplicación en losaviones militares y después en los civiles a mitadde los 70. El empleo se realiza en las estructurasde gran rigidez, y de gran esbeltez. Ejemplo deestas aplicaciones las encontramos en los avionesF14 y F15 en el empenaje, y en Harrier AV8B.Otro ejemplo son las superficies de control delbombardero 81 y el Boeing 757 con uniones decomposites boro o grafito-epoxi. La introducciónde núcleos poliméricos o de papel impregnadocon polímeros ha supuesto una reducción de pesoimportante así como la eliminación de los proble-mas de corrosión. Materiales sandwich a base deestos núcleos con pieles de grafito/aramida-epoxise emplean en la construcción de los avionesAirbus para las superficies de control y empenaje.Otro ejemplo son los modernos helicópteros endonde el uso de estos materiales es extensivo.

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Fig.7.79: Efectodel solape deunionesescalonadas enla distribuciónde tensiones decortadura.

7.7 Adhesivos y sel ladores para la Electrónica7.7 Adhesivos y sel ladores para la Electrónica(Eva Royuela Pr ieto, Loct i te España y Mario(Eva Royuela Pr ieto, Loct i te España y MarioMadrid Vega, Locti te España)Madrid Vega, Locti te España)

El mundo de la Electrónica está en constanteevolución hacia aparatos y dispositivos cada vezmás pequeños, ligeros, potentes y capaces. Estoobliga a la constante investigación de los provee-dores de adhesivos y selladores para cumplir lasnuevas exigencias de los fabricantes deElectrónica. El siguiente texto describe las técni-cas más importantes que involucran el uso deadhesivos.

7.7.1 Adhesión de componentes a placas de cir-cuitos impresos

7.7.1.1 Tecnología de Montaje Superficial(SMT)

La Tecnología del Montaje Superficial (SMT)se está haciendo cada vez más popular comométodo de montaje en la producción de Placas deCircuito Impreso (PCB). El desarrollo de esta tec-nología está haciendo posible la producción deplacas más pequeñas y ligeras, y con más cantidadde componentes, utilizando equipos totalmenteautomatizados. En consecuencia, la tendenciageneral de la industria es avanzar, desde la antiguatecnología, más sólidamente establecida, de inser-ción en taladros (THT), hacia la SMT. La veloci-dad a la que esto ocurre está fundamentalmentelimitada por la disponibilidad de componenteselectrónicos en formato de montaje superficial.

La SMT comprende dos procesos de fabrica-ción diferentes; uno que incorpora la utilizaciónde pasta de soldadura (o crema), y la otra, de unadhesivo para montaje superficial (SMA), tam-bién conocido como “chipbonder”.

El primero de estos procesos implica la aplica-ción de la pasta de soldadura con un proceso deserigrafía a las placas de soldadura en el circuito.El Componente de Montaje en Superficie (SMD)se coloca entonces en las placas de soldadura.Después se pone la placa bajo una fuente de calorpor radiación infrarroja, para que la pasta de sol-dadura se derrita y se funda, creando una juntaeléctrica entre la placa de soldadura y los contac-tos metalizados del SMD. Esto se denominacomúnmente soldadura por reflujo. Este procesopuede repetirse por el otro lado de la PCB.Cuando una PCB tiene varios componentes mon-tados sólo con este método, se denomina procedi-miento de soldadura Tipo I.

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Fig.7.80:Ejemplo de

componentesSMD.

Fig.7.81:Proceso de

soldadura porreflujo por una

cara.

El segundo tipo de proceso, reconoce el hechode que no todos los componentes electrónicosestán disponibles en formato para este tipo demontaje. Las PCB’s más comunes llevan unacombinación de SMD y componentes para monta-je en taladro. Estos componentes para montar entaladro se fijan en la placa mediante un proceso desoldadura por ola, en el que se deposita aleaciónpara soldar fundida entre el conector de plomo yel taladro. Los SMD pueden también fijarse deforma rígida a la placa, para evitar que se caiganen el baño de soldadura.

Para pegar el SMD a la PCB, se pone un pocode adhesivo entre las placas de soldadura. Eladhesivo puede aplicarse en la PCB utilizandouno de los métodos siguientes: serigrafía, pintransfer, y el más común, un sistema de jeringa apresión. El SMD se sitúa en las placas de soldadu-ra, y en el adhesivo. El adhesivo debe tener la

suficiente resistencia estando húmedo (“resisten-cia en verde”) como para mantener el SMD en suposición hasta que cure. El adhesivo curado debetener la suficiente resistencia para mantener elSMD en la PCB durante el proceso de soldadurapor ola. Una vez soldado, el adhesivo no tienerazón de ser, pero no debe afectar al funciona-miento del circuito en modo alguno.

La máxima densidad de tarjeta puede lograrseutilizando pasta de soldadura y soldadura porreflujo para fijar los componentes a una cara de la

placa, y soldadura por ola para asegurar losSMD’s pegados y los componentes encastrables ala otra cara (proceso SMT Tipo II). El Tipo III serefiere al método en el que los SMD pegados y loscomponentes encastrables se sueldan sólo a unlado de la placa. Este proceso es el más sencillo deSMT. Tanto el tipo II como el III son procesos

216


Fig.7.83:Proceso desoldadura porola.

Fig.7.82:Proceso desoldadura porreflujo por lasdos caras.

habituales.

7.7.1.2 Componentes para Montaje Superficial(SMD)

El formato SMD está diseñado para reducir almínimo las necesidades de espacio y para facilitarla aplicación de la soldadura a las placas de solda-dura. Estos componentes no se han concebidonecesariamente para la adhesión. Afortunadamente,la inmensa mayoría de los SMD no presenta difi-cultad alguna, pero es importante que se tengaconciencia de las excepciones y de las zonas conposibles problemas.

El típico SMD se compone de un núcleo dondese encuentra el elemento electrónico activo o pasi-vo. Este es normalmente un alojamiento con basede resina epoxi, pero también puede estar hechode cristal, cerámica, alúmina y distintos materia-les plásticos. El contacto eléctrico con la PCBpuede establecerse mediante unos extremos meta-lizados o unas pequeñas patas metálicas que sesueldan a la PCB. La adhesión a resinas epoxi nosuele suponer un problema, pero en algunos casosaislados la presencia de agentes desmoldeantespuede inhibir la adhesión.

El formato más común de SMD es la resisten-cia, o condensador plano. Estos se ofrecen en unavariada gama de tamaños y se designan normal-mente por sus dimensiones. En general, la adhe-sión de “chips” planos raramente presenta proble-mas de adhesión.

Otro formato es el cilíndrico, normalmente lla-mado MELF o mini MELF. Una variedad de éstees el SOD-80, un diodo cilíndrico con revesti-miento de vidrio. El vidrio puede resultar difícilde adherir, aunque algunos grados de adhesivoofrecen mejores resultados que otros. Estos pue-den presentar dificultades adicionales si la adhe-sión mejorada crea problemas de tensiones trans-feridas a la delgada pared del vidrio. Esteproblema se alivia a veces con los anillos identifi-cativos de tinta impresa utilizados para reducir lastensiones del vidrio.

Muchos formatos de SMD tienen unas patitascortas, o conductores, para establecer la conexióncon la PCB. Estas patas hacen que se forme unhueco entre el componente y la PCB. Las toleran-

cias de fabricación son tales que este hueco puedevariar considerablemente.

7.7.1.3 Placas de Circuito Impreso (PCB)

La PCB generalmente comprende una placa deepoxi reforzada con fibra de vidrio (normalmentegrado FR4) con pistas de cobre y placas de solda-dura. Una capa superficial de máscara soldada (oresistente), normalmente de color verde, previenela adhesión de la soldadura donde no se desea.Estas máscaras son generalmente epoxis fotocura-bles o materiales con base acrílica. Se realiza laadhesión de los SMD a las mencionadas máscarassoldadas.

Generalmente tales máscaras soldadas no pre-sentan problemas de adhesión con la línea de pro-ductos “chipbonder”. Cuando se ensaya con frío,el resultado en las medidas de resistencia a la cor-tadura es, o bien un fallo del sustrato de la másca-ra soldada, o bien un fallo de adhesión. Tal resis-tencia variará según los grados de la máscarasoldada. En consecuencia, se pueden observarresistencias bajas en algunos grados de las másca-ras soldadas como resultado de una adhesión infe-rior, pero generalmente dan suficiente resistenciacomo para soportar la operación de soldadura porola. Pueden aparecer problemas allí donde la más-cara soldada haya sido contaminada o en zonas decuración pobres.

Allí donde las placas de soldadura son altas y/olos SMD presenten una gran holgura a rellenar porel adhesivo se podrán introducir chapas postizasentre las placas de soldadura sobre las que se dosi-fica el adhesivo. Esto reduce de forma efectiva eltamaño de la holgura. En PCB densamente pobla-dos, estas chapas podrían estar activas, pero aisla-das de los SMD que se están uniendo.

Aunque las PCB epoxis reforzadas con fibrason las que se utilizan más comúnmente, presen-tan problemas con la baja conductividad de calory el desajuste del coeficiente de expansión térmi-ca con los SMD, causando problemas de tensiónen algunos casos. En algunas ocasiones, se utili -zan materiales alternativos en las PCB, con mejo-res características térmicas, tales como el Invarrevestido de cobre, o Kevlar/Poliimida. En talescasos la adhesión a estos sustratos debe compro-barse con antelación.

217


7.7.1.4 Adhesivos “chipbonder”: requisitos

La SMT es un área donde las propiedades deladhesivo sin curar son tan importantes como lasdel adhesivo curado. El adhesivo debe ajustarse aun proceso donde se dosificarán automáticamentegotas muy pequeñas a gran velocidad. Es esencialla reproducibilidad absoluta en el tamaño de lagota. El adhesivo envasado debe estar libre decontaminantes o partículas que podrían obstruirposiblemente las boquillas dosificadoras, (estoconlleva una limpieza y filtración especialesdurante la fabricación). El adhesivo no debe con-tener burbujas de aire que podrían ocasionar lapérdida de gotas y aumentos bruscos de presión enla boquilla, (esto conlleva la desaireación, utili-zando los métodos de fabricación patentados des-arrollados recientemente).

Una vez dosificado, el adhesivo debe tener unbuen perfil de la gota, relativamente alto compara-do con el ancho. La gota no debe entrar en contac-to con las placas de soldadura en la PCB, inclusodespués de la colocación del “chip” cuando podríaextenderse algo de adhesivo. La contaminación dela placa de soldadura con el adhesivo afectaría deforma adversa a la soldabilidad. La gota dosifica-da no debe formar una cola que caería encima ycontaminaría las placas de soldadura cercanas,efecto conocido como “acordonamiento”. El colordel adhesivo debe ser fácil de detectar visualmen-te en la placa y, en algunos casos, debe ser ade-cuado para la detección visual automática / siste-mas de control.

El adhesivo debe curar rápidamente sin aplas-tarse durante el calentamiento. La unión debetener entonces suficiente resistencia, combinadacon flexibilidad, para soportar la temperatura y elchoque térmico en el puesto de soldadura.Subsecuentemente, el adhesivo curado no debeinterferir con la operación del circuito. En la prác-tica, esto significa que el adhesivo curado debetener alta resistividad eléctrica y mantenerla des-pués del envejecimiento medioambiental. Eladhesivo curado no debe ocasionar corrosiónsobre el circuito.

Existen dos tipos de química que se utilizan enla formulación de los adhesivos “chipbonder”,para aportar las propiedades arriba descritas: acrí-lica y epoxi. Los “chipbonders” en base epoxi yacrílicos por separado tienen sus propias ventajasy desventajas.

Los “chipbonders” acrílicos poseen un sistemade curado dual, necesitando calor y luz UV. La luzUV se necesita para curar cualquier superficieexpuesta del adhesivo, que permanecerá normal-mente “pegajosa” debido a la inhibición del cura-do por aire. Esto se puede convertir en una venta-ja, asegurando una fijación muy rápida de losSMD en la placa, y así prevenir los “aplastamien-tos” o “esparcimiento” de la gota de adhesivodurante el curado por calor. En la actualidad estánen desuso.

Los “chipbonders” epoxi disponen de una for-mulación mucho más simple, necesitando única-mente calor para alcanzar el curado total. La tem-

peratura de curado para los epoxis es así mismomás baja que para los acrílicos. La mayoría de losepoxis pueden ser curados a temperaturas inferio-res a los 100ºC. Generalmente aportan mejoradhesión a un más amplio rango de sustratos ymás alta resistencia de adhesión. Los epoxis tie-nen así mismo mejores propiedades eléctricas quelos acrílicos en general.

Como los epoxis son sensibles al calor, tienenuna vida útil mucho más limitada. Para aseguraruna vida útil razonable, es necesario almacenarlos “chipbonders” epoxi en refrigerador, (5ºC). Lamayoría de los epoxis observarán dificultades dedosificación a muy altas velocidades sin algo deacordonamiento.

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Fig.7.84: Fijación de componentes mediante“chipbonders” acrílicos de curado UV.

7.7.1.5 Reología de los “chipbonder”

Una propiedad muy importante que se debe cui-dar en los adhesivos para microelectrónica es lareología. Los “chipbonder” suelen formularsepara generar fluidos tixotrópicos. Cuando se dosi-fican, se reduce su viscosidad, facilitando el flujo.Cuando el adhesivo alcanza la superficie de laPCB, se reestructura y recobra rápidamente visco-sidad. Esto asegura que se logren unos perfiles degota bien definidos, y se mantengan una vez dosi-ficados.

La formulación de los “chipbonders” permite elcontrol sobre las propiedades reológicas, de talforma que discretas gotas de adhesivo controladaspuedan dosificarse rápida y consistentemente sinel subsiguiente “aplastamiento” o migración deladhesivo, así como evitando los efectos de “acor-donamiento” durante la dosificación a alta veloci-dad.

Los adhesivos “chipbonder” muestran una vis-cosidad relativamente baja, a velocidades dedeformación de medias a altas, y esto asegura unadosificación fácil y rápida, a la vez que reducecualquier efecto de acordonamiento. A velocida-des de deformación bajas o nulas, la viscosidadaumentará considerablemente, ayudando de estaforma a la buena formación de la gota y previ-niendo el aplastamiento. No obstante, estos cam-bios en viscosidad con la velocidad de deforma-ción, dependen del tiempo, y esto significa quehay un equilibrio o valor de régimen permanentede la viscosidad para cualquier velocidad dedeformación.

Estos efectos, y posteriores complejidades enlas características reológicas de los adhesivos“chipbonder”, significan que las medidas y com-parativas de los valores de viscosidad deben sertomadas con extrema precaución.

La viscosidad de los “chipbonders”, como cual-quier otro fluido, está en un función de la tempe-ratura. El descenso de viscosidad junto con elaumento de la temperatura dará como resultadounas cantidades de dosificación de adhesivo másaltas con los mismos parámetros de dosificación.Sin embargo, este no es un efecto lineal. A 20ºC otemperaturas inferiores, el adhesivo estará muyespeso y difícil de dosificar. A temperaturas supe-riores a los 30ºC la viscosidad será muy baja,dando como resultado cantidades más grandes ymás difíciles de controlar en la dosificación.

Debido a estos efectos de la temperatura, serecomienda controlar la temperatura de dosifica-ción configurándola a un valor comprendido entre25 y 30ºC de tal manera que se minimice el efectode las fluctuaciones de temperatura y obtener elmejor perfil de gota.

219


Fig.7.86: Alturade gota

necesaria parala fijación cel

componenteSMD sobre la

placa decircuitos

impresos.

Fig.7.87:Ejemplos de

“chipbonder”con diferentes

valores defluencia y, por

tanto, diferentesperfiles de gota.

Fig.7.85: Defecto de acordonamiento producidodurante la dosificación de un “chipbonder”.

7.7.1.6 Sistemas de dosificación

Son diversos los sistemas de dosificaciónempleados para aplicar “chipbonder” sobre lasPCB. A continuación se describe cada sistema.

La tecnología “pick and place” se basa funda-mentalmente en una aguja dosificadora con unmovimiento XYZ que va aplicando gotas de dife-rente tamaño según un perfil de dosificación con-figurado y gobernado por un software acoplado.Permite la elaboración y modificación de diferen-tes plantillas simplemente manipulando la confi-guración empleando el correspondiente terminal.Son, pues, máquinas versátiles pero relativamentelentas. Requiere además de un conocimiento pro-fundo sobre su funcionamiento. El perfil de gotadepende de la velocidad y ciclo XYZ de dosifica-ción de la presión aplicada y de su control. Lavariedad de perfiles de gota en cuanto a tamañoses elevada y permite cubrir todas las alturas deseparación de los componentes. El sistema pickand place es uno de los más utilizados, fundamen-talmente cuando se trabaja sobre diferentes confi-guraciones de placa.

La tecnología de “pin transfer” se basa en unaplataforma sobre la que se hallan ubicados unaserie de aplicadores en posiciones exactas y condiámetros y profundidades adecuados a cadapunto de dosificación de la placa. Todo el módulose sumerge en una bañera que contiene el adhesi-vo y, acto seguido, se mueve hacia la posición dela placa.

El tamaño de gota se puede controlar con el diá-metro del bastón, la profundidad del bastón, lavelocidad de mojado y la reología del producto.

El proceso de mecanizado y elaboración de laplaca es muy caro y sólo rentable para procesos

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Fig.7.88:Sistema dedosificación“pick andplace” para“chipbonders”.

Fig.7.89:Dosificación“pick andplace” pordesplazamientopositivo.

Fig.7.90: Factores que afectan al perfil de gotaen la dosificación “pick and place”.

Fig.7.91: Sistema de dosificación de“chipbonders” mediante “pin transfer”.

muy repetitivos. Por este motivo es muy comúnemplear la técnica de “pin transfer” para la dosifi-cación sobre circuitos comunes y la de pick andplace para las PCB opcionales.

En el caso de la tecnología “pin transfer” esmuy importante el control de la captación dehumedad por parte del adhesivo. Conforme pasael tiempo el “chipbonder” va absorbiendo hume-dad su viscosidad disminuye, lo cual tiene conse-cuencias sobre el perfil de gota dosificada.

La serigrafía consiste en la aplicación del chip-bonder a través de una plantilla flexible que con-tiene una serie de orificios a través de los cualespasa el adhesivo y queda depositado sobre laPCB. El producto es aplicado por mediación deuna rasqueta que va arrastrando el producto sobrela plantilla y que la va presionando, a su vez,sobre la superficie de la placa. Esta presión creaun ángulo de ataque entre la plantilla y la placa yuno de retroceso. En la zona de retroceso se creaun vacío que provoca un succión de material y quees responsable de la dosificación del adhesivo.

Las plantillas de serigrafía se fabrican a partirde un entramado sobre el cual se aplica un plásti-co. Sólo se dejan libres de plástico aquellos orifi-cios a través de los cuales se deberá dosificar elchipbonder. Este sistema de fabricación tienecomo inconveniente que los orificios no se hallanen su totalidad vacíos sino que presentan el entra-mado base de la plantilla, con lo que la propiaplantilla desdibuja y deforma las gotas aplicadas

al retomar a su posición. Por este motivo no esposible la generación de gotas consistentesmediante serigrafía.

La velocidad de dosificación es muy alta, pues-to que todas las gotas se colocan con un paso de larasqueta. Además es una tecnología muy introdu-cida y no requiere un alto nivel de conocimientos.

La stencil es un sistema muy similar a la seri-grafía, pero en esta ocasión basado en plantillasmetálicas de mayor rigidez. El paso de la rasquetaproduce una leve flexión de la plantilla lo que pro-

voca que las cantidades depositadas no son repro-ducibles. No se pueden imprimir de forma consis-tente gotas de altura variable y la capacidad dealtura de gota está limitada. Además el ángulo deataque no existe como tal, produciéndose conta-minaciones de la parte inferior de la plantilla queobligan a una limpieza regular de ésta.

Como ventaja adicional sobre la serigrafía tieneque los orificios son completamente pasantes,aunque por los problemas anteriormente mencio-nados no se logran gotas consistentes.

La Stencil VARIDOT® es una tecnología dedosificación de SMA innovadora que aprovecha

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Fig.7.93:Sistema de

dosificación dechipbonders

medianteplantilla(stencil)

Fig.7.94:Comparación de

los perfiles degota generados

en ladosificación de

chipbondersmedianteplantilla

VARIDOT®(stencil

VARIDOT®) yplantilla

tradicional(stencil).

Fig.7.92: Sistema de dosificación de chipbondersmediante serigrafía.

las ventajas de la serigrafía y de la stencil. Es unatécnica de dosificación rápida y que no requiereun elevado nivel de conocimientos. Permite alturavariable de gota y elimina la necesidad de limpie-za de la parte inferior de la plantilla. Y, en cuantoa costos, es altamente competitiva.

7.7.1.7 Resistencia al movimiento del “chip”

Un aspecto importante del funcionamiento delos adhesivos chipbonder es la facultad que tieneel adhesivo sin curar para aportar suficiente resis-tencia y sujeción para prevenir el movimiento delos chips durante y después de la colocación delcomponente. A esto se lo denomina normalmentecomo resistencia en mojado o en “verde” y pre-viene los giros del chip.

La resistencia en verde de un “chipbonder” pro-viene en primer término del valor de deformaciónreológico aparente del líquido, combinado con latensión superficial del líquido. En la condiciónestática, el adhesivo sin curar actuará como unsólido hasta un punto donde una fuerza de corta-dura aplicada sea superior al límite aparente defluencia del adhesivo. Más allá de este punto lími-te, el adhesivo cizallará y fluirá como un líquido.

Esta propiedad permite que una gota de adhesi-vo sin curar sujete un chip en posición en unaPCB mientras el montaje está expuesto a diversasfuerzas de aceleración y deceleración durante lamanipulación, antes de que cure el adhesivo. Lacapacidad para resistir tales fuerzas dependerá dellímite aparente de fluencia del adhesivo líquido, elárea de contacto y la magnitud de las fuerzas,(producto de la masa del elemento y la aceleraciónimpuesta). La contribución de la tensión superfi-cial es probablemente significante sólo para com-ponentes relativamente pequeños, y en talescasos, las diferencias en el valor de deformaciónreológica serán menos evidentes.

Un valor aproximado del rango del límite defluencia del “chipbonder” puede ser determinadopor extrapolación, usando el modelo Casson apli-cado a los valores de equilibrio de esfuerzo cor-tante obtenidos para medidas de velocidad de cor-tadura bajas. Cuando se comparan valores deresistencia “en verde”, es importante utilizar lamisma metodología de ensayo y técnica de análi-sis. A continuación se indican los valores típicos.

7.7.1.8 Perfil de una estación de curado

Muchos de los problemas de desprendimientode chips en la ola de soldadura se pueden atribuira un curado inadecuado del adhesivo. La unióndel adhesivo no logrará una resistencia total amenos que se exponga a una temperatura por enci-ma del valor límite, por un periodo de tiempo sufi-ciente. El perfil temperatura-tiempo de la esta-ción de curado, debe comprobarse regularmentepara asegurar unas condiciones de curado adecua-das.

Es importante medir la temperatura del adhesi-vo en la línea de unión de una PCB completamen-te poblado, para tener en cuenta todos los efectosde intercambio de calor. Deben controlarse parti-cularmente las zonas de la placa que puedan serpuntos fríos, (ej. los bordes de las PCB o cercanosa grandes masas tales como los PLC’s), para con-firmar que todas las uniones reciben los requisitosmínimos necesarios para el curado. En la prácticay para tales medidas, se debe dedicar una muestrade circuito completamente poblado por cada dise-ño de montaje, acoplando dentro de la unión untermopar. Las medidas deben tomarse en la línea,después de haber pasado varios circuitos por elhorno, a fin de permitir que la transmisión decalor se equilibre.

7.7.1.9 Medida de la resistencia de la unión

Una vez que el adhesivo esté completamentecurado, la unión del SMD tendrá una resistenciaconsiderable, (normalmente en el rango de 1 a 6kg. de fuerza de tracción). Esta resistencia debeser adecuada para soportar las fuerzas de manipu-lación entre los puestos de curado y soldadura deladhesivo. En el puesto de soldadura, el adhesivose ablandará durante la fase de precalentamiento yen la ola de soldadura. No obstante, la resistenciarequerida para soportar la ola de soldadura turbu-lenta, es bastante baja, aproximadamente 2N(200g), según algunas referencias. Por lo tanto,cualquier ablandamiento del adhesivo durante lasoldadura debe mantener un límite aparente defluencia superior.

La resistencia real alcanzada después del curadodependerá del grado del adhesivo, área de unión,holgura y superficies de los SMD y PCB a unir.Muy a menudo, la resistencia de la unión es sufi-

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ciente para causar el fallo del sustrato bien delSMD o de la máscara soldada de la PCB.

Alternativamente, se puede medir la resistenciade la unión utilizando un calibrador de torsión quecuente con los acoples de tamaño adecuado paraajustar a los SMD’s más comunes. Este métodoofrece algunas ventajas a la hora de controlar elensayo y evitar el daño de los componentes máscercanos.

Cuando las resistencias de unión son muy bajas,esto quiere decir que hay insuficiente adhesivo,insuficiente curado o problemas con la adhesión auno u otro sustrato. Se sospecha que en muchasaplicaciones las condiciones de curado están tan allímite que las resistencias de unión representancondiciones de curado parcial o casi completo.Estas resistencias normalmente son suficientespara soportar manipulación y soldadura, pero pro-bablemente darán como resultado una mayor dis-persión de los valores de resistencia de unión.Obviamente, se realizan arreglos para maximizarla producción y el rendimiento total.

Independiente de la técnica de medición, laresistencia de la unión de los chips al circuito debeutilizarse solamente como guía general. Como yase ha indicado, la resistencia de unión que sealcance dependerá de diversos factores incluyen-do la resistencia de la máscara soldada y la super-ficie del SMD. Las comparaciones de resistenciaentre los diferentes grados de chipbonders debenllevarse a cabo solamente en sustratos y condicio-nes controladas. No obstante, las mediciones deresistencias en fabricación son muy útiles parasupervisar si un proceso está controlado.

7.7.1.10 Resistencia a procesos de soldadura

Tras el curado del adhesivo, la PCB será inver-tido para pasar a través de una máquina soldadora.En algunos procesos puede haber componentesadicionales montados en el circuito antes de lasoldadura. En esos casos, los SMD unidos debensoportar posteriormente una manipulación mecá-nica y algunas veces manual.

Se utilizan diversos tipos de estaciones de sol-dadura en SMT, dependiendo del tipo de procesode montaje utilizado y la complejidad de la opera-ción de soldadura.

La ola de soldadura es el método más conven-cional y está bien establecido para uso en la tec-nología “taladro”. Esto implica el traspaso de sol-dadura fundida a la PCB a través de la cresta de laola estacionaria de soldadura. Estas olas tienenperfiles de flujo complejos para ayudar a asegurarbuenas juntas soldadas. Normalmente, existiráuna región turbulenta para asegurar que la solda-dura adecuada es transferida al circuito, seguidode una región laminar que ablanda la soldaduradepositada.

El proceso completo consiste en una fase de adi-ción de fundente, seguido de una fase de precalen-tamiento donde la PCB pasa por encima una seriede calefactores IR, para gradualmente elevar latemperatura de la PCB a aproximadamente 120ºC,(en la práctica puede oscilar entre 100o y 150ºC).Este precalentamiento ayuda a reducir el choquetérmico antes de entrar en la ola de soldadura. LaPCB pasa a través del soldador a una temperaturaaproximada de 250ºC durante 3 a 5 segundos.Para minimizar el choque térmico, la tendenciaactual es reducir la temperatura diferencial entrelas fases de precalentamiento y soldadura a 100ºC.Allí donde se ha implantado este sistema, no hahabido informes de problemas sobre la resistenciade unión del adhesivo. Existen así mismo proce-sos más complejos de soldadura por ola queincluyen perfiles doble, Omega y Lambda.

La soldadura por reflujo se utiliza conjunta-mente con pasta de soldadura solamente para ase-gurar los SMD, (no puede utilizarse para compo-nentes encastrables). El proceso implica pasar pordebajo una lámpara IR a una temperatura de 230 -240ºC durante 5-10 segundos. Las variantes en elmétodo de reflujo IR son “fase de vapor” y solda-dura por reflujo “láser”. Ninguna de estas técnicasse utiliza con SMD’s unidos por adhesivo.

Las resistencias indicadas respecto a los chip-bonder se refieren siempre a temperatura ambien-te. Pero, en la práctica, se espera que la unión fun-cione a temperaturas extremas. Todos losadhesivos chipbonder poseen una temperatura dereblandecimiento muy por debajo de la tempera-tura de fundición de la soldadura. Este ablanda-miento permite que la unión del adhesivo soporteel choque térmico a la entrada de la ola de solda-dura. Incluso en el estado de ablandamiento, con-tinúa teniendo mucha más resistencia de la ade-cuada para aguantar las fuerzas del SMD en la olade soldadura. El tiempo al que está expuesto el

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adhesivo a las más altas temperaturas de soldadu-ra es muy corto, y no es lo suficientemente largocomo para causar un daño permanente en launión. (Las medidas antes y después de un bañode soldadura caliente durante 15 segundos, mues-tran que no ha habido pérdida de resistencia en launión).

La temperatura de reblandecimiento o tempera-tura de transición, vítrea, Tg, y el cambio en elmódulo de flexión del adhesivo se pueden mostrarutilizando un Análisis Térmo-Dinámico-Mecánico, DMTA. Se cree que algunos chipbon-ders son demasiado frágiles y/o no se ablandan losuficientemente pronto, ocasionando el desprendi-miento o daño del chip a la entrada en la ola desoldadura.

Una vez que el SMD se haya soldado de formaefectiva a la PCB, la función del adhesivo se com-pleta. La conexión de soldadura aportará unaresistencia mecánica mucho más alta que la unióndel adhesivo. Sin embargo, el adhesivo seguirápresente y no deberá afectar de forma adversa alfuncionamiento del circuito en ningún caso.Particularmente, el adhesivo debe mantener pro-piedades de aislamiento suficientes para evitarcortes eléctricos y no debe crear problemas decorrosión a largo plazo.

7.7.1.11 Propiedades eléctricas y frente a lacorrosión de los “chipbonder”

Los adhesivos “chipbonder” mostrarán unaresistividad eléctrica muy elevada cuando esténcompletamente curados, asegurando así un buencomportamiento aislante. Los epoxis, general-mente muestran valores de resistividad de magni-tud superior a la de los acrílicos. Así mismo, losepoxis mantienen esta elevada resistividad des-pués del envejecimiento a la humedad mejor quelos acrílicos.

El adhesivo actúa como un material dieléctricoen la unión entre el SMD y la PCB. En conse-cuencia, son importantes los valores de pérdida yconstante dieléctrica. En ciertas aplicaciones, esnecesario conocer como varían estos valores a fre-cuencias de ensayo más altas.

A muchos fabricantes les preocupa la posibili-dad de corrosión electrolítica como resultado del

uso de adhesivos en las PCB. Se utilizan variosmétodos para determinar el grado de corrosividadde los adhesivos. Estos métodos generalmenteincluyen recubrimientos con adhesivo de contac-tos ó modelos de cobre o bronce. Se compruebacualquier decoloración con el tiempo cuando seaplica voltaje. Existe cierto grado de subjetividadal determinar las características de un ensayo.Generalmente, los chipbonder epoxis dan mejorresultado que los acrílicos en este tipo de ensayo.No obstante, debe tenerse en cuenta, que en lasaplicaciones prácticas el adhesivo no se aplica alos contactos eléctricos sino sobre el enmascara-miento. Muchos clientes continúan usando tantochipbonders epoxis como acrílicos sin noticiassobre problemas de corrosión, sin tener en cuentasi se ha alcanzado la mayor resistividad contra lacorrosión electrolítica. No obstante deben anotar-se los resultados de esos ensayos.

La norma DIN 53489 está reconocida interna-cionalmente para ensayos de corrosión de mate-riales para uso en aplicaciones electrónicas engeneral. Se sujeta una tira de adhesivo con doselectrodos de lamina de cobre. Se envejece elmontaje con 100 V. de corriente continua de vol-taje medio durante 96 horas, 40ºC y 92% de HR.

Aparte de los ensayos normalizados, existen asímismo ensayos llevados a cabo por los clientes ensus empresas que a menudo difieren en la metodo-logía frente a los normalizados, y que puedenmostrar diferentes resultados. Es importante esta-blecer las condiciones exactas del ensayo a la horade comparar los resultados.

7.7.1.12 Envasado y almacenaje de los “chip-bonder”

Un requisito clave para el éxito del uso de loschipbonders es que el adhesivo esté en buenascondiciones cuando se introduzca en la máquinadosificadora. Muchos de los problemas en estecampo están relacionados con la mala condicióndel adhesivo al utilizarlo, a pesar de que el pro-ducto original sea de excelente calidad. A menu-do, estos problemas se deben a una mala manipu-lación.

El suministro de “chipbonders” envasados sinaire listos para acoplar directamente a la maquina-ria de dosificación del usuario, conlleva la fabri-

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cación del adhesivo al vacío más la utilización denuevas técnicas de llenado para evitar que quedeaire atrapado en los envases de jeringa.Procedimientos especiales aseguran que no exis-ten contaminantes en los envases antes de llenar-los. Así mismo, se filtra el adhesivo para asegurarque no se introducen grandes partículas en lasjeringas. Existen jeringas de diferentes diseñospara satisfacer la más amplia variedad de equiposdosificadores posible. Todas las jeringas se fabri-can en plástico transparente para facilitar la detec-ción visual de nivel. La calidad del plástico utili-zado puede bloquear la luz UV de tal forma que laluz difusa de UV no afecte a la estabilidad de loschipbonders acrílicos UV.

Los chipbonders acrílicos no necesitan un alma-cenaje especial a bajas temperaturas. Estos pro-ductos deben almacenarse a temperatura ambientepudiendo acoplarse directamente al equipo dosifi-cador sin tener que calentar gradualmente el adhe-sivo. Los chipbonders epoxis son sensibles a latemperatura y, por lo tanto, deben transportarse yalmacenarse a baja temperatura (5ºC) para asegu-rar una vida útil razonable. Tras su almacenaje enfrío, se debe permitir que el adhesivo se equilibrea temperatura ambiente antes de su uso. Estopuede llevar varias horas, dependiendo del volu-men de adhesivo. Es una práctica común el ponerlas jeringas de repuesto dentro o encima de lamáquina dosificadora durante al menos 12 horasantes de su uso.

7.7.2 Pastas de soldar


Una pasta de soldar es, esencialmente, un polvofino de metal suspendido en un medio tipo gel. Elpolvo de metal se halla disponible en un ampliomargen de composiciones tanto en aleación comoen el tamaño de las partículas metálicas.

La aleación típica de una pasta de soldar secompone de un 62% de estaño, un 36% de plomoy un 2% de plata. El tamaño de las partículas depolvo metálico es de 20-45 µm., conocido nor-malmente como polvo de metal tipo 3. Dentro delos productos no SMT las aleaciones usadas sondistintas para cada producto, usándose tanto partí-

culas del tipo 2 (45-75 µm.) como partículas deltipo 3.

La viscosidad y untuosidad del gel se puedevariar modificando su composición química. Estoafecta las propiedades reológicas de la pasta y esel principal modo empleado para alterar sus pro-piedades para adaptar sus características a las dis-tintas aplicaciones.

Las pastas de soldar SMT se pueden aplicar a laPCB de diversas maneras. Pueden ser impresaspor plantilla, impresas por serigrafía o dosificadaspor jeringa. Después que la pasta se ha aplicado alcontacto del componente, éste se sitúa sobre lapasta. La terminación metálica del componentedebe estar en contacto con la pasta de soldar.Después de situar el componente, la pasta sefunde por reflujo por uno de los posibles métodosexistentes. El “flux” de la pasta se activa despuésde que el polvo de soldar se funda. Este flux lim-pia el área de contacto y después se evapora par-cialmente. El polvo de metal Sn62Pb36Ag2 fundeentre 169-189ºC para formar una unión estructuralconductora de la electricidad entre el contacto y laterminación metálica del componente. Algunostipos de pasta de soldar no dejan residuos transpa-rentes o claros de flux por lo que se hace necesa-ria su eliminación. Esto se puede lograr lavando.En el pasado se empleaban disolventes clorados,pero a causa de las legislaciones medioambienta-les se está incrementando el uso de:

1.Productos químicos que no dañan la capa deozono, como la acetona, etanol, metanol,alcohol isopropílico, etc.

2.Agua.3.Agua con agentes saponificantes.

Por la misma razón se está incrementando elconsumo de pasta de soldar que no necesita lava-do.

Las pastas de soldar no SMT se usan general-mente en aplicaciones en las que se tienen queunir varios sustratos de distintas actividades. Estopermite emplear una mayor variedad de aleacio-nes en el caso de los montajes SMT. Tambiénrequiere un flux de mayor actividad para unir sus-tratos que son difíciles de soldar. Las pastas desoldar no SMT dejan en la zona de la unión unresiduo de flux mayor que sus homólogas paraSMT, ya que generalmente no existe un controlestricto sobre los niveles de residuo o sobre su

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composición. En la mayor parte de las aplicacio-nes se dosifican mediante jeringa. Las pastas noSMT se emplean en uniones electromecánicas yen soldadura general de elementos como gafas,chapas, medallones, joyería, cables eléctricos, etc.Las pastas de soldar no SMT no se usan por logeneral en el montaje de PCB’s aunque en ocasio-nes se emplean en ciertos aspectos relacionadoscon la industria de los componentes SMT.

7.7.2.2 Ventajas del proceso de soldadura conpastas de soldar

La mayor ventaja de soldar empleando pastas esque permite depositar una cantidad controlada delmaterial aportado en la soldadura en una superfi-cie específica de la PCB o en cualquier otra super-ficie.

Las pastas de soldar tienen buenas característi-cas de untuosidad y son capaces de mantener loscomponentes en su sitio antes de fundirse paraformar la junta. No precisan de adhesivos adicio-nales.

Cuando se funde, la pasta de soldar realiza dosfunciones:

1.Mantiene el componente en posición sobre laPCB o en la unión gracias a una fuere adhe-sión estructural.

2.Proporciona una junta conductora de la elec-tricidad. De esta forma no hay necesidad deque los componentes pasen posteriormentepor ninguna ola de soldadura.

7.7.2.3 Métodos de aplicación de las pastas desoldar

La gran mayoría de las pastas de soldar usadaspara unir los “pin” de los componentes de microe-lectrónica a los contactos de las PCB’s se aplicanpor serigrafía o por impresión empleando unaplantilla metálica. A continuación se comentan endetalle estos métodos de aplicación.

La impresión por serigrafía se logra situandouna cantidad determinada de pasta de soldar enuna fina pantalla de malla de hilos metálicos. Unrascador fuerza a la pasta a pasar a través de las

aberturas en la malla para depositarla sobre el sus-trato situado por debajo reproduciendo la plantilladibujada en la pantalla. Las pantalla usadas parapastas de soldar estás hechas normalmente deacero inoxidable.

En la serigrafía, la cara inferior de la pantalla sesitúa casi siempre a 150 µm. sobre la superficiedel sustrato. Esta distancia, conocida como “snapoff”, tiene una influencia considerable en la cali-dad de definición de la pasta de soldar impresa. Lapasta que llena la mala de la pantalla tiene la ten-dencia a quedarse adherida al sustrato, lo cualtiene efectos negativos sobre la definición de laimpresión. Se requiere pues un aumento del “snapoff” para forzar la pantalla para que regrese a suposición inicial una vez que cesa la presión porparte del rascador.

Las propiedades de la pasta de soldar puedeverse afectadas significativamente por efecto de laoperación de serigrafía, en particular, por la pre-sión y la velocidad del rascador. Estos factoresprovocan que la pasta se separe en mayor o menormedida dependiendo de las características inicia-les de curado. La viscosidad original de la pasta sereduce cuando ésta se mueve a lo largo de la pan-talla y cambia, incluso más, cuando pasa a travésde las aberturas de la malla.

Al estar diseñadas las pastas de soldar para fun-cionar como materiales tixotrópicos, su viscosi-dad se recupera de los esfuerzos anteriores de una

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Fig.7.95: Dosificación de pasta de soldarmediante impresión por serigrafía.

forma completa bastante rápidamente. De todasformas esta recuperación puede ser parcial depen-diendo de la estabilidad inherente de la formula-ción usada, lo cual puede dar como resultado unesparcimiento no deseable una vez que la pasta hasido impresa.

En el método de impresión por plantilla metá-lica de la pasta de soldar la malla de alambre sereemplaza por un enmascarado grabado química-mente, fabricado sobre cobre, acero inoxidable,níquel o cobre al berilio. Hay plantillas disponi-bles en espesores que van de 75 a 250 µm. enincrementos de 25 en 25 µm., dependiendo deltipo de pasta que se use, el diseño del circuito y lasaperturas de la plantilla. El espesor de la plantillase elige para ajustarse a las aperturas de la planti-lla requeridas por el diseño del circuito y se deci-de en función del tamaño de apertura más peque-ña. Como regla general se busca que la relaciónentre la anchura de la apertura y el espesor de laplantilla sea igual o superior a 1,5.

Para un diseño de placa dado, el espesor deplantilla debe elegirse teniendo en mente el rangode aperturas. Si la placa incluye una amplia varie-dad de tamaños de apertura, la plantilla tendrá queelegirse teniendo en cuenta la menor de ellas. Perotambién hay que considerar que puede sucederque no se aplique cantidad suficiente en las aper-turas más grandes si la plantilla seleccionada esmuy fina.

La plantilla puede ir montada directamente

sobre el marco, el cual debe ser rígido para que laplantilla permanezca bajo tensión. También puedeir pegada mediante un adhesivo epoxi a un marcode malla extendido. El marco puede ser de aceroinoxidable o de poliéster, que es el material másusual. Esto permite al usuario la posibilidad deemplear la plantilla en modo “con contacto”(separación entre plantilla y PCB de 5 µm. o infe-rior) o en modo “sin contacto” con un retornosimilar al que se produce en la impresión por seri-grafía. Como norma general, no se necesita unaseparación entre la plantilla y la PCB de más de15 µm., puesto que la masa mucho mayor de laplantilla metálica es suficiente para evitar el pega-do de la plantilla a la placa. La plantilla tira de unaforma limpia hacia fuera después de depositar lapasta de soldar, incluso en un proceso “con con-tacto”, tan pronto como se relaja la presión ejerci-da por la rasqueta. A continuación se muestra elperfil de impresión de diversos componentes.

En plantilla metálicas se usan rascadores gene-ralmente más duros que en serigrafía, con unadureza típica de 80 a 90 Shore en un durómetro.La dureza del rascador depende del diseño de laplaca, del sustrato e incluso de las preferencias delusuario. El coste inicial de la plantilla metálica essustancialmente mayor que el de la serigrafía,pero su vida útil es bastante más larga. Esta últimaconsideración, unida al hecho de la mejora deresultados que se obtienen respecto de la serigra-fía, han hecho que muchas compañías se hayancambiado al sistema de plantilla metálicas. Lasplantillas metálicas cuestan del orden de dos acuatro veces más que una pantalla de serigrafía,pero generalmente es entre 20 y 25 veces másduradera y produce una impresión más consisten-te durante su vida útil.

Podemos destacar las siguientes ventajas de lasplantillas metálicas frente a la serigrafía:

1.Las plantilla metálicas proporcionan unaimpresión mejorada y más consistente que laserigrafía.

2.El alineamiento de las placas se facilita, yaque la inspección visual de los agujeros gra-bados es mucho más fácil que las aperturasen la malla de las pantallas de serigrafía.

3.Las aperturas de las plantillas no se bloqueantan fácilmente y, además, es posible el uso depastas de soldar con un contenido de metalmucho más alto de lo que es factible o desea-ble mediante la impresión por serigrafía.

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Fig.7.96: Elementos básicos de una plantillametálica para la dosificación de pastas de soldar,1) Dosificación; 2) Liberación de la placa.

4.Se requieren presiones más bajas en los ras-cadores para hacer pasar la pasta de soldar através de las aperturas de la plantilla y lasplantillas metálicas requieren una limpiezamenos frecuente que las mallas de las panta-llas de serigrafía.

Existe un elevado número de sistemas de dosifi-cación de pastas de soldar por presión que vandesde las jeringas de accionamiento manual paradepositar pequeñas cantidades de producto endesarrollos de prototipos, hasta los sistemas alta-mente automatizados.

Este método de aplicación es especialmenteadecuado para la dosificación de la pasta de soldaren áreas de difícil acceso. El elemento más simplede dosificación es una jeringa. El cuerpo de lajeringa se fabrica normalmente en polietileno conun émbolo de accionamiento manual o con uncilindro accionado por aire comprimido. La pastase deposita a través de la aguja de dosificación.Los émbolos están hechos normalmente de unacera sólida o en forma de un diagrama de goma.Es importante que ajuste en la jeringa cómoda-mente y no de forma estrecha para permitir ciertalibertad de movimientos.

Dependiendo del equipo que se use, el controlde dosificación puede realizarse mediante:

1.Aire a presión2.Desplazamiento volumétrico, con regulación

de la cantidad aplicada.

Ambos sistemas dependen de la dosificabilidadde la pasta de soldar para realizar su función deforma eficiente.

7.7.2.4 Proceso de soldadura por reflujo

Cuando la pasta de soldar se ha depositado y loscomponentes se han situado, es necesario calentarla pasta de soldar hasta que se funde para formaruna conexión conductora de la corriente eléctricay una junta estructural que mantenga el compo-nente superficial en su posición dentro de la placa.A este proceso se le conoce con el nombre de“reflujo”.

Existen una serie de métodos distintos mediantelos que se puede aplicar calor a la pasta de soldar

para proceder a realizar la soldadura. Los tres pri-meros, raramente se usan en producciones en seriey se mencionan sólo como información adicional.Los dos últimos (Fase de vapor e infrarrojos) sonmás comunes y se estudiaran con un poco demayor detalle:

1.Soldadores: Se usan en reparaciones ycorrecciones. La punta del soldador debegenerar la temperatura correcta para evitardañar los componentes más delicados. Unavez que el contacto soldado se funde sepuede quitar el componente, entonces se lim-pia el contacto y se sustituye el componenteresoldándolo.

2.Reflujo por gas caliente: Este método se usamás comúnmente en uniones de tipo estruc-tural. Se puede usar un chorro de gas prove-niente de una tubería perforada sobre un con-ductor. Este método no se usa generalmenteen aplicaciones críticas ya que provoca uncalentamiento muy rápido y existe la tenden-cia a que la pasta se extienda de una formamuy rápida. Esto puede causar problemascomo la formación de puentes entre los con-tactos y la formación de bolas aisladas.

3.Reflujo por láser: Una fuente de luz láserproporciona un rayo muy focalizado y unidi-reccional que puede calentar de forma ade-cuada áreas muy pequeñas. Esto es una ven-taja cuando estamos hablando de PCB’s muydensamente pobladas. La pasta de soldarpuede ser fundida sin afectar a las zonas cir-cundantes. Debido a la eficacia de los lásersen la transmisión de calor, los tiempos dereflujo son significativamente inferiores a losde los otros métodos de reflujo. Cuando seelimina la acción del láser, el enfriamientotiene lugar de una forma muy rápida en lazona limítrofe del substrato a la placa queestán relativamente poco afectados por elcalor. La principal desventaja del sistema dereflujo por láser es que es más lento y caroque los métodos convencionales. Por ello,este sistema de reflujo ha quedado confinadoa trabajos de investigación y desarrollo y tra-bajos en prototipos.

4.Reflujo por fase de vapor : Este proceso dereflujo se basa en el uso de calor latente devaporización de un liquido cuando este secondensa sobre una superficie fría. Cuandose introduce una PCB fría en una cámara quecontiene el vapor de líquido, entonces este secondensa y el calor latente se transmite a la

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pasta de soldar. La pasta se suelda y forma launión soldada. La rápida transferencia decalor puede dar lugar a gradientes de tempe-raturas que dañen algunos de los componen-tes de la placa. Este efecto se reduce asegu-rando que las placas pasan por un proceso deprecalentamiento antes de entrar en contactocon el proceso de condensación por reflujo.Uno de los líquidos más comunes en esteproceso es el Fluorinerte FC-5331 de 3M,que tiene una temperatura de evaporaciónentre 215 y 220ºC. Este proceso es muy simi-lar al que se usa en una máquina de desen-grasado por vapor, donde la acción de la con-densación del disolvente limpiador sobre elobjeto frío disuelve y aclara los residuos deresinas y otros contaminantes. A continua-ción se muestra un esquema general del siste-ma de reflujo por fase de vapor.

5.Reflujo por infrarrojos: Este es el métodode reflujo más común y la mayoría de losprocesos en el mercado usan este método.Hay dos tipos de soldadura por reflujo: en elprimera, el calor se transmite a la PCB porradiación. En el segundo, el calor se transmi-te a una atmósfera con un alto movimiento, yel aire caliente transmite el calor a la PCB.

7.7.2.5 Limpieza de las uniones

La limpieza de las uniones montadas en lasuperficie que sigue al reflujo, probablemente, harecibido en los últimos dos años más atención quecualquier otro aspecto de esta tecnología. Esto sedebe, en parte, a que muchas empresas se handado cuenta de la importancia del control de lalimpieza en la fiabilidad de la PCB o substrato.También se debe al desafío especial depositado enel desarrollo de nuevos componentes. Las placasmás densamente pobladas y los espacios muchomás pequeños alrededor y entre los componentesen los que el disolvente tiene que penetrar paraconseguir un grado satisfactorio de eliminacióntanto de los residuos de flux como otros contami-nantes.

Cada vez es más frecuente la tendencia haciapastas de soldar que no necesitan limpieza. Conestas pastas se hacen innecesario el uso de disol-ventes y se minimizan los problemas ambientales.De todas formas muchas compañías siguen usan-do métodos de limpieza que se describen en esta

misma sección.

El tipo de contaminación que se espera delmedio soporte de las pastas de soldar está com-puesto principalmente de aceites y gomas de colo-fonia que tienen en su composición, principal-mente, ácido abiético. Las otras resinas y agentesde relleno usados en las pastas de soldar son subs-tancias no iónicas e inertes por naturaleza. Algunode los agentes de relleno no son muy solubles enlos agentes usados para limpiar después del proce-so de reflujo y pueden formar residuos no visibles.Los activadores son normalmente ácidos orgáni-cos y aminas. Además, todos los sistemas ofreci-dos como pastas de soldar para montaje superfi-cial están formulados con especificaciones RMA.

La principal razón para eliminar el flux y otrosresiduos es asegurar la integridad eléctrica y pre-venir la corrosión. También es importante la nece-sidad de una superficie limpia para evitar la inter-ferencia de los residuos en las comprobacionesautomáticas y en la aplicación del recubrimientoprotector final.

Incluso los flux RMA pueden, potencialmente,dejar residuos iónicos que pueden causar fugas yuna reducción de la resistencia eléctrica de laplaca. Además, las pequeñas cantidades de cloropresentes en el flux para acelerar su actividad,junto la presencia de humedad puede llegar a sercorrosivos. El ácido clorhídrico proveniente de lareacción entre los cloruros metálicos y el aguapuede atacar a las uniones soldadas.

7.7.3 Revestimientos conformados


Las PCB presentan problemas durante su usocomo consecuencia de:

1.Efectos de condensación en los componentes,como resultado de cambios de temperaturadurante su funcionamiento. Esta condensa-ción puede provocar cortocircuitos, ademásde contribuir a la corrosión de las partesmetálicas de la PCB a la vista.

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2.Efectos de ensuciamiento por entrada de par-tículas extrañas, que pueden provocar corto-circuitos o conexiones de baja conducciónque pueden falsear el correcto funcionamien-to de los componentes.

3.Efectos de abrasión de los componentes debi-dos, por ejemplo, a manipulaciones no dese-adas de la PCB.

Todo ello crea la necesidad de proteger la PCB,una vez que ha sido fabricada. Por ello es necesa-rio acudir a recubrimientos conformados comosolución posible para evitar efectos externos sobreel normal funcionamiento de la PCB.

Los métodos tradicionales de revestimientosconformados para placas de circuitos han evolu-cionado durante más de 20 años para satisfacer lasnecesidades de los ingenieros de diseño.

7.7.3.2 Funciones de los revestimientos confor-mados

Los revestimientos protegen las placas de dife-rentes problemas ambientales como:

1.La corrosión de las uniones soldadas.2.La humedad y el moho.3.Los combustibles y los fluidos hidráulicos.4.Los disolventes de proceso como el alcohol

isopropílico y la acetona.5.Los cambios en la temperatura de servicio en

un intervalo de -40ºC a 200ºC.6.El polvo, la suciedad, la abrasión mecánica o

los daños por manipulación.7.Cortocircuitos.

De esta forma, las placas revestidas están prote-gidas de la interferencia ambiental, mecánica yeléctrica, protegiendo sus funciones. A pesar deque los revestimientos son materiales aislantes ypueden enmascarar algunos problemas, no lo arre-glan todo. No existen adhesivos, separadores ofijadores para conductores colocados demasiadocerca entre sí.

7.7.3.3 Factores a considerar para realizar unrevestimiento conformado

Conviene considerar los siguientes factores a la

hora de diseñar el revestimiento:

1.La manipulación, enmascarado y desenmas-carado de placas antes y después del revesti-miento, que pueden costar más que el mismorevestimiento si no se ha pensado en ellodesde el principio. Los diseños deben situarde forma apropiada los componentes comolos disipadores térmicos y las placas de con-tacto.

2.Los revestimientos pueden evitar que las pla-cas se encastren en el armazón; los cantosrevestidos pueden impedir que las placas secoloquen sobre las ranuras. Los diseñosdeben prever las tolerancias correctas.

3.Las placas que se envían a las líneas de reves-timiento con fundentes, huellas, grasa, salesde revestimiento electrolítico, humedad, resi-duos de silicona y otros contaminantes dañala integridad del revestimiento. Los diseñosdeben anticipar y definir los pasos necesariosde limpieza y la compatibilidad de los mate-riales.

4.Los revestimientos con coeficientes de dilata-ción muy diferentes a los de las superficies,pueden separarse de ésta, a la cual deberíaproteger. Los diseños deben considerar estefactor cuando se realice la elección del sus-trato y del revestimiento.

5.Los revestimientos sin la conductividad tér-mica apropiada provocan el sobrecalenta-miento de las placas.

6.Las placas que puede ser necesario reproce-sar, con frecuencia necesitan un revestimien-to fácil de quitar para evitar un error comer-cial.

7.7.3.4 Familias de adhesivos para el revesti-miento de las PCB’s

Es importante conocer los requisitos eléctricos,los espaciados entre las pistas conductoras, losrequisitos de enmascarado, la densidad de loscomponentes, la altura de los componentes y elrango de temperaturas de funcionamiento paraseleccionar el revestimiento. La elección del dosi-ficador, mecanismo de curado (humedad, calor,aire, luz UV, curado dual de dos partes, ciclo decurado y tiempo de curado), datos de resistencia alos disolventes y a los productos químicos, visco-sidad e impacto ambiental del proceso de revesti-miento, completan el sistema de revestimiento.

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Existen diversos tipos de adhesivos que se pue-den emplear para revestimientos conformados:

.Resinas acrílicas: presentan resistenciaspobres a los disolventes.

.Poliuretanos con y sin disolvente : presentanuna excelente resistencia a la humedad, a losproductos químicos y a al abrasión. Sinembargo, el reproceso puede ser difícil amenos que se desarrolle un método de elimi-nación, antes de la aplicación.

.Epoxis: presentan resistencias excelentes a laabrasión, pero pueden fracturar los compo-nentes por la generación de tensiones duran-te el curado.

.Siliconas con y sin disolvente : están diseña-das para tener estabilidad térmica y permitirla máxima protección frente a los movimien-tos térmicos. Debido a su menor dureza aveces se prescinde de ellas en aplicaciones derevestimiento en las que se precise una resis-tencia a la abrasión, aunque hay que destacarel hecho de que su consistencia de gomaayude a rebaja la tensión.

.Acrilatos de uretano sin disolvente y cura-bles con UV: se basan en la combinación deacrílicos híbridos y monómeros de uretano.Son revestimientos nuevos que proporcionanla combinación de un curado rápido y unaexcelente resistencia a disolventes.

.Materiales curables por UV en versionescon y sin disolvente: proporcionan curadosde alta velocidad y, como resultado, procesosrápidos e ininterrumpidos en las mismas líne-as de montaje. Este curado se halla disponi-ble en diversos materiales. Aquellos libres desolvente son los más útiles, además de evitarla emisión de VOC (compuestos orgánicosvolátiles).

7.7.3.5 Las técnicas de curado mediante luzultravioleta

La tecnología nueva más efectiva es la de losrevestimientos conformados curados por luz ultra-violeta. Los beneficios clave son:

.Tiempos de curado inferiores a 30 segundos(resistencia a la manipulación) permiten quelas placas puedan permanecer en la línea,manteniendo un ritmo de producción de altovolumen, así como los procesos de autoinser-

ción, soldadura por ola y sistemas de limpie-za automatizados. Además, las placas se pue-den manipular y desenmascarar de formainmediata.

.Eliminación de cuellos de botella durante laetapa de revestimiento. Los hornos, las salasde curado y los procesos fuera de línea o porlotes, todos ellos basados en revestimientosen base solvente y en barnices, están cadavez más desfasados.

.Las máscaras curables que simplifican elenmascarado.

.El curado dual que combina la luz UV conotros mecanismos, como los anaeróbicos o elcalor, para continuar el curado en las áreasoscuras (curado de sombras).

La tecnología UV es fácil de automatizar en lasplantas de producción, reduciendo costes, enespecial en cuanto a las inversiones de capital quetradicionalmente eran necesarias para suministrarel espacio, el tiempo, la energía y los controles deemisión que exigían los sistemas más antiguos.Los nuevos sistemas proporcionan a menudo perí-odos de amortización de un año.

7.7.3.6 La limpieza de los sustratos

La limpieza de los sustratos es uno de los facto-res más importantes en los procesos de revesti-miento conformado. No existe una buena adhe-rencia sobre una superficie sucia (problemas dehumectabilidad, picaduras, crecimiento de hon-gos, etc.). Por ello, la limpieza de las placas es unade las áreas más activas de investigación. Sonvarias las tecnologías de soldado y de fundentesde soldado que han surgido para contribuir en losprocesos de limpieza:

.Los procesos con fundentes limpios no requie-ren un control excesivo del “perfil” de solda-dura para volatilizar restos iónicos y corrosi-vos.

.Los fundentes solubles en agua son altamenteactivos y agresivos. Se deben disolver y lim-piar inmediatamente después del proceso desoldado.

.Los fundentes moderadamente activos de resi-nas (RMA) se pueden eliminar con saponifi-cadores y agua en algunos sistemas acuososde limpieza y, como ocurre con cualquierresiduo, tienen un gran impacto en las opera-

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ciones posteriores de revestimiento confor-mado.

.Las máscaras o materias protectoras de solda-do pueden jugar un papel muy importante enla limpieza y en cuestiones de compatibilidadasociadas con otros procesos y materiales deproducción.

.Los residuos de los limpiadores alternativos ylos tiempos de evaporación también afectanlas operaciones y la compatibilidad delrevestimiento.

Los residuos de soldaduras por ola y manual sedeben limpiar tan pronto como sea posible tras lasoperaciones de soldado. En caso contrario losresiduos del fundente pueden solidificar, haciendola limpieza aún más difícil. El ensayo sobre lim-pieza iónica y estática de los Estados UnidosMIL-P-28809-A sólo detecta la contaminacióniónica, sin proporcionar la capacidad analítica deencontrar e identificar otros contaminantes. Loscontaminantes invisibles, no detectados por ins-pección visual, provocarán problemas durante elciclo de operaciones de revestimiento o de proce-sos térmicos / de humedad.

7.7.3.7 Métodos de aplicación de los revesti-mientos conformados

Los revestimientos se pueden aplicar de variasformas:

1.Por brocha: proceso manual realizado enuna mesa de trabajo, a veces mediante undosificador. Se emplea para retoques o reves-timientos selectivos de pequeñas áreas. Sinembargo, el espesor no se puede controlarfácilmente, el sistema no se puede emplearpara grandes áreas y la mano de obra encare-ce enormemente el proceso.

2.Inmersión: un equipo de inmersión automá-tico sumerge las placas en una cuba de reves-timiento líquido. Se logran velocidades deproducción de hasta 120 placas por hora. Elproceso permite cubrir ambas caras de laplaca sin holguras. Pero es de difícil manejo.Así, rápidas inmersiones pueden provocar laaparición de burbujas. Por otro lado el reves-timiento se puede acumular en los bordes dela placa. Por último, las especificacionesMIL requieren dos inmersiones, lo cual elevaenormemente el consumo de material.

3.Rociado: una máquina automática conducelas placas a través de una cámara de rociado.Se logran velocidades de producción de hasta300 placas por hora. El sistema es rápido,reproducible, permite un buen control sobreel material y la exposición del operario, y esadecuado para producciones de gran volu-men. Pero frecuentemente necesita diluyen-tes en base a disolventes y ventilación (aun-que en la actualidad hay disponiblesproductos de curado al 100%).

4.Deposición de vapor: se condensa una finacapa molecular sobre la superficie de las pla-cas. Las velocidades de producción que sealcanzan son de hasta 110 placas por hora.Este sistema permite una aplicación unifor-me y ligera de alta penetración que permiteuna buena cobertura bajo los componentes.Sus desventajas son la necesidad de conecto-res sellados y el alto coste del material.

5.Revestimiento de cortina programable:cabezal de dosificación controlado por robot,que hace fluir una cortina de material derevestimiento sobre áreas seleccionadas de laplaca. Se pueden alcanzar hasta 300 placaspor hora. Elimina la mayor parte del enmas-carado pero requiere programación. Las vis-cosidades del material son críticas para estesistema.

La importancia de los revestimientos conforma-dos ha crecido en los últimos años como resultadodel incremento masivo de producción de placasdestinadas a todo tipo de productos de consumo.Por otro lado, los fabricantes se ven obligados acuidar cada vez más la química de los compuestosempleados debido a las restricciones medioam-bientales. Las nuevas tecnologías están afrontan-do tales desafíos. Los materiales para el revesti-miento más recientes curan al 100% en cuestiónde segundos por efecto de la luz UV, cumpliendocon todos requisitos económicos, de rendimientoy medioambientales.

7.7.4 La tecnología del enmascaramiento


Durante el proceso de fabricación de las PCB serecubren y protegen las pistas conductoras, para

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sólo dejar a la vista aquellas conexiones necesa-rias para los componentes y para introducir la tar-jeta en su correspondiente ranura, dentro del apa-rato del que vayan a formar parte. Sin embargo,tanto durante el proceso de estañado de los padsde cobre, como durante el montaje de los compo-nentes sobre la PCB, se aplica material sobretodas aquellas partes metálicas a la vista.Obviamente, los contactos laterales de la tarjetano deben ser recubiertos con tal material. Además,desde el momento en que la PCB fue fabricadahasta que es insertada en su correspondiente ranu-ra puede transcurrir tiempo suficiente para que elcobre de tales contactos al descubierto sufracorrosiones, dando lugar a problemas de maloscontactos.

Por estos motivos es preciso proteger los con-tactos laterales de la placa con un recubrimientoque pueda ser fácilmente eliminable tras el proce-so de fabricación, o en el momento de insertar laplaca en su ranura. Este recubrimiento debesoportar las diferentes etapas de fabricación, yasea de la PCB (preestañado de pads y nivelacióndel preestañado o cuchillo de aire caliente), ya seade montaje de componentes (olas de soldadura,hornos de curado de adhesivos SMA, aplicaciónde recubrimientos conformados, etc.).

7.7.4.2 Sistemas de enmascaramiento

En la actualidad conviven sistemas de enmasca-ramiento antiguos con otros más actuales.Podemos resumirlos entre los siguientes:

.Cintas autoadhesivas: deben ser aplicadasmanualmente fuera de la línea de fabricaciónde la PCB. La aplicación de las cintas auto-adhesivas es poco precisa y difícilmentereproducible. Cuando se enfrentan a formasirregulares requieren modelos especiales detroqueles de corte. Por último, debido a suaplicación manual, los costes de enmascara-do con cinta son elevados.

.Máscaras de látex y enmascaramiento porpuntos: son también adhesivos en base sol-vente. Presentan problemas de tiempos deevaporación y almacenaje de las placas quese están secando. El secado sólo se puedeacelerar calentando hasta 80ºC.

.Plastisoles: adhesivos en base solvente y PVCque se aplican fuera de línea mediante brocha

o serigrafía, aunque la dosificación en estecaso puede automatizarse. Curan por calenta-miento a 140ºC durante 10 minutos.Presentan los problemas de emisiones a laatmósfera derivados del uso de productos enbase solvente, además de los problemas deeliminación de residuos una vez que se elimi-na el enmascaramiento de la PCB. Por otrolado, precisan de múltiples aplicaciones parala nivelación por aire caliente, se reblandecena altas temperaturas y presentan adhesionesmuy pobres en dispositivos pequeños.

.Tintas de curado UV : aprovechan la estaciónde curado UV, dentro de la misma línea defabricación de la PCB.

.Acrilatos UV: también aprovechan el curadoUV del proceso de producción. Normalmentese aplican en forma de serigrafía. Permitencurados inferiores a 30 segundos en línea.Son tremendamente flexibles con elevadaselongaciones a la rotura.

7.7.5 Sellado de relés


Los relés son componentes electromecánicosque, bajo la influencia de variables eléctricas, ope-ran otros equipos, vía elementos de contacto y cir-cuitos auxiliares. Estos componentes están monta-dos en cubiertas de plástico y se conectan a loscircuitos impresos a través de pins de metal.

El mecanismo del relé está normalmente monta-do sobre una base de plástico con pins conectoressobresaliendo a través de la base. El mecanismo yla base se rodean entonces de una cubierta de plás-tico. Las holguras entre los pins y la base, y entrela base y la cubierta se sellan para prevenir la con-taminación de los contactos durante la limpieza delos circuitos impresos y durante la vida del relé.

7.7.5.2 Requisitos para sellar relés

Aparte de los requisitos básicos que aporten unsellado hermético también es necesario que elsellador no interfiera de ninguna manera con elfuncionamiento del relé. Como en la electrónica

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se tiende a la miniaturización, los relés son cadavez más pequeños y, en consecuencia, la necesi-dad de que el sellador no contamine las piezasmovibles y los contactos del relé debido a efectosde penetración o de desgasificación es cada vezmás crítica.

No todos los relés se sellan. Los antiguos dise-ños pueden tener sencillos encajes apretados y decolocación rápida que sujeten la base de la cubier-ta. La mayoría de los relés se sellan actualmentecon epoxis mono o bicomponentes que curan porcalor. Por lo general son procesos de curado lentosy que presentan problemas de inconsistencia encuanto a viscosidad y a dosificabilidad.

Por otro lado, formulaciones en base a cianoa-crilatos y a acrílicos han demostrado no ser sufi-cientemente efectivos. Sólo ciertas formulacionesen base a acrílicos y a epoxis han mostrado sermás útiles para estas aplicaciones.

7.7.5.3 Partes de un relé

Desde el punto de vista del sellado, un reléconsta básicamente de tres partes:

.Base: Normalmente de PBT, PES o PI, encolores negros o blancos. Las profundidadesde sellado va de 2 a 10 mm.

.Pins: bornes metálicos de cobre, latón, acero oestaño.

.Cubierta: normalmente de PBT (Valox), PES,policarbonato, poliimida. Puede ser transpa-rente u opaco, en diversos colores. En lacubierta se halla la ventana de ventilación.

El sellado completo incluye tanto el sellado depins/base y base/cubierta como el sellado de laventana de ventilación.

7.7.5.4 Aplicaciones de sellado en los relés

Los selladores de relés más modernos se basanen químicas acrílicas/epoxi combinadas. Son pro-ductos que se inmovilizan mediante exposición aluz UVA. De esta forma se fija el sellador y se pre-viene la posterior penetración. Las característicasde curado completo se logran tras exponer las pie-zas impregnadas a una temperatura de 125ºC

durante 5-10 minutos. Existe la posibilidad decurado a temperaturas inferiores pero con tiemposde curado superiores.

Generalmente, los relés que han sido previa-mente sellados con productos de curado por calortienen ventanas de ventilación para prevenir lasobrepresión de aire por efecto del calor aplicado.estas ventana deben sellarse con productos especí-ficos de curado UV.

Los diferentes tipos, tamaños y diseños de relésobligan al diseño de un proceso a la medida que sevaya “retocando” con el fin de asegurar el éxitodel montaje sellado. Por ejemplo, holguras dife-rentes y patrones de dosificación complejos pue-den precisar del ajuste de la viscosidad del sella-dor con objeto de prevenir la excesivapenetración.

El tiempo de exposición a la lámpara UV varia-rá según el tamaño y la cantidad de selladorexpuesto.

El tiempo entre la dosificación del sellador y elcurado UV controla la penetración del sellador enla pieza. Para que el producto penetre más sepuede prolongar el tiempo entre la dosificación yla inmovilización con UV. Después de la exposi-ción a UV las piezas deben someterse lo antesposible a la temperatura de curado. Si se permiteque las piezas se enfríen después de la inmoviliza-ción por UV se puede producir la penetración dela resina epoxi no curada al interior del relé.

En general, el perfil requerido para el curadopor calor variará dependiendo de las piezas decada cliente. Para que el curado del sellador derelés sea completo, la temperatura en la línea deunión debe estar al menos a 125ºC durante unmínimo de 5 minutos. Es importante controlarperfectamente esta variable, puesto que de ellodepende un sellado eficaz. En algunos casospuede ser necesario el uso de temperaturas infe-riores con tiempos de curado más largos, porejemplo 100ºC durante 30 minutos.

La ventana de ventilación es necesaria para pre-venir la salida y/o formación de burbujas en elsellador durante el curado por calor. Normalmentese trata de un agujero de 1 mm. a través de la partesuperior de la cubierta del relé.

El color de la cubierta y la base afectará al per-

234


fil de curado que se necesite. Los materiales oscu-ros absorben el calor y, en consecuencia, es nece-sario aumentar el tiempo de curado o la tempera-tura.

La humedad atrapada en los materiales con losque se fabrican los relés puede afectar así mismoal sellado de los relés de forma grave. En algunoscasos podría ser necesario secar los componentesa temperatura elevada antes de llevar a cabo elproceso de sellado.

7.7.6 Compuestos para el relleno y el encapsu-lado


El relleno es un método de cubrir pequeñosespacios o superficies con un material que prote-gerá los componentes frente a los elementos físi-cos y medioambientales. Los compuestos pararelleno siempre ofrecen una capacidad de aisla-miento adicional.

Los compuestos para el relleno deben poseerbuenas propiedades químicas y alta adhesión a losplásticos y los metales. Los rangos de viscosidadpermiten que los materiales se adapten a los requi-sitos de flujo de cada aplicación. Los materialesmuy fluidos se emplean para rellenar holgurasestrechas y pequeñas superficies. Los productosaltamente viscosos rellenan holguras de hasta 1mm. o espesores de capa de hasta 6 mm. pararelleno multicapa.

Una de las tecnologías más empleadas para elrelleno se basan en compuestos de curado UV. Lacombinación de tales tecnologías con sistemas dedosificación automatizados permiten insertar esta-ciones para el relleno dentro de la misma línea deproducción.

7.7.6.2 Tipos de productos para el relleno yencapsulado

Las familias de productos más usuales para elrelleno y encapsulado se basan en:

1.Productos en base a metacrilato/acrilato :muchos de ellos presentan con curado dualUV/activador. Dentro de esta familia tambiénestán los acrilatos de uretano, formulacionescon flexibilidad mejorada.

2.Siliconas: de curado dual UV/humedad.3.Epoxis: capaces de rellenar grandes holgu-

ras, pero con los inconvenientes de los adhe-sivos bicomponentes.

4.Poliuretanos : materiales bicomponentes derelleno de mayor flexibilidad que los epoxis.

7.7.7 Adhesión de disipadores de calor: adhesi-vos conductores térmicos


Muchos de los componentes usados en electró-nica generan una gran cantidad de calor durante sufuncionamiento normal. Son los denominados ele-mentos de potencia y, en ocasiones, pueden alcan-zar temperaturas elevadas capaces de modificar surendimiento o incluso destruir completamente elcomponte.

Para evitar estos problemas la solución máscomún ha sido acoplar un dispositivo capaz deliberar de calor al elemento de potencia. Tal acce-sorio es capaz de absorber el calor del componen-te por medio de conducción y de disiparlo enforma de radiación (IR) y de convección del flui-do circundante (normalmente aire). Estos acceso-rios presentan formas muy variadas basadas enuna masa de material previamente calculada parala cantidad de calor generada por el componente yen una geometría capaz de maximizar su superfi-cie externa, favoreciendo los efectos de convec-ción y de radiación.

7.7.7.2 Métodos de conexión entre elementos depotencia y disipadores de calor

Los primeros disipadores de calor sobre compo-nentes “Through Hole” se basaban en piezas aco-pladas a la base del componte unidas a éstos pormediación de anclajes mecánicos. La ausencia decontacto “real” entre las partes obligó a la búsque-da de una interfase conductora. En un principio se

235


empleó la mica, material caracterizado por unamoderada capacidad de transmisión del calor yuna baja conductividad eléctrica.

Sin embargo, este sistema demostró ser caropara producciones importantes, puesto que reque-ría unos costes de mecanizado, la adición de nue-vos elementos, el consiguiente aumento de pesode la PCB y la imposibilidad de automatización.Esto llevó a la búsqueda de otras soluciones inser-tables en la cadena de producción y que evitaranel uso de elemento mecánicos de fijación.

7.7.7.3 Métodos actuales para el acoplamientode disipadores de calor

En la actualidad conviven sistemas antiguos ysistemas actuales para la fijación de radiadores alos elementos de potencia:

1.Métodos mecánicos de anclaje : debido aque el contacto entre el componente y el disi-pador en la práctica es muy bajo (sólo apa-rente), la transmisión de calor es muy pobre.

2.Las grasas de silicona: precisan de anclajesmecánicos adicionales. Presentan factores deconductividad de calor muy pobres.

3.Las grasas de silicona con mica: Mejoranenormemente el factor de conductividad delas grasas de silicona sin cargas, aunquesiguen precisando de elementos mecánicosde sujeción.

4.Cintas autoadhesivas : permiten evitar cual-quier elemento de anclaje mecánico.

5.Adhesivos anaeróbicos y acrílicos:Presentan un factor de conductividad impor-tante, además de no precisar de ningún ele-mento mecánico adicional.

6.Adhesivos anaeróbicos con carga: mejorande forma importante la conductividad térmi-ca de los anaeróbicos.

7.Adhesivos epoxi con carga: conductividadtérmica excelente, aunque son bicomponen-tes y precisan de calor para acelerar el cura-do.

8.Acrilatos modificados: son los que presen-tan mejor factor de conductividad térmica.Son perfectamente automatizables y presen-tan tiempos de curado excelentes. Ciertasversiones introducen esferas de cristal en laformulación para provocar holguras de adhe-sión tales que aseguren la mínima conduc-

ción de electricidad con la máxima conduc-ción de calor. Existen formulaciones quecuran con activador, por calor y/o con luzultravioleta.

Los adhesivos conductores térmicos proporcio-nan aislamiento eléctrico. Además, reducen losacoplamientos capacitivos y las interferencias.

7.7.8 Adhesivos conductores eléctricos

Los adhesivos conductores eléctricos han expe-rimentado una importante evolución en los últi-mos años. Podemos distinguir entre dos familiasbásicas de adhesivos conductores eléctricos:

.Adhesivos isotrópicos: conducen la electrici-dad en cualquier dirección.

.Adhesivos anisotrópicos: conducen la electri-cidad sólo en el eje Z.

Los adhesivos conductores se emplean básica-mente en las siguientes aplicaciones:

.Unión de componentes plásticos o de vidrio asustratos que no pueden ser soldados.

.Unión a sustratos flexibles.

.Montaje de componentes FCOB.

.Reparación y reproceso de PCB’s.

.Componentes sensibles a la temperatura.

.Reemplazo de pastas de soldar.

.Los conductores anisotrópicos se emplean fun-damentalmente para la adhesión de Flip Chipy para “fine pitch” SMT.

7.7.9 Nuevas tecnologías SMD

Durante los últimos años han aparecido nuevastecnologías de unión con adhesivos muy sofistica-das.

7.7.9.1 Técnicas Chip on Board

Los “chip on board” son componentes cuyaparte activa se halla en la zona superior. La unióndel elemento a la PCB se realiza soldandomediante ultrasonidos. Es necesario realizarencapsulados para:

236


.Proteger las soldaduras de los terminales.

.Proteger el componente frente a la humedad yla exposición otros fluidos, como disolven-tes.

.Proteger el componente frente a la corrosión.

.Minimizar los efectos debidos a las diferenciasde dilatación entre los componentes y laplaca.

.Aislamiento eléctrico.

.Mejora de la resistencia a los ciclos térmicos.

Los selladores que se emplean son, básicamen-te, epoxis de diferentes sistemas de curado:

.Epoxis de curado UV: se emplean para lafabricación de tarjetas inteligentes.

.Epoxis de curado por calor: se emplean para elencapsulado de “medium pitch” y “finepitch”. Para éste último, se emplea la técnicade dique y relleno.

7.7.9.2 Técnicas Flip Chip on Board (FCOB)

Los flip chip on board (FCOB) son componen-tes que tienen las conexiones eléctricas (parte acti-va) en la parte inferior del elemento. Los termina-les son topes que se unen directamente a la PCB.La unión del elemento a la placa se realizamediante la técnica de unión directa de chip(DCA). El proceso requiere el uso de un material

237


Fig.7.99:Encapsulado

“Dam and fill”para un Chip on

board.

Fig.7.97: Muchas de las nuevas tecnologíasempleadas en microelectrónica de precisiónemplean de forma directa los circuitosintegrados incluidos en los SMD. La figuramuestra el empaquetamiento de un SMD, queengloba el “auténtico” componente electrónico.

Fig.7.98: Encapsulado “Glop top” para un Chipon board.

Fig.7.100:Técnica de

unión directa dechip (DCA)

empleada pararealizar lasconexiones

eléctricas de unflip chip on

board (FCOB).En la figura sepuede observarel empleo de un

“underfill” pararellenar los

huecosgenerados entre

el cuerpo y elsustrato.

de relleno inferior, denominado “underfill”. Lasfunciones de este material son:

.Reducir las tensiones entre el cuerpo y el sus-trato.

.Proteger el área de la junta frente a contami-nantes externos.

Existen diferentes tipos de adhesivos de relleno“underfill”. Todos ellos se basan en epoxis decurado por calor:

.Materiales capilares

.Materiales de alta viscosidad

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Fig.7.101:Detalle deempleo de un“underfill”capilar en elmontaje de unflip chip.

8.1 Introducción8.1 Introducción

La resistencia de una unión adhesiva debe ser laadecuada para el empleo a que esté destinada. Encapítulos anteriores se ha estudiado como realizarla unión en las mejores condiciones para que, almenos recién fabricada, cumpla con las especifi-caciones previstas. Sin embargo, esto no garantizaque sus propiedades permanezcan inalteradas a lolargo de toda su vida en servicio. Bien al contra-rio, las indudables ventajas de las uniones adhesi-vas frente a otras técnicas de unión se ven seria-mente mermadas si consideramos sucomportamiento a largo plazo, debido a la acciónde agentes agresivos que degradan su resistenciainicial. La característica más importante de losadhesivos –al menos desde el punto de vista de suimplantación en aplicaciones estructurales deinterés– es la capacidad de retener una resistenciaresidual suficiente durante largos periodos detiempo, bajo una amplia variedad de condicionesde servicio. Por tanto, la determinación de la dura-bilidad a largo plazo es uno de los temas más crí-ticos en la tecnología de adhesivos.

Se han identificado multitud de factores quepueden causar degradación del adhesivo, deladherente o de la intercara entre ambos, determi-nando la duración en servicio de la unión adhesi-va. Además, no siempre es suficiente el investigarde forma independiente el efecto de cada uno deestos factores. Existen interacciones entre ellos detal manera que su efecto se refuerza, potenciandosu influencia global: el efecto combinado de losdos factores es mayor que la suma de cada uno deellos por separado –sinergia–.

Los mecanismos involucrados en el fallo de lasuniones adhesivas no han sido determinados porcompleto. De hecho, varios mecanismos distintospueden ser relevantes para diferentes materiales o,incluso, para un mismo material. El conocimientode los distintos mecanismos activos en un proceso

de fallo de una unión adhesiva resulta muy útilpara predecir la influencia de los diversos agentesque coadyuvan en la degradación de la unión.

Algunos de los factores que tienen una influen-cia conocida sobre la durabilidad de la uniónadhesiva son:

.Efecto de la temperatura. Los adhesivos queestamos considerando son polímeros queexhiben comportamiento viscoelástico yotras propiedades que son función de la tem-peratura y el tiempo. La temperatura puedeafectar al grado de entrecruzamiento entrecadenas, causar la oxidación del adhesivo ode los adherentes, provocar fragilidad, etc.

.Efecto de la humedad. Muchos polímerosson relativamente permeables al agua. Lahumedad puede ejercer influencia sobre laspropiedades del polímero mediante hidrólisisy puede actuar como plastificante en otrasocasiones. La intercara juega un papel desta-cado en los efectos que la humedad provocaen la unión. En algunos casos, el agua real-mente llega a desplazar al adhesivo.

.Efectos electroquímicos y de corrosión.Cuando los adhesivos se usan para unir meta-les y en presencia de humedad, es necesarioconsiderar los posibles efectos de corrosiónelectroquímica. La vida en servicio de launión adhesiva puede estar en ocasioneslimitada por la corrosión en la intercara.

.Resistencia química. Diversos agentes quími-cos interaccionan y afectan a las propiedadesde los polímeros usados en la formulación deadhesivos: ozono, disolventes, combustibles,lubricantes, etc. Pueden alterar la interfase ylas propiedades de adherencia.

.Efectos de la radiación y el vacío. La radia-ción puede cambiar la resistencia a cortaduray otras propiedades de los adhesivos. Podríapensarse que el vacío sirve para retirar agen-tes medioambientales que pudieran ser perju-

239


TEMA 8:COMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE LAS UNIONES ADHESIVAS

(Juan Carlos Suárez Bermejo, ETSIN de Madrid)

diciales para la unión. Sin embargo, el mismovacío puede ejercer efectos beneficiosos y/operjudiciales mediante procesos de desgasifi-cación, volatilización, eliminación de plasti-ficantes y otros componentes de bajo pesomolecular, etc.

.Efecto combinado de la humedad, la tempe-ratura y las tensiones mecánicas. Estosagentes, cuya acción independiente es ya depor sí perjudicial para la unión adhesiva,exhiben diversos efectos sinérgicos cuandocoinciden dos o más de ellos.

.Envejecimiento y degradación. No es siem-pre una tarea fácil simular las condiciones deservicio reales. Las cámaras climáticas yciertas técnicas de envejecimiento aceleradoson usadas frecuentemente, pero la fiabilidadde los resultados obtenidos por estos méto-dos es cuestionable.

.Durabilidad y predicción de la vida en ser-vicio . De los ensayos acelerados es necesarioobtener estimaciones sobre la durabilidad yel tiempo de vida en servicio de la unión. Esnecesario el uso de diversas técnicas demanejo de los datos para obtener prediccio-nes fiables.

8.2 Efecto de la temperatura8.2 Efecto de la temperatura

Las uniones adhesivas pueden estar sometidas aelevadas temperaturas durante su proceso defabricación o cuando están en servicio. Las altastemperaturas requeridas en numerosas aplicacio-nes muy exigentes son, sin duda, un factor quelimita un uso más extendido de los adhesivos.Esto es debido a los procesos de degradación tér-mica y termo-oxidativa que sufren los sistemasadhesivos de base polimérica y los propios adhe-rentes. Esto puede conducir a un deterioro de laspropiedades mecánicas y finalmente al fallo de launión.

No nos ocuparemos de las propiedades térmicasde los adherentes, puesto que es el adhesivomismo y la intercara de unión con el adherente losque suelen resultar críticos en el fallo de la unión.

8.2.1 Efectos interfaciales

Un primer efecto de la temperatura es la varia-ción de la tensión superficial del polímero, aunqueparece ser que esta variación es pequeña. No suce-de lo mismo con la tensión interfacial adhesivo-sustrato, que tiene una notable dependencia con latemperatura, decreciendo con la misma. En defini-tiva, al incrementar la misma se debilita la tensióninterfacial adhesivo-sustrato y, consecuentemente,la resistencia de la unión disminuye.

Un fenómeno interfacial que no ha de ser perdi-do de vista es la dilatación diferencial entre adhe-sivo y adherente cuando aumenta la temperatura.Los coeficientes de dilatación de los polímerosson mayores en un factor cien veces superior quelos de los adherentes más habituales. Además, losvalores del coeficiente de dilatación del propioadhesivo son entre 2,5 y 3,5 veces mayores cuan-do la temperatura es superior a la de transiciónvítrea (Tg) que cuando se mide a temperaturasinferiores a Tg. Una forma de reducir los coefi-cientes de expansión de los adhesivos es mediantela incorporación de cargas minerales.

La diferencia de coeficientes de dilataciónpuede dar lugar al desarrollo de tensiones de ori-gen térmico en la intercara. Durante el curado deladhesivo, los cambios de volumen pueden ser unafuente de tensiones en el seno del material. Pero escuando se enfría el adhesivo por debajo de sutemperatura de transición vítrea cuando se gene-ran tensiones residuales de origen térmico en laintercara adhesivo-adherente. El nivel de estastensiones depende de la diferencia entre los res-pectivos coeficientes de dilatación y del intervalode temperatura por debajo de la Tg a la que opereen servicio el adhesivo. A temperaturas muy bajaslas tensiones térmicas pueden ser significativas,provocando en ocasiones el fallo de la unión.

8.2.2 Transiciones térmicas en adhesivos

Debido a los grandes cambios en propiedadesmecánicas en el entorno de la temperatura de tran-sición vítrea, la temperatura de servicio de losadhesivos siempre ha de situarse por debajo de laTg. Se tiene así un límite superior de la temperatu-ra a la que puede ser sometida la unión en condi-ciones de trabajo. No obstante, en los adhesivosestructurales modificados con pequeñas partículas

240

COMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE LAS UNIONES ADHESIVAS

de elastómero dispersas en el polímero matriz–con el objeto de mejorar su tenacidad– se tienenen realidad dos temperaturas de transición vítrea:una elevada relacionada con el polímero matriz yotra más baja correspondiente a la fase elastomé-rica dispersa en la matriz. En este caso, la Tg másbaja representa en la práctica un límite inferior detemperatura de uso del adhesivo, pues por debajode dicha temperatura se pierde la acción reforzan-te de las partículas de elastómero.

Las transiciones térmicas en los adhesivos tie-nen su reflejo en las propiedades viscoelastoplás-ticas que presentan, entendiéndose como tales lavariación de sus propiedades mecánicas con latemperatura y el tiempo. Una forma habitual demostrar estas correlaciones es representando elmódulo de relajación del adhesivo (tensión reque-rida para obtener una deformación constante en eladhesivo) en función del tiempo, para una tempe-ratura concreta. De forma análoga se puede repre-sentar el módulo de relajación frente a la tempera-tura, para un tiempo concreto de aplicación de lacarga. Esta información es muy valiosa desde elpunto de vista del diseño de la unión y de la esti-mación de su durabilidad en servicio.

Hemos visto el efecto de la temperatura sobrelas propiedades de la intercara adhesivo-adheren-te y sobre las propiedades del propio adhesivo.Para una unión real, el fallo puede estar controla-do por cualquiera de estos dos elementos –en el

supuesto de que los adherentes no supongan en simismos ningún problema a las temperaturas deservicio– y la resistencia de la unión estará limita-da a cada temperatura por el eslabón más débil. Lasiguiente figura muestra para un caso concreto(aluminio/epoxi) como el comportamiento globalde la unión está controlado por la pérdida de pro-piedades mecánicas del adhesivo para todo elintervalo de temperaturas considerado, dandolugar a un fallo 100% cohesivo en todas las frac-turas.

241


Fig.8.1: Dependencia del módulo de relajacióncon el tiempo de permanencia a 110º C para elmetacrilato de poli-metilo.

Fig.8.2: Variación del módulo frente a latemperatura para un polímero lineal quepresenta cuatro regiones de comportamientomecánico.

Fig.8.3:Dependencia dela resistencia de

probetas asolape simple

con latemperatura,para uniones

alumino/epoxi.

8.2.3 Degradación térmica de adhesivos

8.2.3.1 Despolimerización

Para que se produzca la despolimerización deun adhesivo han de satisfacerse dos condiciones:

.Que la temperatura exceda un valor máximo,por encima del cual el polímero sea termodi-námicamente inestable.

.Que exista un mecanismo por el cual se pro-duzca la rotura de enlaces químicos y segeneren centros activos que permitan queprosiga la despolimerización.

Esto implica que la temperatura límite no essimplemente aquella a la cual el polímero se vuel-ve inestable, sino que es posible superarla sin quese produzca la despolimerización a velocidadesapreciables. Es preciso alcanzar una temperatura ala cual se active algún mecanismo químico (for-mación de radicales libres, por ejemplo) que pro-duzca la rotura homolítica de los enlaces quími-cos.

No obstante, la temperatura techo Tc (ceilingtemperature) por encima de la cual es termodiná-micamente imposible que se produzca polimeriza-ción es un buen indicador de la resistencia al calorde los distintos adhesivos. Si denominamos comoT la temperatura absoluta, la Tc se alcanzará cuan-do la energía libre de polimerización sea igual acero;

∆ G = ∆ H − T∆ S

∆ G = 0 ⇒ Tc = ∆ H

Puesto que es fácil disponer de los valores de laentropía y del calor de polimerización para distin-tos tipos de polímeros, es posible conocer su Tc, esdecir, su resistencia a la degradación térmica. Enla tabla se recogen algunos valores a título deejemplo.

La degradación de adhesivos por efecto térmicopuede darse accidentalmente durante la propiafabricación de la unión. Si la polimerización esfuertemente exotérmica y el curado se producecon rapidez, el calor desprendido no puede sertransferido a los alrededores y puede provocar eldañado del adhesivo. En el caso particular deuniones híbridas soldadura/adhesivo, la aplicacióndel punto de soldadura puede dar lugar a tempera-turas muy elevadas en torno al mismo, producién-dose una degradación local que introduce undefecto en la unión.

8.2.3.2 Degradación oxidativa

El oxígeno atmosférico ataca generalmente alos polímeros. En ocasiones, la velocidad de ata-que, incluso a temperatura ambiente, es tan eleva-da que es preciso el uso de aditivos estabilizadores–los fundidos en caliente, los basados en cauchossintéticos y los sensibles a la presión son ejemplosde adhesivos donde se emplean antioxidantes–.

Por supuesto, como se ha visto anteriormente,todos los polímeros se degradan térmicamentecuando se alcanza una cierta temperatura, inclusoen ausencia de aire. No obstante, la presencia deoxígeno acelera este proceso. El aporte de oxíge-no dependerá de la permeabilidad a este gas deladhesivo y de los adherentes y de la distancia enque haya de difundir desde la superficie librehasta el interior de la unión. En este sentido, losmetales, cerámicos y vidrios son impermeables aloxígeno, mientras que los materiales compuestosde matriz polimérica sí que pueden constituir unavía de entrada del oxígeno en la unión. Sin embar-go, la difusividad del oxígeno en los adhesivos aelevadas temperaturas es tan grande que ni siquie-ra los adherentes impermeables al oxígeno pro-porcionan protección suficiente frente a la degra-dación oxidativa.

El mecanismo de ataque del oxígeno consiste enla formación de un hidroperóxido que posterior-mente se descompone para dar lugar a radicaleslibres que son los que promueven la degradación:

Polímero – H + O2 ↔ Polímero – O – O –H

Polímero – O – O –H ↔ Polímero –O• + • OH

La siguiente figura muestra la cantidad de oxí-

242


∆ S

geno absorbida por un polímero típico, en presen-cia de aire, cuando se eleva la temperatura. Lapresencia de antioxidantes eleva la temperatura ala que comienza la absorción apreciable de oxíge-no, pues el estabilizador actúa eliminando cual-quier radical libre que se pueda formar. En cual-quier caso, la degradación oxidativa es una seriecompleja de reacciones en cadena específicas paracada tipo de adhesivo. La resistencia a la degrada-ción oxidativa depende, pues, no sólo de la per-meabilidad al oxígeno del polímero, sino tambiénde la reactividad y de la cinética de las reaccionesen cadena que conducen a la degradación de cadatipo de adhesivo. Los productos de degradaciónpueden ser los monómeros del adhesivo, volátiles,un polímero modificado o una mezcla de los ante-riores. La excelente resistencia a la oxidación queposeen los adhesivos de alta temperatura –comolas poliimidas y los polibenzoimidazoles, entreotros– es debido su alto contenido de grupos aro-máticos y la baja reactividad del oxígeno con loshidrógenos unidos a los anillos aromáticos.

8.2.4 Límite de temperatura de los adhesivos

Las temperaturas a las cuales los distintos adhe-sivos pueden sobrevivir en servicio durante unaño –una forma de cuantificar su resistencia tér-mica– varían en cierta medida para formulaciónparticular. No obstante, se pueden dar unas líneasgenerales para las distintas familias de adhesivos.

El límite superior para acrílicos y cianoacrilatosestá en torno a 80ºC, mientras que los epoxi cura-dos con poliamidas tienen una temperatura límiteen servicio de 65ºC. Los epoxi curados con ami-nas alifáticas presentan un límite superior de100ºC, límite que aumenta hasta 150ºC cuando seemplean aminas aromáticas y 175ºC para los cura-dos con ácidos orgánicos. La temperatura en ser-vicio es de 200ºC para siliconas y 260ºC parapoliimidas. Muchos de estos adhesivos pueden serexpuestos a temperaturas superiores por periodoscortos de tiempo sin efectos negativos para launión.

Un criterio usado en la práctica para fijar la tem-peratura máxima de utilización de un adhesivo–criterio introducido y popularizado por las com-pañías aeronáuticas– es que nunca se sobrepase enservicio la temperatura de transición vítrea delpolímero. Este criterio nos coloca del lado de laseguridad en el sentido de que garantiza que nohaya desplazamientos de los adherentes y que latemperatura de Tg no vaya aumentando paulatina-mente pero, desde luego, no supone que ahí seagote la capacidad resistente de la unión.

8.3 Efecto de la humedad8.3 Efecto de la humedad

El agua es uno de los agentes medioambientalesmás comunes y perjudiciales que pueden afectarla durabilidad de las uniones adhesivas. La molé-cula de agua es altamente polar y permeable a lamayoría de los polímeros. La mayoría de las unio-nes adhesivas están expuestas a la acción del agua(líquida o como vapor) cuando la humedad relati -va (HR) es suficientemente elevada y es práctica-mente imposible evitar que difunda al interior deladhesivo.

El agua puede afectar al adhesivo, a los adhe-rentes y particularmente a la intercara entreambos, debido a que se produce una migración dela molécula hacia la superficie de alta energía deladherente. Algunos de los procesos que tienenlugar son reversibles (por ejemplo, la plastifica-ción del adhesivo) y la resistencia de la uniónpuede restablecerse tras un secado. También sepueden dar cambios irreversibles (por ejemplo,hidrólisis y microagrietamiento del adhesivo) queprovocan daños permanentes y pérdida de propie-dades en la unión.

243


Fig.8.4: Absorción típica de oxígeno depolímeros puros y modificados.

La entrada de agua en la unión puede realizarsepor alguno de los siguientes mecanismos:

.Difusión a través del adhesivo desde los bor-des exteriores en contacto con la humedad.

.Transporte a lo largo de las intercaras adhesi-vo/adherentes.

.Difusión a través de adherentes permeables(por ejemplo, materiales compuestos dematriz polimérica).

.Migración por zonas microagrietadas deladhesivo.

Una vez que ha penetrado en la unión, el aguapuede causar cambios en las propiedades deladhesivo debido a uno o más de los siguientesprocesos:

.Plastificación del adhesivo con pérdida deresistencia de la unión.

.Cambio en las propiedades del adhesivo porefecto del microagrietamiento e hidrólisis.

.Hinchamiento y generación de tensiones resi-duales en la unión.

.Ataque de la intercara adhesivo/adherentemediante el desplazamiento del adhesivo o acausa de una reacción directa del agua con eladherente.

8.3.1 Difusión de agua en adhesivos

La molécula de agua es altamente polar y puedeinteraccionar con distintos grupos polares de lospolímeros. Esta interacción hace que la difusiónde agua en un polímero no siga habitualmente laley de Fick, es decir, el coeficiente de difusión noes constante sino que depende de la concentraciónen cada instante y posición, además de otros fac-tores como el espesor de la probeta, la temperatu-ra, tensiones de hinchamiento, tensiones de servi-cio, etc.

Con el fin de estudiar la cinética del proceso esrazonable, no obstante, utilizar un modelo en elque se suponga que se verifica la ley de Fick, locual es aceptable para cortos tiempos de exposi-ción al ambiente húmedo. El porcentaje de aguaabsorbido por la unión puede ser relacionado conel coeficiente de difusión mediante la ecuación:

ct = 1 - φ (a,x) . φ (b,0)

donde a y b son las dimensiones de una uniónadhesiva rectangular, ct y c∞ son los porcentajesde absorción de humedad tras un tiempo t deexposición y en equilibrio (valor máximo) respec-tivamente, y φ es una cierta función del coefi-ciente de difusión, el tiempo, el espesor del adhe-sivo y la distancia a los bordes. La siguiente figuramuestra el cálculo de la concentración de agua enun adhesivo epoxi, en función de la distancia alborde expuesto a la acción de la humedad y paradistintos tiempos de exposición. El frente de pene-tración del agua avanza paulatinamente hacia elcentro y la totalidad de la unión alcanzará final-mente el contenido de humedad máximo que eladhesivo puede absorber en equilibrio (2,2% eneste caso concreto). Este cálculo está basado enuna difusividad de 18,1x10-9 cm2/s para el epoxiconsiderado. Para adhesivos fenólicos el valor delcoeficiente de difusión puede estar alrededor de0,2-10x10-9 cm2/s. Estos valores de la difusividadpara dos de los adhesivos más comunes en unio-nes estructurales son relativamente bajos y su sus-ceptibilidad al ataque por humedad moderado.Esto no es suficiente para asegurar su integridaden condiciones de servicio pues, como se veráposteriormente, el efecto sinérgico de humedad,temperatura y tensiones en servicio hace que elataque sea más virulento que la simple suma decada uno de los factores por separado.

Otra propiedad importante de los adhesivosestructurales poliméricos es su permeabilidad. Elcoeficiente de permeabilidad (P) se define como

244


c∞

Fig.8.5: Penetración de agua a distintostiempos en la unión adhesiva.

la cantidad de vapor de agua (en condiciones nor-males de presión y temperatura) que es capaz depermear 1 cm2 de sección transversal y 1 cm deespesor de polímero en 1 s con una diferencia depresión entre ambas caras de 1 cm de Hg.

Todos los adhesivos poliméricos atraerán aguaen mayor o menor medida y las propiedadesmecánicas de la unión se verán afectadas comoresultado de la interacción con el agua. Los adhe-sivos que contienen grupos funcionales polares(por ejemplo, poliamidas y poliuretanos) o aditi-vos polares (por ejemplo, caucho de nitrilo carbo-xilado como agente reforzante) absorben másagua y se ven más seriamente afectados por efec-to de fluidos polares (por ejemplo, agua) que losadhesivos con grupos no polares (por ejemplo,adhesivos fundidos en caliente basados en polieti-leno). Los adhesivos acrílicos de última genera-ción presentan una resistencia a la humedad muysuperior a las primeras versiones de este tipo deadhesivo. Especialmente interesante parece sudurabilidad a largo plazo en ambientes húmedossalinos. Otros adhesivos poseen grupos funciona-les que reaccionan directamente con el aguadando lugar a una degradación por hidrólisis–tales como los poliuretanos y los cianoacrilatos–que resulta en una escasa durabilidad de la uniónen ambiente húmedo. Otras características de losadhesivos, como el uso de cargas inorgánicas ymetálicas pueden tener una influencia profundasobre la durabilidad de la unión; de hecho, elempleo de cargas adecuadas puede utilizarsecomo un procedimiento para incrementar la dura-bilidad de la unión (como se verá más adelante).Sin embargo, la presencia de la malla de soporte(carrier) no parece tener un efecto determinante eneste sentido.

La unión adhesiva puede estar, bien en contactodirecto con agua líquida o bien con una atmósferacon una cierta humedad relativa. Cuando se tieneun 100% de HR el potencial químico del vapor esel mismo que el del agua líquida y, por tanto, laabsorción, difusión y humedad de equilibrio seránidénticas. Sin embargo, para presiones parcialesinferiores a la correspondiente al 100% de HR laconcentración de equilibrio será substancialmentemenor que la obtenida en inmersión. Asimismo, siel coeficiente de difusión depende de la concen-tración en el sentido de que aumenta al aumentarla concentración de agua, la cinética de la absor-ción a valores bajos de la HR también puede verseralentizada. La siguiente figura muestra como

varía el contenido de humedad en el equilibrio enfunción de la HR para un epoxi, así como la dife-rencia de comportamiento si el curado se realiza ala misma temperatura pero a dos tiempos de cura-do diferentes: al aumentar el grado de entrecruza-miento en el epoxi (mayor tiempo de curado) sereduce el contenido de humedad en equilibrio.

Existe una cierta concentración crítica de hume-dad por debajo de la cual no se produce ningúndaño irreversible en el adhesivo. En el ejemplo dela siguiente figura, para un sistema epoxi, la con-centración crítica se estimó en 1,35%, lo cual setraduce en que la exposición de una uniónmetal/epoxi en un ambiente con HR inferior al50% y temperatura inferior a 60ºC no daña per-manentemente al adhesivo y la resistencia de launión puede recuperarse mediante un secado de lamisma. Este efecto de reversibilidad no es posibleuna vez que se ha superado la concentración críti-ca para el sistema considerado.

8.3.2 Degradación de la resistencia y modos defallo

El fallo de uniones adhesivas estructurales encondiciones tales que la humedad no haya tenidoningún efecto sobre la integridad de la unión ha deser cohesivo, dentro de la capa de adhesivo. Si larotura fuese adhesiva, esto denotaría algún proble-ma de preparación superficial o de curado deladhesivo. No obstante, la exposición prolongada a

245


Fig.8.6:Isotermas deabsorción de

agua en epoxicurado a 160º C

durante 50 y600 minutos.

un ambiente húmedo puede cambiar el modo defallo en la intercara adhesivo/adherente, es decir,provocar un fallo adhesivo.

La pérdida de resistencia en la unión parece serdebida fundamentalmente al efecto de la humedadsobre la intercara. El efecto plastificante sobre lamasa de adhesivo parece ser significativo paracortos tiempos de exposición, reduciendo elmódulo a tracción y la temperatura de transiciónvítrea. No obstante, tras un tiempo de deshidrata-ción, tanto el módulo como la Tg se recuperanhasta los valores del polímero seco, lo que mues-tra que estos efectos son generalmente reversibles.

Un ejemplo que muestra la mayor importanciadel mecanismo de degradación interfacial frente alde plastificación del adhesivo es el que se muestraen la siguiente figura. Básicamente se trata decomparar las propiedades de un adhesivo epoxi ylas de una unión aluminio/epoxi cuando se some-ten a la acción de vapor de agua y de etanol. Laresistencia a tracción del adhesivo se ve muchomás afectada por el etanol que por el vapor deagua. Sin embargo, en lo que a resistencia a corta-dura de la unión se refiere, el etanol tiene un efec-to apenas perceptible mientras que el vapor deagua provoca una fuerte pérdida de resistencia.

Lo que si parece cierto es que el efecto plastifi-cante de la humedad en la masa de adhesivo pro-voca una redistribución de tensiones, como puedeverse en la figura siguiente, que a su vez puede ser

la causa de una aparente mejora de la resistenciade la unión en presencia de un cierto grado dehumedad.

La siguiente figura muestra cómo se producepara tiempos cortos de exposición una mejoraaparente de la resistencia a cortadura, seguida deuna caída en las propiedades para tiempos máslargos de exposición.

246


Fig.8.7:Resistencia acortadura yatracción deunionesaluminio/epoxien agua y etanola 90º C.

Fig.8.8: Tensión de cortadura y distribución dedeformaciones en un adhesivo epoxi antes ydespués de 60 días de exposición a 70ºC, 95%de humedad relativa y a saturación.

Fig.8.9: Carga de rotura a cortadura para unadhesivo epoxi sometido a diversos tiempos depermanencia en cámara de niebla salina.

Hay que reseñar que, en ocasiones, puede tenerlugar en el adhesivo la formación de microgrietaspor efecto de la humedad y del choque térmico–uniones sometidas a cambios bruscos de tempe-raturas–. El agua puede penetrar a través de estasmicrogrietas dando lugar a dos efectos observa-bles: aumenta el porcentaje máximo de aguaabsorbida en equilibrio y, además, se alcanza atiempos de exposición sensiblemente menores.Este efecto ha de ser tenido en cuenta si se hacenensayos de laboratorio y se tratan de utilizar parapredecir la degradabilidad de uniones reales situa-das en condiciones que pueden predecir microa-grietamiento: los resultados pueden ser muy dis-tintos.

8.3.3 Mecanismos de pérdida de resistencia

Se han propuesto una serie de mecanismos deta-llados para explicar la pérdida de resistencia en launión adhesiva por efecto de la humedad, perobásicamente se pueden considerar dos mecanis-mos que son complementarios y que dan justifica-ción a la mayoría de los fenómenos observados.

8.3.3.1 Desplazamiento del adhesivo por elagua

El fenómeno que produce la degradación de launión se produce, como hemos indicado anterior-mente, en la intercara de unión entre el adhesivo yel adherente. Consideremos un adherente metáli-co, en cuyo caso será generalmente el óxido delmetal el que se encuentre en contacto con el polí-mero. Deberemos considerar, pues, la estabilidadtermodinámica de la intercara óxido metálico/adhesivo y para ello nos serviremos del conceptode trabajo de adhesión. El trabajo de adhesión(WA) se define como la energía requerida paraseparar la unidad de área de intercara en las dossuperficies correspondientes.

WA = γa + γb - γab

donde γa y γb son las energías libres superficia-les del polímero y del óxido metálico, respectiva-mente, y γab es la energía libre interfacial. En pre-sencia de líquido, el trabajo de adhesión seconvierte en:

WAl = γa + γb - γab

Un valor positivo de WA o de WAl indicará que laintercara es termodinámicamente estable, mien-tras que un valor negativo refleja la inestabilidadde la intercara y, consecuentemente, la tendenciatermodinámica será la de que el adhesivo y elóxido metálico tenderán a disociarse espontánea-mente. El cálculo de WAl a partir de los valoresexperimentales de las energías libres correspon-dientes servirá, pues, para predecir la estabilidadde la intercara en un ambiente húmedo. Lasiguiente tabla recoge algunos valores del trabajode adhesión en ambiente inerte y en ambientehúmedo para varias intercaras típicas en unionesestructurales.

En ambiente seco, las intercaras poseen eleva-dos valores positivos de trabajo de adhesión, loque indica que son estables. Sin embargo, en pre-sencia de humedad el trabajo de adhesión se hacenegativo. El cambio de positivo a negativo en elvalor del trabajo de adhesión provee la fuerzaimpulsora para el desplazamiento del adhesivopor el agua. Hay que reseñar el caso de la interca-ra de epoxi/fibra de carbono, que mantiene valo-res positivos apreciables tato para WA como paraWAl.

La disociación espontánea a que nos estamosrefiriendo sólo tiene lugar si la adhesión se funda-menta únicamente en las fuerzas dispersivas quese establecen entre superficies de adherentes lisosa nivel microscópico. Sin embargo, el trabajo deadhesión no puede predecir por sí solo la estabili-dad de uniones reales, en las cuales la adhesióninterfacial puede involucrar otros mecanismostales como la unión covalente, interdifusión o blo-queo mecánico.

247


8.3.3.2 Hidratación de capas de óxidos

Otro mecanismo de degradación de la resisten-cia de una unión adhesiva por efecto de la hume-dad es mediante la hidratación de la capa de óxidometálico en la intercara. Los óxidos más frecuen-tes, tales como el de hierro y el de aluminio, sonsusceptibles de experimentar hidratación. Elresultado es la formación de óxidos mucilagino-sos que presentan una muy baja adherencia a susmetales base y constituyen, en consecuencia, unacapa débil por donde se produce el fallo en launión adhesiva.

En el caso del aluminio, el óxido que inicial-mente se encuentra unido al substrato es alúminaamorfa (Al2O3). Por acción de la humedad setransforma en hidróxido alumínico, con una com-posición intermedia entre la de la bohemita(Al2O3.H2O) y la pseudobohemita (Al2O3.2H2O).La observación de la superficie de fallo muestraque la capa de hidróxido se desprende junto con eladhesivo, lo que indica la baja adherencia al subs-trato de aluminio. De esta manera, una vez que seha formado el hidróxido, éste se separa fácilmen-te del substrato y da lugar al fallo de la uniónadhesiva. Una conclusión adicional es que elhidróxido se forma a partir de la alúmina que ori-ginalmente se encuentra unida al aluminio.

A medida que la grieta se va propagando por laintercara, queda expuesta una nueva superficie dealuminio que sufrirá una posterior hidratación deacuerdo a la reacción:

2Al + 4H2O → 2AlOOH + 3H2↑

El proceso está representado esquemáticamenteen la figura siguiente. El tratamiento superficialespecífico que se haya dado al adherente tiene unagran importancia sobre la estabilidad de la capa deóxido frente a la hidratación. Por ejemplo, en elcaso del aluminio, el anodizado fosfórico produceun óxido superficial con resultados de integridadde la unión y durabilidad muy superiores a losobtenidos cuando se emplean tratamientos sulfo-crómicos. Las diferencias son atribuibles a las dis-tintas morfologías de ambos óxidos y, en el casodel anodizado fosfórico, a la deposición de unamonocapa de AlPO4 que es adsorbida sobre la alú-mina porosa. Cuando se produce el ataque delagua, hay una primera fase de absorción de lamisma por el AlPO4 y la subsiguiente disoluciónde fosfatos. Esto prolonga el tiempo que tarda el

agua en llegar hasta la capa de óxido e hidratarlay, de esta manera, se mejora la durabilidad de launión.

8.3.4 Mejoras de la durabilidad de la unión

La resistencia en húmedo de las uniones adhesi-vas puede ser mejorada bien previniendo que elagua acceda en cantidad suficiente a la unión (porencima del contenido crítico) o bien mejorando elcomportamiento de la propia unión. Las formasprácticas de abordar el problema pueden resumir-se en tres opciones:

.Interponiendo barreras a la difusión del agua

.Inhibiendo o retardando la hidratación

.Aplicando imprimaciones adecuadas

8.3.4.1 Interposición de barreras a la difusiónde agua

La solución más obvia para retardar o reducir la

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Fig.8.10: Dibujo esquemático de las etapas delmecanismo de fallo en ambiente húmedo de unaunión aluminio/polímero.

difusión de agua dentro de la unión es el empleode un adhesivo con valores pequeños de la perme-abilidad y difusividad. Sin embargo, estas propie-dades deben estar equilibradas con otras no menosimportantes (mojabilidad y fabricabilidad, resis-tencia mecánica y tenacidad, etc.) y, por supuesto,con un coste adecuado. También es posible dismi-nuir la permeabilidad adicionando cargas minera-les o metálicas inertes en la formulación del adhe-sivo. El uso de sellantes –con valoresextraordinariamente bajos de la permeabilidad–en los bordes exteriores de la unión también sir-ven para reducir el acceso de agua a la unión; noobstante, el sellante debe disponerse en un cordónlo suficientemente grueso para que sea efectivo yesto puede no ser práctico desde el punto de vistade la fabricabilidad.

Otra aproximación que se ha intentado es modi-ficar la formulación del adhesivo para reducir lapermeación de agua. Se sabe, por ejemplo, que siun epoxi está fuertemente fluorado, el contenidode humedad en equilibrio puede verse reducidohasta en un 85%, retardando así la degradación dela unión como consecuencia de la disminución dehumedad por debajo del nivel crítico.

8.3.4.2 Inhibición o retardo de la hidratación

Para retardar la hidratación de la capa de óxidometálico se ha propuesto aplicar sobre las superfi-cies de los adherentes una monocapa de ciertosinhibidores orgánicos. Un ejemplo de esta técnica,donde se han preparado las superficies de alumi-nio mediante un tratamiento sulfocrómico seguidode una impregnación con el inhibidor NTMP, pre-viamente a su unión mediante adhesivo epoxi,muestra que la resistencia en medio húmedo ycaliente puede mejorar hasta equipararse con otraunión preparada con anodizado fosfórico.

La mayor resistencia a la degradación de lasuniones de aluminio preparadas con anodizadofosfórico, por efecto de la capa de fosfato adsorbi-da sobre el óxido, puede aun ser mejoradamediante el empleo de inhibidor NTMP.

Otra opción para retardar la hidratación seríaconvertir la alúmina amorfa que normalmente setiene (tanto con anodizado fosfórico como conataque sulfocrómico) en alúmina altamente crista-lina, que es mucho más estable frente a la acción

de la humedad. Sin embargo, la obtención deAl2O3 cristalino sobre el substrato metálicomediante algún método sencillo y económico estodavía un tema pendiente.

8.3.4.3 Aplicación de imprimación

La imprimación es un agente acoplante que escapaz de establecer enlaces químicos primariosentre el adhesivo y el adherente. Se aplica a lasuperficie del adherente antes de realizar la unióncon el adhesivo, mejorando la durabilidad enhúmedo. El ejemplo más conocido es el empleode organosilanos como ensimaje de las fibras devidrio en materiales compuestos de matriz poli-mérica. Se establecen enlaces covalentes entre elSi de las fibras y el Si del organosilano, por unlado, y entre la matriz polimérica y el grupo orga-nofuncional del agente acoplante, por el otro.

Los silanos han sido también usados en unionesmetal/polímero, resultando en una durabilidad enhúmedo mejorada. Existen agentes acoplantesespecíficos para acero (γ-GPS) y aluminio(γ-APS). La mejora en la durabilidad de la uniónparece estar relacionada con la formación de enla-ces metal-O-Si que se forman por reacción de losgrupos hidroxilo en la superficie del óxido metáli-co y los organosilanos correspondientes. Sinembargo, hay que decir que tanto los enlaces Si-O-Si como los metal-O-Si son, a su vez, suscepti-bles de sufrir hidrólisis y el mecanismo exacto porel cual la durabilidad de la unión aumenta por eluso de esta imprimación no es todavía bien com-prendido. Es más, el propio silano tiene una natu-raleza higroscópica que acelera la penetración deagua en la intercara de unión. La clave que deter-mina la resistencia de la unión parece radicar en laestructura y espesor de la capa de polisilano queconstituye la imprimación. La imprimación seaplica sumergiendo el substrato en una soluciónacuosa del agente acoplante y secándolo despuéspara eliminar los restos de humedad. La tempera-tura a que se realiza el secado determina el gradode entrecruzamiento de las cadenas orgánicas yeste parámetro parece ser determinante –junto conel espesor de la capa de imprimación– sobre laresistencia en húmedo de la unión.

Aunque los organosilanos constituyen lasimprimaciones más empleadas en las unionesmetal/polímero, otros agentes acoplantes también

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han sido utilizados: organotitanatos, organozirco-natos, organozircoaluminatos, complejos decromo, betacetonas y mercaptoésteres multifun-cionales. También las imprimaciones de basefenólica han logrado conferir una muy buenadurabilidad a las uniones metal/polímero; no obs-tante, los enlaces entre el óxido metálico y elgrupo fenólico también son susceptibles de ataquepor el agua, por lo cual, de nuevo, el mecanismoíntimo que proporciona la mejora de durabilidadde la unión todavía no es perfectamente conocido.

8.4 Efectos combinados de la temperatura, la8.4 Efectos combinados de la temperatura, lahumedad y las tensiones mecánicashumedad y las tensiones mecánicas

8.4.1 Ensayos acelerados

La evaluación de las propiedades de una uniónadhesiva recién fabricada es de suma importancia.El adhesivo debe sobrepasar en este estado nodañado los requerimientos prefijados en la etapade diseño. Si no es capaz de cumplir o sobrepasarlos requerimientos al comienzo de su vida en ser-vicio, difícilmente va a ser capaz de hacerlo amedida que se produzca su envejecimiento en lascondiciones medioambientales en las que seemplee.

Es, pues, necesario evaluar la durabilidad deladhesivo y su resistencia remanente a lo largo dela vida en servicio prevista. Hacerlo no es unatarea fácil; no es un problema de precio, ya que losensayos de duración de la vida en servicio no sonespecialmente más caros que los efectuados sobreel adhesivo sin envejecer; el problema es el tiem-po, pues los ensayos de envejecimiento puedenllevar de 10 a 100 veces más que los ensayossobre material virgen. En cualquier caso, el tiem-po de que se dispone para realizar los ensayossuele ser siempre inferior al tiempo de vida en ser-vicio, con lo cual es difícil obtener resultados delproceso de degradación en condiciones reales conlos que comparar las predicciones de los ensayos.

La única forma de evitar el inconveniente de lalarga duración de los ensayos es realizarlos encondiciones aceleradas de vida en servicio. Eneste caso, se somete al adhesivo a condiciones

más severas que las que experimentará durante suvida en servicio, confiando en que esto aumentarásu velocidad de degradación y acortará, conse-cuentemente, el tiempo de acondicionamientoantes de los ensayos de fiabilidad de la unión. Elproblema con esta metodología está en que si lascondiciones aceleradas son excesivamente seve-ras, colocando al adhesivo en un régimen de soli-citación realzada (RSR), el comportamiento y losmodos de fallo que se observan pueden ser termo-dinámicamente imposibles a los niveles normalesde las condiciones en servicio. De esta manera,cualquier programa de investigación en condicio-nes RSR podría no tener relación alguna con lafiabilidad del adhesivo en sus condiciones de ser-vicio. Sólo serviría para extraer conclusiones cua-litativas al comparar diversos tipos de adhesivosen las mismas condiciones, pero no para determi-nar cuantitativamente la duración de la vida útil decada uno de ellos.

El objetivo de los ensayos en condiciones acele-radas debe ser predecir la fiabilidad durante todala vida en servicio de la unión adhesiva. Para con-seguirlo, las condiciones aceleradas han de situaral material dentro de su régimen de operación nor-mal (RON) mientras se incrementan una o máscondiciones de servicio por encima de los valoreshabituales. Las solicitaciones han de ser elevadaspara que se acelere el proceso de envejecimiento,pero no tanto que se fuerce al sistema a entrar enuna situación RSR.

Otra cuestión a considerar cuando se realizanensayos acelerados de vida en servicio es la vali-dez de las extrapolaciones de comportamiento alargos tiempos a partir de datos obtenidos a tiem-pos más cortos. Los errores de extrapolación pue-den venir fundamentalmente de dos fuentes:

.Errores de tendencia: debidos al uso de unmodelo inadecuado.

.Errores de dispersión: debidos a la dispersióninherente al método experimental.

Los errores de dispersión pueden reducirseaumentando el número de experimentos. Un trata-miento estadístico adecuado permite diseñar losexperimentos de manera que se obtenga el núme-ro mínimo de valores experimentales necesariospara que la incertidumbre en la extrapolación de lavida en servicio sea igual a la incertidumbre de losvalores medidos.

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El error de tendencia puede ser minimizado si seselecciona cuidadosamente el modelo. Un modeloincorrecto puede dar lugar a grandes errores en lavida en servicio estimada. La siguiente figuramuestra los tiempos de fallo previstos para tresmodelos de comportamiento diferentes; incre-mentar simplemente el número de puntos experi-mentales no mejora las predicciones de ningunode los tres modelos. Si se usa de nuevo la estadís-tica es posible determinar, de entre una familiaparametrizada de curvas de comportamiento, (eneste caso, log(t)=a+bSn). los valores que dan unresultado óptimo a partir de la información dispo-nible. En el ejemplo de la figura, esto se cumpliríapara n=6. Sin embargo, si se estudian con deteni-miento los modos de fallo para cada ensayo, a losdistintos niveles de solicitación considerados, seobserva que para las condiciones más exigentes(S>1,40) el mecanismo es diferente al que se tieneen condiciones más suaves. Esto nos está indican-do que para dichas condiciones nos hemos intro-ducido en la situación RSR, y por tanto los resul-tados están siendo enmascarados por unos datosexperimentales que no representan en realidad elcomportamiento que exhibirá el adhesivo en ser-vicio.

Si se eliminan los puntos que se ha comprobadoque nos sitúan en la condición RSR y considera-mos sólo los encuadrados en el RON –aumentan-do el número de ensayos, si es necesario– seobtiene la conclusión que el modelo más adecua-do es el correspondiente a n=8.

A medida que se obtiene información sobre

componentes reales o proveniente de ensayos alargo plazo, se puede ir verificando y mejorandoel modelo. Normalmente, los datos de componen-tes reales en servicio no pueden ser introducidoscomo puntos del modelo pues no provienen deensayos realizados en condiciones estándar, pero,sin duda, es información muy valiosa para com-probar la consistencia entre el modelo y las pre-dicciones realizadas.

El peligro de situar al adhesivo, durante la reali-zación de ensayos acelerados, en condicionesRSR es más grave cuando se incrementa muchouna sola variable que cuando se aumentan un pocovarias de las solicitaciones para acelerar el proce-so de envejecimiento. El elevar dos o tres de lasvariables que son críticas sobre la vida en serviciodel adhesivo permite acelerar el envejecimiento

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Fig.8.12:Modelo para la

estimación de lavida en serviciode un adhesivo.

Fig.8.11:Modelo más

preciso para laestimación de lavida en serviciode un adhesivo.

sin salirse del RON, a la vez que el fallo ocurriráen un periodo razonable de tiempo. Además, estasituación es más realista con referencia al usofinal del producto, donde se tendrá normalmentela acción combinada de varias solicitaciones (tem-peratura, humedad, tensiones, etc.) y la degrada-ción no se producirá únicamente por la acción deuna de ellas. El único problema puede estar enseleccionar, entre la multitud de posibles variablesque intervienen en la condición en servicio deladhesivo, cuales son las que verdaderamente jue-gan un papel decisivo en la determinación de suvida útil y cuales las que tienen una influenciadespreciable.

8.4.2 Temperatura, humedad y tensión mecáni-ca

El concepto de volumen libre molecular es bási-co para la comprensión de los mecanismos dedifusión y degradación en adhesivos. Es especial-mente adecuado para describir el efecto e interac-ción de la temperatura, humedad y tensionesmecánicas sobre el adhesivo a escala molecular.Por volumen libre molecular se entiende el espa-cio libre existente entre las cadenas orgánicas queconstituyen el polímero.

Una molécula de agua únicamente puede entraren el adhesivo a expensas de ocupar parte delvolumen libre molecular disponible. En un instan-te dado –que depende de la naturaleza química deladhesivo, la cantidad de agua dentro del adhesivoy la interacción entre las moléculas de agua y lascadenas orgánicas– el volumen de adhesivoempieza a aumentar. En efecto, para seguir entran-do en el adhesivo, las moléculas de agua tienenque empujar a las moléculas orgánicas. Este fenó-meno se conoce como hinchamiento. El grado dehinchamiento puede ser utilizado para calcular elvolumen libre molecular total en el adhesivo.

8.4.2.1 Tensión mecánica

La tensión mecánica no limita, por si misma, lavida en servicio de los adhesivos. Como sucedecon todos los materiales, los adhesivos puedensoportar una resistencia y una deformación máxi-mas antes de que se produzca el fallo catastrófico.Si las condiciones de servicio son tales que no se

superan dichos valores límites, el adhesivo notiene motivo para sufrir ninguna degradación ensus prestaciones.

La tensión cíclica, no obstante, sí que es poten-cialmente dañina para las uniones adhesivas,dando lugar a fallos por fatiga. Los fallos por fati-ga suelen estar más bien relacionados con ladegradación térmica del adhesivo que con ladegradación por el efecto mecánico directo. Enefecto, el polímero puede transformar la energíamecánica en calorífica, elevando su temperaturade forma sensible. Incluso este efecto cíclico esmínimo en tanto en cuanto se mantenga en un por-centaje reducido de las propiedades últimas deladhesivo, y no afecta en gran medida a la exten-sión de su vida en servicio.

Otro efecto descrito de la tensión mecánica esque, para algunos adhesivos, puede aumentar sugrado de cristalinidad en áreas localizadas –orde-nación parcial de segmentos de cadenas poliméri-cas–. Esto hace que disminuya el volumen libremolecular y, en consecuencia, disminuya la per-meabilidad del adhesivo. Sin embargo, se trata deun efecto de poca importancia pues el grado decristalinidad inducida por la tensión es general-mente muy pequeño.

Además de por la acción de las cargas externas,se pueden generar tensiones internas por efecto dela contracción del adhesivo (durante el curado) odebido a diferencias en los coeficientes de dilata-ción de adhesivo y adherentes. Con todo, el papelmás importante de la tensión mecánica sobre ladurabilidad de las uniones adhesivas está en quepuede acelerar algún otro proceso de degradación,tal como el ingreso de agua u otros fluidos en launión.

8.4.2.2 Temperatura

Un incremento de la temperatura reduce la vidaen servicio del adhesivo como consecuencia delaumento de la velocidad de degradación. Lamayoría de los adhesivos se degradan por unmecanismo de escisión de cadena: la molécula depolímero es cortada en dos. Esto provoca elaumento del tamaño medio de los volúmeneslibres a la vez que decrece el número total de luga-res de volumen libre. A medida que este procesocontinúa, el polímero se va haciendo cada vez más

252


“esponjoso” y su resistencia mecánica va mer-mándose. Finalmente, se alcanzan tensiones loca-les –a escala molecular– que igualan las condicio-nes máximas que el adhesivo puede soportar y seproduce el fallo catastrófico.

8.4.2.3 Humedad

A bajas concentraciones la humedad actúacomo un plastificante, ablandando el adhesivo;esto es un efecto relativamente benigno y suponeun impacto negativo mínimo sobre el adhesivo. Amedida que la concentración de humedad aumen-ta y el volumen libre se va llenando de moléculasde agua, las tensiones internas resultantes porefecto del hinchamiento pueden literalmente des-garrar el adhesivo desde el interior de su propiared polimérica.

La humedad ácida puede causar escisión de lascadenas moleculares del adhesivo. De igual formaque lo que sucede con la temperatura, las escisio-nes de cadena tienden a rebajar la resistenciamecánica del polímero.

8.4.2.4 Temperatura-Humedad

La interacción de estos dos factores puede darlugar a un proceso de degradación más grave delque supone cada uno de ellos por separado. Elefecto más crítico de la acción conjunta de la tem-peratura y la humedad es sobre la difusión de lasmoléculas de agua en el adhesivo. La siguientefigura muestra la dependencia de los mecanismosde difusión con la temperatura. En condicionesnormales de operación, la mayoría de los adhesi-vos exhiben un mecanismo de transporte tipo II.Este mecanismo está controlado por la relajacióny por ello no depende de la concentración dehumedad. Cuando la difusión depende de la con-centración de humedad se denomina tipo Fick. Lavelocidad de difusión en el régimen del tipo II esmenor que en el caso de la del tipo Fick. Cuandose hacen ensayos acelerados aumentando la tem-peratura existe un riesgo evidente de situar aladhesivo en condiciones donde el mecanismopasa a ser el de tipo Fick, pudiendo dar lugar aestimaciones de durabilidad de la unión muy dife-rentes de a las que realmente se tendrán en lascondiciones de servicio.

La región de difusión anómala delimita la varia-ción de la temperatura de transición vítrea deladhesivo con humedad. En ella se dan de formasimultánea ambos mecanismos de transporte deagua: tipo II y Fick. Esta región es muy estrecha yel sistema pasa rápidamente a zonas de mecanis-mo único.

8.4.2.5 Humedad-Tensión mecánica

La temperatura, la humedad y las tensionesmecánicas interactúan para provocar el microa-grietamiento (crazing) de la matriz polimérica.Aunque estas microgrietas puedan parecer muypequeñas, realmente son grandes en comparacióncon el valor medio del volumen libre molecular.Actúan como verdaderos canales que sirven de víade penetración a la humedad, con el consiguientedebilitamiento del adhesivo.

Como se puede ver en la siguiente figura, elmicroagrietamiento ocurre a temperaturas pordebajo de la Tg y elevadas actividades del agua.Esta zona de microagrietamiento puede desplazar-se a actividades más bajas si se aumenta la pre-sión. De nuevo hay que advertir que si el adhesivono presenta microagrietamiento en su RON y losensayos acelerados lo colocan en una situacióndonde este mecanismo sí es activo, se puedensacar consecuencias equivocadas a cerca de sudurabilidad en servicio.

253


Fig.8.13: Diagrama de mecanismos de difusión.

8.5 Durabil idad y predicción de la vida en ser8.5 Durabil idad y predicción de la vida en ser --vicio de uniones adhesivas estructuralesvicio de uniones adhesivas estructurales

Una vez considerados por separados los efectosde la temperatura y la humedad, así como su efec-to combinado con el estado de tensión mecánicasobre la durabilidad de uniones adhesivas estruc-turales, se puede pasar al estudio del envejeci-miento en condiciones medioambientales típicas.El medio ambiente puede ser definido como elconjunto de todos los factores que están actuandosobre una unión adhesiva; esto puede incluir laatmósfera que rodea a la unión, la temperatura,fluidos en contacto, radiación y, en un sentidoamplio, también las fuerzas que están actuandosobre la unión. A esto hay que añadir las tensionesresiduales internas que pudieran existir. Esta redde factores mutuamente influyentes que gobier-nan el comportamiento durante la vida en serviciode una unión adhesiva, lógicamente no pueden serestudiados simultáneamente. Es necesario, pues,seleccionar los factores que verdaderamente tie-nen una influencia decisiva de los que apenas tie-nen un efecto perceptible sobre la degradación dela resistencia de la unión. Hay que tener en consi-deración que en ocasiones las condicionesmedioambientales de una unión adhesiva se pue-den corresponder con un microclima característi-co, debido a que se encuentra confinada en unpequeño recinto aislado del exterior, donde latemperatura, la humedad, la concentración de sus-tancias agresivas y otros factores pueden ser muydiferentes de los que se tienen fuera de ese recin-to.

Una vez definido el medio ambiente en el queactuará la unión adhesiva, hay que proceder a larealización de ensayos que permitan hacer predic-ciones sobre su durabilidad. Lo ideal sería hacerensayos en las condiciones más realistas posiblesy esperar el tiempo necesario para poder determi-nar sin ningún tipo de dudas en qué momento seproducirá el fallo. Desgraciadamente, como yahemos comentado anteriormente, normalmenteesto no es posible por problemas de producción, yhay que realizar ensayos de corta duración a partirde los cuales se puedan extrapolar resultados atiempos mayores. En el apartado anterior hemosvisto algunas consideraciones a tener en cuentasobre las precauciones que hay que tomar paraque las predicciones sean fiables. Ahora nos ocu-paremos de los ensayos más utilizados para ladeterminación de la degradación de uniones adhe-sivas en su medio ambiente, tanto de ensayos a

corto como a largo plazo, y de la comparaciónentre los resultados proporcionados por ambos.

8.5.1 Ensayos a corto plazo

Algunas de las probetas de ensayo más usadapara determinar la durabilidad de uniones adhesi-vas están recogidos en normas tales como la DIN53 295 o la ASTM D 1183, “Métodos de EnsayoEstándar para la Resistencia de Adhesivos enCondiciones Cíclicas de Envejecimiento enLaboratorio”. Las probetas pueden ser de cortadu-ra simple, pelado o cuña. Normalmente son alma-cenadas en una cámara cerrada con un ambienteconstante de temperatura y humedad. Existe unainfinidad de otras normas para aplicaciones muyespecíficas (ASTM D 1581, ASTM D 2918, porejemplo) y ensayos no estandarizados pero emple-ados profusamente en la industria. Los resultadosde todos estos ensayos no siempre son compara-bles, especialmente desde un punto de vista cuan-titativo. Por ejemplo, la industria europea delautomóvil prefiere ensayos cíclicos que combinenun ensayo climático en húmedo y caliente, unensayo de temperatura extrema y un ensayo encámara de niebla salina. Estos ensayos puedentener una duración de entre varias semanas y unaño. Sin embargo, aun con estas duraciones, hayque considerarlos como ensayos a corto plazo, sise tiene en cuenta que la vida media en servicio deestos componentes automovilísticos se estableceen más de una década.

El ensayo de cuña es más rápido a la hora deobtener resultados aunque su fiabilidad es cuestio-nable, al menos si se pretende algo más que unsimple ensayo comparativo entre distintos tiposde adhesivos o distintas preparaciones superficia-les. El ensayo consiste en unir con adhesivo dosplacas rectangulares e introducir en la línea depegado una cuña que crea una grieta en el seno deladhesivo. Las probetas son almacenadas en unambiente húmedo durante varias horas, despuésde lo cual se mide la longitud que ha progresado lagrieta durante este tiempo.

Otro ejemplo de ensayo de corta duración es elensayo de pelado en húmedo. Durante el pelado,se dejan caer de forma constante unas gotas deagua (con algún tensoactivo) que se aplican conuna jeringuilla justamente en el vértice de la grie-ta. Esto puede provocar un fallo inmediato del

254


adhesivo, acompañado de una caída brusca de laresistencia al pelado, tal como se muestra en lasiguiente figura para el caso de acero/epoxi.

Este desplome de la resistencia no se observa enotros casos –como se puede comprobar en lasiguiente figura, para el caso de aluminio/epoxicon dos tratamientos superficiales distintos–donde, no obstante, si se pueden distinguir dife-rencias en el comportamiento frente a este ensayo.

Algunos ensayos requieren el almacenamiento

en un clima constante durante mayor tiempo, desemanas o incluso meses. Este es el caso de losensayos de uniones a solape simple para el estudiode la degradabilidad en húmedo y en caliente deuniones aluminio/epoxi con distintas preparacio-nes superficiales.

8.5.2 Ensayos a largo plazo

Cuando se dispone del tiempo suficiente pararealizar ensayos a largo plazo se puede obtener sinnecesidad de extrapolar datos el comportamientode la unión en condiciones de servicio. Lasiguiente figura muestra la resistencia residual acortadura de uniones de aluminio/epoxi –distintas

255


Fig.8.15: Resistencia al pelado en húmedo deuniones de aluminio con diferentes tratamientossuperficiales.

Fig.8.16: Efectodel tratamiento

superficialsobre la

durabilidad deuniones

aluminio/epoxisometidas a

envejecimientoacelerado en

agua a 50º C.Fig.8.14: Ensayo de pelado en húmedo de unaunión adhesiva de acero.

Fig.8.17:Resistencia a

cortadurasimple de

uniones conepoxi de

diferentesaleacione de

aluminio, condiferentes

tratamientossuperficiales,

envejecidas enun bosque

tropical durante12 años.

aleaciones y tratamientos superficiales– que per-manecieron hasta 12 años en un bosque tropical.No se da el mecanismo de fallo en cada caso, perocabe esperar que tras alguno de los cambios brus-cos de resistencia se escondan fenómenos decorrosión de la aleación base.

Las uniones adhesivas utilizadas en coches, tre-nes, aviones y particularmente las realizadas enestructuras offshore y en ambientes marinos, seven expuestas a la acción de la sal y del aguamarina. La siguiente figura muestra los resultadosde ensayos a largo plazo de unionesaluminio/epoxi sometidas a la acción del ambien-te marino. Las diferentes curvas se corresponden auniones en las que se empleó el mismo tipo deepoxi pero con diferentes cargas. El mejor resulta-do se obtuvo añadiendo aluminio en polvo comocarga, que lograba reducir el coeficiente de dilata-ción, la contracción del adhesivo durante el cura-do y disminuir la permeabilidad frente al agua yotros líquidos, lo que se traducía globalmente enun aumento de la durabilidad.

La siguiente figura muestra un ejemplo más decomportamiento a largo plazo de una unión adhe-siva, pero en este caso con explícita mención deltipo de fallo que tiene lugar. Se trata de unionesacero-polipropileno con un adhesivo epoxi decurado en frío y sometidas a un ambiente del 60%de HR y 30ºC de temperatura. Durante los prime-ros 2 meses de exposición, se observa un incre-mento de la resistencia a cortadura. Hay dos razo-

nes que explican este efecto: en primer lugar, unpostcurado del adhesivo; en segundo lugar, laentrada de agua redistribuye las tensiones en lalínea de encolado, disminuyendo la tensión máxi-ma en el borde. La resistencia a cortadura empie-za a caer tras este periodo inicial, alcanzando unmínimo al cabo de 8 meses. Esto es debido a loscambios en la distribución de agua en la línea deencolado y la consiguiente plastificación deladhesivo. El siguiente paso es un incremento de laresistencia hasta el mes 12 aproximadamente,tiempo que se tarda en alcanzar en la línea deencolado una concentración de humedad en equi-librio con el ambiente. Después de los 12 meses seinicia un lento pero constante declive de la resis-tencia, relacionado con los efectos de envejeci-miento a largo plazo y que, en última instancia,controla la durabilidad de la unión. Después de 24meses, se observa una rápida corrosión que con-duce al fallo total de la unión. Un problema es quela corrosión puede comenzar en la línea de enco-lado y no ser visible desde el exterior. Esto signi-fica que la unión puede ser destruida completa-mente por corrosión sin apenas ninguna evidenciadesde el exterior.

256


Fig.8.19: Resistencia a cortadura simple yrepresentación de la superficie de fracturapara uniones acero/polipropileno.

Fig.8.18:Comportamientode uniones conepoxi de distintosadherentes enambiente marino.

8.5.3 Comparación de los ensayos a corto ylargo plazo

Saber a ciencia cierta la fiabilidad de los dife-rentes métodos de ensayo es siempre difícil yrequiere cierta experiencia. El conocimiento delos mecanismos de fallo para asegurarse que seránidénticos en los ensayos acelerados y en los delarga duración es un punto de la máxima impor-tancia. Los ensayos a corto plazo, tales como elpelado en húmedo y el ensayo de cuña, permitenuna comparación cualitativa de la estabilidad de laadhesión, pero no se corresponden directamentecon el comportamiento a largo plazo de la uniónporque sitúan al adhesivo en condiciones tales quese producen tipos de fallo que no son posibles enlas condiciones normales de operación. Los pro-cedimientos de envejecimiento que se prolongandurante meses o incluso años proporcionan resul-tados más fiables, pero aun así requieren expe-riencia para establecer correlaciones entre dichosensayos y el comportamiento real durante toda lavida en servicio. La medida de las propiedadesmecánicas junto con la observación de los meca-nismos de fallo resultan de utilidad para establecerpredicciones sobre el comportamiento a largoplazo.

257


9.1 Dosif icación y curado de los adhesivos9.1 Dosif icación y curado de los adhesivos(Manuel Ramos Rey, Loct i te España y Eloy(Manuel Ramos Rey, Loct i te España y EloyIngraín Caballero, Loct i te España)Ingraín Caballero, Loct i te España)

9.1.1 Equipos para la dosificación de adhesivos


Para muchas aplicaciones, la dosificación deladhesivo desde el mismo envase contenedor es elsistema idóneo para ejecutar las adhesiones. Sinembargo, el adhesivo se puede introducir en líne-as productivas de fabricación mediante sistemasdosificadores con diferentes grados de automati-zación. Con ello se pueden conseguir dosificacio-nes precisas, fiables y reproducibles, de modo quequede asegurada la presencia del adhesivo en

todas las piezas y la cantidad de adhesivo y el per-fil de dosificación se hallen dentro los márgenespreestablecidos.

Los sistemas dosificadores que se puedenencontrar en el mercado son muy diversos y suelección depende de:

.El tipo adhesivo que se pretende dosificar.

Puede tratarse de aplicaciones de adhesivosmonocomponentes, bicomponentes o multi-componentes, sistemas adhesivos con activa-dor, aplicaciones de post-activadores, siste-mas de curado UV, empleo de túneles desecado o curado por temperatura. Las posibi-lidades son muy diversas.

.La reología del sistema adhesivo. Según setrate de un adhesivo poco viscoso, muy vis-coso o incluso tixotrópico, el equipo emplea-do puede variar enormemente. Asimismo,existen equipos que eliminan los problemasderivados de la aparición de burbujas de airedurante la dosificación.

.El perfil de dosificación. Puede ser una gota,un cordón continuo, un anillo, una pulveriza-ción, serigrafía, etc.

.La velocidad de dosificación.

.La posición en que llegan las piezas. En unalínea productiva las piezas van pasando pordiferentes estaciones de trabajo, donde se las

259


Fig.9.1:Sistema de

dosificaciónvolumétrico.

Fig.9.2: Detallede una bomba

volumétrica conrotor excéntrico.

TEMA 9:ASPECTOS RELACIONADOS CON LA APLICACIÓN DE LOS ADHESI-

VOS Y LOS SELLADORES(Manuel Ramos Rey, Loctite España; Eloy Ingraín Caballero, Loctite España y Mario

Madrid Vega, Loctite España)

realiza diversas operaciones. Es posible quela pieza llegue en una posición tal que obli-gue a dosificar de abajo a arriba, por ejemplo.

.La automatización exigida al equipo dosifica-dor. La variedad es enorme. Existen desdepistolas hasta equipos completamente auto-matizados, incluso acoplados a brazos derobots, que pueden ser gobernados desdeautómatas programables, PC’s, etc.

.La detección del adhesivo. Existe la posibili-dad de detectar el adhesivo según sale de laválvula dosificadora o una vez dosificadosobre la misma pieza. La variedad de equiposdetectores es enorme, y su grado de automa-tismo se puede también adaptar a las necesi-dades de cada aplicación.

.Criterios económicos. Las características delequipo dosificador se hallan siempre supedi-tadas al beneficio obtenido. Lógicamente,cuanto mayor es la sofisticación del equipodosificador mayor es la inversión que se deberealizar en su montaje, sobre todo cuando nohay posibilidad de emplear un equipo están-

dar y es necesario diseñar uno que se adaptea las características particulares de la aplica-ción.

9.1.1.2 Tipos de sistemas dosificadores de adhe-sivos

En una clasificación muy general, atendiendo algrado de automatización del sistema, podemoshablar de tres familias:

1.Equipos manuales: todas las operaciones pre-cisan de la manipulación por un operario.Ejemplos comunes son las conocidas pistolasmanuales de extrusión, las bombas peristálti-cas de accionamiento manual, las válvulas depinza y las pistolas termofusibles.

2.Equipos semiautomáticos: precisan del con-trol de un operario, aunque emplean un siste-ma mecánico o eléctrico para llevar a cabo ladosificación. Pueden incluir, además, otrosindicadores que facilitan la manipulación y ladosificación del adhesivo.

3.Equipos automáticos: se pueden insertar enuna cadena productiva y manejar de formaautomática desde un autómata programable oun PC.

Dejando a un lado los sistemas completamentemanuales de dosificación, se pueden empleardiversos métodos para impulsar el adhesivo deuna forma controlada a través de las conduccio-nes, conexiones y válvulas del equipo mediante:

.Sistemas volumétricos: emplean cavidades

260

ASPECTOS RELACIONADOS CON LA APLICACIÓN DE LOS ADHESIVOS Y LOS SELLADORES

Fig.9.4:Ejemplo detanquepresurizadoempleado en unsistema dedosificaciónpresión-tiempo.

Fig.9.5: Sistema para dosificación presión -tiempo a partir de cartuchos estándar.

Fig.9.3: Sistemade dosificaciónpresión - tiempomodular.

con volúmenes conocidos para dosificarsiempre cantidades reproducibles, indepen-dientemente de la reología del adhesivo.

.Sistemas presión-tiempo: controlando la pre-sión y el tiempo de apertura de válvula sepueden lograr volúmenes también reproduci-bles. En este caso, la reología del productodebe conocerse con cierta exactitud, puestoque las variaciones en la viscosidad provoca-rán dosificaciones irregulares. Se debe pres-tar especial atención a la dosificación de sis-temas adhesivos que presenten propiedadeshigroscópicas, puesto que la absorción dehumedad puede provocar variaciones impor-tantes de la reología. Por otro lado, el controlde las burbujas de aire es importante, ya queafecta también a la dosificación del productoen estos sistemas.

9.1.1.3 Sistemas dosificadores presión-tiempo

Los sistemas presión-tiempo son los más utili-

zados. Sólo necesitan una red neumática o unabotella de nitrógeno que aporte la presión necesa-ria para el funcionamiento del sistema y una tomade corriente alterna. Es aconsejable el uso de fil-tros secadores que mantengan la calidad del aireaportado, ya que éste puede ser una fuente de con-taminación del equipo e incluso del propio adhesi-vo. El control y funcionamiento de válvulas,depósitos y de todos los periféricos correspon-dientes se lleva a cabo mediante elementos eléc-tricos y electrónicos.

Normalmente, un sistema dosificador consta deun depósito, una válvula dosificadora y una con-sola de control. Cada una de las partes cumple unafunción específica. La modularidad de estos com-ponentes permite que el paso de equipos de dosi-ficación manuales a equipos completamente auto-máticos sea una operación sencilla y rápida.

El tipo de depósito viene determinado por laviscosidad del adhesivo a aplicar. Puede lleva aco-plado detectores para indicar la cantidad de pro-ducto que queda en el envase, de modo que sepueda prever cuándo se consumirá la totalidad delproducto. Entre otros, se pueden encontrar lossiguientes tipos de depósitos:

.Por gravedad.

.Calderín a presión.

.Depósito con empujador neumático.

.Por presión de aire.

.Depósito con plato seguidor.

Los productos de media y baja viscosidad,incluidos los autonivelables, se suelen envasar enbotellas y necesitan un depósito a presión.Normalmente, la presión se aplica y mantiene enel interior del depósito, el cual contiene la botellade adhesivo conectada al exterior con un tuboconector. Cuando se permite el paso de producto através del sistema, la presión hace ascender el pro-ducto a través del tubo conector.

Los productos de alta viscosidad suelen enva-sarse en cartuchos para facilitar su dosificacióncon pistolas. Existen depósitos que aplican pre-sión en la parte posterior del cartucho mediante unempujador neumático y van moviendo el pistón,extruyendo el producto por la boquilla que estáconectada al sistema dosificador.

Existen válvulas dosificadoras de muy diversostipos para fines diferentes. Su control, asimismo,

261


Fig.9.6: Válvula de pincho manual.

Fig.9.7: Válvula de pincho con actuadorneumático.

puede ser manual o automático, activado desde lapropia consola de control:

.Válvulas especiales para cianoacrilatos.

.Válvulas especiales para siliconas.

.Válvulas especiales para anaeróbicos, UV yacrílicos.

.Válvulas para dosificar diferentes productos.

Acoplados a la válvula dosificadora pueden ubi-carse sistemas específicos para la formación dedeterminados perfiles de dosificación. Estos acce-sorios asociados pueden ser, entre otros:

.Unidades de avance, que se encargan de acer-car la boquilla de dosificación a la zona deaplicación del adhesivo.

.Unidades de rotación, que hacen girar laboquilla sobre la pieza o la pieza sobre laboquilla durante la dosificación.

.Rotorsprays, sistemas que por mediación de lafuerza centrífuga depositan un anillo deadhesivo en el interior de una cavidad.

.Robots, para el trazado de perfiles complejos,sobre todo en la dosificación de selladoressobre piezas en grandes cadenas productivas.

Las consolas son módulos encargados de con-trolar los parámetros de funcionamiento del siste-ma y, en el caso de sistemas automáticos, la propiadosificación. Llevan instalados los correspondien-tes indicadores que señalan las condiciones de tra-bajo del sistema (presión, tiempo de dosificación,etc.). Además, en el caso de equipos automatiza-bles, constan de las correspondientes salidas aco-plables a autómatas programables.

9.1.1.4 Sistemas detectores

En muchas ocasiones es necesario realizar uncontrol sobre la dosificación del adhesivo. De estaforma, se garantiza un correcto posicionamientodel adhesivo en la zona de adhesión antes de sucurado. Dos son las posibilidades a la hora de con-trolar la dosificación del adhesivo:

.Detección del adhesivo dosificado a través dela válvula: existen muchos sistemas sencillosy cómodos que permiten detectar si el adhe-sivo está siendo dosificado o no. Estos siste-mas no nos aseguran que el adhesivo estécorrectamente ubicado, sino si hay aporte

real de producto. Según la sensibilidad delsistema se puede localizar la aparición dediscontinuidades durante la dosificacióndebidas al arrastre de burbujas de aire a tra-vés del sistema dosificador. Pueden ser siste-mas visuales o basados en células fotoeléctri-cas, de fibra óptica, de barrera, etc.

.Detección del adhesivo sobre la pieza: son máscomplejos que los anteriores, pero dan mayorseguridad sobre la correcta dosificación deladhesivo, puesto que lo detectan allí dondedebería situarse. Se basan, fundamentalmen-te, en sistemas de detección de la luz emitidao reflejada por el adhesivo. A este efecto, escomún encontrar formulaciones fosforescen-tes o fluorescentes que facilitan su detecciónsobre la pieza. Existen también equipos deseguimiento visual o automático mediantecámaras de televisión.

9.1.2 Equipos para el curado por luz

Los componentes básicos del equipo de los sis-temas de curado por luz que se comercializanincluyen los siguientes elementos:

.Fuente de luz (lámpara)

.Irradiador (alojamiento de la lámpara y monta-je del reflector)

.Suministro de energía y controles eléctricos

.Protección y refrigeración

.Cintas y/o equipos auxiliares

9.1.2.1 La fuente de luz

El corazón del sistema de curado de luz es lalámpara. Existen muchos tipos de lámparas y laselección de una lámpara en particular dependetanto de las necesidades técnicas y de las restric-ciones económicas. Las dos características másimportantes que determinan la eficacia y rapidezdel curado de la lámpara son la emisión del espec-tro y la intensidad.

9.1.2.2 Espectro de emisión

El espectro de emisión se define como la inten-sidad de luz en cada longitud de onda del rango de

262


longitud de ondas emitidas por la lámpara. Parahacer el curado más efectivo, este rango de emi-sión debe equipararse al rango de absorción delfotoiniciador en el producto. Este principio formala base del éxito para las aplicaciones de curadopor luz. El espectro de emisión determina si unalámpara es adecuada para una aplicación en parti-cular y su eficacia en el curado del producto. Laingeniería básica de la lámpara y las modificacio-nes hechas en el material del interior de la lámpa-ra (llamado “dopado”), capacitan la elevación deemisión máxima a otras longitudes de onda paracrear diferentes patrones de emisión del espectro.

Ya que existe cierta máxima de absorcióncomún a muchos sistemas, se encuentra frecuente-mente una variedad de lámparas para un productodeterminado. Las áreas de absorción de mayorimportancia son 254 nm, responsable del curadosuperficial, 365 nm, la longitud de onda de curado“caballo de batalla”, también eficaz promoviendoel curado en profundidad, y 400-436 nm, donde,en la práctica, absorben los fotoiniciadores utiliza-dos de luz visible. El curado por luz visible esnecesario para sustratos opacos a la luz UV y parauna gran profundidad de curado.

Debido a que la medida del espectro de emisiónno es práctica en los entornos industriales, debeconocerse la emisión del espectro del tipo de lalámpara del equipo. Los catálogos del proveedorson la mejor fuente de información.

9.1.2.3 Intensidad

La intensidad de la lámpara es definida como laenergía total de la misma y es a menudo descritaen vatios. Denominada también densidad de ener-gía, la intensidad se refiere a la energía total de lalámpara a través de todo el espectro electromag-

nético. La intensidad de la lámpara afecta general-mente a la velocidad de curado de un producto enparticular, ya que es uno de los factores determi-nantes de la cantidad de luz que realmente llega alproducto, ej. la luz que induce la reacción quími-ca.

Es importante distinguir entre la intensidadbásica de la lámpara y la intensidad o cantidad deluz en la superficie de trabajo. La cantidad de luzen la superficie de trabajo es definida bien en uni-dad de intensidad o unidades de energía. La inten-sidad de la luz en la superficie del producto, des-crita por el término irradiación, es una medida dela exposición momentánea y es muy frecuente-mente, cuantificada en milivatios por centímetrocuadrado. La energía de la luz en la superficie esuna medida de la exposición de intensidad acumu-lativa (tiempo x intensidad), también denominadadosis, cuantificada como milijulios por centímetrocuadrado) y es sencillo:

(MW/CM2) X SEGUNDOS = MJ/CM2

En términos generales, un producto de baja

263


Fig.9.9:Espectro de

emisión de unalámpara de

vapor demercurio de

presión media.

Fig.9.8: Espectro de emisión de una lámpara deluz negra.

energía responderá bien a una intensidad aproxi-mada de 25-30 mW/cm2, ocasionalmente inferior,mientras que el curado de alta intensidad se refie-re a la zona de 80-100 mW/cm2 y superior.

9.1.2.4 Lámparas de uso industrial

Son varios los modelos que se encuentran dis-ponibles para su uso en el curado de adhesivos yselladores. A continuación se describen los másimportantes.

9.1.2.5 Lámparas de luz negra

Las lámparas de luz negra son un tipo de lámpa-ra fluorescente diseñada para emitir en la zona

UVA. Como su intensidad es bastante baja, apro-ximadamente 6 – 10 mW/cm2, tienen un uso limi-tado en el ámbito de la producción, aunque pue-den utilizarse para temas de Control de Calidad ocon materiales que curan a muy baja radiación deenergía. La emisión del espectro llega al máximoen la zona de 320 nm-400 nm.

9.1.2.6 Lámparas de vapor de mercurio de pre-sión media con electrodos

Estas lámparas, denominadas también lámparasde arco, son el caballo de batalla de la industriadel curado UV. Combinan la eficacia de curado

264


Fig.9.10:Espectro deemisión de unalámpara demercurio depresión alta.

Fig.9.11: Espectros de emisión de diferenteslámparas de vapor de mercurio sin electrodos.

con la versatilidad del diseño y el coste moderado.Una lámpara del tipo de electrodo, de vapor demercurio y media presión, consta de tres compo-nentes principales:

.Ampolla de cristal de cuarzo

.Material de llenado, normalmente argón y unapequeña cantidad de mercurio líquido

.Electrodos sellados en los extremos de laampolla de cuarzo

Se aplica alto voltaje a la lámpara a través de losterminales de los electrodos. El campo creado porel voltaje ioniza el argón y produce calor paravaporizar el mercurio, la cual crea una presión dealrededor de dos atmósferas. Esta presión es nece-saria para mantener un equilibrio entre la altaintensidad requerida, a la vez que mantiene laemisión del espectro esencial en la zona UV. Elarco de vapor de mercurio que se crea muestra unapropiedad única de alta emisión de luz en la zonaultravioleta del espectro. En particular, las emisio-nes intensas se producen en las áreas 240-270 nmy 350-380 nm, que es donde se absorben los fotoi-niciadores UV típicos. Esta intensa luz más allá dela zona violeta del espectro visible tiene suficien-te energía para interactuar con los fotoiniciadoresy producir su rotura, lo que inicia la polimeriza-ción. Así mismo se genera algo de luz visible y deradiación infrarroja.

Las lámparas de vapor de mercurio del tipo deelectrodos están disponibles en diferentes tama-ños desde unas pocas pulgadas a cerca de 80 pul-gadas de longitud y en varios niveles de energíaen una gama de 100 Watios/pulgada a 600Watios/pulgada. Las lámparas más populares seencuentra en el rango de 200-300 Watios/pulgada.La intensidad sobre la pieza es alta y puede encon-trarse en el rango de 100–200 mW/cm2.

Una de las desventajas de las lámparas de vaporde mercurio con electrodos consiste en que esnecesario un tiempo de calentamiento y enfria-miento. No pueden encenderse y apagarse instan-táneamente. Este problema se soluciona de algunamanera cambiando la energía a 1/2 o 1/3, durantelos periodos de inactividad. Si la lámpara se man-tiene a una emisión reducida, se podrá poner ins-tantáneamente a toda su potencia. Frecuentementese utiliza un obturador con el ajuste a baja energíapara bloquear la luz del área de curado, durante eltiempo de descanso.

La intensidad de emisión de una lámpara devapor de mercurio con electrodos se deteriora porel uso. Tras 1000 horas de uso la potencia se veráreducida en un 15%-25%. Es importante tener encuenta que debido a que el deterioro de la lámpa-ra es raramente catastrófico, no es fácilmente per-ceptible. El chequeo regular de la intensidad de lalámpara en la distancia de trabajo es extremada-mente importante.

9.1.2.7 Lámparas de vapor de mercurio de pre-sión alta

Las lámparas de mercurio que generan una másalta presión interna son menos comunes enEEUU, pero encuentran uso en sistemas especiali-zados. Estas lámparas, que pueden ser de formaesférica, son del tipo de electrodos, pero presentanlas características de ser portátiles y de rápido

265


Fig.9.12:Espectrosde emisión de

diferentes lámparasde halurosmetálicos.

calentamiento.

Los Sistemas de Curado de Puntos por GuíaÓptica de Loctite constan de una lámpara de mer-curio de presión alta, capaces de generar más de1600 mW/cm2 en el punto focal de la base de laguía óptica. La energía se conduce a través de unaguía de luz líquida hasta el otro extremo.

9.1.2.8 Lámparas de vapor de mercurio sinelectrodos

Desarrolladas por Fusion Systems Corporational comienzo de los 80, la lámpara de vapor demercurio sin electrodos es un tipo único de laslámparas de presión media. En este diseño, elmercurio en una ampolla de cuarzo se vaporizapor la energía de las microondas en lugar de elec-trodos. Las mayores ventajas respecto a las lám-paras con electrodos consisten en la capacidad deapagado y encendido instantáneos, vida del bulbomucho más larga (garantizada durante 3000-5000horas) y bulbos de diámetro más pequeño lo que,en combinación con el diseño del reflector dacomo resultado una mayor eficacia. Con las lám-paras de vapor de mercurio sin electrodos, sepuede generar una muy alta intensidad en lasuperficie de trabajo, muy por encima de150mW/cm2, habilitando una gran velocidad decurado.

El dopaje de haluro metálico (se añade halurometálico al contenido de la lámpara) se utilizapara variar el espectro de emisión de los bulbos.La emisión del bulbo H es más similar a la de un

bulbo tipo electrodo de mercurio de presiónmedia. En el bulbo V, la potencia se ha subidosignificativamente en la región visible, mientrasque el bulbo D se ha modificado para tener lascaracterísticas de ambos bulbos. El bulbo D se uti-liza frecuentemente para conseguir una buena pro-fundidad de curado. Un bulbo H+ nuevo muestrauna mejor emisión en longitudes de onda más cor-tas, eficaces a la hora de promover el curadosuperficial.

Las desventajas de los bulbos sin electrodosincluyen un importante alto costo, no sólo para elbulbo, sino también para todo el sistema, y limita-ción en los tamaños de longitud de los bulbos, haysólo de seis o diez pulgadas. La longitud se velimitada por el tamaño de los magnetrones nece-sarios para la generación de microondas, pero lasunidades pueden situarse en hileras.

9.1.2.9 Lámparas de haluro metálico

Las lámparas de haluro metálico son un tipo delámpara de arco de mercurio de presión media(con electrodos) en las cuales la emisión delespectro es modificada por la adicción de halurosmetálicos al contenido de los bulbos. El dopantemás común es un haluro de hierro que mejora lapotencia en la región UV. Los haluros de Galio oIndio se usan para elevar la emisión máxima a laregión visible. Loctite ofrece dos tipos de lámpa-ras de haluro metálico, a elegir, para uso en losSistemas de Curado por Luz de Intensidad Media.Estos sistemas son unidades de energía baja amedia, aplicando de 20 a 50 mW/cm2 de intensi-dad en la superficie de la pieza, dependiendo de ladistancia desde la fuente. Además, se puede utili-zar en el sistema un filtro de cristal Pyrex para eli-minar la luz UV de onda corta.

9.1.2.10 Otras fuentes de luz

Una lámpara de Xenon por Pulsos o XenonFlash, utiliza gas de Xenon y no mercurio paragenerar radiación UV, visible e infrarrojo. Esteequipo, que se utiliza a menudo para curar reves-tidos de fibra óptica, utiliza un condensador dealmacenaje de energía para accionar el sistema dela lámpara 120 veces por segundo, con pulsos de6-10 microsegundos, para producir impulsos de

266


Fig.9.13: Tiposde reflectorespara el enfoquede luzprocedente de lalámpara decurado.

muy alta energía y picos de potencia tan altoscomo de un millón de vatios. De las ventajas sedice que son la muy rápida velocidad de curado, lacalidad del mismo, excelente penetración en pro-fundidad, baja formación de calor, y capacidad deencendido y apagado instantáneos. Es factible unaamplia variedad de configuraciones de lámparas,aunque a un alto coste, superior al de los sistemassin electrodos, lo cual es una desventaja.

Las fuentes de luz láser se utilizan también en laindustria. Se dispone de varias fuentes láser,incluyendo el Argón, el Kripton, y elHelio/Cadmio. Esta tecnología se usa frecuente-mente para realizar prototipos rápidamente (este-reolitografia). Mientras que por un lado las fuen-tes de láser producen un curado muy rápido, elcoste es considerable.

9.1.2.11 El reflector

Dependiendo de la aplicación final, podría serdeseable el concentrar o enfocar la energía deradiación sobre el sustrato (por medio de unreflector elíptico) o difuminar o hacer fluir la luz yproducir una distribución uniforme de la intensi-dad de la luz sobre una superficie (se consigue através de un reflector parabólico). Los reflectoresparabólicos irradian luz sobre el área de curadomás amplio posible. Así mismo, una luz enfocadaproduce mucho más calor, lo que podría afectaradversamente al sustrato. Cuando se enfoca luz, lacolocación de la pieza se convierte en algo críticoya que la intensidad decae considerablemente alaumentar la distancia desde el punto focal. Unaalternativa es la luz desenfocada. Esto ofreceintensidades de luz razonablemente altas, y dealguna manera, amplias áreas de curado utilizandoluz enfocada, y situando el sustrato más allá delpunto focal.

9.1.2.12 La refrigeración

Incluso la luz ultravioleta de vapor de mercuriorealizada más a la medida, produce alguna energíainfrarroja o de calor. El calor generado debe eli-minarse, no sólo para proteger la lámpara, sinopara prevenir daños en el caso de que piezas tér-micamente sensibles estén siendo procesadas.Frecuentemente, la refrigeración por circulación

de aire a través de los orificios de ventilación en laparte posterior del reflector, es suficiente. No obs-tante, existen también sistemas de refrigeracióncomo son:

.Refrigeración por agua de la carcasa o reflec-tor de la lámpara

.Aire refrigerado entre placas de cuarzo pulidopor encima de la superficie de trabajo

.Uso de un reflector dicroico o espejo frío

El enfriamiento de una lámpara no puede serindiscriminado. La camisa de cuarzo de una lám-para debe mantenerse a una temperatura de 600º-800º. Por debajo de 600º el mercurio se condensa-rá y la lámpara perderá su arco; por encima de800º, la camisa de cuarzo comenzará a deteriorar-se. Los terminales de la lámpara en las de tipo deelectrodo debe mantenerse por debajo de los150ºC para evitar dañar los sellados.

9.2 Seguridad e Higiene (Mario Madrid Vega,9.2 Seguridad e Higiene (Mario Madrid Vega,Locti te España)Locti te España)

9.2.1 Seguridad e Higiene de los adhesivos

9.2.1.1 Potencial y peligrosidad real

Una sustancia peligrosa es aquella que puedecausar lesiones o daños. Puesto que el “riesgopotencial” es una cualidad inherente a todas lassustancias, debe acordarse un grado de peligrosi-dad derivada de su uso. La detección y control dela peligrosidad puede ser difícil, pero es obvio quecualquier sustancia manipulada sin precaucionespuede acarrear un riesgo a la salud, a la seguridad,a los bienes o al medio ambiente.

La peligrosidad real de una sustancia no sólodepende de su peligrosidad potencial, sino tam-bién de las condiciones de uso: el entorno, las can-tidades y concentraciones, el grado de subdivisióny de dispersión, la presencia o ausencia de otrassustancias, la temperatura, la presión, el operarioque la manipula, las precauciones tomadas para sumanipulación, etc., aparte de los temas relaciona-dos con los posibles riesgos futuros de tal sustan-cia.

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La peligrosidad de una sustancia debe ser deter-minada para poder realizar un control correctosobre los posibles riesgos presentes y futuros deri-vados de su uso.

9.2.1.2 La regulación sobre materiales peligro-sos

Durante los últimos años se ha desarrollado deforma extensa un conjunto de reglamentos sobreel uso y almacenaje de sustancias químicas, entrelas que están incluidas los adhesivos. Estas nor-mas trascienden en muchos casos el ámbito nacio-nal, sobre todo en aquéllas en las que se involucrael medioambiente.

Existen reglamentos concretos que regulan lascondiciones de Seguridad e Higiene mínimasrequeridas para asegurar la calidad del ambientede trabajo. Tales reglamentos prohiben tajante-mente aquellas sustancias que en las condicionesen las que son manipuladas pueden producir tras-tornos físicos sobre los operadores, ya sea porexposiciones puntuales o por exposiciones perió-dicas.

Hay también reglamentos que regulan el trans-porte de sustancias peligrosas o tóxicas, definien-do claramente las categorías según el tipo y lamagnitud de los riesgos, y los sistemas de trans-porte, medios de envasado y rutas de transporteque tales sustancias deben seguir para minimizartales riesgos.

Otros reglamentos preservan el medioambientede la emisión de agentes contaminantes, bien seapor su carácter tóxico intrínseco, bien sea por losefectos secundarios que puedan producir sobre elhombre, sobre los ecosistemas, sobre la atmósferao sobre bienes materiales. Tales sustancias sólopueden hallarse en el medio ambiente por debajode los límites de concentración establecidos. Seregula también el vertido de residuos al entorno.

El desarrollo de estas regulaciones es el resulta-do de la demanda de la sociedad de tales medidasque la industria no emprende por sí misma, porfalta de incentivo económico. En la actualidad lainversión dedicada a la investigación en este terre-no es cada vez mayor.

La Agencia de Seguridad e Higiene del

Trabajador de los E.E.U.U. (Occupational Safetyand Health Agency, O.S.H.A.) comenzó los pri-meros trabajos regulatorios sobre la Seguridad eHigiene en los ambientes de trabajo. Las reco-mendaciones de “buenas prácticas” (good practi-ce) fueron establecidas por este organismo y hansido internacionalmente aceptadas por la mayoríade los países.

9.2.1.3 Información sobre sustancias peligro-sas: establecimiento de los niveles de riesgotoxicológico

A través de los siglos se ha ido heredando infor-mación sobre la peligrosidad de las sustancias.Existe una enorme cantidad de literatura sobreSeguridad, Higiene y Riesgos Medioambientalesprocedente de ramas del saber tan diferentes comola Medicina, la Ciencia o la Tecnología.

Un problema fundamental es la identificación yla determinación de los límites de riesgo de lassustancias. Los datos obtenidos de la exposiciónde seres humanos a las sustancias estudiadas sonlas que mejor describen las cuestiones deSeguridad e Higiene. Los estudios epidemiológi-cos muestran los efectos que una sustancia tienesobre una población determinada. A menudo nopueden establecerse relaciones reales entre la sus-tancia y el efecto negativo sobre la población estu-diada. Los estudios epidemiológicos son de dostipos:

1.Estudios de enfermedad.2.Estudios de mortandad.

En ausencia de datos referentes a seres huma-nos, los laboratorios realizan estudios sobre losefectos en animales siguiendo procedimientosestablecidos. Los datos obtenidos se emplean paraindicar posibles riesgos de toxicidad sobre el serhumano. Los estudios más antiguos se suelenreferir mayormente a efectos letales agudos sobreun grupo de animales a los cuales se suministrauna dosis única o, en su defecto, se los exponedurante un corto período de tiempo a la sustanciaen cuestión. Al cabo de dos semanas se observa elnivel de mortandad. De este modo se llega a obte-ner la dosis letal media LD50 o la concentraciónletal media LC50, que no es mas que la dosis o laconcentración que mataría al 50% de la poblaciónensayada en ese período definido de tiempo.

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Los estudios sobre toxicidad crónica se llevan acabo por mediación de ensayos durante largosperíodos de tiempo (de años de duración) y enpoblaciones mayores de animales. También se lle-van a cabo ensayos sobre generaciones sucesivaspara determinar efectos genéticos y efectos intrau-terinos en la descendencia. Asimismo, se realizanensayos sobre la generación de enfermedades delhígado, riñones, corazón, pulmones, etc. y de car-cinogénesis (desarrollo de cáncer) y teratogénesis(daños en el feto). Los defectos de estos ensayosson la variación de la sensibilidad de una especiea otra y las diferencias dependientes del caminode entrada de la sustancia. Todos estos estudiospueden llegar a ser enormemente caros, sobretodo si se realizan de un modo completo y exhaus-tivo.

9.2.1.4 Evaluación de los riesgos toxicológicos:el TLV

Al finalizar la II Guerra Mundial la ConferenciaAmericana de Higienistas IndustrialesGubernamentales (ACGIH = AmericanConference of Governmental IndustrialHygienists) estableció las líneas generales para laevaluación de los límites de concentración atmos-férica de una sustancia a los que podía ser expues-to un operario. Desde 1974, la ACGIH comenzó apublicar anualmente los TLV’s (Threshold LimitValue o Valor Límite Umbral), también denomi-nados 8-hr TWA’s (8-hour Time WeightedAverages o Valores Medios expresados en Pesomedidos para exposiciones diarias de 8 horas). ElTLV se define como la exposición en el ambientede trabajo a una sustancia concreta en el aire quepuede soportar un trabajador durante de toda suvida profesional (8 horas al día, 5 días a la sema-na) sin ningún efecto negativo relevante para susalud. Por supuesto, hay que dejar bien claro quelos TLV’s no son aplicables cuando existen víasadicionales de acceso del tóxico al operario(ingestión o absorción a través de la piel), entra enjuego un segundo agente tóxico o la personaexpuesta es hipersensible.

En 1970 los TLV’s de cientos de sustancias dela edición de la ACGIH de 1968 fueron adoptadoscomo requerimientos legales en cuanto aSeguridad e Higiene y pasaron a denominarsePEL’s (Permissible Exposure Limits o Límites deExposición Permisible).

9.2.1.5 Seguridad e Higiene de los adhesivos

Los mayores riesgos toxicológicos y medioam-bientales provienen sin lugar a duda de los adhesi-vos en base solvente. Estos adhesivos emiten alambiente de trabajo vapores de disolventes orgá-nicos que presentan problemas de toxicidad, deinflamabilidad y producen daños en la atmósferaterrestre. La legislación restringió en su momentoel uso de los CFC’s (Chlorine Fluorine Carbon oCloro Fluoro Carbonado), gases muy estables quellegaban a las más altas capas de la atmósfera yallí eran oxidados por el ozono presente. El resul-tado es la degradación de la capa de ozono, res-ponsable de preservar a la superficie terrestre de lallegada de la dañina radiación ultravioleta prove-niente del sol. En una segunda partida se está pro-hibiendo paulatinamente el uso de los VOC’s(Volatile Organic Compound o CompuestoOrgánico Volátil), compuestos que por un lado seacumulan en las capas bajas de la atmósfera, cre-ando el conocido “efecto invernadero” o reaccio-nando en presencia de la radiación UV solar paragenerar ozono, el cual es tóxico. La mayoría delos disolventes empleados actualmente en estosadhesivos entran dentro de esta segunda partida.

Las resinas epoxi más extensamente empleadasderivan de la epiclorhidrina y del bisfenol-A, yson líquidos o sólidos no irritantes relativamenteexentos de riesgos para la salud. Esto se debe aque son resinas insolubles en agua o fluidos cor-porales, porque tienen presión de vapor casi nulay porque las formulaciones actuales evitan quequeden restos de epiclorhidrina potencialmentepeligrosa sin reaccionar. Existen, no obstante,ciertos componentes que pueden ser empleados enlos epoxis y que son potencialmente peligrosospara la salud. Por ello nos debemos remitir a lasHojas de Seguridad e Higiene de cada productocomercial para conocer su toxicidad potencial.

Los prepolímeros de uretano, por su naturalezaquímica, contienen grupos isocianato. Tanto elTDI como el MDI tienen sus correspondienteslímites de concentración en el aire. Normalmentelas concentraciones obtenidas en las zonas circun-dantes a la dosificación de poliuretanos son muyinferiores a los límites establecidos por la OSHA(Occupational Safety and Health Agency), pero serecomienda medir la concentración de isocianatoen el aire, sobre todo en áreas de uso masivo.

El uso de ácido acrílico está limitado en los

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adhesivos acrílicos, debido a los riesgos toxicoló-gicos de inhalación de sus vapores y de inflamabi-lidad del producto líquido. No obstante, las for-mulaciones actuales presentan concentracionestan bajas de este producto que no precisan de eti-quetas identificativas de riesgo de tipo alguno.

Ningún adhesivo anaeróbico es tóxico o infla-mable. Presentan olores poco apreciables y sóloprecisan de ventilación especial cuando se emple-an activadores en base solvente o cuando seemplean disolventes clorados como limpiadores.Algunos son irritantes de la piel y los ojos por loque requieren de las medidas de higiene más bási-cas empleadas con la mayoría de los aceites o pro-ductos químicos.

Debido a la rápida polimerización de los ciano-acrilatos es imposible determinar su toxicidad.Una vez curados no representan ningún riesgotoxicológico. Los vapores, no obstante, irritan losojos y las mucosas por lo que se recomienda suuso en áreas abiertas o ventiladas.

Los cuidados sobre la manipulación de los “hot-melt” cuando se hallan en estado fundido se limi-tan a los debidos a riesgos de quemaduras.Cuando se trabaja con máquinas a presión se reco-mienda el uso de protección para los ojos y de unvestuario adecuado.

Las siliconas RTV sin curar son reactivos quí-micos que pueden generar subproductos capacesde irritar la piel u otras membranas sensibles(ácido acético, etanol, aminas, etc.). El productocurado es prácticamente bio-inerte.

9.2.2 Seguridad e Higiene de los equipos emple-ados en las técnicas de curado por luz

Los peligros sobre las personas que se puedenderivar del curado por luz UV y luz visible son decuatro tipos:

.Emisión ultravioleta

.Formación de ozono

.Alto voltaje y alta temperatura

.Manipulación del bulbo

9.2.2.1 Emisión ultravioleta

Aquí, la primera preocupación es el potencial dequemaduras por radiación debido a la exposicióna la luz UV de alta intensidad. La energía asocia-da a la luz UV no es suficiente para penetrar en elcuerpo e interactuar con el tejido, por lo que noproduce efectos fisiológicos importantes asocia-dos a la radiación atómica. No obstante, la exposi-ción a la luz UV y visible de alta intensidad (quecontiene luz UV) pueden producir graves daños ala piel y los ojos. Los efectos finales de estosdaños fotoquímicos los determinan tanto la dosiscomo el tiempo de exposición. Prevalece más eldaño biológico en exposiciones de longitud deondas inferior a 325 nm (regiones UVB y UVC).Aunque la banda de emisión principal de una lám-para de vapor de mercurio de presión media es de365 nm, también se producen emisiones fuertes a313 y 254 nm, por lo que resulta necesario trataresta popular fuente de luz con mucha precaución.

9.2.2.2 Quemaduras UV en la piel y en los ojos

Al contrario de las quemaduras térmicas, que sesienten inmediatamente, las quemaduras UV no sesienten hasta haber transcurrido varias horas.Incluso una corta exposición a alta intensidad deluz UVB y UVC pueden ocasionar graves quema-duras en la piel y los ojos. Las quemaduras en lapiel aparecen generalmente como enrojecimiento3 o 4 horas después de la exposición, y alcanzansu grado máximo cerca de 12 horas después de laexposición. Los enrojecimientos tardan de 2 a 7días en desaparecer. Las quemaduras UV en losojos producirán ampollas y pelado en la córnea delos mismos, produciendo al afectado la sensaciónde tener arena en los ojos (de aquí también el tér-mino “resplandor de la soldadura”). Este tipo dedaño se hace evidente normalmente a las 6 o 12horas después de la exposición, pero puede brotartan pronto como a las 2 horas o tan tarde como alas 24 horas tras la exposición. Los síntomas pue-den ser muy dolorosos, pero normalmente sonpasajeros y la recuperación está típicamente den-tro de las 48 horas. La exposición a luz UVApuede también contribuir a la formación de cata-ratas.

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9.2.2.3 Equipo de protección

Para una máxima seguridad personal deberánprotegerse siempre la piel y los ojos. Los equiposprotectores incluyen gafas adecuadas, máscarasfaciales, ropa y material de protección opaco aUV. Debe también evitarse el primer golpe deradiación.

9.2.2.4 Límites de exposición

Debido a estos serios efectos sobre la piel y losojos, se han establecido unos límites de exposi-ción permisibles tanto por la ConferenciaAmericana de los Higienistas IndustrialesGubernamentales (ACGIH) como por el InstitutoNacional de Salud y Seguridad en el Trabajo(NIOSH). Las normas NIOSH para los ojos y lapiel desprotegidos durante ocho horas al día son:

.Exposición efectiva total máxima 0.1 W/cm2 alongitud de ondas en el rango de 200- 315nm.

.Exposición efectiva total máxima 1.0mW/cm2 a longitud de ondas en el rango de315 – 400 nm.

Puede utilizarse un medidor de potencia UVestándar para controlar niveles UV en variasáreas.

9.2.2.5 Exposición al ozono

El ozono es un gas incoloro con un fuerte olor,que está presente al nivel del mar en 0,05 ppm deconcentración. A veinte veces esa concentración(1 ppm), el ozono puede irritar los ojos y el siste-ma respiratorio y producir dolor de cabeza. Elozono se genera cuando longitudes de onda muycortas (184 nm) pasan a través del revestimientode cuarzo puro de las lámparas UV interaccionan-do con el oxígeno. La producción de ozono preva-lece en mayor medida durante el inicio de encen-dido de la lámpara. Las regulaciones OSHArequieren que las concentraciones de ozono semantengan por debajo de 0.1 ppm.

La forma más fácil de proteger a los trabajado-res de altos niveles de ozono se consigue ventilan-do la zona hacia al exterior, donde el ozono se

descompone rápidamente en oxígeno. En los sis-temas de curado UV bien diseñados no son nece-sarios equipos adicionales, ya que esto se consi-gue vía el flujo de aire que se utiliza pararefrigerar. Otra forma consiste en eliminar lageneración de ozono evitando la producción deenergía de onda corta, bien añadiendo óxidos alcuarzo, o dopando de metal el contenido de lalámpara. Esto podría ser menos deseable sinembargo, ya que la velocidad de curado podríaverse reducida también.

Existen equipos sencillos y baratos para inspec-cionar los niveles de ozono. El uso más extendidoconsiste en una bomba de mano conectado a unvial de cristal que contiene una solución química yque cambia de color al exponerlo al ozono. Elcambio de color puede convertirse a ppm median-te un gráfico que se suministra con el sistema.

9.2.2.6 Alto voltaje y alta temperatura

Pueden utilizarse anexos adecuados para com-ponentes de alto voltaje. Así mismo, deben tomar-se precauciones de sentido común en relación a laaltísima temperatura del bulbo.

9.2.2.7 Manipulación de la lámpara

Las lámparas UV deben manejarse con guantesde algodón, nunca con las manos al descubierto,ya que las huellas digitales podrían contaminar elcuarzo, y disminuir la eficacia del bulbo y su vidaútil. Si se rompe, podría resultar dañino, ya que elmercurio del bulbo, aunque en muy pequeña can-tidad, es venenoso. Es una buena idea invertir enun kit de limpieza de derrames de mercurio.

Al igual que con muchos otros procesos indus-triales deben observarse precauciones de seguri-dad en el uso de la tecnología de curado UV.Formando adecuadamente al operario y con unbuen diseño del equipo y control, los daños pue-den minimizarse y llevar a cabo procesos de pro-ducción a unos costes eficaces.

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Acelerante: substancia usada en pequeña proporción para aumentar la velocidad de una reacción quí-mica.

Acetato de polietileno-vinilo (EVA): material termoplástico producido por copolimerización del eti-leno y del acetato de vinilo.

Acetato de polivinilo (PVAC): gama de materiales termoplásticos en forma de dispersiones o de resi-nas producidos mediante polimerización del acetato de vinilo como monómero único o principal.

Activación por calor; reactivación por calor: uso de calor para instaurar o restaurar las propiedadesadhesivas de una capa adhesiva seca.

Activación por disolvente; reactivación por disolvente: uso de disolvente para instaurar o restaurarlas propiedades adhesivas de una capa adhesiva seca.

Activación; reactivación: instauración o restauración de las propiedades adhesivas de una capa adhe-siva seca.

Adherente: objeto que está, o se pretende que esté, unido a otro objeto.

Adhesión: estado en el que dos superficies son mantenidas juntas mediante uniones interfaciales.

Adhesión específica: adhesión de dos superficies debida a fuerzas intermoleculares.

Adhesión mecánica: adhesión de dos superficies mediante un adhesivo una vez fraguado, debida a lafijación del adhesivo a las asperezas de las superficies y a su absorción por los substratos porosos duran-te la aplicación.

Adhesivo: substancia no metálica capaz de unir materiales mediante el pegado de las superficies(adhesión), y manteniendo la unión una resistencia interna adecuada (cohesión).

Adhesivo anaeróbico: adhesivo que reticula en ausencia de oxígeno. La reticulación se inhibe en pre-sencia de oxígeno y se cataliza con iones metálicos.

Adhesivo autorreticulable: adhesivo que reticula, una vez aplicado, bajo condiciones específicas.

Adhesivo bicomponente: adhesivo constituido por dos componentes reactivos que deben mezclarseentre sí antes de su aplicación.

Adhesivo conductor: adhesivo especialmente diseñado para evitar cualquier acumulación de cargaeléctrica o para permitir el paso de una corriente eléctrica.

Adhesivo conteniendo disolventes; adhesivo en solución; adhesivo de base disolvente: adhesivo en

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TEMA 10:GLOSARIO DE TÉRMINOS

(Información basada en la norma UNE PNE-EN 923 sobre “Adhesivos, Términos yDefiniciones”)

el cual el ligante está disuelto en un disolvente orgánico volátil.

Adhesivo de alta tenacidad: adhesivo cuya estructura física limita la propagación de grietas.

Adhesivo de aplicación separada: adhesivo consistente en distintos componentes, los cuales se apli-can separadamente sobre las superficies a encolar.

Adhesivo de base acuosa; adhesivo acuoso: adhesivo en el cual el disolvente, o bien la fase continuaes agua.

Adhesivo de contacto: adhesivo que se aplica a las dos superficies a pegar y que cuando aparece apa-rentemente seco, proporciona una unión sólida instantánea al presionar fuertemente, pero no de formasostenida.

Adhesivo de doble encolado: adhesivo para encolado a dos caras: adhesivo que se aplica sobre las dossuperficies a encolar.

Adhesivo de fraguado en frío (cola fría, no recomendado): adhesivo que fragua sin necesidad deaportar calor.

Adhesivo de fraguado por calor: adhesivo que fragua solamente si se aporta calor.

Adhesivo de reactividad química; adhesivo reactivo: adhesivo que fragua por la reacción químicade sus componentes y/o por la acción de agentes externos.

Adhesivo de relleno: adhesivo diseñado para rellenar zonas vacías entre superficies desiguales.

Adhesivo de reticulación en caliente: adhesivo que solamente reticula si se aporta calor.

Adhesivo de reticulación en frío: adhesivo que reticula sin aporte de calor.

Adhesivo en dispersión: adhesivo consistente en una dispersión estable de un polímero en una faselíquida continua, generalmente agua.

Adhesivo en emulsión: adhesivo consistente en una emulsión estable de una resina hidrófoba líquidaen agua.

Adhesivo en pasta: adhesivo de alta viscosidad, capaz de fluir.

Adhesivo encapsulado: adhesivo en el cual partículas o gotas del adhesivo, o de uno de sus compo-nentes, están envueltas por una película protectora (microcápsula) normalmente para prevenir reaccionesde reticulación hasta que la película se destruye por los medios adecuados.

Adhesivo espumable: adhesivo concebido para espumar in situ, una vez aplicado, con el fin de llenarespacios vacíos importantes,

Adhesivo libre de disolventes: adhesivo prácticamente exento de disolventes orgánicos.

Adhesivo mezcla madre: cantidad de un adhesivo determinado (o de un componente del adhesivo)que se elabora en un emplazamiento específico y en condiciones definidas y uniformes, limitadas en eltiempo.

Adhesivo monocomponente: adhesivo a punto de empleo.

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GLOSARIO DE TÉRMINOS

Adhesivo multicapa: película adhesiva constituida por adhesivos de distinta composición en cadacara.

Adhesivo multicomponente: adhesivo constituido por dos ó más componentes reactivos separados,que deben mezclarse entre sí antes de su aplicación.

Adhesivo para encolado a una cara: adhesivo que se aplica solamente sobre una de las superficies aencolar.

Adhesivo plastisol: material adhesivo obtenido por dispersión de un polímero en un plastificante deforma que, cuando se calienta la dispersión, el polímero se disuelve irreversiblemente en el plastificantepara constituir una solución que solidifica cuando se enfría.

Adhesivo pulverizable: adhesivo apto para ser proyectado en forma de pequeñas partículas medianteun dispositivo de pulverización.

Adhesivo reactivable con disolvente: adhesivo preaplicado sobre una de las superficies a pegar quese vuelve pegajoso inmediatamente antes de utilizarlo mediante la aplicación de un disolvente.

Adhesivo reactivable por calor: adhesivo preaplicado sobre las superficies a pegar y que presentapegajosidad antes del pegado mediante aplicación de calor y permite el pegado por enfriamiento bajo pre-sión.

Adhesivo reticulable por humedad: adhesivo que reticula por la reacción con el agua ambiental o conel agua que contiene la superficie a pegar.

Adhesivo sensible a la presión: adhesivo que en estado seco presenta una pegajosidad permanente atemperatura ambiente y que pega fácilmente bajo la acción de una ligera y breve presión.

Adhesivo termoencolante: adhesivo preaplicado sobre una, o ambas, superficies a pegar que se acti-va por acción de calor y permite el pegado al enfriarse.

Adhesivo termofusible: adhesivo que se aplica en estado fundido y que proporciona una unión esta-ble al enfriarse y alcanzar el estado sólido.

Agente antiadherente: revestimiento destinado a dificultar o impedir la adhesión.

Agente de reticulación: substancia que provoca, inicia ó regula la formación de enlaces intermolecu-lares covalentes o iónicos para dar lugar a una red molecular tridimensional.

Alargamiento: aumento de la longitud de una probeta sometida a un esfuerzo de tracción.

Alcohol polivinílico (PVAL): material termoplástico producido por hidrólisis del acetato de polivini-lo.

Almidón: carbohidrato vegetal que se presenta en forma granular en ciertos vegetales y que corres-ponde a un polímero compuesto casi exclusivamente por grupos anhidroalfa-D-glucosa.

Antiadherente: propiedad de una superficie para rechazar a los adhesivos o que tiene el efecto de unagente antiadherente.

Antioxidante: substancia utilizada para retardar la degradación provocada por la acción del oxígeno.

Aplicación de precapa (primer): aplicación de un revestimiento (primer) a la superficie de un objeto

275


a pegar previamente a la aplicación del adhesivo para mejorar la adhesión y/o la durabilidad de la unión.

Aplicador: dispositivo que permite la aplicación controlada de un adhesivo.

Apretar: mantener bajo presión una capa adhesiva por medio de bridas de fijación durante el fragua-do del adhesivo.

Autoclave: recipiente en el interior del cual pueden crearse condiciones controladas de presión y tem-peratura.

Betún; asfalto: líquido extremadamente viscoso o sólido, que consiste esencialmente de hidrocarbu-ros y sus derivados.

Bolsa de vacío: bolsa flexible en 1a que puede aplicarse presión a un conjunto situado en su interior,haciendo el vacío.

Burlete: porción de adhesivo que aparece en la parte externa de los bordes de los materiales pegados.

Canteado: unión obtenida al pegar dos hojas borde contra borde.

Capa adhesiva: capa de un adhesivo aplicada sobre un adherente.

Capacidad de pegado: capacidad de un substrato para formar una unión de determinadas característi-cas con un adhesivo dado bajo condiciones especificadas.

Carga: sólido en partículas que puede mejorar las propiedades de elaboración, la estabilidad, la resis-tencia a la rotura u otras propiedades del adhesivo.

Carga de rotura: fuerza necesaria para romper una unión, independientemente del tipo de rotura.

Catalizador: substancia generalmente utilizada en pequeña proporción, que modifica la velocidad deuna reacción química y que, teóricamente, permanece inalterada al final de la reacción.

Caucho butilo (llR): gama de cauchos sintéticos obtenidos por copolimerización del isobutileno y delisopreno (2-metil butadieno).

Caucho ciclado: derivado isómero del caucho natural, obtenido por diversidad de tratamientos quími-cos.

Caucho clorado: polvo blanco o producto fibroso obtenido mediante cloración controlada del cauchonatural.

Caucho cloropreno (CR); policloropreno: gama de cauchos sintéticos basados en el 2-cloro-1,3-butadieno polimerizado.

Caucho copolímero de estireno-butadieno-estireno (SBSR): gama de cauchos sintéticos obtenidospor copolimerización de estireno y butadieno constituidos por bloques de estireno y butadieno ordenadoslinealmente.

Caucho de butadieno-acrilonitrilo (NBR): caucho nitrilo; nitril-butadieno: gama de cauchos sintéti-cos obtenidos por copolimerización del 1,3-butadieno y del acrilonitrilo.

Caucho de butadieno-estireno (SBR): gama de cauchos sintéticos de aplicación general o de resinasobtenidos por copolimerización del 1,3-butadieno y del estireno.

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Caucho natural (NR): material sólido que presenta características de elasticidad, obtenido a partir delHevea brasiliensis.

Cemento hidráulico: material adhesivo inorgánico que fragua y endurece por medio de una interac-ción química con agua y que también puede presentar este comportamiento sumergido en agua.

Cera (sintética): gama de hidrocarburos alifáticos sólidos, de baja masa molecular, que funden cuan-do se calientan.

Cera carnauba: cera natural producida por las hojas del árbol de cera del Brasil (Capemica cerífera).

Cianoacrilato monómero: tipo especial de éster acrílico monómero que tiene la fórmula generalCH2=C(CN)-COOR.

Cinta adhesiva a dos caras: cinta adhesiva encolada a dos caras: cinta en la que el adhesivo ha sidoaplicado en las dos caras del soporte.

Cinta adhesiva transferible: soporte recubierto de un adhesivo sensible a la presión de forma que, unavez aplicado sobre el substrato, permite retirar el soporte permaneciendo solamente el adhesivo.

Cinta adhesiva: adhesivo sensible a la presión, rehumectable ó activable por calor, que está deposita-do sobre un soporte flexible o sobre un soporte rígido.

Cloruro de polivinilo (PVC): gama de materiales termoplásticos producidos por polimerización delcloruro de vinilo.

Cloruro de polivinilo clorado: material granular obtenido por cloración del cloruro de polivinilo.

Coalescencia: fusión de las superficies de un sistema.

Cohesión: estado que tiende a asociar entre ellas a las partículas de una substancia mediante fuerzas devalencia primarias o secundarias.

Cola: adhesivo acuoso especialmente diseñado para el pegado de madera o de otros substratos poro-sos.

Colofonia: compuesta básicamente por ácido abiético y sus isómeros, que constituyen los residuosobtenidos en la destilación de la trementina bruta proveniente de la savia del pino o de los extractos delos tocones o de otras partes del árbol.

Consistencia: propiedad de un material para resistir cualquier cambio permanente de forma.

Contenido en humedad de equilibrio: nivel de humedad para el que el contenido en humedad de unadherente no varíe si se le somete a condiciones determinadas y constantes de humedad y temperatura.

Contenido sólido: porcentaje en masa de materia no volátil de un adhesivo, determinada bajo condi-ciones específicas.

Copolímero: polímero obtenido a partir de más de un tipo de monómero.

Cortadura: modo de solicitación que actúa en el plano de pegado de una unión.

Cuchilla: dispositivo rascador existente en algunos equipos de aplicación que permite regular la canti-dad de adhesivo sobre el rodillo encolador o sobre las superficies a recubrir.

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Deformación: cambio relativo de una dimensión de un cuerpo respecto a la dimensión inicial, provo-cada por la acción de una fuerza.

Delaminación: separación de las capas de un estratificado por rotura del adhesivo, bien sea en el inte-rior del adhesivo propiamente dicho o en la interfase con el objeto a pegar.

Densidad aparente: masa de un determinado volumen de material en polvo o granulado medida bajocondiciones de ensayo específicas.

Densidad: masa de la unidad de volumen.

Desgarro: modo de solicitación de una zona de pegado que une dos adherentes rígidos, que no es uni-forme sobre toda la superficie y que presenta un esfuerzo concentrado en un borde.

Deslizamiento: desplazamiento entre los objetos a pegar durante el proceso de pegado.

Deslizamiento en frío: deformación de una capa adhesiva (o de una película) a la temperatura ambien-te, sin esfuerzo externo.

Dextrina: almidón modificado preparado a partir de almidón mediante tratamiento térmico en estadoseco, con o sin adición de pequeñas proporciones de agentes químicos.

Dilatancia: aumento del volumen debido a la cortadura.

Diluyente: líquido cuya única función es reducir la concentración de materia seca y la viscosidad deun adhesivo.

Diluyente reactivo: 1íquido de baja viscosidad incorporado a un adhesivo de alta viscosidad y exentode disolventes, que reacciona químicamente con el adhesivo durante el fraguado.

Disolvente: líquido o mezcla de líquidos que se utilizan en la producción de adhesivos para disolver ódiluir el ligante sin producirle cambios químicos.

Distribuidor de presión: folio de material deformable ó resiliente que, una vez colocado entre el con-junto a pegar y el dispositivo de presión, o entre los conjuntos apilados, ayuda a proporcionar una apli-cación uniforme de la presión sobre la superficie a pegar.

Doble solapamiento: unión conseguida al colocar una parte de uno o de dos objetos a pegar sobre unaparte de otro o de otros dos objetos a pegar para unir solamente las partes superpuestas.

Ductilidad: tensión aplicada a una unión por cuyo motivo se observa una deformación permanente dela unión.

Duración de la fatiga: número de ciclos de esfuerzo necesarios para provocar la rotura de una unióncuando el pegado se somete a esfuerzos cíclicos repetidos, en condiciones especificadas.

Eflorescencia: velo blanco que puede aparecer en la superficie de un adhesivo.

Elasticidad: propiedad de un material que tiende a recuperar sus dimensiones originales al ser retira-do el esfuerzo.

Elastómero: material macromolecular que recupera rápidamente y aproximadamente sus dimensionesiniciales cuando cesa la aplicación de una fuerza débil que ha producido una deformación importante a latemperatura ambiente.

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Empalme: unir dos objetos adyacentes.

Emulsificante; agente de emulsión; dispersante: substancia tensoactiva que provoca y mantiene ladispersión de dos líquidos no miscibles totalmente, o de un sólido en un líquido, reduciendo la tensiónsuperficial entre las dos fases.

Encolador de cortina: máquina para la aplicación rápida de adhesivo líquido sobre un substrato en laque éste se hace pasar a través de una película continua descendente de adhesivo (cortina).

Ensamblado: conjunto de partes que han sido colocadas juntas para el pegado o que han sido pegadas.

Ensayo de aplicación: ensayo que permite evaluar el comportamiento de una unión en las condicionesde servicio.

Ensayo de envejecimiento acelerado: ensayo de corta duración, diseñado para simular los efectos delas condiciones de servicio a largo plazo.

Espesamiento por cortadura: aumento de la viscosidad aparente a medida que aumenta la velocidadde deformación, en condiciones de fluido estables.

Estabilizante: substancia utilizada en un adhesivo para contribuir al mantenimiento de las propiedadesdel adhesivo durante el almacenamiento y aplicación, así como el de las uniones bajo las condiciones deutilización.

Estañado: rigidez de los objetos a pegar flexibles que aparece una vez que estos han sido presionadoscontra la capa adhesiva.

Éster de almidón: almidón modificado en el cual los grupos hidroxilo del almidón han sido total ó par-cialmente esterificados.

Ésteres de celulosa: productos de la esterificación de ciertos grupos hidroxilo de la macromolécula decelulosa con ácidos orgánicos o inorgánicos.

Estratificado: producto obtenido al pegar entre si dos o más capas de un material o materiales.

Estratificado en cruz; estratificado cruzado: proceso según el cual algunas capas de material estánorientadas en ángulos respecto a las otras capas, según la dirección de las fibras o de una propiedad ani-sótropa.

Estratificado paralelo: estratificado en el que todas las capas de material están orientadas de formaaproximadamente paralela con respecto a la fibra o a alguna propiedad anisótropa.

Estratificar: proceso de preparación de un estratificado.

Estructura fibrosa; rotura fibrosa: propiedad de un adhesivo que forma estructuras fibrosas o formafilamentos o hilos cuando se separan las superficies a las que se ha transferido.

Estructura seca; rotura seca: cualidad de un adhesivo que no hace fibras, no forma pelusa, y no hacehilos ni filamentos durante su aplicación.

Éter de almidón: almidón modificado en el que los grupos hidroxilo del almidón han sido total o par-cialmente eterificados.

Éteres de celulosa: productos de la eterificacion de ciertos grupos hidroxilo de la macromolécula de

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celulosa.

Extensión de adhesivo; gramaje: cantidad de adhesivo ap1icada por unidad de superficie de un subs-trato.

Flexibilizante; plastificante interno: co-reactante que, cuando se incorpora a un polímero, le confie-re mayor flexibilidad y resiliencia.

Fluencia bajo carga: deformación elástica lenta de una capa adhesiva sometida a una carga, que seproduce después de la deformación elástica instantánea inicial o consecutivamente a una deformaciónrápida.

Fluidificación por cortadura: disminución de la viscosidad aparente a medida que aumenta la velo-cidad de deformación, en condiciones de fluido estables.

Fluido newtoniano; liquido ideal: líquido caracterizado por un valor constante de la relación entre elesfuerzo de cortadura dividido por la velocidad de deformación a cortadura, en condiciones simples defluido y con diferencias nulas en las fuerzas normales.

Fluido no-newtoniano; liquido no-ideal: líquido caracterizado por un valor no constante de la rela-ción entre el esfuerzo de cortadura y la velocidad de deformación a cortadura, en condiciones simples defluido y con diferencias entre las fuerzas normales.

Folio antiadherente; intercalado: folio tratado previamente para cubrir temporalmente la capa adhe-siva para facilitar la manipulación o el enrollado.

Fraguado: proceso en el curso del cual un adhesivo desarrolla su fuerza de cohesión y, por tanto, suspropiedades físicas y químicas.

Fuerza de pegado; fuerza de pegado rápido: fuerza necesaria para separar una capa de adhesivo deuna segunda superficie.

Gama de adhesión; vida de adhesión: periodo de tiempo durante el que una capa de adhesivo escapaz de formar una unión bajo condiciones especificadas.

Gama de pegado; tiempo de pegado; vida de pegado: periodo de tiempo durante el que una capa deadhesivo pega en seco después de su aplicación sobre un soporte específico, en condiciones dadas detemperatura y humedad.

Gel: sistema coloidal semi-sólido, compuesto por un sólido dispersado en un líquido.

Gelificación: proceso de formación de un gel.

Gelificado: formación de gel no deseada.

Goma: resina vegetal soluble en agua.

Inhibidor: substancia utilizada en pequeñas proporciones para detener una reacción química.

Laminar: pegar varias capas de material.

Ligante: componente de un adhesivo que es causante de la adhesión y de la cohesión.

Limpiado superficial: tratamiento de las superficies a pegar para retirar substancias que impidan la

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adhesión.

Línea de pegado; plano de pegado; línea de encolado: capa de adhesivo en una junta de unión.

Mezcla madre: parte de un adhesivo que empapa o envuelve la carga o las partículas y filamentosreforzantes.

Migración; sangrado: presencia de adhesivo en la superficie de un objeto a pegar poroso, por migra-ción del adhesivo a través del soporte desde el plano de pegado.

Modificador: ingrediente que, incorporado al adhesivo, cambia sus propiedades.

Módulo de cortadura: módulo de elasticidad a cortadura.

Módulo de Young: módulo de elasticidad a tracción.

Mojabilidad: capacidad de un líquido (adhesivo) para depositarse en una superficie sólida específica.

Monómero: compuesto químico, normalmente de baja masa molecular, que puede convertirse en unpolímero mediante combinación consigo mismo o con otro compuesto químico.

Ojo de pez: deformación circular globular, en una capa de adhesivo.

Panel sandwich: conjunto constituido por una hoja central de material ligero sobre cuyas superficiesse ha pegado un material en hojas.

Papel antiadherente: folio que sirve de protección y/o de soporte a una masa o a una película adhesi-va, que se desprende fácilmente de la masa o de la película justo antes de la aplicación.

Pegado: unión de dos objetos a pegar, por medio de un adhesivo.

Pegado (tack): aptitud de un material para constituir una unión inmediata al ponerlo en contacto conotra superficie, que puede ser un soporte u otra capa de adhesivo.

Pegado en seco; pegado agresivo: característica de ciertos adhesivos para adherirse sobre si mismoscuando están aparentemente secos.

Pegar: unir dos objetos por medio de un adhesivo.

Pelado: modo de solicitación de una zona de pegado que une dos objetos de los que uno (o los dos) es(son) flexible, y en la que el esfuerzo se concentra en una línea de separación.

Película adhesiva: adhesivo en forma de película, con o sin soporte. Capa adhesiva separada del subs-trato después de fraguar.

Película adhesiva con soporte: adhesivo suministrado en forma de hoja o película con un soporteincorporado, el cual permanece en la unión tanto durante la aplicación del adhesivo como durante el uso.

Película adhesiva sin soporte: adhesivo suministrado en forma de hoja, película o banda, sin llevarsoporte incorporado.

Periodo de conservación; periodo de almacenamiento: tiempo de almacenamiento, en condicionesdadas, durante el que se espera que un adhesivo conserve sus condiciones de aplicación.

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Picado: recubrimiento incompleto de un objeto a pegar flexible, una vez que se ha presionado contrala capa adhesiva.

Piel de naranja; transparencia: estado de un estratificado, o de otro tipo de construcción compuesta,que se manifiesta por la aparición en la superficie de irregularidades, defectos o aspectos de capas inter-nas y que son visibles.

Plasticidad: capacidad de un material para mantener su forma cuando se le somete a fuerzas limitadas,y a presentar una deformación permanente después de retirar el esfuerzo.

Plastificante; plastificante externo: substancia no reactiva incorporada al adhesivo para aumentar laflexibilidad y la resiliencia de la unión.

Poliacetal de vinilo: material termoplástico derivado del acetato de polivinilo en el que los gruposéster han sido substituidos por grupos hidroxilo y la mayoría de éstos se han convertido en grupos acetalmediante reacción con un aldehido.

Poliacrilatos: polímeros y copolímeros en los que por lo menos uno de los grupos constitutivos es underivado del ácido acrílico CH2=CH-COOH o de sus ésteres CH2=CH COOR.

Poliamida (PA): producto de la reacción polimérica de ácidos carboxílicos bifuncionales y aminasbi/poli funcionales que presentan repetido el grupo de enlace -NH-CO-.

Polibutiral de vinilo (PVB): polímero termoplástico obtenido a partir de alcohol polivinílico y buti-raldehído.

Poliéster: producto de la reacción polimérica de polioles y ácidos policarboxi1icos que presentan repe-tido el grupo de enlace -CO-O-.

Poliestireno (PS): material termoplástico obtenido por polimerización del estireno.

Polietileno (PE): polímero de etileno en el que el grupo más repetido en su cadena principal es -CH2-CH2-.

Polietileno clorosulfonado (CSM): material elastomérico preparado por cloración y clorosulfonaciónsimultánea de soluciones de polietileno con dióxido de azufre y cloro en forma gaseosa.

Poliformal de vinilo (PVFM): material termoplástico producido a partir de alcohol de polivinilo y for-maldehído.

Poliisobutileno (PIS): producto de la polimerización del isobutileno (2-etilpropeno) en el que el grupomás repetido en su cadena principal es -CH2-C (CH3) 2-.

Poliisocianato: producto que contiene dos o más grupos isocianato en su molécula.

Polímero: substancia constituida por moléculas caracterizadas por la múltiple repetición de especiesde átomos o de grupos de átomos (unidades constitutivas) ligadas entre sí unas a otras en cantidad sufi-ciente para manifestar un conjunto de propiedades que no varían sustancialmente por la eliminación deuna sola o de un pequeño número de las unidades constitutivas.

Polimetacrilatos: polímeros y copolímeros en los que al menos uno de los grupos constituyentes es underivado del ácido metacrílico CH2=C(CH3)-COOH o sus ésteres CH2=C(CH3)-COOR.

Poliolefina: material termoplástico producido por polimerización o copolimerización de olefinas (por

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ejemplo etileno, propileno).

Polipropileno (PP): polímero de propileno en el que el grupo más repetido en su cadena principal es -CH (CH3) -CH2-.

Polisulfuro: polímero que contiene uniones disulfuro -(-S-S-)- así como grupos poliéter repetidos, yque presenta grupos tiol o hidroxilo en los extremos.

Poliuretano: producto de reacción de un poliisocianato y un poliol en el que el grupo que se repite -NH-CO-O-, es de tipo uretano.

Postvulcanizado: tratamiento posterior de tiempo y/o temperatura a un adhesivo para obtener las pro-piedades requeridas mediante vulcanización.

Prensado por aire: aplicación de presión sobre un conjunto a pegar por medio de una membrana fle-xible o una bolsa inflada mediante aire comprimido.

Prensado por vacío: aplicación de presión sobre un conjunto a pegar por medio de una membrana fle-xible o de una bolsa haciendo el vacío en el interior.

Prensar: mantener bajo presión una capa adhesiva en una prensa durante el fraguado del adhesivo.

Preparación superficial mecánica: obtención de superficies aptas para el pegado o mejoramiento dela aptitud de pegado mediante la aplicación de métodos mecánicos.

Preparación superficial química: operación consistente en utilizar métodos químicos.

Pretratamiento; preparación de superficie: tratamiento químico y/o físico que se aplica a los adhe-rentes para poderlos pegar o para mejorar su capacidad de pegado.

Promotor de adhesión; agente de acoplamiento: substancia utilizada en pequeñas proporciones paraaumentar la adhesión a substratos específicos.

Proteína: producto natural en el que se repite el grupo -NH-CO-.

Proyección: comportamiento no deseado de los adhesivos, observable cuando se transfieren medianteun rodillo o un mecanismo rotatorio y que se manifiesta por la proyección de pequeñas gotas de adhesi-vo a partir del rodillo o del mecanismo rotativo, debido a la velocidad periférica.

Pseudoplasticidad: fluidificación por cortadura independiente del tiempo, sin punto de fluencia.

Punto de inflamación (flash point): temperatura mínima hasta la que debe calentarse un productocontenido en una copa especificada para que los vapores desprendidos se inflamen momentánearnente enpresencia de una llama, efectuado en condiciones normalizadas.

Reactivador térmico: dispositivo de calentamiento que permite instaurar o restaurar las propiedadesadhesivas de una capa de adhesivo mediante calor.

Resbalamiento: movimiento descendente de una capa adhesiva que ocurre entre el momento de apli-cación y el fraguado.

Resina: material sólido, semi-sólido ó liquido, normalmente orgánico, que presenta una masa molecu-lar indefinida y que, en estado sólido, manifiesta un intervalo de reblandecimiento o de fusión y que dauna rotura concoidal.

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Resina amínica: resina sintética termoendurecible derivada de la reacción de condensación entre losgrupos -NH- de aminas o amidas con aldehídos. “Urea-formaldehido (UF)” y “melamina-formaldehído(MF)” son las resinas amínicas de mayor importancia en el campo de los adhesivos.

Resina dammar: se obtiene a partir de las especies Shorea, Hopea y Balnocarpus.

Resina de comarona-indeno: tipo de resina termoplástica obtenida por polimerización catalizada conácido de fracciones de alquitrán mineral ricas en cumarona, indeno, sus homólogos y sus derivados.

Resina de furano : resina sintética termoendurecible obtenida por condensación de alcohol furfurílicoo por co-condensación de alcohol furfurílico o aldehido furfurílico con otros compuestos tales corno for-maldehído, fenol, urea y/o acetona.

Resina de hidrocarburo: tipo de resina termoplástica obtenida por polimerización de fracciones delcracking del petróleo ricas en hidrocarburos cíclicos no saturados.

Resina epoxi: resina sintética que contiene grupos epoxi.

Resina fenólica (PF) : resina sintética termoendurecible derivada de la reacción de condensación de unfenol con un aldehido.

Resina sintética: resina obtenida a partir de un monómero sintético.

Resina tall : compuesta esencialmente por ácido abiético y sus isómeros, obtenido a partir de pinos porel procedimiento de sulfato-celulosa.

Resina termoendurecible; termoduro: monómero, polímero ó copolímero que, una vez reticuladopor acción del calor, se transforma en un producto prácticamente infusible e insoluble.

Resina termoplástica; termoplástico: polímero ó copolímero que puede reblandecerse por calor yque endurece al enfriarse.

Resina terpénica: hidrocarburo terpénico termoplástico de color claro obtenido por polimerización decatálisis ácida de productos bicíclicos de monoterpeno-(-pineno (o eventualmente (-pineno) de la desti-lación de sulfato-celulosa-trementina.

Resina vinílica: polímero basado en compuestos de vinilo CH2 = CH-R, en los que el grupo más repe-tido en la cadena principal es -CH2-CH-R-.

Resistencia a la cortadura longitudinal; resistencia a la cortadura de una capa adhesiva: fuerza,por unidad de superficie, necesaria para provocar la rotura, cuando se aplica un esfuerzo en el sentidolongitudinal, paralelo al plano de la unión.

Resistencia a la cortadura: fuerza, por unidad de superficie, necesaria para producir la rotura de unconjunto pegado, cuando se aplica un esfuerzo de cortadura.

Resistencia a la fatiga: fuerza máxima aplicada de forma repetitiva, un número infinito de veces, a lacual resiste la unión.

Resistencia a la separación: fuerza necesaria para producir la rotura de un conjunto pegado cuando seaplica una fuerza de separación.

Resistencia a la tracción : fuerza, por unidad de superficie, necesaria para provocar la rotura de unconjunto pegado, cuando se aplica un esfuerzo globalmente uniforme perpendicularmente al plano de la

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unión.

Resistencia al agua (se desaconseja impermeabilización): unión que puede soportar un contacto pro-longado con agua, conservando una resistencia a la rotura adecuada así como las propiedades necesariaspara el uso a que ha sido destinada.

Resistencia al calor: resistencia a la rotura de una unión a alta temperatura, medida en condicionesespecificadas de tiempo, temperatura y carga.

Resistencia al impacto : fuerza necesaria para provocar la rotura de un conjunto pegado cuando se apli-ca un esfuerzo de cortadura a alta velocidad.

Resistencia al pelado; adhesión de pelado; fuerza de pelado : fuerza, por unidad de anchura, nece-saria para producir la rotura de un conjunto pegado, o para mantener una velocidad de rotura, cuando seaplica un esfuerzo de pelado.

Resistencia de la unión: fuerza necesaria para romper una unión, produciéndose la rotura en el planode pegado o en su proximidad.

Resistencia del gel: medida en unidades arbitrarias del módulo de rigidez de un gel obtenido y madu-rado en condiciones normales.

Resistencia en húmedo : resistencia de un pegado, determinada inmediatamente después de retiradodel seno de un líquido en el cual ha estado sumergido en condiciones especificadas.

Resistencia en seco: resistencia de un pegado después de secado en condiciones especificadas.

Resistencia inicial : resistencia de un pegado, determinada inmediatamente después de efectuarlo.

Resistencia mecánica a la manipulación: nivel de resistencia de un pegado cuando se retira de losdispositivos de fijación o prensado, sin experimentar desperfectos.

Retardante: substancia que usada en pequeña proporción reduce la velocidad de reacción de un siste-ma químico.

Reticulación: formación de puentes de unión químicos que proporcionan una malla molecular tridi-mensional.

Retrogradación: insolubilización progresiva e irreversible de una dispersión acuosa de almidón o desus derivados, con formación de un precipitado o de un gel, en función de la concentración.

Rodillo aplicador: rodillo que transfiere una cantidad controlada de adhesivo a una superficie.

Rodillo dosificador: mecanismo de rodillos existente en ciertos equipos de aplicación que regula lacantidad de adhesivo sobre el rodillo encolador.

Rodillo encolador: dispositivo que permite la aplicación de un adhesivo mediante un rodillo movidomecánicamente.

Rodillo tomador: rodillo de un aplicador a rodillos que gira en el baño o en el recipiente de adhesivo.

Rotura adhesiva: rotura del pegado en la que la separación parece coincidir con la interfase adhesi-vo/adherente.

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Rotura cohesiva: rotura del pegado que se sitúa en el interior de la capa adhesiva y no en la interfase.

Rotura de coalescencia : rotura que se sitúa en el interior de la unión debido a la falta de fusión de lasdos capas adhesivas.

Rotura del adherente : rotura de una unión ocurrida en el cuerpo del objeto a pegar.

Sellador: material adhesivo usado para llenar las zonas vacías entre superficies que pueden moversedurante su utilización constituido de tal forma que, una vez fraguado, presenta características elásticas.

Separación de fases: separación de un adhesivo multicomponente en dos ó más fases.

Silicato soluble: silicato obtenido por fusión de una sílice purificada con una sal alcalina.

Silicona (SI) : polímero cuyas moléculas consisten en cadenas principales de átomos de silicio alterna-dos con átomos de oxigeno y con grupos laterales que contienen carbono.

Sinéresis: exudación local de pequeñas cantidades de líquido por los geles en reposo.

Solapamiento : unión obtenida al colocar una parte de un objeto a pegar sobre parte de otro objeto apegar para unir las dos partes superpuestas.

Soporte : material flexible sobre el que se aplica un adhesivo.

Superficie de pegado; superficie de unión : porción de una superficie que ha sido preparada parapegarla a otra superficie preparada o la porción de superficie unida a una superficie limpia.

Sustrato : material sobre cuya superficie se extiende un adhesivo con el fin de conseguir una unión.

Tackificante; agente de pegajosidad: substancia destinada a aumentar la pegajosidad o el grado depegajosidad de una capa adhesiva.

Taponado; cubrimiento de poros : aplicación de un material (tapaporos, apresto) a la superficie deobjeto a pegar antes de aplicar el adhesivo, con el fin de disminuir el poder absorbente del objeto a pegar.

Tela de araña; plumas; emborrado: fenómeno que ocurre cuando se pulveriza un adhesivo y semanifiesta por la formación de hilos parecidos a una tela de araña. La tendencia de estos hilos a juntarsepara constituir una película continua sobre una superficie es muy baja o nula.

Temperatura de fraguado : temperatura especificada para el fraguado de un adhesivo.

Temperatura de gelificación : temperatura a la que el sistema ya no fluye bajo esfuerzos de cortaduray presenta una tendencia a rasgarse.

Temperatura de reblandecimiento: temperatura a la que un material polimérico no cristalino adquie-re un cierto grado de reblandecimiento, bajo condiciones especificadas.

Temperatura de transición vítrea: cambio reversible en un polímero amorfo, o en las partes amorfasde un polímero parcialmente cristalizado, de o hacia una condición viscosa o gomosa hacia o de un esta-do duro y relativamente frágil.

Templado: tratamiento térmico para reducir las concentraciones de carga.

Tensión: intensidad en un punto de un cuerpo de las fuerzas internas (o de algún componente de estas

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fuerzas) que actúan sobre un plano determinado que pasa por el punto.

Tensión superficial: trabajo reversible necesario para crear un área de superficie unitaria.

Tiempo abierto de ensamblado; tiempo abierto : intervalo de tiempo entre la aplicación del adhesi-vo sobre los adherentes y el juntado de las dos partes encoladas.

Tiempo abierto máximo: intervalo de tiempo máximo al final del cual la capa adhesiva aplicada pier-de la aptitud de pegar.

Tiempo abierto mínimo: intervalo de tiempo mínimo durante el que la capa adhesiva aplicada man-tiene la capacidad de pegar.

Tiempo de acondicionamiento: intervalo de tiempo entre el final de la aplicación de calor y/o presióna una zona de pegado y el momento en que se alcanzan las propiedades de pegado deseadas.

Tiempo de aplicación: periodo de tiempo requerido para extender un adhesivo sobre las superficiesespecificadas para el pegado.

Tiempo de ensamblado : intervalo de tiempo entre el momento de aplicación del adhesivo y el iniciodel tratamiento de calor y/o presión del proceso de fraguado en la zona de unión.

Tiempo de ensamblaje cerrado : intervalo de tiempo entre el ensamblado de la zona de pegado y elinicio del tratamiento de calor y/o presión para el fraguado de la zona de pegado.

Tiempo de fraguado: período de tiempo que necesita un adhesivo para fraguar en las condicionesespecificadas.

Tiempo de gelificación; tiempo de gel: tiempo que transcurre desde el momento en que el adhesivoestá listo para ser aplicado hasta que el adhesivo tiene suficiente consistencia para resistirse a fluir bajolas condiciones del ensayo.

Tiempo de prensado: tiempo durante el que se somete a presión una zona de pegado.

Tiempo de unión: tiempo durante el que se mantiene junta una zona de pegado.

Tipo de rotura: aspecto de las superficies de rotura producidas por la separación de una unión.

Tixotropía: disminución de la viscosidad aparente bajo un esfuerzo de cortadura, seguida de un retor-no progresivo a la viscosidad inicial una vez que se deja de aplicar el esfuerzo.

Tracción: modo de solicitación perpendicular al plano de una zona de pegado que une dos adherentesrígidos y que se reparte uniformemente sobre toda la superficie del plano de pegado.

Unión a tope: unión en la que el plano de pegado es un ángulo recto respecto al eje mayor de los obje-tos a pegar.

Unión biselada: unión obtenida cortando segmentos angulares idénticos, en un ángulo normalmenteinferior a 45º respecto al eje mayor, de dos objetos a pegar juntándolos por las dos áreas cortadas deforma que éstas se sitúen en un mismo plano.

Unión estructural: pegado capaz, en tanto que parte integral de una estructura, de presentar un nivelespecificado de resistencia cuando se somete a una combinación de esfuerzos durante un periodo especi-ficado.

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Unión húmeda; pegado húmedo: creación de una unión caracterizada por el hecho de que las capasadhesivas todavía contienen cantidades importantes de componentes volátiles antes de ser puestas encontacto.

Vida útil (pot life); vida de trabajo: periodo de tiempo durante el que un adhesivo multicomponentepuede ser usado una vez han sido mezclados sus ingredientes.

Viscoelasticidad: reacción de un material al esfuerzo, comportándose como si estuviera compuesto porun sólido elástico y por un fluido viscoso en el que la fluidez depende del tiempo, la temperatura, la cargay el gradiente de carga.

Viscosidad : aptitud de un material para resistir la deformación creciente a medida que aumenta la velo-cidad de deformación.

Viscosidad aparente: esfuerzo de cortadura dividida por la velocidad de deformación a cortadura,cuando esta relación depende de la velocidad de deformación a cortadura.

Viscosidad cinemática: viscosidad dinámica dividida por la masa volumétrica del material, medidasambas a la misma temperatura.

Viscosidad dinámica: esfuerzo de cortadura dividido por velocidad de deformación a cortadura encondiciones de fluidez estables.

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Adams, R.D., Wake, W.C.“Structural Adhesive Joints in Engineering”Elsevier Applied Science PublishersLondres y Nueva York 1986

ASM“Adhesive Bonding” . Aluminium and Aluminium Alloys, ASM Speciality HandbookASM International 1994

ASM“Adhesives and Sealants”ASM International Handbook Committee. Volume 3, Engineered Materials Handbook 1990

ASTM“Annual Book of ASTM Standars, General Products, Chemical Specialties, and End Use Products”Vol 15.06, AdhesivesAmerican Society for Testing and Materials 2000

Batson, R.E. y Tokarski, J.G.“The tecnology of threaded fasteners”Loctite Corporation 1974

Benson, N.K.“Influence of stress distribution on joint streght, Adhesion - Fundamentals and Practice”UK Ministry Technology, MacLarenLondres, 1969

Bikales.N.M.“Adhesion and Bonding”John Wiley & SonsNew York 1971

Brandrup, J. y Immergut, E.H.“Polymer Handbook” 3ª ed.John Wiley & Sons 1989

289


TEMA 11:BIBLIOGRAFÍA Y PUBLICACIONES RELACIONADAS

(Basado en la información facilitada por Francisco López Martín, ETSIN de Madrid; JuanCarlos Suárez Bermejo, ETSIN de Madrid; José Miguel Martín Martínez, Universidad de

Alicante y Mario Madrid Vega, Loctite España)

Cagle, Ch. V., Lee, H., Neville, K.“Handbook of Adhesive Bonding”Mc.Graw-HillNew York 1973

Christie, J.M.“Shipyard Applications of Adhesives”Proyecto fin de carreraDepartment of Naval Architecture and Ocean Engineering. Glasgow UniversityU. K. 1984-1985

Dean T., Behm and John Gannon“Epoxies”Ciba-Geigy Corporation

Fauner, G., Endlich, W.“Manuel des techniques de collage”Traducción: E. DegrandeEdición: SOPROGE, S.A. 1984

Flick, E.W.“Construction and Structural Adhesives and Sealants. An Industrial Guide”Noyes PublicationsNew Jersey 1988

Flick, E.W.“Adhesives, Sealants and Coatings for the Electronics Industry”Second EditionNoyes PublicationsNew Jersey 1992

Hartshorn, S.R.“Structural Adhesives, Chemistry and Technology”Plenum Press 1986

Herrera, D.“Adhesivos Tremofusibles”Iberceras 1994

Houwink, R. y Salomon, G.“Adherencia y Adhesivos”Urmo, Bilbao 1978

290

BIBLIOGRAFÍA

Keisler, C.“Etude de la resistance à l’impact d’assemblage collés. Influence des étates de surface”Thése de Docteur. Université de Bordeaux 1992

Kinloch, A.J.“Durability of Structural Adhesives”Elsevier Applied Science Publishers 1983

Kinloch, A.J.“Adhesion and Adhesives”Science and TechnologyChapman and HallLondres 1987

Landrock, A.H.“Adhesives Technology Handbook”Noyes PublicationsNew Yersey 1985

Lee, L.“Adhesive Bonding”Plenum PressNew York 1991

Lee, L.“Fundamentals of Adhesion”Plenum PressNew York 1991

Lees, W.A.“Adhesives and the Engineer”Mechanical Engineering PublicationsLondon 1984

Lees, W.A.“Adhesives in engineering desing”The Design CouncilLondon 1984

Liesa, F. y Bilurbina, L.“Adhesivos industriales”MarcomboBarcelona 1990

291


Loctite Worldwide Design Handbook2ª Edición EspañolLoctite Corporation 1995

López, F.“Combinación de unión adhesiva y soldadura por resistencia en vehículos militares.Comportamiento frente al impacto de proyectiles de armas ligeras”Tesis Doctoral. Escuela Politécnica Superior del EjércitoMadrid, Diciembre 1998

Madrid, M.“Tecnología de la Adhesión”Loctite EspañaMadrid 1997

Martin, D.M.“Bonded Shear Stiffeners for Steel Bridges”Ph.D. Thesis, University of DundeeU.K. 1985

Martín Martínez, J.M.“Adhesión de Polímeros y Elastómeros Mediante Adhesivos de Contacto”Universidad de Alicante 1994

Martín Martínez, J.M.“Adhesión y uniones adhesivas”CYTEDAlicante 1998

Martín Martínez, J.M., Orgilés Barceló, A.C.“Adhesión y adhesivos de contacto”Editorial INESCOP y Universidad de Alicante 1991

Martín Martínez, J.M., Orgilés Barceló, A.C.“Adhesión. Tecnología y Fundamentos”Editorial INESCOP y Universidad de Alicante 1992

Military Handbook (MIL-HDBK-691 B)“Adhesive Bonding”12 Marzo 1987

Monteiro, D.F. “Anílise do comportamento a fractura de juntas de aço efectuadas com adesivos estruturais”Tese de Mestrado. Facultade de Engenharia da Universidade do Porto 1995

292

BIBLIOGRAFÍA

Pocius, A.V.“Adhesion and Adhesives Technology”HANSER 1997

Revista científica“Journal of Adhesion”Desde 1969

Revista científica“Journal of Adhesion”Science and TechnologyDesde 1987

Revista científica“International Journal of Adhesion and Adhesives”Desde 1980

Revista científica“Journal of the Adhesion Society of Japan”Desde 1965

Revista técnica“Adhäsion”Desde 1957

Revista técnica“Adhesives Age”Desde 1958

Revista técnica“European Adhesives and Sealants”Desde 1996

Revista técnica“Soldadura y Tecnologías de Unión”

Revista técnica“Welding in the world”

Schneberger, G.L.“Adhesives in manufacturing”Ed. Marcel Dekker, Inc.New York, 1983

293


Shields, J.“Adhesives Handbook”Newnes - ButterworthLondres 1976

Skeist, I.“Handbook of Adhesives”3ª Edición. Van NostrandNew York 1990

Suárez, J.C., López, F.“Uniones Adhesivas Estructurales”CYTEDAlicante 2000

Thrall, E.W., Shannon, R.W.“Adhesive Bonding of Aluminium Alloys”Marcel Dekker, Inc. 1985

Wake, W.C.“Adhesión and the Formulation of Adhesives”Applied Sic. PublNew York 1982

Wegman, R.F.“Surface preparation techniques for adhesives bonding”Noyes PublicationsNew Jersey 1989

Zbigniew D. Jastrzebski“The Nature and Properties of Engineering Materials”John WileyNew York 1987

294

BIBLIOGRAFÍA

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