image.musclemustangfastfords.com Adhesivos Estructurales

WWW.METALACTUAL.COMWWW.METALACTUAL.COM

INSU

MO

S60

Adhesivos Estructurales: Alternativa Potente y Eficaz para la Unión de MetalesPaola Andrea Ruiz RojasPeriodista Metal Actual

Resisten esfuerzos de corte mayor a 1.000 psi en metales.

Los sistemas de unión y sellado para metal, diferentes de las fijaciones convencionales como tornillos, tuercas, remaches y soldaduras, han ido ganando terreno en industrias como la metalmecánica y permiten la construcción de estructuras y montajes más resistentes y livianos.

Como adhesivo, se definen todas aquellas sustancias quí-micas que pueden ser aplicadas entre las superficies de dos materiales, para lograr así, la unión resistente de los mismos e imposibilitar su separación.

Aunque los desarrollos más importantes en este campo se han venido generando desde finales del siglo XIX, los conocedores del tema afirman que la historia de los ad-hesivos es tan antigua como la de la humanidad misma y que desde siempre se han utilizado elementos naturales como sustancias adhesivas.

El surgimiento de las industrias fabricantes de adhesi-vos se dio hacia la primera mitad del siglo XX, con la aparición de materiales como los epoxis, las resinas

Foto: image.musclemustangfastfords.com

61


INSUMOS

anaeróbicas y los cianoacrilatos, sus-tancias químicas que revolucionaron el tema del sellado de superficie.

La evolución de los adhesivos ha sido tal, que hoy en día existen sis-temas de unión de materiales -que compiten directamente con solucio-nes convencionales de fijación y se-llado-, y que son utilizados en áreas tan complejas como la aeronáutica, aeroespacial, marina, metalmecáni-ca y electrónica entre muchas otras. En un futuro no muy lejano, estos materiales para la adhesión ganarán terreno frente a las fijaciones de tipo mecánico y podrán incluso reempla-zarlas en muchas aplicaciones.

capaces de soportar grandes cargas tanto dinámicas como estáticas; po-seen una resistencia al esfuerzo de corte mayor a 1.000 psi, lo que per-mite un excelente desempeño de la unión.

Ofrecen además, muy buena resis-tencia a la fuerzas de corte y fatiga, así como a la exposición ambiental, altas temperaturas, corrosión y ata-que químico.

Son soluciones más livianas que otras uniones como por ejemplo las mecá-nicas –tornillos, remaches, tuercas entre otras–, lo que contribuye a

eliminar las concentraciones de ten-sión que generan daños en las pie-zas. Generalmente, se utilizan para pegar superficies pequeñas, piezas rígidas, plásticos, metales, elastó-meros (polímeros que cuentan con la particularidad de ser elásticos pu-diendo incluso, recuperar su forma luego de ser deformado) y otros ma-teriales en los que se requiere que el adhesivo sea parte de la estructura de los sustratos a pegar, mantenga su rigidez y soporte las cargas.

Según Alejandro Gómez, Coordi-nador de Mercadeo, División Cin-tas y Adhesivos Industriales de 3M

Composición de los AdhesivosLa composición de los adhesivos, varía se-gún su uso y referencia, sin embargo existen elementos que se hacen presentes en la gran mayoría de las soluciones adhesivas.Polímero: es el elemento encargado de for-mar la masa del adhesivo y contribuir a su resistencia.Solvente: posibilita que el adhesivo tenga un estado líquido.Cargas: se agregan para mejorar las condi-ciones de fluidez y resistencia al despegue.Adhesivadores: son las sustancias que con-tribuyen al pegado.Plastificantes: imparte flexibilidad al adhesivoAditivos Varios: entre aditivos más común-mente utilizados se encuentran los retardado-res de inflamación, estabilizadores de luz, co-lorantes y agentes de control de viscosidad.Los anteriores componentes sumados a otras sustancias y al estudio de la naturaleza y propiedades del adhesivo y del adherente o sustrato, ha permitido el desarrollo de una amplia gama de soluciones adhesivas, des-de aquellos creados para el uso doméstico, como los fabricados para el sector industrial.

Clasificación General de los Adhesivos

Estabilidad al Calor

Composición Química Método de Curado Requerimientos de

Uso

Termoplásticos :son aquellos que se ablan-dan y fluyen cuando son calentados y se solidifican al enfriarse.Termoendurecibles: que no se ablandan con el calor y por el contrario corren el ries-go de carbonizarse al someterse a elevadas temperaturas.

De tipo o fuente animal: creados con proteínas animales.De tipo o fuente vegetal: hechos a base de almi-donesSintéticos: basa-dos en materiales producidos por la industria química.

Curados mediante solidifi-cación.Curados por evaporación de solvente.Curados por reacción química (dentro de esta clasificación existen los de tipo anaeróbico, los de exposición a luz ultravioleta, los de reacción anionica, curado húmedo y sistemas de activación).

Adhesivos selladores: que se aplican para evitar el paso de fluidos a través de las juntas.Los adhesivos de sostén creados para soportar el peso del adherente o material a pegar.Los adhesivos estructura-les desarrollados para el soporte de cargas mayores que el peso del adherente.

Estructurales, Pegando con Fuerza IndustrialEspecíficamente para unir metales se emplean los adhesivos estructu-rales. El término “Adhesivo estructu-ral”, se refiere a aquellos adhesivos

La utilización de adhesivos estructurales en estructuras metálicas, posibilita el mejoramiento de los diseños, ya que los pegues o juntas no requieren elementos de fijación mecánica que a veces son difíciles de esconder.

Foto: cfnewsads.thomasnet.com

Foto

: act

itu

ds.

file

s.w

ord

pre

ss.c

om

/

62


INSUMOS

Colombia, este tipo de adhesivos se constituye como una de las mejores opciones para el pegado de metales por cuanto une materiales disímiles, distribuye uniformemente las car-gas, evita puntos de stress, amorti-gua la vibración y no daña los sustra-tos que adhiere.

Clasificaciones y UsosLos primeros adhesivos de este tipo, aparecieron hacia la década de los 50 y fueron creados con base en resi-nas termoestables fenólicas y epoxis a los que se les adicionaba un elas-tómero o caucho sintético para pro-porcionarles flexibilidad.

Los adhesivos pueden ser mono-componentes o bicomponentes, los primeros curan por efecto de la hu-medad, mientras que los segundos curan por la mezcla entre una base y un catalizador. Dentro de los adhe-sivos estructurales más comúnmente utilizados se hallan los epóxicos, los uretanos y los acrílicos.

Sin embargo y como lo afirma Gó-mez, antes de elegir entre cualquie-ra de los adhesivos estructurales comúnmente comercializados –ure-tanos, acrílicos o resinas epoxi–, se debe precisar aspectos tan relevan-tes como para qué se necesitan, el tipo de entorno o condiciones am-bientales (temperatura y humedad) al momento de la aplicación y las condiciones y esfuerzo a las que es-tará sometida la unión durante su vida útil, es decir, se debe conocer a fondo los requerimientos y nece-sidades del cliente, para ofrecer el producto adecuado.

Los adhesivos estructurales cuentan con algunas propiedades adhesivas importantes como: la fuerza de ad-hesión –dada por la unión entre el adhesivo y el sustrato–, la cohesión o fuerza interna del adhesivo, y la flexibilidad que le permite adaptar-se a movimientos como el impacto o dilatación térmica.

De acuerdo a la utilización y requerimientos industriales, los adhesivos pueden representar una excelente solución para la fijación de metales con metales, o con diferentes sustratos.

Foto

:/w

ww

.esa

cad

emic

.co

m

Adhesivos estructurales valoración comparativaVentajas Desventajas

Epóxicos

Son los productos más antiguos y utilizados en el mercadoPresenta la mayor fuerza y resistencia a las temperaturas elevadasLa mejor combinación para unir metales, plásticos y gomasPara productos Rígidos, para productos flexiblesPara productos ReforzadosAlta adhesión finalDurabilidadContracción del 2 %Presentación en diferentes colores

Exige preparación de superficiesLos ciclos de curado dependen de los componentes del adhesivo.

Uretanos Buena flexibilidad y resistencia al impactoAdecuados para unir goma, plásticos y madera

No se recomienda su uso en metales desnudos ni cristales.Menor adhesión final que los epoxis

Acrílicos

Muy buena resistencia a la temperatura en metales y plásticosAlta resistencia al esfuerzo de corte y pelado en metales y plásticosUne rápidamente la mayoría de metalesResistencia al impacto y durabilidadPueden unir sobre superficies levemente aceitosasFácil aplicaciónExcelente adhesión finalCurado RápidoUne un amplio rango de sustratos, desde acero inoxidable, gomas, plástico, hasta madera y cerámicas

Preparación de superficiesContracción del 7%


Máximo DesempeñoSin duda alguna, una de las preguntas más frecuentes que deben resolver quienes brindan asesoría en el tema de adhesivos, es precisamente, cómo lograr el máximo desempeño de estos elementos de unión. El adecuado desempeño de un adhesivo depende de varios factores:

• Selección: Escoger acertadamente el adhesivo, determi-na el éxito de las uniones. Existen criterios de selección que se debe tener en cuenta, como el tipo de sustrato que se va a unir, el tipo de anclaje que se necesita, y los requerimientos del industrial.

Es importante conocer además que cada adhesivo cuen-ta con características específicas (conjunto de interaccio-nes físicas y químicas que tienen lugar en la interfase adhesivo/adherente) que determinan la perdurabilidad de las uniones. Al conocer las propiedades mecánicas del adhesivo se puede evaluar y, por lo tanto, predecir el comportamiento mecánico de una unión adhesiva. De igual forma, es importante que previamente a la selec-ción, se establezca la naturaleza y la magnitud de los es-fuerzos que se esperan durante la vida útil de la unión, pues estos datos influyen directamente en la decisión del tipo de adhesivo que se debe emplear.

Adhesivos Estructurales Vs Fijadores Mecánicos

Adhesivos Estructurales Fijadores Mecánicos

Unen materiales disímilesDistribución uniforme de cargas (elimina puntos de stress que existen en tornillos, remaches y soldadura)No daña a los sustratos (rellena, protege, aísla y evita daños térmicos)Permite una unión delgada en metalesUne y sella simultáneamenteAmortigua la vibración y aísla el sonidoReduce la corrosión galvánicaMejora la apariencia y permite diseños únicosNo es necesario perforar la superficieReduce ruido y otros riesgos a empleados (Aplicación de soldadura)

Pruebas visuales de los accesorios.Percepción de fuerza y durabilidad con sujetadores mecánicos.Manejo inmediato.Inalteración de desempeño sobre un amplio rango de temperaturas y humedad.Materiales económicos (tornillos/remaches/clavos).Mínima preparación de superficie.Bajo desorden / limpieza.

Todos los fabricantes de adhesivos suministran los datos técnicos de sus productos con valores de ensayos norma-lizados, estos datos son de gran ayuda a la hora de se-leccionar un adhesivo y predecir su comportamiento; sin embargo hay que tener en cuenta que sólo son compara-bles entre sí, los resultados obtenidos mediante un mismo tipo de ensayo. Por lo tanto los expertos recomiendan,

64


INSUMOS

que antes de la utilización de cual-quier tipo de adhesivo, se realicen pruebas propias, con el fin de esta-blecer si el adhesivo seleccionado funciona adecuadamente.

• Diseño de las uniones: La cons-trucción inadecuada de uniones o juntas influye directamente en el anclaje del adhesivo en el sustra-to, por ello los industriales deben, si es posible, trabajar de la mano de diseñadores para crear las jun-tas o pegues adecuados que posi-biliten el uso de adhesivos. En este proceso se debe tener en cuenta propiedades como, las tolerancias de montaje (holguras), los tiempos de manipulación requeridos y los límites aceptables para cualquiera de tales pruebas.

Existen además, otras consideracio-nes que se deben tener en cuenta para el diseño adecuado de juntas como por ejemplo, utilizar siempre la mayor área posible, respetando las limitaciones de costo de la aplica-ción, alinear correctamente las unio-nes de modo que las tensiones pue-dan ser absorbidas en la dirección de mayor resistencia de la unión, maximizar esfuerzos de cortadura

y minimizar esfuerzos de rotura y de desgarramiento, así como evitar partes con curvaturas complejas.

• Preparación de superficies: Las su-perficies en las que se vaya a apli-car el adhesivo, deben tener una preparación previa con la que se lo-gre la limpieza total de materiales como aceites de protección y pro-cesamiento, capas de óxido, hue-llas dactilares, polvo y humedad, ya que estos factores impiden la adhe-sión del material a los sustratos. El

grado de limpieza debe responder a los requerimientos del adhesivo, mientras mejor sea la preparación de la superficie, mayor será la mo-jabilidad del adhesivo.

Algunos metales que presentan grandes niveles de suciedad, oxido o grasa, deben someterse a tratamien-tos adicionales a la limpieza como li-jado, chorro de arena, tratamientos químicos, eléctricos, de flameado, entre otros, según sea la necesidad de preparación de la superficie.

Este tipo de aplicadores de pistola, ayudan a optimizar el producto y mejorar el método de aplicación.

Foto

: 3M

Soluciones de diseño para ensambles adheridos Correcto Incorrecto Correcto Incorrecto

Cuadro orientativo con soluciones de diseño a los problemas de ensamblaje que pueden darse en cada caso práctico.


Sin embargo, algunas industrias han desarrollado tecno-logías de adhesivos para metales que requieren menor preparación superficial, inclusive con buen desempeño en metales grasosos.

• Tiempos de trabajo: Para que se pueda generar uniones estructurales firmes y potentes, se deben respetar las cuatro fases o etapas del proceso de adhesión. El incum-plimiento de los tiempos de trabajo modifica la capaci-dad de adhesión.

- Worklife (Tiempo o Vida Laboral): Es el tiempo du-rante el cual las piezas pueden ser reposicionadas, luego de ser aplicado el adhesivo. Durante esta fase el adhesivo no posee resistencia, es aún líquido, por lo que reposicionar las piezas no implica romper la unión.

- Clamp/Fixturing Time (Tiempo de Fijación): Lapso du-rante el cual las piezas deben mantenerse unidas por algún elemento (pieza mecánica, propio peso, entre otros) antes de tener la fuerza suficiente para man-tenerse unidas por la unión adhesiva. Este tiempo varía según cada aplicación particular. Durante esta etapa, el adhesivo pasa de un estado líquido a gel y eventualmente a un plástico termoestable. Si en esta etapa se intenta reposicionar, la unión adhesiva pue-de romperse, y sus partes no podrán volver a unirse.

- Handling Strength (Manejo de Fuerza): Es el tiempo que transcurre entre el momento en el que las pie-zas unidas ya no requieren soporte y el curado final. Generalmente el cliente no reconoce la diferencia entre handling strenght y curado final, por lo que es importante tener en cuenta que el curado total se da cuando la adhesión se ha generado en su totalidad,

Los adhesivos cuentan con tres propiedades adhesivas importantes la fuerza o resistencia; la cohesión, es decir, la fuerza interna del adhesivo y la flexibilidad o la habilidad de movimientos.

Foto

: Co

rtes

ía 3

M

66


INSUMOS

mientras que en la fase han-dling strengt aún el adhesivo no ha adquirido la resistencia final.

- Full Cure (Curado Total): Es la cuarta y última fase. En esta etapa se logra la resistencia fi-nal del adhesivo. Los tiempos de curado final varían según el producto. Se puede acelerar este tiempo mediante calor (se acelera la reacción química).

Mercado AplicacionesAparatos Eléctricos Ensamblado y pegado de cojinetes, tubos deretorno, válvulas, paletas de

ventilador, forros y manijas en refrigeradores, lavadoras, secadores yaire acondicionado.

Construcción Marcos de metal de ventanas y paneles.Electrónica Bocinas, relays, controles, bobinas sincrotron, gabinetes, estator de moto-

res, pegado de imanes y forros.Accesorios Grifos, regadores de césped, pipas y rociadores para grifos.

Marina Cubiertas de aluminio, travesaños, gabinetes y pegado de fibra de vidrio.Oficina Divisores y muebles de metal.

Deportes Palos de golf, miras telescópicas para rifles, cascos y raquetas de tenis.Transporte Ensamblado de tanque de combustible, luces delanteras, forros de frenos,

copas de llantas, remolques, mantenimiento.Utensilios Cuchillos y tenedores hechos de metal y madera.Letreros Unión de metal y plásticos. Avisos y señales de tránsito

Fuente: 3M Colombia

AplicacionesDebido a su comportamiento y a su funcionalidad, los adhesivos estruc-turales son utilizados para unir pie-zas de plástico, metales ferrosos y no ferrosos, metales nobles y elastóme-ros, entre otros. En la actualidad, son ampliamente usados en industrias como la automotriz, la metalmecá-nica, la aeronáutica, la aeroespacial, la electrónica, la energía renovable,

la construcción, materiales médicos y odontológicos, ingeniería naval, transporte, entre otros.

Prestaciones y PeriféricosLas presentaciones de los adhesivos varían de acuerdo a las industrias que los fabrican, sin embargo se pueden encontrar cartuchos desde 50 milímetros, hasta tambores de diversos tamaños de acuerdo a los requerimientos del sector industrial.

Para su aplicación no se requiere de periféricos especiales, de hecho, algu-nas de las presentaciones están pen-sadas para que su aplicación se haga directamente del cartucho con me-diante la utilización de boquillas mez-cladoras que aseguran la proporción exacta de la mezcla, otros adhesivos se usan con la ayuda de pistolas ma-nuales o neumáticas de fácil manejo.

Para industrias con grandes líneas de producción se puede adaptar una es-tación donde se aplique el adhesivo mediante máquinas diseñadas para tal fin y de acuerdo a las necesidades empresariales. Este tipo de montaje más especializado es asesorado por los expertos en el tema.

Los últimos desarrollos en el tema de adhesivos estructurales, sumado a las ventajas que ofrecen y a los precios que manejan, han permiti-do que este sector industrial, se po-sicione como uno de los preferidos en cuanto a sistemas de fijación en la industria nacional, de hecho, las cifras demuestran que año a año, el crecimiento en ventas de adhesivos, aumenta considerablemente.

Fuentes

• Alejandro Gómez Gutiérrez. Coordinador de Mercadeo, División de Cintas y Adhesivos In-dustriales, 3M Colombia. [email protected]

• Los nuevos materiales en la construcción, Antonio Miravete. Editorial Reverté S.A. 3ra Reimpresión, enero de 2002. Impreso en España.

• Seminario sobre adhesivos. Mario Madrid Vega. Departamento Técnico LOCTITE

• www.3M.com.co - www.gestandoideas.com.ar

Para muchos desarrollos médicos se utilizan adhesivos de alto impacto, ya que ofrecen gran capacidad de adherencia y posibilita diseños estéticos y funcionales.

Foto

: /w

ww

.bas

qu

eres

earc

h.c

om


Documents

image.musclemustangfastfords.com Adhesivos Estructurales