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Huntsman Advanced Materials: Adhesivos estructurales Araldite

Fundamentos en la preparación de uniones con adhesivos

Roland Searle. Departamento técnico. Huntsman Advanced Materials.01/05/2005
En los últimos años se han desarrollado nuevas técnicas de adhesión estructural que ofrecen a los ingenieros de diseño nuevas posibilidades, imposibles de obtener antiguamente con los métodos de unión convencionales de remachado, atornillado y soldadura.
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Estos avances significan que se puede pegar casi cualquier combinación de substratos entre si, incluso aquellos que difieren en composición, resistencia o espesor.

Pero con tantas formulaciones de adhesivos disponibles, lo más importante es la planificación. Los ingenieros de diseño necesitan evaluar, con cuidado, con qué solución y con qué serie de pasos de fabricación se obtendrán los beneficios más significativos para hacer los proyectos realidad en diferentes sectores industriales.

Se necesitan considerar numerosos factores cuando se planifica una junta pegada. Estos factores incluyen:

  • La naturaleza del material que se necesita pegar
  • El diseño de la junta
  • El tipo de adhesivo elegido y su capacidad para satisfacer los requisitos de curado y del proceso de producción
  • El tratamiento preliminar de las superficies que se tienen que unir
  • Las características requeridas del adhesivo después de su curado total para satisfacer los requisitos funcionales del producto.

Todo lo anterior es crítico para obtener una junta duradera, pero elegir el pretratamiento correcto es algo que se puede fácilmente pasar por alto en el proceso de diseño. Los procesos de pretratamiento pueden variar desde la simple eliminación del polvo de la superficie del material hasta una secuencia cuidadosamente planificada de tratamientos químicos. Entonces, ¿por qué debe el ingeniero de diseño usar una técnica de pretratamiento y cómo se elige técnica apropiada?

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En general, el propósito de emplear un pretratamiento es:
  • Eliminar cualquier capa débil pegada a la superficie del substrato que podría ser perjudicial para la resistencia de la junta – se pueden incluir aquí las capas de óxido metálico halladas en el aluminio y los plastificantes que hayan migrado a la superficie de los polímeros.
  • Generar una superficie rugosa que permita un cierto grado de interbloqueo mecánico y que cree una mayor área de superficie efectiva para el pegado.
  • Optimizar el contacto molecular que se obtiene entre el adhesivo y el substrato durante el proceso de pegado. Muchos materiales de baja energía superficial como el polipropileno requieren una modificación química que aumente su energía superficial y permita la reacción química.
  • Proteger la superficie del substrato antes de pegarlo. Esto es especialmente importante para los metales que tienen alta energía superficial después del pretratamiento y que se hacen más susceptibles a la contaminación atmosférica.

Vamos a considerar aquí los tres tipos clave de técnicas de tratamiento preliminar que se pueden usar y que dependen de la naturaleza de los substratos implicados:

Desengrasado

El desengrasado o la eliminación de los residuos de grasa y aceite se puede hacer con limpiadores en base acuosa. Estos productos son especialmente buenos en los metales, excepto en el aluminio donde se debe tener cuidado de no usar limpiadores en base de hidróxido de sodio. Independientemente del agente de limpieza empleado, los substratos se deben secar a conciencia si se usa un desengrasante acuoso. Alternativamente, se pueden usar desengrasantes a base de disolvente. Estos incluyen el alcohol isopropilico y las cetonas tales como la acetona y la metil-etil-cetona. Nota: Es importante recordar que el alcohol isopropilico se usa principalmente para desengrasar plásticos, pero que ciertos disolventes, como las cetonas, atacan algunos plásticos.

Modificación de la superficie

  1. Física. La rugosidad de los metales y plásticos hecha con tela de esmeril o papel abrasivo, a base de alúmina o de carburo de silicio, mejoran el rendimiento del componente final pegado. Se consigue un acabado más consistente con chorro de arena seca. Generalmente, se utilizan limaduras de óxido de aluminio con un tamaño de partícula de 50 – 200um
  2. No física. Se han desarrollado varios procesos que pueden incrementar la energía superficial de un substrato con un proceso químico oxidante. Los tres tipos principales son pretratamiento de plasma, de corona y de llama, y todos son útiles para los substratos plásticos.

Incrementar la energía de superficie de los plásticos con llama de gas oxidante es relativamente simple, rápido y económico, con la ventaja adicional de ser un método adecuado para componentes con formas complicadas.

El tratamiento preliminar de corona es el uso de una descarga de plasma a presión ambiental para obtener la oxidación de la superficie. Igual que con el pretratamiento a la llama, se utiliza generalmente para los plásticos, pero sólo puede usarse con componentes de plástico planos.

La oxidación de las superficies de plástico con plasma a baja presión es más versátil que la técnica de corona. Sin embargo, se necesita una inversión mayor de capital inicial para comprar el equipo necesario.

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Química

El desengrasado por sí solo o el desengrasado seguido por la abrasión y la eliminación de las partículas sueltas es suficiente para la mayoría de los trabajos de pegado con adhesivo. Pero para obtener la máxima resistencia, calidad y durabilidad a largo plazo puede que se necesite, con algunos materiales, aplicar un pretratamiento químico o electrolítico.

Las superficies de metal raramente son de metal puro. Pueden ser una combinación de óxidos, sulfuros, cloruros y otros contaminantes atmosféricos, que pueden debilitar mecánicamente la superficie. El piquelado ácido es un método bien establecido para eliminar la débil capa contaminada de óxido, para formar una capa de óxido que sea mecánica y químicamente compatible con el adhesivo. Se aplican tratamientos de ácido diferentes a diferentes metales. Por ejemplo, el ácido crómico con el aluminio, el ácido sulfúrico con el acero inoxidable y el ácido nítrico con el cobre.

El tratamiento preliminar con ácido también se puede usar con ciertos plásticos, como el ácido crómico con la poliolefina, pero además la superficie se tiene que lavar y/o neutralizar.

La anodización se ha usado extensivamente en la industria aeroespacial como pretratamiento de superficie de las aleaciones de aluminio y titanio. La anodización con ácido fosfórico es un tratamiento de superficie particularmente efectivo para obtener durabilidad a largo plazo. El objetivo de esté método es depositar una capa de óxido poroso sobre la nueva capa de óxido formada después de aplicar el decapante. Esto permite al adhesivo penetrar los poros inmediatamente para formar una adhesión fuerte.

La aplicación de una imprimación es otra forma de tratamiento de superficie usada principalmente con los metales y la cerámica. Generalmente, la imprimación es la etapa final de un proceso de pretratamiento de muchas etapas para las superficies de un substrato (p.ej., cobre) que son difíciles de pegar.

Después de evaluar todas las opciones de tratamiento preliminar disponibles, los ingenieros de diseño deben consultar con los fabricantes de adhesivos sobre el mejor método de aplicación para cada material.

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