¿Qué son los adhesivos estructurales?
La mayoría de las estructuras se componen de muchas partes o componentes individuales que deben conectarse para crear un sistema.
Por lo tanto, la unión adhesiva estructural representa una de las tecnologías más habilitantes para fabricar varias configuraciones estructurales complejas para aplicaciones de carga.
Los adhesivos estructurales pueden esparcir o transferir cargas sobre el área adherida. Por lo tanto, la distribución uniforme de la tensión es mejor que las soldaduras por puntos y los sujetadores mecánicos.
Los adhesivos ofrecen costos de material más bajos por aplicación que los sujetadores mecánicos. Además, el costo de mano de obra es menor en comparación con la soldadura y los sujetadores roscados.
Una de las ventajas significativas es unir materiales disímiles y materiales con diferentes espesores. Por lo tanto, puede usarlos para unir metal con plástico o diferentes grados de metal.
Tipos de adhesivos estructurales
Los adhesivos estructurales se pueden obtener en tres químicas principales: epoxis, uretanos y acrílicos. Cada tipo tiene sus ventajas e inconvenientes, que vamos a explicar.
PropiedadEpóxicosAcrílicoUretanos Cizallamiento de superposición – metal Bueno Regular a bueno Regular a bueno Cizallamiento de superposición – plásticos Regular Bueno Bueno Cizallamiento – materiales aceitosos Pobre Bueno Pobre Resistencia al pelado Bueno Pobre Pobre Resistencia al impacto y tenacidad Pobre a bueno Pobre a regular Pobre Flexibilidad Pobre a bueno Pobre Pobre Resistencia a la temperatura Bueno Regular Pobre a regular Resistencia a solventes Bueno Pobre Pobre a regular
Adhesivos Epoxi
Los adhesivos epoxi brindan la mayor resistencia al corte en varios metales, compuestos, termoplásticos, vidrio y sustratos naturales como la madera. Hoy en día, puede encontrar adhesivos epoxi de un componente y de dos componentes.
Los adhesivos epoxi de un solo componente tienen la mayor resistencia a la tracción, a menudo 5100-6000 PSI. Proporcionan una excelente resistencia a los productos químicos y las temperaturas, que pueden resistir hasta 400 °F.
Sin embargo, la alta resistencia térmica puede dificultar la separación. Para ablandar las piezas, deberá calentarlas a más de 480 °F.
Los adhesivos epoxi de dos componentes proporcionan una resistencia a la tracción de 2900-4400 psi. Sin embargo, se adhieren bien a muchos más sustratos y curan a temperatura ambiente. Es por eso que funcionan muy bien en materiales compuestos y plástico.
Como regla general, los epoxis igualan la adherencia a los metales. Por el contrario, los acrílicos proporcionan una mejor adherencia a los plásticos.
Adhesivos Acrílicos
Los adhesivos estructurales de metacrilato de metilo y acrílico también tienen una resistencia a la tracción muy alta, aproximadamente 4000 psi. Además, se adhieren bien a metales y plásticos. Generalmente, los acrílicos tienen una alta resistencia al impacto con buena resistencia al corte, resistencia al pelado y resistencia a la fatiga.
Para despegar, el adhesivo acrílico curado debe calentarse a más de 390 °F. Sin embargo, la ventaja más significativa es que pueden adherirse con éxito a metales y compuestos con poca o ninguna preparación de la superficie.
Adhesivos de uretano
Los uretanos son conocidos por su alta resistencia al corte y al pelado. Sin embargo, su beneficio más significativo es la flexibilidad. A menudo se utilizan en las industrias marina y automotriz debido a sus excelentes propiedades de adhesión para el moldeo de láminas compuestas y su flexibilidad.
Los poliuretanos brindan una buena adherencia a la madera, el plástico y los metales imprimados o pintados. Sin embargo, para unir metales, deberá usar imprimaciones. No obstante, proporcionan un tiempo de fraguado más rápido y la mejor unión para composites.
Diseño de juntas para adhesivos estructurales
Además de una serie de factores diferentes que afectan el uso de adhesivos estructurales, las juntas deben diseñarse específicamente. Por ejemplo, las juntas deben planificarse de modo que la tensión primaria sea de cizallamiento o tracción, y se minimicen las hendiduras y el desprendimiento. Por lo tanto, las áreas adheridas deben compartir la carga por igual.
Imagen de Thiago Destri Cabral en la puerta de investigación
Entre muchos diseños diferentes, se recomiendan varias juntas. Las juntas traslapadas son las más comunes y valiosas para unir metales delgados. Entre las juntas traslapadas, los métodos ampliamente utilizados son las juntas traslapadas simples, traslapadas de movimiento, traslapadas simples ahusadas, traslapadas dobles a tope y juntas traslapadas biseladas dobles.
Las juntas angulares dan lugar a tensión de pelado o de hendidura según el calibre del metal. Además, la lengüeta y el surco tipo bufanda, la lengüeta y el surco convencionales y la lengüeta y el surco tipo bufanda se pueden usar con adhesivos.
Aplicaciones de adhesivos estructurales
Debido a sus características positivas, los adhesivos estructurales encontraron aplicaciones en muchas industrias. El transporte, la industria aeroespacial, la automoción, la marina y la construcción son solo algunas de las que podemos destacar.
Entonces, veamos cómo prospera el adhesivo en varias aplicaciones.
Adhesivos en Transporte
La industria de fabricación de transporte se encuentra entre las primeras en adoptar adhesivos, y hay varias razones.
La reducción del peso total es uno de los objetivos fundamentales de la industria del transporte. Una disminución en el peso de un barco o avión afecta el consumo de combustible, lo que eventualmente reduce los costos de transporte. Dado que los adhesivos brindan una excelente fuerza de unión con poco peso, son esenciales en los diseños livianos.
Además, los adhesivos pueden reducir los costos de fabricación al reducir la cantidad de sujetadores mecánicos, puntos de soldadura y metal de aporte. Para entender cómo el adhesivo cambió la industria del transporte, daremos algunos ejemplos.
Una de las mejoras notables que los adhesivos aportaron al transporte es la reducción del tiempo de fabricación. Por ejemplo, los fabricantes de camiones de bebidas totalmente de aluminio eliminaron los remaches y los rieles de plástico que los cubrían introduciendo adhesivos. Como resultado, el tiempo total de fabricación de las paredes exteriores traseras de las carrocerías de los camiones se redujo en aproximadamente un 25 %.
Además, para colocar los pernos se requieren dos operarios, mientras que una sola persona puede aplicar adhesivos, colocar la barra en la pared y clavarla. Como resultado, el tiempo total del proceso de instalación se ha reducido en un 20 % con adhesivos.
Expertos en la industria automotriz explican que los autos medianos constan de hasta 5000 soldaduras. Con la introducción de adhesivos, esperan reducir el número a la mitad.
Reducir el número de puntos soldados también puede reducir el peso total del automóvil en 55 libras, mientras que la rigidez de la carrocería permanece igual o superior. Sin embargo, un problema vital es la resistencia a la fractura bajo cargas para temperaturas que varían ampliamente.
La tecnología aún tiene que perfeccionar los adhesivos que podrían funcionar en diversas condiciones climáticas, desde el clima seco y árido hasta las frías montañas de los EE. UU.
Adhesivos Estructurales en la Industria Marina
La unión adhesiva de juntas en el entorno marino está ganando cada vez más popularidad. Sin embargo, aunque el adhesivo en la construcción naval ofrece ventajas económicas, relacionadas con el rendimiento y ambientales sobre la soldadura tradicional en algunas aplicaciones, el concepto no está tan extendido como en la industria automotriz.
Los constructores navales en los EE. UU. han usado adhesivos en aplicaciones que no soportan carga, y hay varias evaluaciones y comentarios.
Por ejemplo, los documentos publicados afirman que los adhesivos en soportes de sujeción, refuerzos y otros accesorios en el equipamiento de barcos de pasajeros podrían reducir los costos hasta en un 20 %.
Las mayores preocupaciones están nuevamente relacionadas con la resistencia térmica de los adhesivos. Los expertos temen que un fuego intenso pueda interferir con la integridad de las uniones adhesivas en los barcos.
Adhesivos Estructurales en Construcción
Los adhesivos estructurales en la construcción pueden reducir el tiempo y los materiales para construir objetos particulares. Por ejemplo, un muro de corte de cuatro pies por cuatro pies que cumple con la Zona Sísmica 4 requiere alrededor de 45 minutos de tiempo de montaje y aproximadamente 300 tornillos clasificados.
Por el contrario, toda la construcción con adhesivos y 75 pines neumáticos tarda unos 5 minutos. Por lo tanto, el tiempo total de construcción se reduce en un 85 %.
Sin embargo, a pesar de los avances tecnológicos, los adhesivos aún pierden su fuerza con el tiempo. Es por eso que se ha discutido ampliamente el beneficio de los adhesivos para la unión de metal a metal en proyectos de ingeniería civil.
Muchos expertos desaconsejan el uso de adhesivos cuando los proyectos tienen una vida útil de diseño de 100 años. Sin embargo, ahí es donde la soldadura, los tornillos, los pernos y los remaches prosperan como tecnologías de unión bien establecidas.
Por otro lado, ciertos adhesivos epoxi de curado por calor de dos componentes fueron efectivos para unir tuberías de distribución de gas de metal exterior. Las tuberías demostraron ser a prueba de fugas después de 30 a 50 años de servicio.
Ventajas y desventajas de los adhesivos estructurales
Ventajas
- Distribuyen o transfieren cargas sobre el área adherida, haciendo una distribución de tensión más uniforme.
- Reducen el peso de las estructuras que se utilizan.
- Aumentan la rigidez de las estructuras y la resistencia a la fatiga al tiempo que reducen la transferencia de ruido y vibraciones.
- Pueden unir materiales disímiles y espesores variables de materiales.
- Mantienen la integridad del material adherido.
- Pueden reducir el tiempo total requerido para el montaje y la construcción.
Desventajas
- Proporcionan menor resistencia en comparación con la soldadura u otros métodos de unión.
- Por lo general, carecen de fuerza de pelado para cargas.
- Resistencia limitada al calor.
- Se requiere pretratamiento de la superficie antes de la aplicación.
- Requieren un diseño conjunto particular
- Pierden potencia con el tiempo.
Pensamientos finales
Los adhesivos estructurales, sin duda, ofrecen algunas ventajas significativas que muchas industrias reconocen y aplican. Es por eso que los adhesivos se usan ampliamente en el transporte y son algo populares en las industrias de construcción y construcción naval.
Sin embargo, a pesar de lo bueno, también tienen lados malos. Es por eso que muchos consideran que los adhesivos aún no se han perfeccionado para que puedan reemplazar los métodos de unión estándar, como soldadura, pernos o remaches.
Con el avance tecnológico actual, los científicos pueden incluso tener éxito.