ADHESIVOS ESTRUCTURALES

Específicamente, para unir metales se emplean adhesivos estructurales, los cuales son capaces de soportar grandes cargas tanto dinámicas como estáticas.

Como adhesivo, se definen todas aquellas sustancias químicas que pueden ser aplicadas entre las superficies de dos materiales, para lograr así, la unión resistente de los mismos.

CARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN DE LOS ADHESIVOS ESTRUCTURALES.

Un adhesivo es una sustancia que, aplicada entre dos cuerpos, es capaz de adherirse a ellos y mantenerlos unidos. Los factores que intervienen en una unión pegada son, además de los materiales a unir y de la preparación de las superficies, la adhesión y cohesión del adhesivo.

- Adhesión: es la acción de las fuerzas que se oponen a la separación de las moléculas que pertenecen a diferentes cuerpos, dicho de otra forma, la fuerza con que el adhesivo se adhiere a la superficie a pegar.

- Cohesión: es la acción de las fuerzas que se oponen a la separación de las moléculas de un mismo cuerpo. Hace alusión a la resistencia interna del propio adhesivo.

La ausencia de una de estas dos propiedades conduce a uniones deficientes. Los adhesivos estructurales proporcionan una fuerte cohesión, elevada resistencia mecánica y al calor y excelente durabilidad.

Los adhesivos más empleados en la industria del automóvil y, por lo tanto, en los talleres de reparación, son los de poliuretano o los de resina epoxi.

         VENTAJAS:

• Elimina los problemas producidos por el calor en los procesos de soldadura (corrosión, cambios estructurales del material, deformaciones, etc.).

• No debilita la junta, como ocurre con el remachado.

• Reduce el riesgo de rotura por fatiga, al eliminar tensiones puntuales y la concentración de tensiones.

• Elimina la corrosión local en las juntas y la corrosión electroquímica entre materiales diferentes.

• Posibilita la unión de materiales de distinta naturaleza.

• Conserva prácticamente la protección anticorrosiva original.

• Da lugar a estructuras más ligeras.

• Proporciona una unión libre de fisuras.

• La unión es impermeable a los líquidos, evitándose el empleo de medidas adicionales de estanqueidad.

• Reduce el tiempo de reparación, pues, en determinados casos, evita el desmontaje de una serie de piezas inflamables o no resistentes al calor, tales como revestimientos interiores, asientos, depósitos de combustibles,etc.

• Facilita el desmontaje posterior de la unión.

         INCONVENIENTES:

• Resistencia limitada a la temperatura: no se pueden usar adhesivos en uniones sometidas a altas temperaturas.

• Se reducen los tiempos de aplicación, pero es necesario un período de curado del adhesivo.

• La tecnología de aplicación de adhesivos es muy sencilla, pero requiere la utilización de técnicas y equipos apropiados para cada aplicación, además de los materiales correspondientes.

• No respeta estrictamente las condiciones de operación, sobre todo en cuanto a presiones, temperaturas y períodos de curado; puede afectar seriamente las condiciones de respuesta de la unión.

• Hay que prestar especial atención a la preparación previa de las superficies a pegar.

• El tiempo de almacenamiento de los adhesivos es limitado.

     TIPOS DE ADHESIVOS ESTRUCTURALES:

• Poliuretano (PUR):

     Son polímeros sintéticos a base de poliisocianatos, que provienen de la reacción de un poliol con un isocianato. Pueden usarse a bajas temperaturas manteniendo la adherencia y resistencia al agua. Se utilizan como productos de recubrimiento y como adhesivos. Su formulación puede ser mono o bicomponente.

• Poliuretanos monocomponentes:

     Sus principales características son:

-Presentan bajo contenido en disolventes.

-Secan mediante la absorción de humedad.

- Su proceso de secado es lento y de fuera hacia dentro.

- Tienen gran elasticidad.

- Son sensibles a los rayos ultravioletas, que les atacan y descomponen.

- Sus propiedades, desde el punto de vista estructural, son inferiores a las de los bicomponentes y resinas epoxi.

- Se presentan en tubos o bolsas para aplicar mediante extrusión.

- Se aplican en el pegado de lunas, unión de paneles de puerta, sellado de juntas.

• Poliuretanos bicomponentes:

     Sus principales características son:

- No necesitan de la humedad ambiente para polimerizar.

- Su endurecimiento se produce por reacción química de sus componentes.

- Su proceso de secado es relativamente rápido.

- Son más rígidos que los monocomponentes.

- Son sensibles a los rayos ultravioletas, que les atacan y descomponen.

- Se presentan, generalmente, en cartuchos para aplicar por extrusión.

- Se aplican para el pegado de lunas y unión de piezas de carrocería (capó con sus refuerzos, aletas con pases de rueda, cerchas interiores del techo y unión de piezas plásticas).

• Resinas epoxi (EP):

Se obtienen, generalmente, por condensación entre una sustancia que contiene un grupo epoxídico (oxígeno unido a dos átomos de carbono) y una sustancia que tenga átomos de hidrógeno reemplazables.

Sus principales características son:

- Son productos bicomponentes (resina y endurecedor o catalizador).

- Los componentes son de naturaleza más o menos pastosa y de diferente color para facilitar su mezcla correcta.

- La proporción de mezcla depende del tipo de resina, por lo que se deben observar las recomendaciones de cada fabricante.

- Presentan excelente adhesión en diferentes sustratos, como metales, plásticos, cerámicas, etc.

- La resistencia frente a fallos de cohesión es generalmente buena, en función del tipo de resina.

- El tiempo de secado oscila entre los cinco minutos y las 24 horas, a temperatura ambiente.

- Las resinas de curado rápido son más elásticas que las de curado lento.

- Se presentan en botes para aplicar con espátula o brocha.

- Se aplican en uniones metal-metal, plástico-plástico, metal-plástico.

UNIONES CON LOS ADHESIVOS.

En la unión con adhesivos, se ha de tener en cuenta una serie de consideraciones, que van desde la correcta elección y preparación del adhesivo, hasta el diseño de la junta y el proceso de curado. Obviar estos aspectos puede dar lugar a uniones que no respondan a las expectativas buscadas, por lo que los malos resultados son debidos más a fallos de diseño y de tecnología de aplicación que a limitaciones del procedimiento o del producto. Entre las consideraciones que hay que tener en cuenta en el empleo de adhesivos estructurales están la elección del adhesivo, el diseño de la junta, la preparación de las superficies, la preparación y aplicación del adhesivo, la posición de los elementos que se van a unir y el curado del adhesivo.

• Elección del adhesivo:

En el mercado existen multitud de adhesivos estructurales, aunque en la reparación de automóviles se emplean fundamentalmente poliuretanos y resinas epoxi.

Para la correcta elección de un adhesivo se deben considerar diversos factores:

- Tipos de sustratos a unir, pues la adherencia de todos los adhesivos no es la misma.

- Acabado superficial de las partes que se van a unir.

- Tipos de disolventes, aceites u otros contaminantes que puedan estar en contacto con la unión.

- Temperaturas máximas y mínimas que soportará la unión, y si éstas serán constantes o intermitentes. Este factor hay que tenerlo muy presente en uniones de materiales con coeficientes térmicos distintos como, por ejemplo, metal-plástico, debiéndose aplicar un adhesivo suficientemente elástico para permitir una buena distribución de las tensiones que originaron esas temperaturas.

- La rigidez de la unión y de los elementos que se van a unir condicionará en parte la rigidez del adhesivo empleado. La elasticidad del adhesivo se amoldará a la elasticidad del sustrato, no debiéndose emplear adhesivos rígidos para unir elementos flexibles.

- Magnitud y tipo de solicitación que haya de soportar, etc.

En todo caso, para realizar una buena elección habrá que seguir las especificaciones marcadas por el fabricante.

• Diseño de la junta:

El empleo de adhesivos requiere juntas de diseño especial, no debiéndose emplear las destinadas para otros métodos de unión; no obstante, el campo de los adhesivos en aplicaciones estructurales está en rápida evolución y sus posibilidades de resistencia a diferentes estados de tensión se han incrementado notablemente. Hay que tener en cuenta que el adhesivo actúa en una zona entera y no sobre un único punto, como ocurre en las uniones mecánicas, con la consecuente pérdida de capacidad de resistencia del adhesivo.

En una unión con adhesivos pueden producirse cuatro estados de tensión: tracción, cizalladura, peladura y desgarro.

     Tracción                        Cizalladura                  Peladura            Desgarro

En la peladura, la acción de esfuerzo se limita a una línea muy delgada en el borde de la unión, por lo que el adhesivo no refuerza el resto de la junta.

En el desgarro, la tensión actúa en uno de los lados de la unión, permaneciendo el resto de la junta sin apenas tensión.

Estas dos formas de trabajo no son recomendables.

La tracción tampoco es idónea si la fuerza no ha actuado de forma perfectamente axial, producirán tensiones de desgarramiento. Por ello, el tipo de unión recomendado para chapas delgadas, como las que se presentan en las carrocerías del automóvil, es por solape con escalón. Se trata de una unión combinada tope-solape, en la que, debido a las amplias superficies de pegado, se aprovecha la resistencia mecánica del material de las piezas a unir.

El bisel a 30° que se realiza en la pieza a montar sobre el solape tiene por objeto facilitar la unión y conseguir un mejor pegado. Para realizar el solape, se emplearán los alicates de filetear, bien de accionamiento manual o neumático. Si la pieza en que se va a efectuar la sustitución es de material compuesto (plástico), no se podrá realizar el escalón indicado. En tal caso, suele recurrirse a una unión a tope con abridamiento simple por la cara no vista, consiguiendo de este modo un solape común sobre las dos piezas a unir. La tira de material para el abridamiento se obtendrá de la parte de desecho de la pieza nueva.

• Preparación de las superficies de contacto:

Éste es un paso muy importante, pues las deficiencias que pueden presentarse en el pegado suelen deberse a una preparación pobre de las piezas a unir. El primer paso de la preparación de superficies será eliminar las pinturas o barnices aplicados, así como eliminar los restos de aceite, grasa o cualquier otra suciedad con un desengrasante adecuado al adhesivo que se va a usar. La acetona, el tricloretileno y el percloroetileno pueden considerarse válidos; el alcohol, la gasolina o los disolventes de barnices, no. No obstante, los fabricantes de adhesivos suelen disponer de una gama de productos de limpieza para las distintas superficies compatibles con sus adhesivos, siendo recomendable su empleo, pues, además de limpiar, activarán las superficies para el pegado. Determinados materiales, antes de ser limpiados con disolvente, requieren una activación superficial con medios mecánicos (lijado, estropajo de níquel, etc.). La limpieza se realiza con un papel de celulosa impregnado en el limpiador, frotando la zona siempre en la misma dirección y cambiando frecuentemente el papel. Si se frotara en círculos, lo único que se conseguiría es una redistribución de la suciedad. No es recomendable el uso de trapos de limpieza, ya que pueden ser reutilizados, lo que comporta el riesgo de usar los sucios, dando lugar a una limpieza muy poco efectiva. La mayoría de los fabricantes recomienda imprimaciones específicas para cada tipo de material que se quiere unir.

Las imprimaciones cumplen tres funciones fundamentales:

1) Hacen las veces de barrera química de inhibición, que evitará que las superficies tratadas pierdan las condiciones que han obtenido; por ejemplo, evitar una oxidación superficial en el caso de los metales.

2) Contribuyen a que el adhesivo no trabaje por adhesión física, sino que exista una interfase química (las imprimaciones suelen ser prepolímeros del adhesivo) entre el sustrato y el adhesivo, que hace que mejore la adhesión.

3) Actúa como protector en el caso de pegado de materiales transparentes, para evitar que la radiación ultravioleta de la luz solar degrade ciertos adhesivos.

La aplicación de las imprimaciones se realizará con un pincel o un hisopo, no debiendo aprovechar éstos para varios tipos de imprimaciones. Siempre hay que respetar los tiempos de secado recomendados por los fabricantes, tanto de limpiadores como de imprimaciones.

• Preparación del adhesivo:

En el caso de emplear adhesivo de dos componentes, adhesivo y catalizador, han de mezclarse cuidadosamente y en las cantidades especificadas por el fabricante, hasta la obtención de una mezcla perfectamente homogénea. Algunos adhesivos, sobre todo los de poliuretano, se presentan en kits que disponen de boquillas mezcladoras, las cuales, acopladas a un cartucho doble, facilitan la operación, pudiéndose aplicar de forma directa. De no ser así, la mezcla se realizará con la ayuda de espátulas o en recipientes, dependiendo de la viscosidad de los productos. En ambos casos, las espátulas y los recipientes deben estar bien limpios. Nunca se pondrá en contacto la espátula de mezclado con el resto de adhesivos sin catalizar.

Una vez realizada la mezcla, el tiempo de aplicación es limitado, pues el catalizador comienza a actuar inmediatamente.