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Adhesivos Estructurales: ventajas frente a la soldadura, remaches y otras uniones

Adhesivos Estructurales es un término aplicado a todo tipo de adhesivos que se usan para la unión permanente necesaria para conservar la integridad estructural del producto. Por definición, esta unión es la más importante ya que un fallo en ella implica comprometer catastróficamente la estructura y función de la pieza. Como la tecnología de los adhesivos evoluciona, los fabricantes se interesan cada vez más en cuando y como deben usar adhesivos para uniones estructurales, y las ventajas que ofrecen frente a la soldadura, remachado u otras uniones.

adhesivos estructurales

Este artículo explica cuando un adhesivo es la solución correcta y compara los adhesivos estructurales más comunes con otros sistemas de unión.



¿Cuándo usar un adhesivo?

Los adhesivos son usados habitualmente en aplicaciones aeroespaciales, en uniones en automoción y también en sellados en submarinos y embarcaciones. Estas industrias han aprendido a usar adhesivos debido a las mejoras en costes, tiempo, peso, comportamiento y estéticos, así como para desbloquear nuevas opciones alternativas al uso de uniones “tradicionales”. Los fabricantes de electrodomésticos (appliances) también se inician en el uso de adhesivos, pero el verdadero potencial de estos aun esta por aflorar en la industria en general.

Varios fabricantes reconocen ya cuando hay que seleccionar un adhesivo en vez de soldadura o fijación mecánica y miran los indicadores de proceso de fabricación y requerimientos de producto. Algunos ejemplos de indicadores clave son cuando necesitamos unir metales distintos y el montaje va a ir expuesto a ciclos térmicos o hay riesgo de corrosión galvánica.

Los adhesivos también son convenientes cuando la pieza va a ir expuesta a agua y/o químicos que pueden penetrar y dañar otros sistemas de fijación mecánicos. Los adhesivos absorben diferencias en expansión/retracción y proporcionan una barrera inerte entre metales con tendencia a corroerse en el primer caso, y sellan con resistencia química en el segundo caso.

Otra razón común para seleccionar un adhesivo es la reducción de peso del producto final. La industria del transporte fue la primera en adoptar estas soluciones por este motivo dado que para ellos es crítico. Cualquier pequeño cambio en el peso para una pieza de avión resulta en una reducción de coste masiva durante la vida útil del avión. Aun así, no tenemos que llegar a los 30000 pies de altura para ver los beneficios. El ahorro en combustible que supone la reducción de peso en coches y embarcaciones, y cualquier reducción puede hacer más portable el producto, reducir costes de envío o permite instalar complementos adicionales que aumenten la funcionalidad del producto dándole ventajas competitivas.

Coste

El ahorro en costes de los adhesivos se puede obtener de varias maneras. En primer lugar, los adhesivos a menudo ofrecen menores costos de material por aplicación que las fijaciones mecánicos; Particularmente donde se deben usar cierres de alta gama o revestidos. En segundo lugar, hay ahorro de costes debido a la reducción de pedidos, gastos de envío y de almacenamiento. Un fabricante puede almacenar decenas de diferentes formas y tamaños de remaches, tornillos, pernos y arandelas que pueden ser eliminados por un solo adhesivo. En tercer lugar, el trabajo que implica la aplicación de adhesivos puede ser menor que otros métodos de fijación. Considere el tiempo requerido para soldar metales: el soldador necesita montar y acondicionar el equipo, realizar la soldadura, inspeccionar y retocar las rebabas, luego retocar el exceso de material o puntos afilados. Finalmente, la soldadura puede necesitar ser pulida y tener controlada cualquier decoloración. Todo este trabajo puede ser eliminado usando un adhesivo.

Tiempo

Como mencionábamos anteriormente, el trabajo implicado en la soldadura se puede reducir significativamente con adhesivos. Pero ¿qué pasa con tuercas y tornillos o remaches? Ambos métodos casi siempre implican múltiples puntos de unión y cada punto de unión es otro toque, trabajo repetido y mano de obra adicional requerida para producir su producto. Los adhesivos, por comparación, se aplican típicamente a través de un área del sustrato en una sola etapa. No olvide que la mejor práctica para los ensambles roscados utilizados en los enlaces estructurales ya requiere la aplicación de selladores y adhesivos en forma de fijadores/selladores de rosca. La aplicación de arandelas de rosca y selladores de hilo es otro paso más que puede eliminarse mediante el cambio a adhesivos estructurales.

Los adhesivos epoxi de uno y dos componentes son los adhesivos estructurales más utilizados. En el pasado un epoxy bi-componente siempre ha significado el paso adicional de mezcla de proporción para preparar el adhesivo para la aplicación, pero los recientes avances en la tecnología han dado lugar a la automezcla – no hay productos de mezcla disponibles en la actualidad. Estos productos utilizan cánulas mezcladoras estáticas desechables para mezclar una proporción exacta de producto durante la aplicación. Avances como estos continúan facilitando y mejorando la velocidad de la aplicación de adhesivos.

¿Qué pasa con el tiempo de curado?

Una regla de oro con adhesivos es: cuanto más largo sea el tiempo de curado, más fuerte será el enlace final. Sin embargo, aunque los adhesivos pueden requerir tiempo para alcanzar su máxima resistencia, muchos adhesivos pueden alcanzar los puntos de fijación o de manipulación en cuestión de segundos a algunos minutos y, aunque se necesite más tiempo para que se complete el curado, no se necesita para ello interacción humana ni anclajes. Además, las mejoras en los adhesivos UV y los cianoacrilatos hacen que las opciones anteriormente poco probables sean plausibles para enlaces estructurales de baja tensión y permitan que se utilice la característica del curado instantáneo de estos adhesivos.

Peso

La soldadura y la mayoría de los fijaciones mecánicas contienen un ingrediente clave: el metal. Los metales son pesados ​​en comparación con los polímeros ligeros de los adhesivos e incluso los pequeños componentes metálicos pueden agregar un peso significativo cuando se necesitan fijaciones múltiples. Esta es una de las razones por las que la industria aeroespacial, por ejemplo, ha recurrido a los adhesivos como una solución a sus necesidades para estructuras ligeras.

No sólo los adhesivos son más ligeros, sino que pueden obtenerse ganancias de peso adicionales debido a la naturaleza de los adhesivos y la forma en que interactúan con los sustratos. Los adhesivos reparten la tensión de una unión a través de toda la superficie del área de esta, mientras que la soldadura por puntos y las fijaciones mecánicos enfatizan la tensión en los puntos de enlace. Esta concentración de estrés crea requisitos de rendimiento innecesarios para los sustratos que a menudo hacen que el componente entero deba ser más grueso o se deba utilizar material adicional para soportar la tensión en cada punto. Este material adicional en los componentes y caras de las juntas también añade peso al producto final.

Comportamiento

Consideremos lo que sucede cuando usa una fijación mecánica tal como un ensamblaje roscado para unir dos sustratos. A menudo, el primer paso en el proceso es taladrar un agujero en ambos sustratos a través del cual pasará el tornillo. Esto no sólo crea vías de contaminación adicionales que pueden comprometer el interior de su producto, sino que el propio acto de crear un agujero en su producto está en realidad dañando la integridad estructural. El componente más fuerte y el más resistente no es uno con una docena de agujeros en él sino una pieza sólida intacta. Los adhesivos no causan ningún daño a su producto cuando ensambla los componentes, luego la elección de adhesivos puede mejorar la calidad del producto y la integridad estructural en general, simplemente por no necesitar dañarlo!

La soldadura también presenta riesgos para su producto.

La soldadura por su naturaleza requiere elevadas temperaturas para fundir el material de relleno. Este calor a menudo puede decolorar e incluso distorsionar los metales de la pieza a unir. El riesgo de deformación se vuelve aún mayor cuando se unen diferentes tipos de metales. Cada metal tiene un coeficiente de expansión térmica y un nivel de tolerancia al calor diferente. La soldadura comenzará a causar un estrés térmico incluso cuando empiece a enfriarse. Una vez enviados, el ciclo térmico en el ambiente seguirá haciendo hincapié en la articulación, agregando a cualquier carga estructural que ya se haya pensado en el diseño. Los adhesivos ofrecen un mejor rendimiento porque mitigan las expansiones y contracciones del sustrato proporcionando un enlace semi-flexible que puede absorber parte del estrés de estos cambios dimensionales.

¿Qué pasa cuando la pieza se somete al sonido o la vibración extrema?

Los adhesivos tienen una ventaja también aquí. Una vez más, la naturaleza más flexible de los adhesivos ayuda a absorber parte del estrés. De hecho, cuando la vibración es un requisito durante el uso de ensamblajes roscados, las mejores prácticas en fabricación requieren sellantes de rosca o retenedores; Un adhesivo diseñado para ayudar a los conjuntos roscados. Esto asegura que las tuercas y tornillos no retrocedan o se aflojan.

Los adhesivos también tienen un efecto atenuante.

Gracias a sus propiedades viscoelásticas, las vibraciones sonoras se amortiguan a medida que pasan a través de uniones adhesivas. Esta ventaja es de importancia clave para aparatos como lavadoras y secadoras. Las tendencias de los clientes en la industria de electrodomésticos demuestran que los consumidores exigen productos más llamativos y un acceso más fácil a los dispositivos. Una manera de expresar esta preferencia es trayendo el lavadero dentro del domicilio. Como aparatos de lavandería salir del sótano y entrar a los espacios habitables precisa de una máquina más silenciosa, por tanto el uso de adhesivos estructurales se convierte en un punto de venta importante.

Muchos adhesivos también tienen propiedades resistentes al agua e incluso a químicos y pueden actuar sellando una junta mientras sujetan piezas juntas. Con otros métodos, incluso la soldadura, los selladores adicionales son a menudo necesarios para asegurar un sello/estanqueidad perfecto. En la imagen de más abajo se puede ver una soldadura que se está mejorando con sellador para uniones soldadas.

adhesivos estructurales

¿Cuál es el adhesivo más fuerte?

Los adhesivos estructurales avanzados pueden ofrecer uniones más fuertes que los fijadores mecánicos. En nuestro portafolio, por ejemplo, ofrecemos los adhesivos estructurales con la mayor resistencia al impacto disponible hoy de nuestras marcas como por ejemplo DOW, Huntsman Araldite, Merbenit o Permabond. Estos adhesivos rutinariamente desplazan uniones con tornillos y remaches comunes en las pruebas de impacto y soportan pruebas de esfuerzo cortante mejor que las tiras reactivas de acero que se estiran y se rompen antes que enlace adhesivo. Por último, los adhesivos ofrecen ventajas en calidad cuando se trata de agentes corrosivos. Incluso el agua común puede hacer que las fijaciones mecánicas se oxiden y se dañen o fallen con el tiempo, mientras que con los adhesivos correctos no se verán afectadas. 

Acabado estéitco

Hablando de óxido, en las fijaciones mecánicas son notorias la creación de largas tiras de óxido después de la exposición al agua. La soldadura también puede promover bolsas de “agua sucia” que pueden manchar o congelar, expandiendo y dañando el producto. Además, la soldadura deja la escoria antiestética que se debe retocar y entonces pulir antes de pintar e incluso entonces, las soldaduras forman a menudo bultos evidentes o cambian la textura debajo de capas de la pintura. Remaches y pernos, por su naturaleza, tenderán a sobresalir en ambos lados de los sustratos unidos. Los adhesivos, por otro lado, están ocultos entre los sustratos y así permiten exteriores lisos y de acabado estético perfecto. Este último punto puede ser crítico cuando los aparatos están diseñados para entornos médicos en los que se necesitan exteriores lisos e ininterrumpidos para reducir agujeros y grietas donde las bacterias pueden propagarse.

Nuevas Posibilidades

Los adhesivos ofrecen un as en la manga a los fabricantes. Los adhesivos pueden ser pre-aplicados cuando una parte o una articulación es accesible y curado posteriormente usando métodos químicos, anaeróbicos o de luz UV. Usando adhesivos, pueden formarse enlaces en lugares y en momentos cuando los fijadores mecánicos y las soldaduras son métodos poco prácticos o imposibles en esos casos. Esto libera a los ingenieros de proceso para ser verdaderamente creativos y permite nuevos niveles de eficiencia que están fuera del alcance de los métodos de fijación “tradicionales”. Cuando los adhesivos son el método de fijación planificado desde las etapas iniciales de diseño de un producto, las superficies de adhesión para adhesivos se pueden implementar en lugar de adaptarse, como comúnmente lo son hoy en día, y las ventajas únicas de los adhesivos pueden utilizarse plenamente.

Razones para elegir adhesivos estructurales.

Costo, tiempo, peso, rendimiento y estética todos juegan un papel en la decisión. Para la mayoría de las aplicaciones de fabricación, los adhesivos han atravesado un punto crítico en el avance ahora compitiendo con éxito con los métodos alternativos de unión en la fuerza y ​​longevidad, mientras que ofrece claras ventajas en los procesos de fabricación en costo, calidad y apariencia. Si bien las ventajas de los adhesivos son claras, la forma de seleccionar el adhesivo adecuado para su aplicación puede no serlo. La mayoría de los fabricantes de adhesivos ofrecen asesoramiento experto y estudian sus productos y métodos de fabricación en profundidad y detalle para asegurarse obtener el adhesivo perfecto en cada caso. ANTALA, con varios fabricantes de entre nuestras representadas, iremos más allá creando fórmulas personalizadas e incluso diseñando máquinas automáticas de dispensación personalizadas para asegurar que la integración en su proceso de montaje se realice sin problemas.

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