Qué es un adhesivo estructural?

La sabiduría popular dice que un adhesivo estructural es aquel que es capaz de transmitir mucha carga, aquel cuya tensión de rotura es muy elevada o aquel que es rígido o rigidísimo. En definitiva, es un adhesivo que proporciona una unión muy resistente.

De hecho, si alguna vez te han preguntado por un adhesivo estructural, habrás pensado "eeeh... sí, claro! un epoxy! o un acrílico!".

Vale, esto es cierto sí, pero con matices. Me explico:

Más que definir a un adhesivo como estructural en sí, yo lo llamaría adhesivo que permite una unión estructural, entendiendo como tal no sólo a las uniones que tienen que transmitir mucha carga (cuando buscamos resistencia), sino también a aquellas cuya función es absorber deformaciones relativas (cuando buscamos flexibilidad).

Por lo tanto, se entiende como una unión adhesiva estructual aquella que, en caso de fallo, reduce considerablemente la utilidad del objeto donde se encuentra esta unión. Y, además, fija estrechamente las propiedades de seguridad del objeto.

Es decir, una unión adhesiva estructural determina el funcionamiento seguro de la pieza donde se encuentra. 

Si pensamos en un coche. Un coche moderno. Con la estructura del chasis hecha en composite o en fibra de carbono. Está claro que las uniones del chasis deben transmitir carga y por tanto utilizaremos un adhesivo con una resistencia interna elevada; por contra, si pensamos en el montaje de la luna del parabrisas... cómo va montada? efectivamente, va pegada! y la unión está hecha con un adhesivo flexible para absorber las deformaciones relativas entre vidrio y estructura y, de manera secundaria, transmitir la carga provocada por las fuerzas aerodinámicas.

Ambos son dos ejemplos de uniones estructurales.

Otro ejemplo más: los acristalamientos de los nuevos edificios. Van pegados. Pero con qué? normalmente, con silicona.

 

Y, qué opinas? es una unión estructural o no? Pero... según la sabiduría popular...la silicona no es un adhesivo estructural, no? vale, pero si falla la unión, que pasará? así que... tenemos una unión estructural con un adhesivo no estructural??? qué paradojas... ;-)

Energía superficial y ángulo de contacto

Hola!!

en el post sobre plásticos que no se pegan dije algo sobre la energía superficial de los materiales, que los adhesivos tenían dificultades para mojar la superficie de los plásticos o incluso solté que el agua no los mojaba! Qué barbaridad! No te preocupes, ahora te lo aclaro!

Para ello, lo primero que hace falta es saber qué es eso de la energía superficial. Este concepto también es conocido como tensión superficial o tensión interfacial (entre caras), porque se produce en la superficie frontera entre dos fases: solido-líquido, sólido-gas, líquido-gas, líquido-líquido, etc. Su definición completa es un tanto complicada pero para que te hagas una idea se puede decir que es la medida en la que interactúan las moléculas de las dos fases en contacto.

Atendiendo a esto, el valor de esta energía depende de las dos fases en contacto. Por ejemplo, el valor de la energía superficial del cobre no será el mismo si el medio que lo rodea es aire o es un gas puro (por ejemplo, helio). Por lo tanto, hay que tener en cuenta que la energía superficial no es un parámetro característico de los materiales si no que lo es de la frontera entre las dos fases.

No obstante, como lo normal es que a nuestros materiales los rodee el aire, se toma como referencia la energía superficial de la interacción material-aire.

Pero ten cuidado si trabajas en un proceso especial con una atmósfera diferente porque este valor variará.

Bien, y ahora queremos aplicar nuestro adhesivo sobre la superficie de un substrato. Qué pasa? Pues que a la interfase entre substrato-aire (sólido-gas), que ya tenía su energía superficial en equilibrio, le añadimos un tercer actor, el adhesivo (líquido), y, como no podía ser de otra manera, se forma una nueva región de interacción entre las tres fases, sólido-líquido-gas, donde el resultado del equilibro de las 3 tensiones interfaciales es el ángulo de contacto. Este ángulo se toma como medida para saber si el líquido es capaz de mojar o no al sólido.

De forma que:

• Si el ángulo es cercano a 0º se puede decir que tenemos mojado total.
• Si el ángulo está entre 0º y 90º, el adhesivo es capaz de mojar.
• Si el ángulo está entre 90º y 180º, el adhesivo no es capaz de mojar el substrato.

El valor del ángulo de contacto varía con la temperatura, rugosidad superficial, etc. pero no voy a analizar su influencia porque lo complicaría bastante y quiero hacerlo sencillo.

Para garantizar una buena adherencia entre el adhesivo y el substrato a pegar, además de otros factores, es absolutamente necesario que el adhesivo moje su superficie, y por lo tanto, es muy importante conocer cuál es el resultado de su interacción. Es decir, el ángulo de contacto. De hecho, el análisis de este ángulo proporciona información sobre la idoneidad de realizar un tratamiento superficial previo al pegado y, posteriormente, comprobar si se ha hecho correctamente.

De manera cualitativa y como idea general, para saber si el adhesivo va a ser capaz de mojar la superficie de un substrato, su energía superficial debe ser menor que la del substrato. Por lo tanto, viendo la tabla de arriba se puede hacer una estimación de lo que puede pasar si con nuestro adhesivo queremos pegar PE o titanio.

 
Hazlo tú mismo utilizando como referencia el agua. Qué crees que pasará?

Por qué la lengua se queda pegada a un poste congelado?

Buenos días querido lector,

Alguna vez te has preguntado por qué la lengua se queda pegada al hielo cuando lo chupas?

Si alguna vez has tenido ese irrefrenable impulso de experimentar y se te ha ocurrido ver qué pasa si chupas una valla o un poste metálico en pleno invierno… ya lo sabrás, no? O por lo menos, las consecuencias de tu brillante idea!!

Efectivamente, tu lengua (o la del amig@ al que has convencido para que lo haga…) se queda pegada!! Pero… por qué?

Es sencillo: cuando la temperatura de la superficie metálica está considerablemente por debajo del punto de congelación del agua, lo que ocurre al chuparla, sencillamente, es que la saliva de la lengua se congela, de forma que las moléculas de ésta se unen a las del hielo, produciéndose la adherencia.

Además, la buena conductividad térmica del metal provoca que la valla extraiga el calor de la lengua con lo que la saliva y la lengua se enfrían rápidamente y, aunque la lengua esté a 37ºC (temperatura media del cuerpo) se favorece ésta congelación local.

Pero esto no es algo exclusivo de la lengua. Cualquier parte de nuestro cuerpo que tenga cierta humedad (por ejemplo, nuestras manos) puede quedarse adherida a una superficie fría.

Para despegarlo, no hay que tirar. El grado de adherencia es bastante elevado y si tiras con fuerza puedes llegar a desgarrar la piel de la zona afectada y producirte heridas. Y te dolerá...

Pensemos: si lo que ha provocado la adhesión es la congelación de la humedad, lo que tienes que hacer es descongelarla. Lo más rápido: vertiendo agua a mayor temperatura. Si no tienes prisa, puedes esperar a que tu cuerpo equilibre la diferencia de temperaturas hasta que descongele la zona. Tú decides. Pero yo haría lo primero… ;-)

 

Ahora, te dejo un pequeño ejemplo... Disfrútalo!!

Qué es un adhesivo? (3ª parte y definitiva: adhesión)

Buenas,

en este post voy a cerrar la definición de “adhesivo” que comencé con Qué es un adhesivo? y continúe en su segunda parte hablando de la cohesión interna.

Esta vez voy a hablar de la adhesión. Quizás sea la parte más complicada de la definición puesto que aún no se conocen con exactitud cuáles son los mecanismos de adhesión de un adhesivo sobre la superficie de un substrato. No obstante, voy a intentar explicarlo de una manera sencilla.

Los mecanismos de adhesión en una unión adhesiva se desarrollan por la interacción entre el adhesivo y los substratos. Esta interacción se concentra en una zona muy pequeña (del orden de micras) dentro del adhesivo conocida como interfase o capa intermedia (en inglés, “interphase” o “boundary layer”).

Existen tres tipos fundamentales de mecanismos de adhesión:

• Interacción química: producida por la reacción química entre las moléculas del adhesivo y del substrato.
• Interacción física: producida por la atracción-repulsión electrostática entre moléculas de los diferentes materiales.
• Interacción con movimiento de cargas: al juntar dos materiales diferentes se produce un trasvase de cargas eléctricas entre los dos, en busca del equilibrio termodinámico. (Esto siempre pasa, en mayor o menor medida, incluso en materiales aislantes)

En resumen, los mecanismos de adhesión son debidos principalmente a la acción de los electrones de cada uno de los materiales. (Los electrones son unas de las partículas básicas de los átomos con capacidad de desplazarse y cuya carga eléctrica negativa) 

Por otro lado, existen 4 modelos que explican el funcionamiento de estos mecanismos de adhesión.

• Adhesión mecánica: este modelo explica el anclaje que puede provocar la rugosidad de los substratos. De ahí la creencia popular de que es necesario ligar las superficies a unir. Pero la verdad es que, desde el punto de vista molecular (como has podido leer antes, las moléculas son las que intervienen en la adhesión) todos los materiales son rugosos. Lo que se consigue lijando las superficies es aumentar la superficie de contacto y por tanto, mejora la adhesión pero no de manera exclusiva.

• Adhesión electrostática: las diferentes cargas eléctricas de las moléculas de los materiales funcionan como pequeños imanes que mantienen el adhesivo y los substratos unidos.

• Adhesión termodinámica: se basa en el equilibrio termodinámico entre los diferentes materiales, con la teoría del ángulo de contacto, las energías superficiales, etc. Para que se produzca la adhesión, el adhesivo debe mojar la superficie del substrato, que depende de la diferencia de las energías superficiales del adhesivo y del substrato.

• Adhesión química: Este modelo se basa en la reacción química entre el adhesivo y el substrato. Es un modelo que está en fase de estudio ya que es complicado comprobar si realmente se produce una reacción química entre los materiales de la unión.

Como has podido comprobar, no he profundizado demasiado en los diferentes mecanismos y modelos de adhesión puesto que considero que es más interesante que tengas una idea general. No obstante, creo que el modelo de adhesión termodinámica es bastante interesante y por eso lo desarrollaré un poco más a fondo en otro post específico.

De todas formas, si te interesa algo más concreto relacionado con este tema, no tienes más que pedírmelo!

Muchas gracias!!

Plásticos que no se pegan...

Hola de nuevo!!!

Te ha pasado alguna vez que has intentado pegar una o dos piezas de plástico y no has podido porque el adhesivo no “agarraba”? O has utilizado un adhesivo en el que la etiqueta ponía algo así como… “apto para pegar plásticos” pero con un asterisco (*) al lado? Has buscado ese asterisco en algún otro lado del bote? Si lo has hecho, habrás encontrado que dice “plásticos excepto PE, PP y PTFE”.

Y, aunque no nos lo avisan, la silicona y los productos fabricados con este material también serían una excepción…

Detrás de esas siglas se esconden el polietileno (PE), polipropileno (PP) y el politetrafluoroetileno (PTFE), y sin ponernos tan técnicos, este último es el teflón (sí, el de las sartenes antiadherentes, sobre las que no se pega la comida cuando cocinamos).

Estos tres plásticos son polímeros termoplásticos muy utilizados hoy en día (envases, juguetes, utensilios varios…) por lo que es muy probable que hayas intentado pegarlos alguna vez si se te han roto y sí, sin éxito. Vamos, que han seguido rotos y ahora además, sucios... y has tenido que comprar otro nuevo.

Pero la culpa no es del adhesivo que hayas utilizado (seguro que ya habías pensado que la cola era una mier**!!). Es más, si lo has intentando con diferentes productos y no ha habido suerte, no es que la industria de los adhesivos no quiera que repares la pieza rota o lo estés haciendo mal…

El problema es que estos plásticos (y también la silicona) son imposibles de pegar (bueno… imposible, tampoco. Pero sí muy difíciles). La razón fundamental es que la energía superficial de estos materiales es muy baja y por tanto, el adhesivo líquido no es capaz de mojar la superficie por lo que no puede producirse la adherencia del adhesivo sobre el substrato (en la tercera parte del post “qué es un adhesivo?” te explico la adherencia en mayor profundidad. Por ahora es suficiente con que sepas que existe “algo” que se llama energía superficial y que afecta a la adherencia).

Como adelanto, una prueba sencilla que puedes hacer para comprobar esta energía superficial es intentar mojar estos materiales con agua y verás qué pasa… aunque te parezca extraño… qué te juegas a que el agua no moja la superficie de estos materiales?!

Se te han formado gotitas en la superficie y el resto sigue seco…? Ese es el efecto visible de que la tensión superficial del agua sea mayor que la del substrato. Para que se produzca el mojado, debe ocurrir precisamente lo contrario. Lo veremos. No te preocupes si ahora no lo ves del todo claro.

Como resumen final: los fabricantes de adhesivos suelen indicar que sus productos pegan sobre los plásticos excepto sobre el PE, PP y el PTFE (y yo te añado la silicona) porque el adhesivo no es capaz de mojar eficientemente sus superficies (y ésta es una condición indispensable para tener adherencia). La razón, como he dicho, es la baja energía superficial de estos materiales.

No obstante, en la industria es posible tratar las superficies para que puedan ser adheridas. Pero son procesos caros... así que los propios fabricantes han desarrollado adhesivos adaptados para pegar sobre estos materiales. Así que hay alternativas!! ;-)

Como apunte final: antes he dicho que el teflón se utiliza en las sartenes pero, serías capaz de decirme por qué? Y… por qué se utilizan moldes de silicona para repostería…? Soy todo oídos!!

Superglue + Algodón = Fuego!!!!

Buenas tardes!!!

como sabes, Internet está lleno de curiosidades y esta vez te traigo una que me ha llamado mucho la atención: alguna vez has intentando pegar algodón (fibra, tejido, etc.) con el Superglue que tienes en casa para las pequeñas reparaciones...? pues... ten mucho cuidado!!! mira este video.... y lo entenderás!! 

Cómo te has quedado? sorprendido? supongo que sí... no es un truco pero no te preocupes, hay una razón para que pase esto:

La base química del Superglue es la del cianoacrilato que cura por reacción con el grupo OH del agua (la fórmula del agua es H2O, que lo podemos descomponer en sus iones H[+] y OH[-]). Esta reacción, como en la mayoría de los adhesivos, es exotérmica. Es decir, que se produce calor durante la reacción.

Si normalmente la reacción del cianoacrilato es rápida (por eso se llaman adhesivos instantáneos), cuando existe una gran cantidad de grupos OH en la superficie a pegar (superficies químicamente básicas o elevada humedad), la reacción es tan rápida que se puede producir de manera violenta pudiendo, incluso, dañar el substrato a adherir.

En este caso, ocurre algo parecido. Aunque no tenemos agua como tal... sí hay algodón que está compuesto principalmente de celulosa cuya molécula individual es la siguiente:

Esta molécula se une a otras para formar largas cadenas.

Como ves, existen unos cuantos grupos OH en una sola molécula, así que imagínate cuál será su concentración en todo el algodón!! y ahora... en cuanto eches el Superglue sobre el algodón, qué crees que puede pasar?

Entonces, si recordamos el triángulo del fuego, para que se produzca fuego se deben dar simultáneamente y en cantidad suficiente estos tres:

En nuestro caso:

Hay combustible? sí, el adhesivo y el propio algodón.

Hay calor? sí, la reacción exotérmica violenta lo ha generado.

Hay oxígeno? sí, el aire rodea la muestra.

Pues... como se suele decir... blanco y en botella... está claro! fuego!!

Qué te ha parecido? vas a pegar algodón con Superglue...?

Ah! una última cosa: si quieres hacer esta prueba en tu casa, ten cuidado con tus manos... que no se te quede algodón pegado con el Superglue en los dedos...

   

Normas o iniciativa propia... caminos para la mejora

Hola!!!

llevo unos días dándole vueltas a un tema… por qué hasta que no viene alguien y nos obliga a cumplir con una normativa no nos ponemos las pilas para mejorar nuestro proceso de diseño, fabricación, etc.?

Imagino que será una “propiedad” inherente a las personas humanas eso de: bah! hasta que no me lo pidan (un cliente, una entidad homologadora, un auditor, etc.) no tengo por qué hacerlo. Ya lo haré cuando me lo pidan.

Pero claro, puede que para cuando me lo pidan, ya no tenga tiempo ni margen de reacción… y entonces llega el momento de las excusas y/o las milongas para buscar una justificación que evite mostrar que es precisamente ahora cuando estoy intentando mejorar y que parezca que llevo bastante tiempo implantando un cambio a mejor…

En mi opinión, la mejora continua es un aspecto que debe estar muy presente en cualquier responsable de proyecto, de equipo o de empresa. Las soluciones de hoy, no son válidas mañana. Y la mejor forma de estar preparados es no acomodarse en lo “bien” que lo hacemos hoy.

En el uso industrial de los adhesivos ocurre algo similar. Corren tiempos de cambio. Están saliendo normas (ISO, DIN, etc.) sobre la gestión de adhesivos para diferentes sectores y muchas de ellas implican una auténtica revolución.

En general, las uniones adhesivas son consideradas como un proceso especial ya que, para comprobar si la unión se ha realizado correctamente, es necesario romperla (y lógicamente, es algo que no queremos…). Por lo tanto, hay que cuidar todos los pasos del proceso para conseguir una unión de calidad. Esto es lo que buscan estas normas.

Mi recomendación es que, antes de que la normativa te aplique directamente, te adelantes y muevas ficha. Que no te de vértigo el cambio. Es para bien! Busca la manera más adecuada de mejorar tus procesos de forma que tengas una buena trazabilidad de los productos, una buena metodología de trabajo, etc. Piénsalo un poco… si tienes un proceso controlado, tú mismo podrás estar seguro de que las uniones que fabriques estarán bien. Para esto no hace falta que te obliguen con una norma, no?

Para ello, como ya he dicho en post anteriores, lo principal es la formación (saber qué hacer y, sobre todo, cómo hacerlo ayudará a conseguir nuestro objetivo). Aunque también hay empresas y agrupaciones que pueden aportar otro valor añadido a esta mejora. Así que no hay motivos para que no te animes a mejorar!!

Te atreves? Sólo hay una respuesta posible… y de ti depende!