Plasticos

Propiedades básicas para el tratamiento

• Adherencia

El adhesivo es una sustancia en estado líquido o semilíquido con capacidad de mantener dos materiales juntos mediante la adhesión de superficies.

Los adhesivos pueden provenir ya sea de una fuente natural o sintética. Los tipos de materiales que se pueden unir son enormes, pero son especialmente útiles para la unión de materiales delgados. Los adhesivos pueden curar (endurecer) por evaporación de un disolvente o por reacciones químicas que ocurren entre dos o más componentes.

Los adhesivos son ventajosos para la unión de materiales delgados o diferentes, la reducción del peso, y cuando una amortiguación de las vibraciones se necesita. Una desventaja de los adhesivos es que no forman un conjunto instantáneo, a diferencia de la mayoría de los otros procesos de unión, porque el adhesivo necesita tiempo para curar.

• Activación de superficie

¿Cómo funciona la activación de superficies a través de plasma atmosférico? Ejemplo: El pretratamiento a través de plasma Openair® es muy eficaz especialmente en la activación de superficies de plástico puesto que los plásticos están compuestos normalmente por cadenas largas de polímeros. Estas superficies no polares son muy difíciles para adherir una a otra o para recubrir. A través de la modificación estructural se facilita el tratamiento posterior y de este modo, en el proceso de adhesión, también se pueden crear nuevos materiales composites.

Ventajas de la activación por plasma Openair®:

• Muy alta seguridad y velocidad de proceso

• Amplia ventana del proceso a través de rayo homogéneo de plasma

• Pretratamiento económico y ecológico

• Pretratamiento sin efecto “Corona” – el tratamiento con plasma está libre de potencial

• Afinidad del adhesivo

Afinidad del adhesivo por el material de los objetos que se van a unir. En algunos adhesivos que contienen ingredientes con grupos reactivos, puede ser importante la afinidad del adhesivo con la superficie, y en algunos casos se producen reacciones químicas.

Tendencia del adhesivo a mojar la superficie del material facilitando el contacto entre éste y la superficie.

Consistencia y continuidad de la materia adhesiva.

Tendencia del adhesivo a penetrar la superficie del material.

Espesor y flexibilidad de la capa adhesiva.

• Mecanismos de adherencia

Adsorción y mojado (I)

• Mojado: contacto a nivel atómico que se produce de forma espontánea cuando las superficies de dos cuerpos se ponen en contacto, generalmente con uno de los cuerpos en estado líquido.

• Inicialmente la adhesión se debe a las fuerzas de van der Waals, aunque otros tipos de adhesión se pueden producir posteriormente.

• El mojado se estudia empleando los principios termodinámicos, pero en la práctica se pueden producir cambios de origen químico dependientes del tiempo.

Intercara sólido/sólido:

- contacto limitado por la rugosidad y la posible

- contaminación de las superficies

• Unión débil excepto si se inducen deformaciones MATERIALES COMPUESTOS

Adsorción y mojado (II)

Intercara líquido/sólido:

- se produce el mojado si el líquido no es excesivamente viscoso y se dan las condiciones termodinámicas adecuadas.

Mecanismos de adherencia

Interdifusión y reacción química (I)

Interdifusión:

• existen varios tipos de procesos de difusión que mejoran la adhesión en la intercara:

Sistemas no poliméricos se puede producir interdifusión, generalmente acompañada de una reacción química. La resistencia de la intercara resultante dependerá de la naturaleza de las uniones interatómicas y de las tensiones generadas

Sistemas poliméricos difusión de las cadenas libres entre dos polímeros.

Se emplea en agentes para mejorar la adhesión entre las fibras y las matrices termoplásticas. MATERIALES COMPUESTOS

Interdifusión y reacción química (II)

Reacciones química:

• Formación de nuevas uniones A-B en la intercara, bien sean o no provocadas

• Uniones A-B: covalentes, iónicas, metálicas, …

• Existen muchos ejemplos de aumento de la resistencia de la intercara debido a reacciones químicas locales, pero con frecuencia se producen progresivamente reacciones con formación de productos frágiles.

Interdifusión y reacción química (III)

Reacciones químicas. Ejemplos.

• Las fibras de carbono tienden a reaccionar con los grupos orgánicos

• Las reacciones se producen preferentemente en los bordes de los planos basales ⇒ importante considerar el ángulo entre los planos basales y la superficie libre.

Ejemplo: fibras de elevado módulo elástico basadas en PAN.

Presentan una capa externa con planos basales// superficie libre:

- reaccionan con mayor dificultad

- unión entre los planos débil ⇒ fallo de la adhesión en las fibras

Tratamiento térmico previo a la fabricación del material compuesto ⇒ se mejora la adhesión al desaparecer las capas externas como consecuencia de la oxidación de las fibras.

• Fuerzas de adherencia

La adherencia se basa en 2 tipos de fuerzas intermoleculares: enlaces van der Waals y uniones químicas.

Las fuerzas de van der Waals son la base de la adherencia. Estas fuerzas de atracción actúan entre el adhesivo y el sustrato.

Los enlaces químicos producen el tipo de adherencia más resistente. Estas fuerzas se desarrollan cuando el sustrato tiene grupos químicos que reaccionan con el adhesivo.

El trabado mecánico tiene un papel en la adherencia; sin embargo, no suele ser el mecanismo primario.

Algunos grupos químicos destacan por su capacidad para formar enlaces de van der Waals. Estos grupos pueden mejorar la adherencia cuando están presentes en el adhesivo o en el sustrato.

En la tabla se incluyen estos grupos en orden descendente aproximado de propiedades de adherencia.

Grupo Atracción de van der Waals

Acido orgánico Alta

Nitrilo Alta

Amida Alta

Oxhidrilo Intermedia

Ester Intermedia

Acetato Intermedia

Cloruro Intermedia

Éter Baja

Etileno Baja

Los polímeros que tienen propiedades bajas de adherencia pueden mejorarse con la adición de un pequeño porcentaje de un ácido orgánico o de acrilonitrilo. Los recubrimientos y películas de tipo Sarán son excelentes ejemplos de este procedimiento.

Las resinas de recubrimiento de cloruro de polivinilideno exhiben una notable mejora de adherencia al copolimerizarse con 1-2% de un ácido orgánico. Los adhesivos de tipo epoxi tienen adhesiones altas sin necesidad de aditivos. Las resinas epoxi tienen grupos oxidrilo o amina en el polímero curado.

Para lograr la adherencia es necesario que los materiales queden en contacto íntimo. Este principio se basa en el fenómeno de la tensión superficial.

• Tensión superficial

Todos los materiales, ya sean líquidos o sólidos, tienen fuerzas superficiales. A estas fuerzas se les llama tensión superficial en los líquidos y energía superficial en los sólidos. Imagínese una gota de un líquido sobre una superficie plana. La tensión del líquido tiende a darle forma de montículo. El sólido en cambio, trata de extenderla hacia una forma plana.

Si la energía superficial del sólido es mayor que la del líquido, la gota se extenderá.

• Cohesión

El mecanismo de pegado

Se basa en la estructura interna del pegamento (cohesión)y en la interacción entre éste y la pieza a pegar (adhesión):La adhesión mecánica reside en el anclaje del pegamento sobre las irregularidades de la superficie de la pieza a pegar. Las superficies a pegar deben limpiarse de grasa y suciedad, antes de proceder a la aplicación del adhesivo. Normalmente la cohesión sólo actúa dentro del pegamento. No obstante, las fuerzas de cohesión pueden surgir entre las dos piezas a pegar en caso de que elplástico que las componga sea soluble. Se extiende disolvente puro por las superficies de unión, éste se difunde por su interior y disuelve el plástico, lo que implica que los enlaces intramoleculares son liberados en esta zona. Presionandolas piezas a unir, las moléculas vuelven a embrollarse y forman una íntimaasociación gracias a las fuerzas de cohesión. Las fuerzas que más tarde se apliquen sobre la costura de unión deben ser en lo posible fuerzas de cizalla, sin ninguna componente en la dirección del despegado.

- Métodos de unión por cohesión

Los sistemas de unión por cohesión se basan en que la unión entre dos materiales plásticos se produce por la acción conjunta del calor y la presión. Cuando la unión se produce entre piezas delgadas, se suele denominar unión por pegado.

En cambio si el grosor de la pieza es mayor, se dice que la unión se ha efectuado por soldadura. Veamos algunos ejemplos:

a) Pegado por perfil térmico. Este método se utiliza para pegar materiales termoplásticos de poco espesor. La unión de las piezas se produce a través de un perfil basculante provisto de una resistencia que hace que se caliente al ser presionado sobre los materiales plásticos.

De este modo, el calor se transmite a través del material,

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