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Conceptos básicos de la ciencia de la superficie
Al diseñar un producto, los sustratos se eligen por diversos motivos, incluidos el rendimiento, la estética o el peso. El diseño de la pieza también suele condicionar la geometría de la junta de unión. Por lo tanto, al elegir el adhesivo, es importante comprender cómo el adhesivo interactúa químicamente con las superficies de los sustratos.
Tanto "sustrato" como "superficie" se pueden referir al material, como la madera o el hierro, que se quiere unir en un producto diseñado. Técnicamente, el sustrato comprende todas las propiedades del material: tanto internas (p. ej., la flexibilidad y la amortiguación de vibraciones) como superficiales (p. ej., la resistencia a la abrasión y la textura). Por lo general, los términos "sustrato" y "superficie" son sinónimos en el contexto de las uniones adhesivas y se refieren a la parte de la pieza que se une; es decir, con las que el adhesivo entra en contacto.
Superficie vs. material
Es importante tener en cuenta que la superficie de sustrato se puede comportar de manera muy distinta al material que lo constituye. Pensemos, por ejemplo, en el metal pintado: la "superficie" es la pintura, que presenta propiedades muy diferentes al "material" (el metal en su conjunto), tanto a escala micro como macro. Estos son tres ejemplos de superficies de un sustrato que se comportan de manera muy distinta al material.
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Madera barnizadaLa madera sin acabar es solo madera, pero si se barniza y se le aplica adhesivo, este realmente se adherirá a la superficie barnizada.
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Hierro oxidadoEn el caso de hierro oxidado, el adhesivo se une en parte al hierro y en parte al óxido. La proporción dependerá de la cantidad de óxido y de cuánto se ha preparado la superficie.
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Piezas de plásticoEn muchos casos, se utilizan agentes desmoldantes para facilitar la fabricación de piezas de plástico. Si el agente desmoldante no se retira antes de unir las piezas, el adhesivo debe ser capaz de unirse con el agente.
La importancia del contacto entre superficies
Los adhesivos crean uniones entre dos materiales. Para unir adecuadamente, es fundamental que el adhesivo pueda entrar en contacto con la superficie de cada uno de los materiales. Este proceso es distinto de otros, como el de la sujeción mecánica, en la que la superficie se perfora, o el de soldadura, en el que los materiales se fusionan.
Para tener un buen contacto con una superficie, el adhesivo debe tener las propiedades adecuadas. Entre esas propiedades, se incluyen las químicas y la viscosidad (estos aspectos se tratan en mayor detalle en otros artículos), pero la superficie también debe tener las características adecuadas. Las tres propiedades enumeradas a continuación (energía superficial, limpieza y rugosidad) son los factores más importantes para conseguir un contacto sólido.
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Energía superficial
Los materiales con bajos valores de energía superficial resisten el flujo del adhesivo y, por lo tanto, evitan un contacto sólido. Los materiales de alta energía superficial favorecen el flujo del adhesivo y, por lo tanto, contribuyen a conseguir un contacto sólido. Se puede usar el adhesivo adecuado para la energía superficial del sustrato o modificar dicha energía mediante imprimación, grabado u otros métodos.
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Aspectos relacionados con la limpieza
La suciedad, el aceite, la grasa o el polvo pueden formar una capa que impida que el adhesivo haga contacto con la superficie del material. La contaminación de la superficie puede gestionarse de dos formas. Una es limpiar la superficie para eliminar los contaminantes. La otra es usar un adhesivo cuya fórmula admita cierto nivel de contaminación.
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Unión de superficies rugosas
La rugosidad puede aumentar la superficie de adhesión total disponible, lo que permite uniones más fuertes. Sin embargo, una rugosidad excesiva puede inhibir el flujo de adhesivo sobre la superficie. Se puede modificar la rugosidad de la superficie que se quiere unir para adecuarla al adhesivo, o elegir el más apropiado para dicha superficie.
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La serie formativa sobre la ciencia de la adhesión es una introducción exhaustiva a la ciencia de la adhesión y al uso de cintas y adhesivos en tareas de diseño de productos. Visita la página sobre la ciencia de la adhesión para ver todos los artículos o elige uno de los temas que se muestran a continuación.
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