Adhesivos o soldadura química en la formación de materiales compuestos o composites

Salvador Vilà Camprodon »

¿Volarían en un avión si supieran que muchas de sus piezas van va unidas mediante adhesivos?

Sí, los aviones van unidos estructuralmente mediante adhesivos. De hecho gran mayoría de los componentes estructurales y decorativos de un avión (estructura externa como fuselaje, interiores, etc…), están construido gracias a la química. Y, ¿qué papel juega la química en todo ello? Pues se podría decir que es el eslabón o nexo de unión, o mejor dicho “puente”, gracias al cual la industria mundial (no solamente la aeronáutica), ha podido avanzar hacia nuevas expectativas de crecimiento, mejoras de productos, seguridad, ahorro energético, etc.

Sigamos con el ejemplo de la aeronave.

Cuando se diseña y desde sus inicios, los ingenieros reciben unos “objetivos de proyecto” tales como: seguridad, durabilidad, ahorro energético, velocidad, capacidad de pasaje, comodidad, por ejemplo. Una vez analizados, se crea y desarrolla el producto final. Como nuestro avión va a ser una composición de materiales diferentes y nuevos, dicho producto final solo puede unirse mediante adhesivos o “soldadura química”. Repasemos de dónde venimos y hacia dónde vamos:

1. Los aviones se empezaron a construir de madera y tela unidas mecánicamente a base de un sistema de tornillería.
2. Años más tarde, se empezó a emplear aluminio, el cual se unía también mecánicamente o se soldaba.
3. Pero debido a las necesidades antes expuestas, rápidamente se “inventaron” nuevas soluciones las cuales vienen del mundo de los materiales compuestos. Gracias a ellos y a la química se ha podido llegar a la luna.

Componentes o partes en las cuales un adhesivo entra en juego dentro de un avión:

a) Fuselaje: formado por un compuesto de materiales o “composite”: fibra de carbono o kevlar impregnada o pre-impregnada con una matriz o resina epoxi o resina evolución fenol–epoxi. Con ello se consiguen: ligereza, estructuralidad, resistencia, diseño, alta producción, repetibilidad, calidad del producto y seguridad. La resina diseñada para crear el compuesto final está formulada especialmente para integrarse perfectamente con el tejido inorgánico en este caso y garantizar el comportamiento para el cual se ha diseñado.

b) Suele interior estructural ligero: es un sándwich formado por pieles exteriores de composite y núcleo de nido de abeja de aramida o aluminio. Otro claro ejemplo de uso de la química pero esta vez doble: necesaria para la fabricación de las pieles y útil para unir el núcleo (sea cual sea), con las pieles.

c) Interior: normalmente un sándwich de pieles de tejido de fibra de vidrio impregnado con resina fenólica o técnicamente llamado pre-impregnado y núcleo de nido de abeja de aramida o aluminio. A su vez, la cara decorativa que vemos es un compuesto polimérico que va adhesivado o unido al sándwich.

d) El nido de abeja: ya sea de aramida o de aluminio también se fabrica o compone gracias a los adhesivos.

Acabamos de ver muy brevemente que buena parte del avión está formado por materiales compuestos los cuales se han diseñado a caballo entre una oficina de ingeniería y un laboratorio químico y que finalmente se unen en la cadena de producción mediante adhesivos o con una unión hibrida (adhesivo más unión mecánica).

Los adhesivos son cada vez más frecuentes en nuestro uso diario y lo van a ser más en el futuro. Nos proporcionan ahorro energético, mejora de diseño y seguridad entre otros.

Pero no todo el éxito se debe a los adhesivos: si los substratos que vamos a unir no son debidamente preparados el fracaso será total. Veamos por qué.

• Unión química: un puente de enlace químico entre dos materiales similares o disimilares. Por tanto se debe de investigar que químicamente “se amen” los tres compuestos.
• Substratos: no existe un adhesivo universal y cada adhesivo esta diseñados para un uso en concreto. Es muy importante conocer en qué condiciones futuras va a trabajar.
• Preparación superficial: los substratos a unir deben estar perfectamente preparados antes de ser unidos mediante la unión química. En caso contrario la unión o soldadura fallará. Dato importante: en caso de rotura de la unión, todas las quejas son “por culpa del adhesivo” debido al gran desconocimiento que hay en esta importante fase de preparación.
• Diseño de la unión: otro factor de suma importancia, pues se deben calcular qué esfuerzos, durabilidad y condiciones futuras se le va a pedir a la unión.

Otras aplicaciones

Usamos adhesivos en nuestra vida cotidiana en todos estos ámbitos:

1. En transporte público: tren, bus, náutico, metro, tranvía, etc..
2. Automoción: vehículos particulares, F1, rally, etc…
3. Ocio: bicicletas, skates, windsurf, kitesurf, esquí, snowboard.
4. Obras públicas: puentes, cristaleras de edificios, construcción en general (morteros), etc.
5. Militar: armamento, protección personal, etc..
6. Electrónica: potting, tropicalización, unión de circuitos impresos, etc…
7. Medicina: dental, material quirúrgico, ciertas uniones óseas, etc..

Podríamos seguir aumentando la lista pero será inacabable.

El futuro industrial o quizás me atrevería a decir tercera revolución industrial, está en manos de los materiales compuestos y la química por sus amplias posibilidades de mejora de productos y servicios y en definitiva para el avance en nuestra vida cotidiana hacia nuevas fronteras. También habría que destacar que en todo este mundo tecnológico cada vez más los bio-materiales y bio-composites tienen mayor presencia debido a la conciencia general para evitar la emisión de CO₂ a la atmósfera con el consecuente efecto invernadero y también por la necesidad de reciclar y reaprovechar lo que no sirve, para darle una segunda oportunidad.