ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA

(ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

PROYECTO TÉCNICO DE DISEÑO, FABRICACIÓN Y ENSAYO DE

SISTEMAS ADHESIVOS MEDIANTE CINTAS PSA

Autor: Agustín Carreño Echanove

Director: Yolanda Ballesteros Iglesias

Madrid

Mayo de 2014

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ANEXO H

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AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO ABIERTO (RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN

1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.

El autor D. Agustín Carreño Echanove, como estudiante de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS (COMILLAS), DECLARA que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en relación con la obra “Proyecto técnico de diseño, fabricación y ensayo de sistemas adhesivos mediante cintas PSA”, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra.

En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.

2º. Objeto y fines de la cesión.

Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y gratuita ( con las limitaciones que más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.

3º. Condiciones de la cesión.

Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá:

(a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet; realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua” o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.

(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica, incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato. .

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(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional, accesible de modo libre y gratuito a través de internet.1

(d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 2

4º. Derechos del autor.

El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:

a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los derechos del documento.

b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través de cualquier medio.

c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse en contacto con el vicerrector/a de investigación (curiarte@rec.upcomillas.es).

d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para la obtención del ISBN.

d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad intelectual sobre ella.

5º. Deberes del autor.

El autor se compromete a:

a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.

b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la intimidad y a la imagen de terceros.

c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e intereses a causa de la cesión.

d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.

1 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los siguientes términos:

(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional

2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado.

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6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.

La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades:

a) Deberes del repositorio Institucional:

- La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas.

- La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso de las obras.

- La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro.

b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas:

- retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros.

Madrid, a 25 de Abril de 2014

ACEPTA:

Fdo Agustín Carreño Echanove

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RESUMEN DEL PROYECTO

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PROYECTO TÉCNICO DE DISEÑO, FABRICACIÓN Y ENSAYO DE SISTEMAS ADHESIVOS MEDIANTE CINTAS PSA

Autor: Carreño Echanove, Agustín

Director: Ballesteros Iglesias, Yolanda

Coordinador del proyecto: Hurtado Linares, José Ignacio

Entidad colaboradora: Universidad Pontificia Comillas-ICAI

RESUMEN DEL PROYECTO

Introducción y Objetivos

La principal motivación de este proyecto reside en el análisis de una de las técnicas de unión que lleva empleándose a largo de toda la historia y hoy en día resulta de gran importancia, el empleo de adhesivos. Este estudio se centra principalmente en el análisis de uno de los tipos de adhesivos más utilizados a nivel particular, las PSA o cintas adhesivas.

Este proyecto trata del ensayo y estudio de tres cintas adhesivas (Cinta 1, Cinta 2, Cinta 3) en cuatro diferentes sustratos (Aluminio, acero galvanizado, fibra de vidrio GRP y polietileno) para conocer el comportamiento a fatiga de dichas cintas a diferentes porcentajes de carga. Para determinar el porcentaje de carga a la que sometemos las probetas en el ensayo de fatiga se deberá proceder a un ensayo de cizalla por tracción de las diferentes cintas en cada sustrato, de manera que obtengamos la carga máxima media en resistencia que corresponderá al 100% de la carga.

Los ensayos de cizalla por tracción se realizan a dos velocidades de avance de la máquina de tracción diferentes:

1- 1mm/min: Es la velocidad de ensayo normalizada y los datos obtenidos serán únicamente informativos.

2- 50mm/min: Esta velocidad se asemeja mucho más a la velocidad que se imprime en el ensayo de fatiga, por lo que la carga máxima que utilicemos como referencia del 100% de carga para realizar dicho ensayo se obtendrá a esta velocidad.

Se aplican dos porcentajes de carga en el ensayo de fatiga. El primero se realiza al 75% de la máxima carga aplicada en el ensayo de cizalla por tracción a velocidad de 1mm/min. Como se ha observado que dicho ensayo no es realista con la velocidad que imprime la frecuencia en el ensayo de fatiga, se puede aproximar a un 30% del ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min. El segundo porcentaje aplicado es del 50%, calculado directamente de la carga máxima media obtenida en el ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min.

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Para mejorar las propiedades adhesivas de las cintas y los sustratos se emplean, dependiendo del sustrato, tres tipos de imprimaciones que previsiblemente mejoraran la resistencia de las probetas. Con el objetivo de comprobar la mejora de las propiedades adhesivas gracias a estas imprimaciones, las probetas de aluminio se ensayan con y sin imprimación en el ensayo de cizalla por tracción por lo que se puede apreciar la diferencia.

Todas las probetas que se ensayen a fatiga se someten a un tratamiento de envejecido, que consistirá en una serie de cambios en la temperatura y la humedad de las probetas. Este tratamiento se realiza en el laboratorio de la empresa suministradora de las cintas. También se realizan ensayos de cizalla por tracción sin dicho tratamiento (aunque la carga máxima obtenida no se utilizará como dato en los ensayos de fatiga) para así poder comparar el efecto en las propiedades adhesivas de aplicar o no el envejecimiento.

Debido a que la cinta 3 (Reposicionable), la cual tiene unión adhesiva en la cara en contacto con el sustrato pero la unión cohesiva consiste en unos cierres reposicionables que confieren carácter mecánico a la unión, siempre falla por la parte mecánica de la unión, se somete a un ensayo de cizalla por tracción en diferentes posiciones de la unión mecánica (Horizontal-horizontal, vertical-vertical y horizontal-vertical) para poder analizar la influencia del posicionamiento de la cinta en la resistencia de la unión. También dicha cinta se somete a un ensayo de tracción pura pues la disposición de la unión mecánica está diseñada fundamentalmente para funcionar de esta manera.

Por otro lado se realizan ensayos de tracción de las cintas 1 y 2 sin sustrato donde podremos evaluar su resistencia y su elasticidad, lo que nos permitirá tener un estudio más detallado de la influencia de utilizar una u otra cinta en los ensayos de cizalla por tracción y de fatiga.

Por último se realizaran ensayos sobre los propios sustratos para medir la energía superficial y la rugosidad de los 4 tipos de materiales con el fin de obtener una explicación más completa sobre las propiedades adhesivas.

Resumiendo, los objetivos del proyecto serán los siguientes:

1- Análisis de la influencia de la energía superficial de los sustratos en la adhesión mediante ensayo de ángulo de contacto.

2- Determinación de la resistencia de las cintas sin sustrato mediante ensayo de tracción.

3- Determinación de la resistencia máxima de las probetas mediante ensayo de cizalla por tracción a distintas velocidades.

4- Determinación del número de ciclos que aguantan las probetas a fatiga a distintos porcentajes de carga.

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5- Análisis de la influencia del tratamiento superficial sobre las probetas (Imprimaciones).

6- Análisis de la influencia del envejecimiento de las probetas en una

cámara climática.

7- Determinación de la resistencia a tracción pura de la cinta 3 y determinación de la resistencia de dicha cinta a Cizalla por tracción en diferentes posiciones de anclaje mecánico.

Metodología

En primer lugar se debe proceder a la fabricación de las probetas según el tipo de ensayo que se quiera realizar y las características, en cuanto a tratamiento superficial y envejecimiento, que se quieran imponer.

En los ensayos de cizalla por tracción se realizan 5 probetas de las cintas 1 y 2 en cada tipo de sustrato. Se toman datos de la resistencia máxima que aguantan las probetas antes de romper y del modo de fallo. Para el ensayo de cizalla por tracción a 1mm/min se emplean 8 tipos de sustrato; Dos tipos de acero galvanizados a los que nos referimos como Acero Nuevo (2) y Acero Viejo (1), Dos tipos de fibra de vidrio a los que nos referimos como GRP Nuevo (2) y GRP Viejo (1), Aluminio con imprimación y sin imprimación, Polietileno pegado por caras opacas (Polietileno*) y Polietileno adherido por cara opaca y cara brillante (Polietileno). Se realizan algunos ensayos con la cinta 3 en diferentes sustratos. Para el ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min no se emplean el Acero Viejo, el GRP Viejo y el Polietileno adherido por caras no opacas. Todos los sustratos se realizan con y sin envejecimiento y se requiere un tiempo de espera después de la adhesión de mínimo 72 horas. El equipo empleado es la máquina de tracción IBERTEST ELIB 20W.

En los ensayos de fatiga se realizan 3 probetas de las cintas 1 y 2 en cada tipo de sustrato. Se toman datos de los ciclos de fatiga que aguantan las probetas antes de romper y del modo de fallo. Los sustratos que se emplean son Acero Nuevo, GRP Nuevo y Viejo, Aluminio con y sin imprimación y Polietileno adherido por caras opacas (Polietileno*). No se realizan probetas a fatiga de la cinta 3 debido a que los cierres reposicionables de dicha cinta no permiten el correcto funcionamiento de la máquina fatiga que no es capaz de realizar una fuerza variable, convirtiendo el ensayo de fatiga en un simple ensayo de cizalla por tracción. Todos los sustratos se realizan con envejecimiento y se requiere un tiempo de espera después de la adhesión de mínimo 72 horas. El equipo empleado es la máquina de fatiga INSTRON ELECTROPULS E3000.

En los ensayos de la cinta sola se realizan 3 probetas de las cintas 1 y 2 con y sin envejecimiento previo. Se toman datos de la resistencia máxima media que aguantan las probetas y se observa la carrera de las cintas cuando

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rompen, de forma que se pueda tener una comparativa entre las dos cintas de la elasticidad No se requiere de espera antes del ensayo. El equipo empleado es la máquina de tracción IBERTEST ELIB 20W.

En los ensayos de tracción pura se realizan 10 probetas con la cinta 3 de Aluminio con y sin imprimación en posición de los cierres reposicionables Horizontal-Vertical. Se toman datos de la resistencia máxima que aguantan las probetas antes de romper y del modo de fallo. Se emplean sustratos con forma de T que nos permiten realizar la fuerza de tracción pura con la Máquina de tracción IBERTEST ELIB 20W. Todas las probetas se realizan sin envejecimiento y se requiere un tiempo de espera después de la adhesión de mínimo 72 horas.

En los ensayos de análisis del posicionamiento de la cinta 3 cuando se somete a cizalla por tracción se realizan 10 probetas de aluminio con y sin imprimación por cada una de las posiciones posibles; Horizontal-Horizontal, Vertical-Vertical y Horizontal-Vertical. Se toman datos de la resistencia máxima que aguantan las probetas antes de romper y del modo de fallo. Todas las probetas se realizan con y sin envejecimiento y se requiere un tiempo de espera después de la adhesión de mínimo 72 horas. El equipo empleado es la máquina de tracción IBERTEST ELIB 20W.

En los ensayos de medida del ángulo de contacto de los sustratos se realizan 5 gotas de 3 líquidos diferentes (Agua desionizada, Diiodometano y Glicerol) en cada tipo de sustrato. Se toman fotos de cada gota y con el propio programa de la máquina se calculan los ángulos de contacto y posteriormente, mediante el método de Owens y Wendt, se calcula la energía superficial. Para el ensayo de medida del ángulo de contacto se emplean 7 tipos de sustrato; Dos tipos de acero galvanizados a los que nos referimos como Acero Nuevo (2) y Acero Viejo (1), Dos tipos de fibra de vidrio a los que nos referimos como GRP Nuevo (2) y GRP Viejo (1), Aluminio con imprimación y sin imprimación, Polietileno pegado por caras opacas (Polietileno*). No se requiere de envejecimiento de los sustratos ni de tiempo de espera. El equipo empleado es un goniómetro óptico.

Resultados y conclusiones

Se han realizado y ensayado más de 500 probetas en este estudio.

Analizando el tratamiento superficial, con las probetas realizadas en aluminio con y sin imprimación en el ensayo de cizalla por tracción normalizado a 1mm/min, se concluye que la aplicación de una capa de imprimación en la superficie de adhesión mejora la resistencia máxima de la probeta de forma bastante significativa en la cinta 2, cuyo fallo es principalmente adhesivo. Sin embargo en la cinta 1 y la cinta 3, cuyos fallos son cohesivos y mecánicos respectivamente, no se aprecian diferencias en la resistencia máxima como era

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de esperar, ya que las cintas no rompen por la interfase adherente-adhesivo que es la parte donde se encuentra la capa de imprimación.

En los ensayos de fatiga y cizalla por tracción a 50mm/min no se aprecian diferencias significativas entre el tratamiento superficial con y sin imprimación al ser ensayos realizados a mucha más velocidad.

Analizando el tratamiento de envejecido, con las probetas preparadas con y sin envejecimiento en los ensayos de cizalla por tracción a 1mm/min, se puede concluir que dicho envejecimiento empeora la resistencia de las probetas sobre todo en los casos donde el fallo se produce de forma adhesiva (Cinta 2 en todos los sustratos y cinta 1 en los sustratos de polietileno).

La cinta 3 no se ve afectada por el tratamiento de envejecimiento de forma significativa al ser el fallo de carácter mecánico. La cinta 1 solo se ve afectada cuando se emplea el sustrato de polietileno, pues el fallo se produce de forma adhesiva, pero en el resto de sustratos, cuyos fallos son cohesivos, no es determinante aplicar el tratamiento de envejecimiento.

En el ensayo de la cinta sola, tanto la cinta 1 como la cinta 2, a cizalla por tracción se puede observar que no influye el envejecimiento en la resistencia máxima, lo que explica que las probetas que rompen de forma cohesiva no se vean afectadas por el tratamiento de envejecido, que finalmente podemos concluir que solo afecta a la interfase adherente-adhesivo y no a la cinta en sí.

En los ensayos realizados a cizalla por tracción de las uniones adhesivas a velocidad de 50mm/min no se pueden apreciar las diferencias observadas en el ensayo a 1mm/min en cuanto al envejecimiento debido a la imprecisión del ensayo realizado a alta velocidad.

Analizando los resultados obtenidos a cizalla por tracción, tanto a 1mm/min como a 50mm/min, se puede observar que el tipo de cinta, el tipo de sustrato y la velocidad de desplazamiento de cabezal en la máquina son factores determinantes en el valor de la carga máxima resultante. Se observa que en general la cinta 1 tiene mayor resistencia que la cinta 2. Se observa que las uniones con sustratos de acero galvanizado y de GRP poseen la mayor resistencia, seguidos de cerca por el aluminio, y en último lugar, con una resistencia muy inferior, tenemos los sustratos de polietileno. Se observa que el aumento de la velocidad de ensayo (50mm/min) aumenta de forma muy considerable el valor de la resistencia de todos los sustratos con todas las cintas.

Las probetas con GRP Nuevo tienen menor resistencia que el GRP Viejo, mientras que el Acero Nuevo posee mayor resistencia que el Acero nuevo. En cuanto el polietileno se puede apreciar que la adhesión por caras opacas (Polietileno*) ofrece mejor resistencia que los sustratos de polietileno adheridos por caras brillante-mate.

Analizando los resultados obtenidos a fatiga podemos concluir que la cinta 2 tiene un comportamiento mucho mejor en todos los sustratos que la

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cinta 1. Estas diferencias son especialmente apreciables a bajos porcentajes de carga (30%), mientras que a altos porcentajes de carga (50%) dichas diferencias son mucho menos significativas.

Las diferencias tan grandes entre la cinta 2 y la cinta 1 se pueden observar analizando el ensayo de las cintas solas a tracción, donde comprobamos que la carrera que tiene la cinta 2 antes de romper es mucho mayor que la de la cinta 1, lo cual implica que la cinta 2 tiene mucha más elasticidad que es un factor determinante en la vida a fatiga de las probetas, pues la elasticidad contribuye a un mejor amortiguamiento de la frecuencia de ciclos aplicada por la máquina.

Los sustratos de acero y aluminio son los que mejor comportamiento a fatiga presentan, mientras que los de GRP tienen una vida a fatiga mucho menor de lo que era previsible cuando se obtuvieron los valores de resistencia máxima a cizalla por tracción, donde el GRP era superior al aluminio y estaba al nivel del acero. La peor vida a fatiga la presenta el polietileno adherido por caras opacas.

Se ha podido observar que el posicionamiento de la cinta a lo largo del sustrato tiene gran relevancia en la vida a fatiga de las probetas. Esto se observó en unas probetas ensayadas a fatiga (al 30% y al 50%) con sustratos de polietileno donde la cinta no estaba adherida en el extremo del sustrato. Resulto que las probetas de polietileno presentaban una vida a fatiga mayor que el resto de sustratos, lo cual era incoherente con lo observado en los ensayos de fatiga con carga del 30% donde las probetas habían sido fabricadas con la cinta adherida en el extremo del sustrato.

Analizando el estudio de posicionamiento de la cinta 3 se puede concluir que el tipo de posicionamiento no influye de manera significativa en la resistencia a cizalla por tracción. Si se ha podido observar que la posición Horizontal-Vertical ofrece una menor dispersión en los resultados, por lo que los ensayos de tracción pura de la cinta 3 se han realizado en dicha posición.

Analizando estos ensayos de tracción pura con la cinta 3 se observa, como era previsible, que dicha cinta funciona mucho mejor sometida a carga de tracción pura que a cizalla por tracción (del orden de 3 veces mayor).

Los fallos que se producen en la cinta 3 siempre resultan ser de carácter mecánico.

En cuanto a la medida de energía superficial de los sustratos, no se han podido extraer resultados concluyentes debido a su incoherencia con el resto de ensayos y con la teoría experimental. La causa más probable de dichas incoherencias es la diferencia entre rugosidades de los sustratos (Son un factor determinante en la medida del ángulo de contacto) que provocan que el polietileno presente la mayor energía superficial.

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TECHNICAL PROJECT OF DESIGNING, FABRICATION AND TESTING ADHESIVE SISTEMS BY PSA TAPES

Author: Carreño Echanove, Agustín

Director: Ballesteros Iglesias, Yolanda

Proyect Coordinator: Hurtado Linares, José Ignacio

Collaborating Organization: Universidad Pontificia Comillas-ICAI

PROYECT SUMMARY

Introduction and Objectives

The main motivation of this project lies in the analysis of one of the joint techniques being used to throughout history and today is very important, the use of adhesives. This study focuses mainly on the analysis of one of the most used types of adhesives as an individual, the PSA tapes.

This proyect consists on the test and study of three different tapes (Tape 1, Tape 2 and Tape 3) in four different substrates (aluminum, galvanized steel, GRP fiberglass and polyethylene) in order to know the fatigue behavior of these tapes in different load percentages. To determine the percentage of load that submit specimens in the fatigue test it should proceed to a test of shear strength of different tapes on each substrate, so that we obtain the average maximum load resistance equivalent to 100% load.

The shear strength tests are conducted at two speeds of advance of the machine different drive:

1- 1mm/min: Is the normalized test speed and data are for information only.

2- 50mm/min: This speed is far more akin to the speed that is printed on the fatigue test, so that the maximum load reference we use 100% load for this test is obtained at this speed.

Two percentages of load applied in the fatigue test. The former being 75% of the maximum load applied in the shear strength test at a speed of 1mm/min. As noted that this test is not realistic with the speed frequency in the fatigue test may be approximated to 30% of the shear strength test to 50mm/min. The second percentage applied is 50%, obtained directly from the mean maximum load obtained in the shear strength test to 50mm/min.

To improve the adhesive properties of the tape and substrates are used, depending on the substrate, three types of primers that predictably improve

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resistance of the specimens. In order to test the adhesive properties improved by these primers, aluminum specimens were tested with and without priming in the shear strength test so the difference can be seen.

All samples to be tested to undergo fatigue aging treatment that consists of a series of changes in temperature and humidity of the test pieces. This treatment is done in the laboratory of the company. Shear tests are also performed by traction without such treatment (although the maximum load obtained shall not be used as data in the fatigue tests) in order to compare the effect in the adhesive properties of applying or not the aging treatment.

Because tape 3 (repositionable), which has adhesive joint in the face in contact with the substrate but the cohesive joint is a repositionable closures conferring mechanical nature of the union, always fails for the mechanical part of the union is subjected to a shear strength test at different positions (horizontal Horizontal-, vertical-vertical and horizontal-vertical) to analyze the influence of the positioning of the tape on the joint strength. Such tape also undergoes a pure strength test for the mechanical joining arrangement is primarily designed to operate in this manner.

Also are performed Strength tests of the tapes 1 and 2 without substrate, which we can assess its strength and elasticity, allowing us to have a detailed study of the influence of using each tape in the fatigue test and in the shear strength test.

Finally are performed tests for measuring the surface energy and the surface roughness of the 4 types of substrates in order to obtain a more complete explanation of the adhesive properties of each material.

In short, the objectives of the project are:

1 - Analysis of the influence of the surface energy of the substrates in the adhesion by contact angle test.

2 - Determination of resistance of the tapes without substrate by strength test.

3 - Determination of the ultimate strength of the specimens by shear strength test at different speeds.

4 - Determination of the number of cycles that the specimens resist on fatigue test at different load percentages.

5 - Analysis of the influence of surface treatment on the specimens (primers).

6 - Analysis of the influence of aging treatment of the specimens in a climatic chamber.

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7 - Determination of the resistance to pure strength of the tape 3 and determination of the strength of said tape to shear strength at different positions of mechanical anchoring.

Methodology

First, proceed to the manufacture of the specimens according to the type of test you want to perform and the characteristics in terms of surface treatment and aging, who want to impose.

In the shear strength test are performed 5 specimens with the tapes 1 and 2 in each different substrates. Maximum resistance data enduring the specimens before breaking and failure mode are taken. To test shear strength to 1mm/min 8 types of substrate are used ; Two types of galvanized steel to which we refer as New steel (2) and Old Steel ( 1) Two types of fiberglass which we refer to as GRP New ( 2) and Old GRP ( 1), Aluminum with primer and without primer , Polyethylene struck by opaque faces ( Polyethylene *) and Polyethylene struck by opaque and brilliant faces ( Polyethylene ) . Some tests with tape 3 are made on different substrates. For the shear strength with speed of 50mm/min test on the Old Steel, the Old GRP and polyethylene with not opaque joint faces are not used. All substrates were performed with and without aging treatment and a timeout is required after the accession of minimum 72 hours. The equipment used is the strength machine IBERTEST ELIB 20W.

In the fatigue tests three specimens of tapes 1 and 2 on each type of substrate are performed. Data cycles enduring fatigue specimens before breaking and failure mode are taken. The substrates used are Steel New, Old and New GRP , Aluminium with and without primer and polyethylene join by opaque faces ( Polyethylene *) . No fatigue specimens were made of the tape 3 because the repositionable closures do not allow the correct operation of the machine fatigue that is not capable of performing a variable force , making the fatigue test in simple shear test by traction. All substrates are provided with aging and a timeout is required after the accession of minimum 72 hours. The equipment used is the fatigue machine INSTRON ELECTROPLUS E3000.

In tests of the single tape are performed 3 specimens with the tapes 1 and 2 each one with and without previously aging. Data the average maximum resistance that hold the specimens are taken and the race of the tapes is observed when broken, so that you can have a comparison between the elasticity of the two tapes. Is not required to wait before the test. The equipment used is the strength machine IBERTEST ELIB 20W.

In pure strength test 10 specimens are made with aluminum tape 3 with and without primer. The position of the repositionable closures is Horizontal-Vertical. Maximum resistance data enduring the specimens before breaking and failure mode are taken. Substrates are used in the form of T that allow us to aply tensile strength with the strength machine IBERTEST. All specimens are

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made without aging and a timeout is required after the accession of minimum 72 hours.

In the test of the positioning of the tape 3, when is subjected to shear strength test, are performed 10 aluminum specimens with and without primer for each of the possible positions; Horizontal - Horizontal, Vertical and Horizontal -Vertical -Vertical. Maximum resistance data enduring the specimens before breaking and failure mode are taken. All specimens were performed with and without aging and a timeout is required after the accession of minimum 72 hours. The equipment used is the traction machine IBERTEST ELIB 20W.

In contact angle measuring test of the substrates, 5 drops of 3 different liquids (deionized water, glicerol and Diiodometano) on each different substrate are performed. Photos are taken of each drop and the program itself machine calculate the contact angles, and subsequently, by the method of Owens and Wendt, the surface energy is calculated. For contact angle measuring test 7 types of substrate are used ; Two types of galvanized steel to which we refer as New steel (2) and Old Steel ( 1) Two types of fiberglass which we refer to as GRP New ( 2) and Old GRP ( 1) Aluminum without primer and Polyethylene struck by opaque faces ( Polyethylene *) . No aging is required by substrates and timeout is not required. The equipment used is the SCA20 machine.

Results and conclusions

Have been made and tested more than 500 specimes in this study.

Analyzing the surface treatment, with the test pieces made of aluminum with and without priming in the strength shear test at 1mm/min standard, it is concluded that the application of a primer layer on the surface improves the maximum adhesion strength of the specimen quite significantly on tape 2, which is mainly adhesive failure. However on tape 1 and tape 3 , whose rulings are cohesive and mechanic respectively, no differences in maximum strength unsurprisingly be seen , since the tapes do not break in the adhesive - adherent interface, which is the part where is the primer .

In the fatigue tests and shear strength test to 50mm/min no significant difference between the surface treatment are seen with and without priming because are tests much faster.

Analyzing the aging treatment, the specimens prepared with and without aging tests at 1mm/min shear strength, it may be concluded that such treatment deteriorates the resistance of specimens especially in cases where the failure occurs so adhesive ( Tape 2 in all substrates and tape 1 in Polyethylene substrates).

The tape 3 is not affected significantly by the aging treatment due to the mechanical character of the failure. Tape 1 is only affected when the polyethylene substrate is used, then the failure occurs adhesively, but other substrates, whose failures are cohesive, is not determinative to apply an aging

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treatment. In the test of the single tape, so the tape 1 and tape 2 tension can be seen that no influence the aging treatment in maximum strength, which explains that the specimens that break cohesively are not affected by the treatment aged, finally can conclude that the aging treatment only affects the interface between tape and substrat, not the tape itself.

In tests for shear strength at 50mm/min can not appreciate the differences observed in the test at 1mm/min concerning aging due to the imprecision of the test performed at high speed.

Analyzing the results obtained shear strength tests, both as 50mm/min as 1mm/min, it can be seen that the type of tape, the type of substrate and the forward speed of the machine are determining factors in the value of the load maximum composite. It is noted that the tape 1 has higher strength than the tape 2. Substrates is observed that galvanized steel and GRP have the highest resistance, followed closely by aluminum, and in last place, with a very low resistance, have polyethylene substrates. It is observed that increased assay speed (50mm/min) very significantly increases the resistance value of the substrate in all the tapes.

The New GRP has less resistance than the Old GRP, while the New steel has higher strength than the Old steel. As the polyethylene can be seen that the adhesion by opaque faces (Polyethylene*) provides better strength than polyethylene substrates join by bright - opaque faces.

Analyzing the results of fatigue we can conclude that the tape 2 has a much better performance on all substrates than tape 1. Such differences are particularly noticeable at low loading percentages (30%), while at high loading percentages (50 %) these differences are much less significant.

The large differences between the tape 2 and the tape 1 can be seen by analyzing the single tape test, which check that the race having the tape 2 before break is greater than that of tape 1, which means that the tape 2 has a much greater elasticity which is an important determinant in fatigue life of the specimen, due to the elasticity contributes to a better frequency damping applied by the machine.

The steel and aluminum substrates are best presented fatigue behavior , while the GRP have a much lower fatigue life than was expected when the values of maximum tensile in shear strength tests were obtained , where the GRP was higher aluminum and similar with the steel. The worst fatigue life it is presented by polyethylene joined with opaque faces.

It has been observed that the positioning of the tape along the substrate has great relevance in the fatigue life of the specimens. This was observed in a fatigue test pieces (50 %) with polyethylene substrates where the tape was not adhered on the edge of the substrate. It turned out that the polyethylene specimens exhibited higher fatigue life than other specimens, which was inconsistent with that observed in fatigue tests with 30% load where the specimens were made with the tape affixed to the edge of the substrate.

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About the positioning study with the tape 3 can be concluded that the type of positioning does not have a significant influence on the tensile value in the shear strength test. It has been observed that the Horizantal -Vertical position provides less dispersion in the results, so pure tension tests of tape 3 has been made in that position.

Analyzing pure strength tests with tape 3 shows, predictably, that the tape works much better under load of pure tensile than shear strength.

Failures that occur in the tape 3 always prove to be mechanical in nature.

As to the test of surface energy of the substrates, have not been extracted conclusions due to the inconsistency with other tests and the experimental theory. The most likely cause of such inconsistencies is the difference between roughness of the substrates (There are a determining factor in the measurement of contact angle) that cause the greatest surface energy in the polyethylene substrates.

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA

(ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL

PROYECTO TÉCNICO DE DISEÑO, FABRICACIÓN Y ENSAYO DE

SISTEMAS ADHESIVOS MEDIANTE CINTAS PSA

Autor: Agustín Carreño Echanove

Director: Yolanda Ballesteros Iglesias

Madrid

Mayo de 2014

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INDICE

1. Capítulo 1: Memoria descriptiva …………………………………………………………………………………………………………………………..33 1.1. Introducción …………………………………………………………………………………………………….35

1.2. Objetivos del Proyecto …………………………………………………………………………………….37

1.3. Estado de la cuestión……………………………………………………………………………………….39

1.3.1. Uniones adhesivas y adhesión …………………………………………………………………39

1.3.2. Modos de fallo…………………………………………………………………………………………40

1.3.3. Clasificación de los adhesivos………………………………………………………………….41

1.3.4. Cintas adhesivas………………………………………………………………………………………43 1.3.4.1. Mecanismo de adhesión………………………………………………………………..43 1.3.4.2. Ventajas e inconvenientes del uso de PSA……………………………………..45

1.3.5. Durabilidad de las uniones adhesivas………………………………………………………46

1.3.6. Evaluación de las uniones adhesivas……………………………………………………….48

2. Capítulo 2: Memoria experimental …………………………………………………………………………………………………………………………..51 2.1. Materiales………………………………………………………………………………………………………..53

2.1.1. Adherentes……………………………………………………………………………………………..53

2.1.2. Cintas adhesivas………………………………………………………………………………………54

2.1.3. Tratamiento superficial. Imprimaciones………………………………………………….57

2.2. Fabricación de las probetas……………………………………………………………………………..57

2.3. Envejecimiento………………………………………………………………………………………………..62

2.4. Técnicas experimentales………………………………………………………………………………….62

2.4.1. Ensayo de cizalla por tracción…………………………………………………………………..62

2.4.2. Ensayo de fatiga………………………………………………………………………………………..65

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2.4.3. Ensayo de tracción pura…………………………………………………………………………….68

2.4.5. Cálculo y expresión de resultados……………………………………………………………..70

2.4.6. Medida del ángulo de contacto y energía superficial…………………………………73

3. Capítulo 3: Resultados y discusión ……………………………………………………………………………………………………………………………..79 3.1. Determinación de la energía superficial……………………………………………………………..81

3.1.1. Sustratos de Aluminio………………………………………………………………………………….81

3.1.2. Sustratos de Polietileno……………………………………………………………………………..83

3.1.3. Sustratos de Acero nuevo……………………………………………………………………………85

3.1.4. Sustratos de Acero viejo…………………………………………………………………………….87 3.1.5. Sustratos de GRP nuevo…………………………………………………………………………….89 3.1.6. Sustratos de GRP viejo……………………………………………………………………………….91 3.1.7. Comparación de las energías superficiales…………………………………………………93

3.2. Determinación de la resistencia de las cintas adhesivas en estático mediante

ensayo de tracción pura……………………………………………………………………………………..95

3.3. Determinación de la resistencia de las uniones adhesivas en estático mediante ensayo de cizalla por tracción a 1mm/min………………………………………………………...97

3.3.1. Sustratos de Aluminio…………………………………………………………………………………97

3.3.2. Sustratos de GRP………………………………………………………………………………………102

3.3.3. Sustratos de Acero galvanizado………………………………………………………………….107

3.3.4. Sustratos de Polietileno…………………………………………………………………………….112 3.3.5. Todos los sustratos en las cintas 1 y 2……………………………………………………….116

3.4. Determinación de la resistencia de las cintas adhesivas en estático mediante ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min……………………………………………………….119

3.4.1. Sustratos de Aluminio………………………………………………………………………………..119

3.4.2. Sustratos de GRP nuevo……………………………………………………………………………123

3.4.3. Sustratos de Acero nuevo………………………………………………………………………….125

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3.4.4. Sustratos de Polietileno adherido por caras opacas………………………………….128 3.4.5. Todos los sustratos en las cintas 1 y 2……………………………………………………….130

3.5. Determinación de la vida a fatiga de las uniones adhesivas con las PSA estudiadas ………………………………………………………………………………………………………………………….133

3.5.1. Sustratos de Aluminio……………………………………………………………………………….133

3.5.2. Sustratos de GRP……………………………………………………………………………………..136

3.5.3. Sustratos de Acero galvanizado…………………………………………………………………140

3.5.4. Sustratos de Polietileno adherido por caras opacas…………………………………143 3.5.5. Todos los sustratos en las cinta 1 y 2………………………………………………………..145

3.6. Influencia del posicionamiento de la cinta 3 (Reposicionable) en la resistencia de la unión mecánica mediante ensayo de cizalla por tracción…………………………………149

3.7. Determinación de la resistencia de la cinta 3 (Reposicionable) mediante ensayo de

tracción…………………………………………………………………………………………………………….153

4. Capítulo 4: Conclusiones ……………………………………………………………………………………………………………………………155

5. Bibliografía ……………………………………………………………………………………………………………………………161

6. Anexos ……………………………………………………………………………………………………………………………165 6.1. Hojas técnicas de los sustratos…………………………………………………………………………167

MEMORIA

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Capítulo 1: Memoria descriptiva

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1.1. Introducción

La presencia de adhesivos la podemos observar simplemente mirando a nuestro alrededor en la naturaleza, por ejemplo las telas de araña deben su consistencia a agentes adhesivos Así como también los nidos de pájaro entre otros muchos ejemplos.

Hoy en día está muy en boga la utilización de adhesivos en la construcción, pues se tiende a reemplazar materiales pesados como el metal por otros materiales más ligeros como plásticos, los cuales no son idóneos para la unión mediante soldadura. Esto es muy frecuentemente utilizado en la aeronáutica. Aun así el empleo de agentes adhesivos no es ninguna técnica moderna ya que se llevan empleando desde la prehistoria. Se han encontrado vestigios de collares en los cuales se empleó la sangre animal como adhesivo. Las estatuas babilónicas dan fe del uso de los cementos bituminosos como primeros adhesivos estructurales utilizados por el hombre. Los antiguos egipcios emplearon adhesivos para la unión de láminas de madera. Este adhesivo procedía de la cocción de huesos animales.

No es hasta el siglo XIX cuando se comienza a descubrir los primeros adhesivos industriales, y en el siglo XX cuando se empiezan a emplear de modo industrial. El mayor desarrollo de esta tecnología se hace patente en la segunda guerra mundial por las necesidades que planteaba la industria armamentística. Así, en este periodo, se empiezan a comercializar las resinas epoxi que hoy en día tiene muchas aplicaciones debido a su gran resistencia.

Aparte de la historia del susodicho producto, ¿Qué entendemos por adhesivo? Se puede definir adhesivo como aquella sustancia que aplicada entre las superficies de dos materiales permite una unión resistente a la separación. Denominamos sustratos o adherentes a los materiales que pretendemos unir por mediación del adhesivo. El conjunto de interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la interfase adhesivo/adherente recibe el nombre de adhesión. Se debe tener en cuenta que cada tipo de adhesivo tiene su propio ámbito de aplicación, es decir que la elección de un adhesivo se hará en función de las propiedades mecánicas y químicas que requiramos. Por ejemplo podemos estar interesados en conseguir una unión adhesiva con una resistencia considerable para lo cual podríamos considerar el empleo de una resina epoxi, o bien nos podría interesar una unión más elástica que amortigüe bien las vibraciones en cuyo caso sería más conveniente utilizar poliuretano para realizar la unión adhesiva. También en la elección del adhesivo tendrá importante relevancia las propiedades químicas del sustrato que condicionaran las propiedades que debe tener el adhesivo para que se realice una correcta unión.

¿Qué nos aportan las uniones adhesivas con respecto a los métodos tradicionales de unión? Como ventajas de los adhesivos, podemos destacar:

Distribución uniforme de tensiones: se eliminan las puntas de tensión que aparecen en los taladros roscados y lisos empleados para montar

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tornillos y remaches. Asimismo, se evitan los cambios estructurales producidos por la soldadura en el material, que afectan su resistencia a la fatiga bajo cargas dinámicas.

Rigidización de las uniones: los adhesivos forman uniones continuas entre las superficies de la junta. Estas uniones son mucho más rígidas que las realizadas por remaches o puntos de soldadura que sólo conectan las superficies en puntos localizados. Las estructuras adheridas soportan cargas entre un 30% y un 100% superiores sin llegar a torcerse.

No se produce distorsión del sustrato: las piezas no se calientan y no sufren deformaciones debidas al calor o a esfuerzos mecánicos. Además, se permite el montaje sencillo de sustratos de diferentes masas y dimensiones.

Permiten la unión económica de distintos materiales: aunque la soldadura, por ejemplo, ya permite unir materiales cerámicos y metales, los adhesivos son una solución económica para la unión de materiales diferentes

Rigidización de las uniones: los adhesivos forman uniones continuas entre las superficies de la junta. Estas uniones son mucho más rígidas que las realizadas por remaches o puntos de soldadura que sólo conectan lastando fenómenos como la corrosión galvánica bimetálica, la erosión por fricción y la corrosión por frotamiento. Por efecto ocupacional también evitan la entrada de agentes corrosivos como la humedad y el aire.

Reducción del número de componentes, como tornillos, pasadores, remaches, abrazaderas, etc., lo cual disminuye los costes asociados a la manipulación y almacenaje de estas piezas.

Mejora el aspecto del producto: las uniones adhesivas son más lisas, escondiendo las juntas a la vista y mejorando la estética del conjunto.

Compatibilidad del producto: los adhesivos aceleran los procesos de ensamblaje, aumentando la capacidad de producción.

Uniones híbridas: los adhesivos usados en conjunción con métodos de ensamblaje mecánico mejoran el rendimiento global de la junta.

Como inconvenientes de los adhesivos, podemos destacar:

Preparación superficial: puede ser necesaria para lograr resultados fiables.

Tiempos de curado: la producción puede retrasarse cuando se emplean adhesivos que precisan tiempos de curado prolongados para lograr la resistencia a la manipulación y la resistencia funcional.

Desmontaje: las uniones adhesivas pueden ser difíciles de desmontar.

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Resistencias mecánica y a la temperatura limitadas: los adhesivos son polímeros y en consecuencia tienen resistencias mecánica y a la temperatura limitadas.

Inexistencia de ensayos no destructivos, que garanticen la resistencia de la unión adhesiva. En producciones en cadena se realizan muestreos y ensayos destructivos.

1.2. Objetivos del proyecto

En este proyecto el objetivo es el ensayo y estudio de tres cintas adhesivas facilitadas por la empresa (Cinta1, Cinta2, Cinta 3) en cuatro diferentes sustratos (Aluminio, acero galvanizado, fibra de vidrio GRP y polietileno) para conocer el comportamiento a fatiga de los productos a diferentes porcentajes de carga. Para determinar el porcentaje de carga a la que sometemos las probetas en el ensayo de fatiga se deberá proceder a un ensayo de cizalla por tracción de las diferentes cintas en cada sustrato de manera que obtengamos la carga máxima a la que podemos someter las probetas.

Los ensayos de cizalla por tracción se realizaran a dos velocidades diferentes:

3- 1mm/min: Es la velocidad de ensayo estándar y los datos obtenidos serán únicamente informativos

4- 50mm/min: esta velocidad se asemeja mucho más a la frecuencia de los ciclos en el ensayo a fatiga, por lo que la carga máxima que utilicemos como dato para realizar dicho ensayo se obtendrá a esta velocidad.

Para mejorar las propiedades adhesivas de las cintas y los sustratos se emplearán, dependiendo del sustrato, tres tipos de imprimaciones que previsiblemente mejoraran la resistencia de las probetas. Con el objetivo de comprobar la mejora de las propiedades adhesivas gracias a estas imprimaciones, las probetas de aluminio se ensayarán con y sin imprimación en el ensayo de cizalla por tracción por lo que se podrá apreciar la diferencia.

Todas las probetas que se ensayen a fatiga se someterán a un tratamiento de envejecido que consistirá en una serie de cambios en la temperatura y la humedad de las probetas. Este tratamiento se realizará en el laboratorio de la empresa. También se realizarán ensayos de cizalla por tracción sin dicho tratamiento (aunque la carga máxima obtenida no se utilizará como dato en los ensayos de fatiga) para así poder comparar el efecto en las propiedades adhesivas de aplicar o no el envejecimiento.

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Debido a que en una de las cintas (Reposicionable) la cual la unión que tiene con el sustrato es adhesiva pero la unión cohesiva de la propia cinta es de carácter mecánico, siempre falla por la parte mecánica de la unión, se someterá a un ensayo de cizalla por tracción en diferentes posiciones de la unión mecánica (Horizontal-horizontal, vertical-vertical y horizontal-vertical) para poder analizar la influencia del posicionamiento de la cinta en la resistencia de la unión. También dicha cinta se someterá a un ensayo de tracción pura pues la disposición de la unión mecánica está diseñada fundamentalmente para funcionar de esta manera.

También se realizarán ensayos de tracción de la cinta sin sustrato donde podremos evaluar su resistencia y su elasticidad, lo que nos permitirá tener un estudio más detallado de la influencia de utilizar una u otra cinta en los ensayos de cizalla por tracción y de fatiga.

Por último se realizarán ensayos sobre los propios sustratos para medir la energía superficial y la rugosidad de los 4 tipos de materiales con el fin de obtener una explicación más completa sobre las propiedades adhesivas.

Resumiendo, los objetivos del proyecto serán los siguientes:

1- Análisis de la influencia de la energía superficial de los sustratos en la adhesión mediante ensayo de ángulo de contacto.

2- Determinación de la resistencia de las cintas sin sustrato mediante ensayo de tracción.

3- Determinación de la resistencia máxima de las probetas mediante ensayo de cizalla por tracción a distintas velocidades.

4- Determinación del número de ciclos que aguantan las probetas a fatiga a distintos porcentajes de carga.

5- Análisis de la influencia del tratamiento superficial sobre las

probetas (Imprimaciones).

6- Análisis de la influencia del envejecimiento de las probetas en una cámara climática.

7- Determinación de la resistencia a tracción pura de la cinta 3 y determinación de la resistencia de dicha cinta a Cizalla por tracción en diferentes posiciones de anclaje mecánico.

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1.3. Estado de la cuestión

1.3.1. Uniones adhesivas y adhesión

El adhesivo es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial.

Se entiende por unión adhesiva el conjunto de adhesivo y materiales unidos por contacto superficial.

Figura 1.1: Fases de le unión adhesiva

Por adhesión se entiende la fuerza de unión en la interfase de contacto entre dos materiales. Las fuerzas físicas de atracción y adsorción, que se describen como fuerzas de van der Waals, tienen una gran importancia en la unión. El rango de estas fuerzas intermoleculares es considerablemente más bajo si el material adhesivo no está en contacto íntimo con las zonas a unir. Este es el motivo por el que el adhesivo debe penetrar totalmente en la rugosidad superficial y mojar toda la superficie. La resistencia de la fuerza adhesiva depende del grado de mojado (contacto intermolecular) y de la capacidad adhesiva de la superficie.

La cohesión es la fuerza que prevalece entre las moléculas dentro del adhesivo, manteniendo el material unido. Estas fuerzas incluyen: - Fuerzas intermoleculares de atracción (fuerzas de van der Waals).

- Enlaces entre las propias moléculas de polímero.

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1.3.2. Modos de fallo

Para analizar los modos de fallo se presenta en la siguiente figura el esquema básico de la unión sustrato-adhesivo.

Figura 1.2: Esquema adhesivo-sustrato

Cuando se produce la separación del sustrato del adhesivo estamos hablando de un modo de fallo adhesivo y cuando la rotura se produce en el propio adhesivo hablamos de rotura por cohesión. También es muy frecuente que una rotura se produzca en parte adhesiva y en parte cohesiva. Cabe la posibilidad de que la rotura se produzca en el propio sustrato pero esto es lo menos frecuente debido a que los sustratos suelen ser mucho más resistentes que las uniones adhesivas.

Podemos evaluar la adhesión de dos sustratos simplemente realizando un ensayo de rotura de la unión adhesiva. En los ensayos realizados en este proyecto se especificará el tipo de rotura que ha tenido lugar y se aportarán fotografías de la rotura de las probetas.

Figura 1.3: Modos de fallo

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1.3.3. Clasificación de los adhesivos

Las dificultades fundamentales a la hora de realizar una clasificación son la gran variedad de bases químicas de los adhesivos y la gran diversidad de sustratos posibles. Además, cada adhesivo requiere distintos métodos de tratamiento para cada sustrato. Por este motivo los sistemas más adecuados para la clasificación de los adhesivos se basan en las propiedades más importantes de éstos.

Una de las clasificaciones más empleadas se basa en el mecanismo de formación de la junta adhesiva. Así, se pueden distinguir dos grandes grupos de adhesivos. Los adhesivos prepolimerizados, es decir, aquéllos cuyo polímero ya existía antes de ser aplicado el adhesivo sobre la unión, y adhesivos reactivos. Estos últimos se caracterizan porque el adhesivo en estado líquido, viscoso, gel, etc. se halla constituido por monómeros o cadenas oligómeras que polimerizan y/o se entrecruzan durante el proceso de polimerización que ocurre cuando tal adhesivo se ubica entre los sustratos a unir. Dentro de estos grandes grupos se definen diversas subclases:

ADHESIVOS PREPOLIMERIZADOS (El polímero base ya existe en el seno del propio adhesivo):

En fase líquida:

Soluciones acuosas de origen natural:

. Origen mineral: cementos, colas . Origen animal: caseína . Origen vegetal: celulosa, almidón, colofonia

Soluciones acuosas de origen sintético:

. PVP (Polivinilpirrolidona) . PEG (Polietilenglicol) . PAV (Polialcohol vinílico)

Soluciones orgánicas: suelen ser lineales y adquieren propiedades elásticas tras la vulcanización, la cual en ocasiones tiene lugar con el oxígeno del aire.

. Caucho natural . Polienos . Polidienos . Elastómeros termoplásticos (SBR)

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En fase sólida:

Adhesivos sensibles a la presión o piezosensibles (PSA): son adhesivos con una reología especial que les permite deformarse y mojarlos sustratos en estado sólido.

. Adhesivos de contacto . Películas y cintas autoadhesivas . Adhesivos reposicionables . Adhesivos reactivables por calor

Adhesivos termofusibles o Hot Melts: son adhesivos que humectan los sustratos cuando se calientan por encima de la temperatura de reblandecimiento del termoplástico y al enfriar adquieren la consistencia de un plástico.

. Polietileno . EVA . Poliamidas . Poliésteres

ADHESIVOS REACTIVOS (el adhesivo contiene el monómero u oligómero que polimerizará para generar el polímero curado final)

Mediante poliadición:

. Anaeróbicos . Acrílicos . Cianoacrilatos . Siliconas de poliadición . Poliésteres . Polisulfuros

Mediante policondensación:

. Poliuretanos . Epoxis . Siliconas de policondensación . Fenólicos

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1.3.4. Cintas adhesivas (PSA)

Las cintas adhesivas son un tipo de adhesivo sólido, que no requiere de curado, capaz de proporcionar una unión resistente entre dos o más cuerpos.

1.3.4.1. Tipos de cintas adhesivas y mecanismo de adhesión

Los mecanismos de adhesión se diferencian según el tipo de cinta empleada.

Cintas de una cara: El adhesivo solo se encuentra en una de las caras. La adhesión se realiza uniendo la superficie de los sustratos con la misma cara de la cinta, lo que nos proporciona una unión que no puede soportar esfuerzos de flexión. Su aplicación habitual es de carácter doméstico y el ejemplo más común de este tipo de cinta es el celo.

Cintas de doble cara transferidoras: Consisten en una masa de adhesivo que proporciona adhesión por las ambas caras de la cinta. A mayor rugosidad se requerirá mayor espesor. Son cintas que no emplean soporte por lo que consiguen espesores mínimos (bajo espesor, entre 0,04 y 25mm).

Proporcionan máxima conformabilidad uniones duraderas de materiales flexible-flexible o flexible-rígido y no hay que evaporar disolventes.

Con adhesivo acrílico puede adaptarse a gran variedad de materiales, diferentes esfuerzos y diferentes condiciones medioambientales. Los adhesivos acrílicos pueden clasificarse de la siguiente forma:

- Blando: Poseen más pegajosidad y versatilidad que los acrílicos rígidos.

- Rígido: Poseen más resistencia a cizalla que los adhesivos blandos y se comportan mejor ante cambios de temperatura.

Cintas de doble cara finas: Las cintas de doble cara consisten en un soporte con adhesivo por los dos lados. El adhesivo es el elemento más importante mientras que el soporte y protector son secundarios. Utilizan adhesivos de caucho y acrílicos.

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Figura 1.4: Esquema de cinta de doble cara fina

El soporte proporciona facilidad de manejo estabilidad dimensional, posibilidad de retirar la cinta y cintas con adhesivo diferenciado. Los tipos de soportes utilizados son tisú, papel y películas plásticas.

Cintas de doble cara de altas prestaciones: Cintas adhesivas de espuma acrílica de altas prestaciones. Proporciona excelente durabilidad y alta resistencia incluso en exteriores. A diferencia de las espumas convencionales, estas cintas son adhesivas en toda su masa.

Es una espuma de célula cerrada por lo que tiene capacidad de sellado. Además poseen naturaleza viscoelástica que permite la fluencia, el buen contacto y la relajación de las tensiones debido a su naturaleza viscosa y resistencia flexible debido a su naturaleza elástica.

Las cintas de espuma acrílica de altas prestaciones son capaces de absorber, sin peligro para la unión, dilataciones diferenciales de hasta 3 veces su espesor por cada lado del conjunto pegado.

Figura 1.5: Espuma Acrílicade altas prestaciones frente a espuma convencional

Espuma acrílica A. P. Espuma convencional

Otro tipo de cintas son las de unión mecánica-adhesiva (Reposicionables) que sustituyen la espuma acrílica por unos cierres reposicionables que confieren el carácter mecánico de la unión. La cinta cuenta con una cara adhesiva y otra cara con los cierres mecánicos, por lo que se precisa de dos segmentos de cinta para realizar la unión. Las principales ventajas de este tipo de cinta son el gran amortiguamiento que aporta la unión mecánica y la gran facilidad que tiene de desmontarse y volverse a montar sin perjudicar el adhesivo.

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1.3.4.2. Ventajas e inconvenientes del uso de PSA

Las principales ventajas del uso de cintas adhesivas con respecto a las uniones tradicionales mecánicas y los adhesivos líquidos son las siguientes:

Respecto a uniones mecánicas.

1- Distribución uniforme del esfuerzo.

2- Unión y sellado en una misma operación.

3- Permite usar materiales más finos y ligeros.

4- Se pueden unir materiales diferentes.

5- Unión flexible y resistente a impactos y vibraciones.

6- No daña los sustratos.

7- Mejor estética.

Respecto a adhesivos líquidos.

1- No requiere de tiempo de curado ni de control de la mezcla.

2- Distribuye y disipa las tensiones debido a su muy alta tenacidad.

3- Se deforman de manera reversible permitiendo el movimiento.

Las limitaciones de usar cintas adhesivas con respecto a las uniones tradicionales mecánicas son las siguientes:

Respecto a uniones mecánicas.

1- Salvo en casos particulares, las uniones no son desmontables.

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2- La resistencia a altas temperaturas está limitada (hay poco que hacer a partir de unos 250 ºC, excepto con adhesivos cerámicos).

3- No suelen ser adecuados en aplicaciones con:

• Cargas mecánicas muy elevadas, especialmente si están localizadas en los bordes (pelado, arrancamiento).

• Un brazo de palanca muy fuerte.

• Muy poca superficie de contacto.

Respecto a adhesivos líquidos.

1- Las cintas adhesivas presentan una resistencia menor que los adhesivos líquidos.

1.3.5. Durabilidad de las uniones adhesivas

La resistencia de la unión adhesiva debe ser adecuada y cumplir las especificaciones que requiramos para su puesta en servicio, sin embargo que una unión adhesiva cumpla dichas especificaciones cuando ha sido hecha recientemente no nos garantiza que a lo largo del tiempo se siga comportando de forma similar. La característica más importante de los adhesivos –al menos desde el punto de vista de su implantación en aplicaciones estructurales de interés– es la capacidad de retener una resistencia residual suficiente durante largos periodos de tiempo, bajo una amplia variedad de condiciones de servicio. Por tanto, la determinación de la durabilidad a largo plazo es uno de los temas más críticos en la tecnología de adhesivos.

Se han identificado multitud de factores que pueden causar degradación del adhesivo, del adherente o de la interfase entre ambos, determinando la duración en servicio de la unión adhesiva. Además, no siempre es suficiente el investigar de forma independiente el efecto de cada uno de estos factores. Existen interacciones entre ellos de tal manera que su efecto se refuerza, potenciando su influencia global: el efecto combinado de los dos factores es mayor que la suma de cada uno de ellos por separado.

Los mecanismos involucrados en el fallo de las uniones adhesivas no han sido determinados por completo. De hecho, varios mecanismos distintos pueden ser relevantes para diferentes materiales o, incluso, para un mismo material. El conocimiento de los distintos mecanismos activos en un proceso de fallo de una unión adhesiva resulta muy útil para predecir la influencia de los diversos agentes que coadyuvan en la degradación de la unión.

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Algunos de los factores que tienen una influencia conocida sobre la durabilidad de la unión adhesiva son:

Efecto de la temperatura: Los adhesivos que estamos considerando son polímeros que exhiben comportamiento viscoelástico y otras propiedades que son función de la temperatura y el tiempo. La temperatura puede afectar al grado de entrecruzamiento entre cadenas, causar la oxidación del adhesivo o de los adherentes, provocar fragilidad, etc.

Efecto de la humedad: Muchos polímeros son relativamente permeables al agua. La humedad puede ejercer influencia sobre las propiedades del polímero mediante hidrólisis y puede actuar como plastificante en otras ocasiones. La intercara juega un papel destacado en los efectos que la humedad provoca en la unión. En algunos casos, el agua realmente llega a desplazar al adhesivo.

Efectos electroquímicos y de corrosión: Cuando los adhesivos se usan para unir metales y en presencia de humedad, es necesario considerar los posibles efectos de corrosión electroquímica. La vida en servicio de la unión adhesiva puede estar en ocasiones limitada por la corrosión en la intercara.

Resistencia química: Diversos agentes químicos interaccionan y afectan a las propiedades de los polímeros usados en la formulación de adhesivos: ozono, disolventes, combustibles, lubricantes, etc. Pueden alterar la interfase y las propiedades de adherencia.

Efectos de la radiación y el vacío: La radiación puede cambiar la resistencia a cortadura y otras propiedades de los adhesivos. Podría pensarse que el vacío sirve para retirar agentes medioambientales que pudieran ser perjudiciales para la unión. Sin embargo, el mismo vacío puede ejercer efectos beneficiosos y/o perjudiciales mediante procesos de desgasificación, volatilización, eliminación de plastificantes y otros componentes de bajo peso molecular, etc.

Efecto combinado de la humedad, la temperatura y las tensiones mecánicas. Estos agentes, cuya acción independiente es ya de por sí perjudicial para la unión adhesiva, exhiben diversos efectos sinérgicos cuando coinciden dos o más de ellos.

Envejecimiento y degradación: No es siempre una tarea fácil simular las condiciones de servicio reales. Las cámaras climáticas y ciertas técnicas de envejecimiento acelerado son usadas frecuentemente, pero la fiabilidad de los resultados obtenidos por estos métodos es cuestionable.

Durabilidad y predicción de la vida en servicio: De los ensayos acelerados es necesario obtener estimaciones sobre la durabilidad y el tiempo de vida en servicio de la unión. Es necesario el uso de diversas técnicas de manejo de los datos para obtener predicciones fiables.

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1.3.6. Evaluación de las uniones adhesivas

Los tecnólogos de la adhesión diseñan normalmente las formulaciones adhesivas para lograr que las fuerzas adhesivas sean siempre superiores a las cohesivas. De este modo, conociendo las propiedades mecánicas del adhesivo se puede evaluar y, por tanto predecir, el comportamiento mecánico de una unión adhesiva. Según este enfoque, las propiedades mecánicas de la unión pueden estudiarse en base a las propiedades mecánicas del adhesivo que la constituye.

Los fracasos más frecuentes cuando se emplean adhesivos son debidos al desconocimiento de los esfuerzos a que va a estar sometido el ensamblaje. De hecho, dentro de ciertos límites, es viable proceder mediante determinadas reglas empíricas para diseñar y obtener adhesiones correctas. Aun así, cuando los esfuerzos son complejos es indispensable tener en cuenta todos los factores que pueden influir.

En la práctica, esto quiere decir que la naturaleza y la magnitud de las tensiones que se esperan durante el servicio del ensamblaje deben conocerse antes de decidir el tipo de adhesivo que se debe emplear.

Los esfuerzos mecánicos actúan sobre los conjuntos ensamblados como esfuerzos de tracción, de compresión, de flexión, de torsión y de cortadura, provocando así las tensiones. Aun así, las tensiones no aparecen únicamente como consecuencia directa de transmitir fuerzas o energías, sino que también se pueden dar por la aparición de fenómenos secundarios que acompañan a los cambios de temperatura.

Para conseguir ensamblajes adheridos correctos hay que plantear durante la etapa de diseño un trazado que evite en lo posible esfuerzos que no sean de tracción o de cortadura en las uniones adhesivas.

Un paso extremadamente importante durante el proceso de diseño de la junta adhesiva es establecer los requisitos de la aplicación. Propiedades como la resistencia a cortadura, la resistencia a impacto, la pérdida de resistencia por envejecimiento térmico, las tolerancias de montaje (holguras), la resistencia a la humedad, a nieblas salinas y a disolventes, los tiempos de manipulación requeridos y los límites aceptables para cualquiera de tales pruebas son ejemplos de características que deben ser especificadas.

Lo ideal es describir o identificar de forma fácilmente comprensible los métodos de prueba empleados para determinar las propiedades de la adhesión y del adhesivo a emplear, como hacen por ejemplo los ensayos normalizados de la ASTM y la ISO.

Tanto el diseño como la elección del adhesivo deben acomodarse a la aplicación, evitando en la medida de lo posible juntas adhesivas sobredimensionadas, que suelen encarecer de forma desproporcionada e innecesaria los costes de montaje. Los factores geométricos que se consideran en primer lugar son la anchura de la adhesión, la longitud de

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solapamiento y los espesores de adhesivo y sustratos. La resistencia a cortadura es directamente proporcional a la anchura de solapamiento. Sin embargo, la relación entre longitud de solapamiento y resistencia a cizalla no es lineal, aunque se produce un incremento. Esto es debido a que las tensiones se acumulan en los extremos de la zona de solapamiento.

La longitud y la anchura no son las únicas variables geométricas que influyen en la resistencia de la adhesión. La carga a partir de la cual un sustrato comenzará a deformarse plásticamente depende de su rigidez y grosor. Sucede con frecuencia que la resistencia de adhesión de dos piezas delgadas supera el límite elástico y la resistencia última de los sustratos.

A menudo los adhesivos se combinan con operaciones de conformado, atornillado o soldado, resultando auténticas formas híbridas de ensamblaje. En cuanto al diseño, en general la idea consiste en eliminar la dependencia del tiempo de curado del adhesivo y minimizar los problemas debidos a esfuerzos de pelado y de desgarro durante el funcionamiento del conjunto. El adhesivo reduce la concentración de esfuerzos y mejora el rendimiento del ensamblaje frente a cargas dinámicas.

Para poder seleccionar un adhesivo y predecir su comportamiento en una aplicación se emplea la hoja de datos técnicos que elabora el fabricante. Los valores que se incluyen corresponden a ensayos normalizados. Dado el elevado número de factores que afectan en el rendimiento de un adhesivo, sólo son comparables entre sí los resultados obtenidos mediante un mismo tipo de ensayo.

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Capítulo 2: Memoria experimental

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2.1. Materiales

2.1.1. Adherentes

Es conveniente utilizar varios tipos de adherentes para poder determinar en qué materiales es más idóneo el uso de nuestras cintas.

Cuando tenemos como resultado, tanto en cizalla por tracción como en fatiga, un modo de fallo de carácter adhesivo, podemos considerar que este fallo es no deseado pues lo que primero está fallando es la adhesión entre el sustrato y la cinta por lo que esta no está rindiendo al 100% de su capacidad de resistencia. Así pues utilizaremos 4 tipos de sustratos de muy diferentes propiedades con lo que podremos estudiar el comportamiento adhesivo de cada cinta según el sustrato utilizado, y basándonos en el estudio del modo de fallo se podrá determinar para a que tipos de materiales se ajusta más cada cinta.

Los sustratos que se emplean a lo largo del proyecto son:

1- Acero Galvanizado: Se emplearon dos tipos de acero galvanizado:

1- Acero galvanizado 1: Llamado viejo 2- Acero galvanizado 2: Llamado nuevo

2- Fibra de vidrio (GRP): (Material compuesto de resina epoxi con

fibra de vidrio): Se emplearon dos tipos de GRP:

1- GRP suministrado por la empresa Carbon-Composite Technology (Waldstetten, Alemania). Dicho material es comercializado en planchas de dimensiones 350x175x4 mm. Llamado GRP viejo.

2- GRP FR4. Llamado GRP nuevo.

3- Polietileno: No se dispone de información

4- Aluminio: Aluminio 5754-H111. Los adherentes se obtuvieron mediante corte con cizalla a partir de planchas de 500x500 mm.

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Figura 2.1: Sustratos

2.1.2. Cintas adhesivas

Durante este proyecto se utilizan 3 cintas adhesivas que denominaremos por cinta 1, cinta 2 y cinta 3 (Reposicionables).

Las cintas 1 y 2 son cintas de doble faz con diferentes propiedades tanto resistivas como elásticas lo que podrá demostrarse con los ensayos realizados durante el proyecto. La cinta 3 consiste en una cinta que por una cara es adhesiva (esta es la cara que se adhiere al sustrato) y por la otra tiene elementos de solape que en contacto con la misma cinta y la misma confieren una unión de carácter mecánico gracias a los cierres reposicionables.

No se facilitará el nombre de las cintas por petición expresa de la empresa para la cual se realiza este proyecto al ser este de carácter público.

Acero nuevo

Aluminio

Polietileno GRP nuevo

GRP viejo Acero viejo

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Figura 2.2: Cintas adhesivas

-Cinta 1:

Descripción del producto

La cinta 1 es una cinta adhesiva de doble cara de espuma acrílica para la unión de gran variedad de materiales, incluidos los de baja energía superficial como las pinturas en polvo y algunos plásticos. La espuma conformable permite un mejor contacto con la superficie. En la mayoría de los casos la superficie de unión no necesita un lijado.

Información adicional

La fuerza de unión depende del contacto existente entre el adhesivo y la superficie. La aplicación de presión sobre las piezas a unir facilita este contacto y aumenta la fuerza de unión.

Para obtener la máxima adhesión, las superficies a unir deben estar limpias, secas y uniformes. Los disolventes típicamente usados para limpiar son una mezcla de alcohol isopropílico y agua (o heptano). Cumpla todas las instrucciones de seguridad cuando manipule disolventes.

Tal vez sea necesario sellar o imprimar algunos sustratos antes de realizar la unión.

a) Los materiales más porosos o fibrosos (por ejemplo, madera) requerirán sellado para obtener una superficie uniforme

CINTA 1 CINTA 3 CINTA 2

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b) Algunos materiales (como cobre, latón, vinilo plastificado) exigirán la aplicación de imprimación o de un revestimiento para evitar la interacción entre el adhesivo y sustratos.

Los Sistemas de unión con este tipo de cinta están concebidos para utilización en numerosas aplicaciones industriales de interior y exterior. En muchos casos, pueden sustituir remaches, soldaduras por puntos, adhesivos líquidos y otros mecanismos de sujeción permanente.

Cada producto de esta familia de cintas ofrece ventajas específicas. Estas pueden incluir una elevada resistencia a la tracción, a cizalladura, a pelado, a la humedad, a los disolventes o a la migración de plastificantes.

Han de evaluarse minuciosamente en condiciones de uso reales con los sustratos previstos, especialmente si se someten a condiciones medioambientales extremas.

Los Sistemas adhesivos con esta cinta son adecuados para la unión de numerosos sustratos, incluidas maderas selladas, plásticos, composites y metales. El polietileno, polipropileno, teflón, siliconas y otros materiales de baja energía superficial pueden ocasionar problemas.

El comportamiento del producto con vinilos plastificados depende de los tipos y concentraciones de plastificantes que pueden migrar al adhesivo provocando una reducción de la fuerza de unión.

Para evitar la corrosión de cobres y latones, sólo se emplearán con la cinta materiales protegidos con barniz.

Cinta 2:

Cinta adhesiva con espuma acrílica.

No se puede facilitar dicha la hoja técnica debido a que hace referencias continuas a la empresa y el producto.

Cinta 3 (Reposicionable):

Cinta adhesiva con autoadhesivo acrílico.

No se puede facilitar dicha la hoja técnica debido a que hace referencias continuas a la empresa y el producto.

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2.1.3. Tratamiento superficial. Imprimaciones

Se realizará un tratamiento superficial previo que consistirá en la limpieza del sustrato con un producto con base de alcohol. Posteriormente se aplicarán las imprimaciones con todos los tipos de sustratos y cintas que se estudian salvo en el caso del aluminio que se realizarán con y sin dicha imprimación.

La imprimación empleada consiste en un solvente que se aplica en una cantidad moderada sobre la superficie de los sustratos que van a estar en contacto con las cintas adhesivas. Está imprimación confiere una resistencia mayor a la interfase de adhesivo-adherente lo que se podrá comprobaran con los sustratos de aluminio que se realizan con la aplicación del producto y sin su aplicación.

En nuestro caso poseemos 3 tipos de imprimaciones de diferente composición química que se aplicarán al tipo de sustrato que mejor se adapten. Para los metales (Aluminio y Acero galvanizado) se empleará una de la imprimaciones, para el GRP se empleará otra diferente y para el polietileno otra diferente al resto.

- Aluminio: Imprimación para metales (Imprimación 1). No se facilita

el nombre del producto por petición expresa de la empresa.

- Acero galvanizado: Imprimación para metales (Imprimación 1). No se facilita el nombre del producto por petición expresa de la empresa.

- GRP: Imprimación para fibra de vidrio (Imprimación 2). No se facilita el nombre del producto por petición expresa de la empresa.

- Polietileno: Imprimación para plásticos (Imprimación 3). No se facilita el nombre del producto por petición expresa de la empresa.

2.2. Fabricación de las probetas

En este apartado se analiza paso por paso todo el proceso de fabricación de las probetas en su caso estándar, es decir si para algún tipo de ensayo se precisa de un elemento más de fabricación (Como sucede en el caso de las probetas preparadas para ensayar a fatiga o las probetas diseñadas para someterse a tracción pura) se especifica en el proceso de ensayo.

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Por lo general se realizan 5 probetas de cada tipo en el ensayo de cizalladura por tracción, 3 probetas de cada tipo en el ensayo de fatiga y 10 probetas de cada tipo en el estudio del posicionamiento de la cinta 3.

Sustratos.

Selección y corte de material: Se selecciona el material requerido para el ensayo y a partir de plancha se cortan sustratos con la máquina apropiada. Las dimensiones de los sustratos son de 100x25x1,6 mm.

Para este paso es debemos asegurarnos de que el corte es preciso y sin rebaba (En este caso se eliminaría limando la superficie), y la calidad de la materia prima seleccionada.

Designación de probetas.

Para este proyecto se requerirán una gran cantidad de ensayos con diferentes materiales, diferentes adhesivos, así como diferentes procesos. Por lo tanto resulta indispensable crear un sistema de distinción de las probetas. En este proyecto se ha utilizado la siguiente nomenclatura:

T: Indica que el ensayo se ha realizado por cizalladura.

F: Indica que el ensayo se ha realizado a fatiga.

Nombre del adhesivo: Se utilizan abreviaturas para especificar el adhesivo utilizado.

En el caso de las cintas adhesivas se utilizaran las siguientes abreviaturas:

-Cinta 1: 59

-Cinta 2: 45

-Cinta 3(Reposicionable): 35

C: Indica que se ha aplicado una capa de imprimación en la superficie de contacto del sustrato y el adhesivo.

S: Indica que no se ha aplicado capa de imprimación.

Numeración de las probetas: Para el caso de los ensayos de tracción se numeraran las probetas del 1 al cinco para los casos en los que no se someten a tratamiento de envejecimiento y del 6 al 10 en el caso de

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que si se produzca dicho tratamiento. Para el caso de fatiga las numeraciones irán del 1 al 3 en todos los casos, pues estas siempre serán sometidas a tratamiento de envejecimiento.

Características especiales: En último lugar se escribirán características que varían del proceso estándar de los ensayos. Por ejemplo si se realizan ensayos a cizalladura con velocidad de avance diferente a la estándar (1mm) quedará reflejado en la nomenclatura de la probeta, o en el caso del ensayo a fatiga se reflejara en la probeta si el porcentaje de carga o la frecuencia de los ciclos varían de lo establecido como estándar (75% de carga, 5Hz de frecuencia en cintas adhesivas).

Figura 2.3: Ejemplo de nomenclatura de las probetas

En este caso el ensayo se ha realizado a fatiga (F), con la cinta 2(45), aplicando una capa de imprimación(C). Ha sido el tercero de los ensayos (3) y el ensayo se ha realizado con las condiciones estándar (75% de carga y 5Hz de frecuencia de ciclo debido a que no se especifica nada).

No se especifica nada del sustrato utilizado debido a que se identifica visualmente el tipo de sustrato sin ningún problema.

Limpieza de probetas.

Se limpiarán las superficies de los sustratos que estarán en contacto con los adhesivos para así evitar impurezas que perjudiquen las propiedades de la adhesión. Para realizar dicha limpieza se empleará un producto facilitado por la empresa suministradora de las cintas cuyo componente principal es el alcohol.

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El proceso consistirá en aplicar el producto sobre papel industrial y pasarlo 4 veces por la superficie del sustrato en la misma dirección y sentido, y por diferentes partes del papel.

Imprimación.

En todos los sustratos se aplicará una capa de imprimación en la superficie de contacto adherente/adhesivo para mejorar las propiedades adhesivas de las probetas. En el caso del aluminio las probetas se realizarán aplicando dicha capa de imprimación y también sin aplicarla para poder estudiar el efecto que se produce gracias a esta capa de imprimación en los ensayos de cizalladura y fatiga.

El tiempo de secado de las imprimaciones será entre 2 y 3 minutos antes de proceder a adherir la cinta.

Unión de sustratos.

Esta es la parte donde debemos poner más cuidado en el montaje de las probetas debido a que pequeñas variaciones dimensionales en la superficie de unión de los sustratos nos pueden producir un falseamiento en los resultados de los ensayos. Esto se debe a que la superficie de contacto de los sustratos es de pequeñas dimensiones, por lo que una pequeña variación supondrá un porcentaje considerable de incremento o decremento de la superficie de contacto.

También se pondrá especial cuidado en que los sustratos se encuentren alineados a la hora de la unión. Para esto nos ayudaremos de un dispositivo que nos facilite colocar los dos sustratos a 180 grados. Otro aspecto importante será evitar que quede atrapado aire entre el sustrato y la cinta, lo cual produce burbujas que disminuyen el área adherida.

La superficie de adhesión de los sustratos será de 25x25 mm en el borde de los mismos.

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Figura 2.4: Soporte para la correcta alineación de los sustratos

Presión.

Se aplicará a todas las probetas la misma presión de manera que en este aspecto no haya variaciones entre ellas. Para conseguir este objetivo se procurará no hacer presión, o hacer una presión mínima, durante el proceso de unión de los sustratos (1.5.5), y se empleará un rodillo de 2 Kg de masa que se pasará por la superficie de contacto adherente/adhesivo 4 veces en el caso de las cintas adhesivas.

Figura 2.5: Rodillo de aplicación de presión uniforme

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2.3. Envejecimiento

Uno de los principales inconvenientes del empleo tanto de cintas adhesivas como de adhesivos estructurales es la degradación y la perdida de resistencia que sufre la unión adhesiva con el paso del tiempo. Debido a la necesidad de conocer el comportamiento de las cintas, no solo recientemente adheridas sino también cuando ya ha sufrido pérdidas de rendimiento debido a su uso, el paso del tiempo y las condiciones climáticas, y a la imposibilidad de realizar los ensayos transcurrido un tiempo apropiado, para lo cual se necesitarían años, se recurre a aplicar un tratamiento de envejecimiento acelerado en una cámara climática. Este tratamiento consistirá en la variación de forma agresiva de las condiciones de temperatura y humedad a las que están sometidas las probetas.

El tratamiento de envejecido se aplicará sobre todas las probetas que vayan a ser ensayadas a fatiga. Por ello también se aplicará a los ensayos de cizalladura por tracción para obtener el valor de la carga máxima de las probetas envejecidas que nos sirva para introducir los parámetros del ensayo de fatiga. Este envejecimiento se realizara en los laboratorios de la empresa suministradora de las cintas.

El ciclo de envejecimiento al que sometemos las piezas. Es una variante del ciclo ISO9142 D3:

• 4 horas a 80ºC • 16 horas a 40ºC y 98% de humedad relativa • 4 horas a -20ºC

Se repite esa secuencia 7 veces, es decir, durante 7 días.

2.4. Técnicas experimentales

En este apartado se describen todos los ensayos llevados a cabo para la consecución de los objetivos del proyecto

2.4.1. Ensayo de cizalla por tracción

Con el presente procedimiento se pretende describir el método para realizar los ensayos de cizalladura de dos substratos rígidos unidos mediante una cinta adhesiva, ensayando probetas previamente seleccionadas y en unas condiciones específicas de preparación y ensayo. Se emplea una máquina universal de ensayos IBERTEST ELIB 20W.

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Acondicionamiento de las probetas de ensayo

Las probetas de ensayo deberán estar acondicionadas y ensayadas a una temperatura de 23 ± 2ºC y una humedad relativa de 50 ± 20 %. El tiempo de acondicionamiento previo al ensayo será de 72 horas como mínimo.

Procedimiento

Figura 2.6.: Esquema de una probeta de ensayo a cizalla por tracción.

Se colocan las probetas simétricamente en las mordazas, estando cada mordaza a (40 ± 1) mm del borde más próximo al solapamiento. Se puede utilizar en las mordazas una guía para que la fuerza aplicada esté en el plano de la unión adhesiva.

Se pone en funcionamiento la máquina de forma que la fuerza o tensión en la junta de ensayo aumente a una velocidad constante (es decir, uniforme). Siguiendo la norma se fija la velocidad de alargamiento en 1 mm por minuto.

Se registra la máxima fuerza durante la rotura como la fuerza a la que la probeta rompe. Los resultados de las probetas que rompen por el substrato se descartarán. El mínimo número de ensayos de probetas aceptadas debe ser 5.

También se realizarán, con las cintas 1 y 2 y todos los sustratos, ensayos no normalizados de 50mm/min de forma que podamos comparar las diferencias de resistencia con esta variable de ensayo. Estos resultados nos resultarán útiles a la hora de realizar el ensayo de fatiga debido a que la resistencia obtenida para el ensayo de 50mm/min se aproximará mejor que la obtenida en el ensayo a 1mm/min, pues la frecuencia utilizada para realizar los ciclos de fatiga se asemeja mucho más a la velocidad de ensayo más rápida.

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La cinta 3 de cierres reposicionables recibirá un tratamiento especial ya que se hará un estudio de posicionamiento de los cierres reposicionables. Se realizarán 10 probetas de aluminio con y sin imprimación, con y sin envejecimiento y con los tres tipos de posicionamiento posible de los cierres reposicionables (Vertical-Vertical, Horizontal-Horizontal y Horizontal-Vertical). Todos estos ensayos se realizarán a cizalla por tracción a la velocidad normalizada de 1mm/min.

Figura 2.7.: Máquina de ensayo a cizalla por tracción.

Figura 2.8.: Detalle de posicionamiento de las probetas.

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2.4.2. Ensayo de fatiga

El número de ciclos a cizalla por tracción de montajes pegados solapados se determina sometiendo a una tensión variable de cizalla a una junta solapada simple entre substratos rígidos, por aplicación sobre los substratos de una fuerza de tracción paralela al área pegada y al eje mayor de la probeta. Se registra como resultado el número de ciclos a los que ha sido sometida la probeta justo antes de la ruptura. Se emplea el equipo INSTRON ELECTROPULS E3000.

Acondicionamiento de las probetas de ensayo

Las probetas de ensayo deberán estar acondicionadas y ensayadas en una de las atmósferas normales especificadas en la Norma UNE-EN ISO 291:2008.

La atmosfera normalizada a emplear será la 23/50 Clase 2, es decir, una temperatura de 23 ± 2ºC y una humedad relativa de 50 ± 10 %. El tiempo de acondicionamiento previo al ensayo será de 72 horas como mínimo.

Previamente se habrán realizado en todos los casos el tratamiento de envejecido llevado a cabo en el laboratorio de la empresa suministradora de las cintas.

Procedimiento

Se colocan las probetas simétricamente en las mordazas, estando cada mordaza a (45 ± 1) mm del borde más próximo al solapamiento. Al contrario que en la máquina de tracción, en la máquina de fatiga las mordazas no pueden desplazarse a la izquierda y a la derecha por lo que adherimos con cianocrilato unos tacos de aluminio de 2 mm de espesor, 25 mm de ancho y 30 mm de longitud (En el caso de la cinta 3 el espesor será de 3,5 mm debido a que el adhesivo tiene más espesor) en los extremos de la probeta, de manera que esta quede perfectamente recta cuando la sujetemos con las mordazas. Así evitaremos esfuerzos de flexión que se producirían en el caso de no tener las mordazas perfectamente alineadas.

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Figura 2.9: Esquema de una probeta para ensayar a fatiga

Se pone en funcionamiento la máquina introduciendo los parámetros necesarios para realizar el ensayo:

- Frecuencia: 5 Hz, es decir se realizaran 5 ciclos por segundo.

- Fuerza máxima: Será un 75% de la fuerza máxima media

resultante en el ensayo de cizalladura por tracción a la velocidad normalizada de 1mm/min que equivale aproximadamente a un 30% del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de 50mm/min (no se introduce como parámetro en la máquina pero es necesario para calcular el valor medio de la fuerza y la amplitud). También se realiza el ensayo cambiando la fuerza máxima al 50% del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de 50mm/min.

- Fuerza mínima: Será un 10% de la fuerza máxima de fatiga, es decir un 7,5% de la fuerza máxima media resultante en el ensayo de cizalladura por tracción a velocidad de 1mm/min. Con la carga del 50% de la fuerza máxima obtenida en el ensayo de cizalladura por tracción a velocidad de 50mm/min la fuerza mínima equivaldrá a un 5% de dicho ensayo (no se introduce como parámetro en la máquina pero es necesario para calcular el valor medio de la fuerza y la amplitud).

- Valor medio: Se calcula como la mitad de la suma de la fuerza máxima de fatiga y la fuerza mínima de fatiga.

- Amplitud: Se calcula como la resta del valor medio y la fuerza mínima de fatiga, o bien la resta de la fuerza máxima de fatiga y el valor medio.

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- Número máximo de ciclos: Se introducirá un valor de 1000000 ciclos al cabo de los cuales la máquina interrumpirá automáticamente el ensayo.

Se define el proceso a seguir que consiste en una subida en rampa durante los primeros 5 segundos hasta alcanzar el valor medio de la fuerza, oscilación senoidal de la fuerza entre el valor máximo y mínimo durante 1000000 de ciclos y bajada en rampa durante 5 segundos hasta un valor nulo de la fuerza. Si la probeta rompe antes de alcanzar el millón de ciclos se interrumpirá el proceso y se guardará el valor del número de ciclos que se ha alcanzado.

Se registra el número de ciclos transcurridos antes de la rotura. Los resultados de las probetas que rompen por el substrato se descartarán. El mínimo número de ensayos de probetas aceptadas debe ser 3.

Figura 2.10: Máquina de fatiga

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Figura 2.11: Detalle de posicionamiento de las probetas en la máquina de fatiga

2.4.3. Ensayo de tracción pura

Uno de los objetivos de este ensayo es determinar la resistencia máxima a tracción pura de 10 probetas de la cinta 3 en aluminio, con y sin imprimación y sin tratamiento de envejecimiento. Esto es debido a que dicha cinta está diseñada para someterse a este tipo de esfuerzos y no solo a los de cizalla por tracción. Así conseguimos tener un estudio más detallado sobre la cinta 3.

Otro de los objetos del ensayo es determinar la resistencia máxima de las cintas 1 y 2 sin sustrato con el fin de obtener resultados que nos faciliten la comprensión de los ensayos de cizalla por tracción y de fatiga. Las cintas se ensayan con sin envejecimiento previo.

Ensayo de la cinta 3 (reposicionable) a tracción pura

Los sustratos tienen forma de T para el correcto posicionamiento de la cinta de forma que los esfuerzos a los que se sometan sean de tracción pura.

Se colocan las probetas simétricamente en las mordazas. Se puede utilizar en las mordazas una guía para que la fuerza aplicada esté en el plano de la unión adhesiva.

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Se pone en funcionamiento la máquina de forma que la fuerza o tensión en la junta de ensayo aumente a una velocidad constante (es decir, uniforme). Siguiendo la norma se fija la velocidad de alargamiento en 1 mm por minuto.

Se registra la máxima fuerza durante la rotura como la fuerza a la que la probeta rompe. Los resultados de las probetas que rompen por el substrato se descartarán. El mínimo número de ensayos de probetas aceptadas debe ser 10.

Figura 2.12.: Probeta del ensayo de tracción pura.

Figura 2.13.: Detalle del posicionamiento de las probetas en el ensayo de tracción pura.

Ensayo de la cinta sola

No se emplea ningún tipo de sustrato y las cintas 1 y 2 son ensayadas a tracción dejando una superficie de 10x25mm libres de la mordaza.

Se colocan las probetas simétricamente en las mordazas. Se puede utilizar en las mordazas una guía para que la fuerza aplicada esté en el plano de la unión adhesiva.

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Se pone en funcionamiento la máquina de forma que la fuerza o tensión en la junta de ensayo aumente a una velocidad constante (es decir, uniforme). En este caso se fija la velocidad de alargamiento en 50 mm por minuto en vez de a 1mm por minuto como dice la norma.

Se registra la máxima fuerza durante la rotura como la fuerza a la que la probeta rompe. Los resultados de las probetas que rompen por el substrato se descartarán. El mínimo número de ensayos de probetas aceptadas debe ser 3.

Figura 2.14.: Probeta de la cinta sola para el ensayo de tracción pura.

2.4.4. Cálculo y expresión de resultados

Se expresan los resultados de los ensayos como la media aritmética (q) y el coeficiente de variación (Cv) de la fuerza de rotura (F) en newtons (N) o la tensión de rotura en Megapascales (MPa) de las probetas válidas. Esta tensión de rotura será la fuerza de rotura dividido entre el área de cizalla (A).

Así mismo se realizará una descripción del tipo de rotura cuando aplique (adhesiva, cohesiva, etc), de acuerdo con la norma UNE-EN ISO 10365. Los tipos de rotura se clasifican dependiendo de si se ha producido en el substrato o en el adhesivo.

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Sustrato

Modelos de rotura Designación

Rotura de uno o varios sustratos S

Rotura en substrato (Rotura

cohesiva) CS

Rotura por deslaminación D

Adhesivo

Modelos de rotura Designación

Rotura cohesiva C

Rotura cohesiva especial SC

Rotura adhesiva A

Rotura adhesiva y cohesiva con

pelado ACP

Si se produce más de un tipo de rotura, se debe especificar el porcentaje aproximado para cada modelo de rotura a continuación de cada designación.

Por ejemplo, A ( 50 % ) + C ( 50 % ). Si ocurre una rotura por deslaminación (por ejemplo, el recubrimiento se despega del substrato), debe indicarse a continuación de (D) una descripción de la naturaleza del recubrimiento. Cuando se produzca una rotura oscilante entre dos modelos, se debe añadir a continuación de la designación de los modelos de rotura.

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Figura 2.15: Tipos de rotura de la probeta

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2.4.5. Medida de ángulo de contacto y energía superficial

La adhesión implica la unión de dos superficies. Para cuantificarla, es preciso determinar la energía superficial de cada material que se va a unir.

Existen diversos métodos para asignar las propiedades de superficie de los materiales. La medida de ángulos de contacto es la más precisa y sensible.

La condición, necesaria aunque no suficiente, para que se produzca adhesión es que el sustrato debe ser mojado por el adhesivo.

Se dice que un líquido moja a un sólido cuando el ángulo de contacto que forma una gota de adhesivo sobre el sólido es menor de 90º. Por el contrario, un líquido no moja al sólido cuando el ángulo es mayor de 90º. El mojado es pobre sobre materiales de baja energía superficial, mientras que se produce una alta mojabilidad sobre materiales de alta energía superficial. La mojabilidad es aceptable sobre sustratos de energía superficial media.

Figura 2.16: Sistema sólido-líquido-vapor en equilibrio

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Figura 2.17: Sistema sólido-líquido-vapor en equilibrio

La relación entre la adhesión y el ángulo de contacto se deduce de la ecuación de Young. Para ello partimos de la ecuación de la energía libre de expansión de una gota en una superficie.

Si la expansión es infinitesimal:

El trabajo de adhesión se define como:

Sustituyendo, se obtiene la relación entre los ángulos de contacto y el trabajo de adhesión o energía superficial (ecuación de Young):

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Las medidas de ángulos de contacto para cuantificar la mojabilidad de los materiales tienen las siguientes ventajas:

1. Método simple.

2. Rapidez.

3. Sensible a las características superficiales de los sólidos.

Sus limitaciones son, sin embargo:

1. Problemas de reproducibilidad.

2. Interpretación de los resultados experimentales.

3. Rugosidad superficial.

La precisión aceptable en las medidas de los ángulos de contacto es de ± 2 grados.

Procedimiento

La atmosfera normalizada a emplear será la 23/50 Clase 2, es decir, una temperatura de 23 ± 2ºC y una humedad relativa de 50 ± 10 %.

Para la realización de este ensayo se precisa de un equipo que capture con detalle las imágenes de las gotas que forman los diversos líquidos que serán empleados para el cálculo del ángulo de contacto y posteriormente la energía superficial.

Emplearemos todos los materiales que se utilizan para los ensayos de fatiga y de cizalla por tracción (Aluminio, GRP nuevo y viejo, acero galvanizado viejo y nuevo, polietileno) y tres líquidos diferentes (Agua, diiodometano y glicerol).

El proceso consistirá en tomar la imagen de 5 gotas de cada líquido para cada tipo de sustrato. Con dichas imágenes se procede a la obtención de los ángulos de contacto que forman cada gota con el sustrato y posteriormente a la obtención de la energía superficial empleando el mismo método de cálculo que en nuestro caso es el de Owens y Wendt y el mismo autor (Hay varios métodos posibles de cálculo de la energía superficial para cada líquido, en nuestro caso el autor es Strom et al) para cada uno de los 3 líquidos de forma que la aproximación lineal que obtenemos de la energía superficial sea lo más exacta posible. Todo el proceso de cálculo se realiza informáticamente con el programa SCA20.

El aparato empleado para medir los ángulos de contacto estáticos es un goniómetro óptico Dataphysics Contact Angle System OCA (Filderstadt,

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Alemania) al que se ha tenido acceso en las instalaciones de la Universidad Carlos III de Madrid. Consta de los siguientes componentes fundamentales:

1. Cámara termostatizada de vidrio o cuarzo, en la que se deposita el sólido. En su parte superior se encuentra la jeringa que contiene el líquido.

2. Una fuente de luz que permite obtener el perfil de la gota en la superficie del sólido. Suele contener un filtro para facilitar la medida.

3. Un ocular al que se le puede acoplar una cámara fotográfica o de vídeo para seguir las evoluciones de la gota en la superficie del sólido.

Figura 2.18: Goniómetro óptico.

Se registra la medida de la energía superficial de cada sustrato y la gráfica correspondiente a la aproximación lineal realizada con el método elegido, en este caso el de Owens y Wendt.

A continuación se presenta una tabla de las energías libres superficiales de cada líquido donde se incluyen los 3 líquidos a emplear durante este ensayo.

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Tabla 2.19: Energías libres superficiales de líquidos empleados para la medida de ángulos de contacto.

Método de Owens y Wendt

Existen varios métodos para determinar la energía superficial en nuestro caso el método escogido es el Owens y Wendt que se basa en la siguiente fórmula en función del ángulo de contacto calculado geométricamente y de las componentes polar y de dispersión de la energía superficial:

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Figura 2.20: Representación de la gráfica de regresión lineal de Owens y Wendt.

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Capítulo 3: Resultados y discusión

80

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3.1. Determinación de la energía superficial

Se realizarán el ensayo tomando fotografías de 5 gotas de cada diferente líquido (Agua desionizada, Diiodometano y Glicerol) para cada uno de los diferentes sustratos (Aluminio, GRP nuevo, GRP viejo, Acero galvanizado nuevo, Acero galvanizado viejo y Polietileno). La fotografía de las gotas se realiza con la máquina SCA20 situada en los laboratorios de la universidad Carlos III.

Una vez obtenidas las fotos se procede a calcular el ángulo de contacto de todas las gotas y posteriormente se determina la energía superficial correspondiente a cada sustrato por el método de Owens y Wendt (El autor es común a los tres líquidos utilizados, Strom et al). El programa utilizado para realizar dicho cálculo viene asociado a la propia máquina y recibe su mismo nombre (SCA20).

3.1.1 Sustratos de aluminio

Figura 3.1: Gotas sobre Aluminio

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto corresponde al diiodometano. El agua y el glicerol tiene ángulos de contacto más similares, aunque se aprecia un mayor ángulo en el glicerol.

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Energía superficial: 36,93 mN/m Componente de dispersión: 19,13 mN/m Componente polar: 17,8 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

Figura 3.2: Aproximación lineal del aluminio por el método de Owens y Wendt

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3.1.2 Sustratos de polietileno

Figura 3.3: Gotas de Polietileno

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto corresponde al diiodometano. En segundo lugar se encuentra el agua y en tercer y último lugar corresponde a la gota de glicerol.

Energía superficial: 43,85 mN/m Componente de dispersión: 19,18 mN/m Componente polar: 24,87 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

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Figura 3.4: Aproximación lineal del polietileno por el método de Owens y Wendt

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3.1.3 Sustratos de Acero nuevo

Figura 3.5: Gotas de Acero nuevo

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto corresponde al diiodometano. En segundo lugar se encuentra el agua y en tercer y último lugar corresponde a la gota de glicerol.

Energía superficial: 38,15 mN/m Componente de dispersión: 20,63 mN/m Componente polar: 17,52 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

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Figura 3.6: Aproximación lineal del acero nuevo por el método de Owens y Wendt

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3.1.4 Sustratos de Acero viejo

Figura 3.7: Gotas de Acero viejo

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto, y por tanto la mayor energía superficial, corresponde al diiodometano. No se aprecian diferencias entre el agua y el glicerol.

Energía superficial: 31,93 mN/m Componente de dispersión: 22,12 mN/m Componente polar: 9,81 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

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Figura 3.8: Aproximación lineal del acero viejo por el método de Owens y Wendt

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3.1.5 Sustratos de GRP nuevo

Figura 3.9: Gotas de GRP nuevo

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto corresponde al diiodometano. No se aprecian diferencias entre el agua y el glicerol.

Energía superficial: 38,69 mN/m Componente de dispersión: 30,74 mN/m Componente polar: 7,95 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

90

Figura 3.10: Aproximación lineal del GRP nuevo por el método de Owens y Wendt

91

3.1.6 Sustratos de GRP viejo

Figura 3.11: Gotas de GRP viejo

AGUA

DESIONIZADA

DIIODOMETANO

GRICEROL

Se puede apreciar que el menor ángulo de contacto corresponde al diiodometano. No se aprecian diferencias entre el agua y el glicerol.

Energía superficial: 40,41 mN/m Componente de dispersión: 31,06 mN/m Componente polar: 9,35 mN/m

A continuación se presenta una gráfica con la aproximación lineal de la energía superficial calculada en cada líquido.

92

Figura 3.12: Aproximación lineal del GRP viejo por el método de Owens y Wendt

93

3.1.7 Comparación de las energías superficiales

Tabla 3.1: Energías superficiales en todos los sustratos

Comp. Polar Comp. Dispersión Energía superficial Aluminio 17,8 19,13 36,93

Polietileno 24,87 19,18 43,85 Acero nuevo 17,52 20,63 38,15

Acero viejo 9,81 22,12 31,93

GRP nuevo 7,95 30,74 38,69

GRP viejo 9,35 31,06 40,41

Figura 3.13: Gráfica de las energías superficiales por sustrato

Conclusiones Parciales: No se aprecian grandes diferencias entre las energías superficiales de

los sustratos. Todas las energías oscilan entre 30 y 45 mN/m. Durante los ensayos de cizalla por tracción (3.3.) se puede apreciar

que las uniones con el GRP viejo presentan mayor resistencia que con el GRP nuevo y que el Acero Nuevo presenta mayor resistencia que el Acero viejo, lo que resulta coherente con los resultados obtenidos de la medida de la energía superficial de cada sustrato. Sin embargo no se puede considerar concluyente dicho ensayo debido a que el sustrato que peor resistencia presenta sometido a cizalla por tracción, el polietileno, presenta la mayor energía superficial.

05

101520253035404550

Aluminio Polietileno Aceronuevo

Acero viejo GRP nuevo GRP viejo

Ener

gía

Supe

rfic

ial (

mN

/m)

Sustratos

94

Todos los ensayos de medida de energía superficial han sido realizados bajo las mismas condiciones de limpieza, temperatura y humedad. La razón de que la medida en el polietileno no se ajuste a la fuerza adhesiva que realmente soporta se deba probablemente a la rugosidad del sustrato, factor que resulta determinante en la medida del ángulo de contacto.

95

3.2. Determinación de la resistencia de las cintas adhesivas en estático mediante ensayo de tracción

Se realizan 3 ensayos de las cintas 1 y 2 sin sustrato y sin envejecimiento y 3 ensayos con envejecimiento. La superficie a ensayar es de 10x25mm. La velocidad de desplazamiento a la que se ha realizado el ensayo es de 50 mm/min. Los resultados obtenidos son los siguientes.

Tabla 3.2: Fuerzas máximas de las cintas solas envejecidas y sin envejecer

Sin

envejecimiento Fuerza Max(N) Fmax media(N) Desv Fmax

Cinta 1 15,8

17 1,114 17,2 18

Cinta 2 22,2

22,3 0,173 22,5 22,2

Con envejecimiento Fuerza Max(N) Fmax media(N) Desv Fmax

Cinta 1 14,8

16,433 1,415 17,3 17,2

Cinta 2 30,6

25,333 4,588 23,2 22,2

96

Figura 3.14: Gráfica de la carga máxima que soportan a tracción las cintas solas

Cintas 1 y 2 con y sin envejecer: En la cinta 1 no se aprecian cambios significativos entre el envejecido

y no envejecido, por lo que podemos deducir que el tratamiento no afecta a la resistencia de las probetas de forma cohesiva.

En la cinta 2 no se aprecian cambios significativos entre el envejecido y no envejecido, por lo que podemos deducir que el tratamiento no afecta a la resistencia de las probetas de forma cohesiva.

La cinta 2 tiene más resistencia que la cinta 1 tanto envejecida como sin envejecer, por lo que podemos suponer que la resistencia al fallo cohesivo de la cinta 2 es mayor que la de la cinta 1. Además se ha podido observar que la cinta 2 tiene mucho más recorrido en el ensayo de tracción que la cinta 1, lo que nos está indicando que posee una elasticidad mayor, que puede ser determinante en los ensayos dinámicos al amortiguar mejor las vibraciones producidas por la frecuencia impuesta en dicho ensayo.

0

5

10

15

20

25

30

Cinta 1 Cinta 2

Fuer

za (N

)

Sin envejecer

Envejecida

97

3.3. Determinación de la resistencia de las uniones adhesivas en estático mediante cizalla por tracción a 1mm/min

Se realizan 5 ensayos por cada tipo de probreta. Solo se presentan ensayos con algunos sustratos realizados con la cinta 3 (Reposicionable) debido a que se presentará un estudio aparte en el apartado 3.4 de dicha cinta. Esto se debe a que el fallo es siempre de carácter mecánico y no afecta el tipo de sustrato.

3.3.1 Sustratos de aluminio

Se prepararon 5 probetas con imprimación y 5 sin imprimación para cada tipo de cinta ensayada. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato aluminio, fueron los siguientes:

Tabla 3.3: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de aluminio a cizalla

por tracción (1mm/min), sin envejecer con y sin imprimación

Rm (MPa) Sd (MPa)

Al-Sin Imprimación

Al-SI

Cinta3 0,071 0,019

Cinta2 0,274 0,016

Cinta1 0,281 0,009

Al-Con Imprimación

Al-CI

Cinta3 0,054 0,024

Cinta2 0,496 0,121

Cinta1 0,312 0,027

98

Figura 3.15: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de aluminio a cizalla por tracción (1mm/min), sin envejecer con (AL-CI) y sin

imprimación (AL-SI) Al Sin Imprimación (Al-SI): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 4 de las probetas

ensayadas y 80% Adhesivo en la probeta que dio una resistencia mayor.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en las 5 probetas ensayadas.

Figura 3.16: Probetas de aluminio

Al sin imprimación Cinta 2 Al sin imprimación Cinta 1

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI

Al-CI

99

Al Con Imprimación (Al-CI): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo deja de ser 100% Adhesivo, siendo en 3 de las

5 probetas ensayadas entre 10% y 30% cohesivo. Parece que la imprimación mejora la unión adhesiva. Sin embargo, la probeta que mostró mayor resistencia tuvo 100% de fallo adhesivo.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 3 probetas y 90% cohesivo en 2 de ellas, lo cual explica que no haya cambio al poner o no imprimación, ya que la imprimación mejora la unión adhesiva

Tabla 3.4: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de aluminio a cizalla por tracción (1mm/min), envejecidas con y sin imprimación

Envejecido Rm (MPa) Sd (MPa)

Al-SI Env

Cinta3 0,087 0,023

Cinta2 0,199 0,017

Cinta1 0,270 0,015

Al-CI Env

Cinta3 0,105 0,025

Cinta2 0,260 0,036

Cinta1 0,274 0,028

Figura 3.17: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de aluminio a cizalla por tracción (1mm/min), envejecidas con (AL-CI) y sin

imprimación (AL-SI)

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI Env

Al-CI Env

100

Al Sin Imprimación envejecido (Al-SI Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 1 de las probetas

ensayadas. Las otras 4 mostraron entre un 40 y un 80% de fallo adhesivo, siendo el resto cohesivo. El envejecimiento parece afectar a la adhesión.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en las 5 probetas ensayadas. No se aprecian cambios con respecto a las probetas no envejecidas.

Al Con Imprimación envejecido (Al-CI Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, mostraron entre un 60 y un 90% de fallo adhesivo. En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Figura 3.18: Probetas de aluminio

Al-CI Envejecido Cinta 2 Al-CI Envejecido Cinta 1

Conclusiones Parciales: El uso de imprimación no mejora la resistencia de la unión en el caso

de la cinta 1 ya que el fallo es 100% cohesivo. Sin embargo para la cinta 2 la mejora es considerable debido a que el fallo es fundamentalmente adhesivo, si bien la reproducibilidad de los resultados es menor, con una gran desviación estándar en el caso de las uniones de Al sin envejecimiento.

Para la cinta 3 (Reposicionable) el fallo se produce siempre en la

unión mecánica y no en la unión con el sustrato por lo que los valores con y sin imprimación son similares. El envejecimiento parece mejorar la resistencia mecánica de la cinta, si bien las diferencias no son significativas.

101

La cinta 2 en la que fundamentalmente se da fallo adhesivo, se ve muy afectada por uso o no de imprimación, llegando su resistencia a duplicarse con el uso de la misma. El envejecimiento afecta tanto al emplear imprimación como sin ella, empezando a tomar más importancia el fallo cohesivo, lo cual podría deberse a que el envejecimiento está afectando a la resistencia de la propia cinta en sí y no solo a la superficie de adhesión. En el caso de emplear imprimación, la resistencia sin envejecimiento es muy alta, pero al envejecer llega a disminuir un 50%. Cuando las probetas se envejecen, no hay mucha diferencia en la resistencia entre las que llevan imprimación y las que no.

La cinta 1 apenas si pierde resistencia con el envejecimiento y tampoco le afecta el uso o no de imprimación, ya que el fallo es 100% cohesivo en todos los casos.

Figura 3.19: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de

aluminio a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer, con (AL-CI) y sin imprimación (AL-SI)

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI

Al-CI

Al-SI Env

Al-CI Env

102

3.3.2. Sustratos de GRP

En todos los casos se empleó imprimación. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato GRP fueron los siguientes:

Tabla 3.5: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP nuevo y viejo a cizalla por tracción (1mm/min), sin envejecer

Sin envejecer Rm (MPa) Sd (MPa)

GRP viejo

Cinta3 0,075 0,034

Cinta2 0,441 0,087

Cinta1 0,305 0,012

GRP nuevo

Cinta3

Cinta2 0,280 0,069

Cinta1 0,246 0,030

Figura 3.20: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP nuevo y viejo a cizalla por tracción (1mm/min), sin envejecer

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

GRP viejo

GRP nuevo

103

GRP 1 (GRP viejo): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente Adhesivo (2 probetas

100%A, 3 probetas entre el 70 y el 90%A). En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 4 de las probetas

ensayadas y 80% C en la otra.

Figura 3.21: Probetas de GRP viejo

GRP viejo Cinta 2 GRP viejo Cinta 1

GRP 2 (GRP nuevo): Debido a que el fallo de la cinta 3 siempre es por la unión mecánica,

los ensayos no se realizaron con el GRP nuevo. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente Adhesivo (4 probetas

100%A y 1 probeta con el 70%A). La resistencia de la unión con el GRP nuevo es menor. Al ser el fallo fundamentalmente adhesivo, se puede pensar que es debido a que el nuevo GRP tiene una Energía superficial menor que el viejo lo cual con los apartados 3.1.5. y 3.1.6.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo 3 de las probetas ensayadas y 90%C en otras dos.

Figura 3.22: Probetas de GRP nuevo

GRP nuevo Cinta 2 GRP nuevo Cinta 1

104

Tabla 3.6: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP nuevo y

viejo a cizalla por tracción (1mm/min), envejecidas

Envejecido Rm (MPa) Sd (MPa)

GRP Env

Cinta3 0,102 0,030

Cinta2 0,324 0,020

Cinta1 0,297 0,010

Figura 3.23: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP viejo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

GRP

GRP Env

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

GRPN Env

Cinta3 0,000 0,000

Cinta2 0,275 0,021

Cinta1 0,326 0,025

105

Figura 3.24: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP nuevo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

GRP 1 envejecido (GRP Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente Adhesivo, si bien no al

100%. Todas las probetas muestran entre un 10 y un 30% de fallo cohesivo. La resistencia disminuye con el envejecimiento.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 4 de las probetas ensayadas y 90% C en la otra. Los resultados de resistencia son similares a los obtenidos sin envejecimiento.

GRP 2 envejecido (GRP Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica y no se ha

realizado. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente Adhesivo, si bien no al

100% en todos los casos. Dos las probetas muestran entre un 10 y un 30% de fallo cohesivo. La resistencia disminuye con el envejecimiento pero es muy similar.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 4 de las probetas ensayadas y 90% C en la otra. Los resultados de resistencia aumentan con el envejecimiento.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

GRPN

GRPN Env

106

Figura 3.25: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de GRP viejo y nuevo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

Conclusiones parciales: La resistencia de la unión depende del tipo de GRP empleado como

sustrato, siendo el nuevo GRP un sustrato de peor adhesión que el empleado en los primeros estudios en el caso de probetas sin envejecer. Sin embargo en las probetas envejecidas, la resistencia de la cinta 1 aumenta, lo que hace pensar que se ha podido producir un fallo en dicha medida.

El envejecimiento en la cinta 3, aumenta la resistencia, lo mismo que se comprobó en los sustratos de Aluminio, aunque el cambio no es significativo.

En el caso de la cinta 2 el envejecimiento afecta a la resistencia de la

unión, aumentando el de fallo cohesivo en el GRP Viejo, sin embargo no se aprecia diferencia en cuanto al envejecimiento con el GRP Nuevo. El comportamiento es similar al mostrado en los sustratos de aluminio y las razones pueden estar en la degradación de la unión adhesiva durante el envejecimiento.

El envejecimiento no afecta a la resistencia de la unión con la cinta 1, donde el fallo es cohesivo antes y después del envejecimiento. Tanto la superficie de la unión, como la propia cinta no se ven afectados por el mismo. Este mismo comportamiento se había visto con los sustratos de aluminio.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

GRP SE

GRP CE

GRPN SE

GRPN CE

107

3.3.3.- Sustratos de Acero galvanizado

En todos los casos se empleó imprimación. Se emplearon dos tipos de acero galvanizado. Los resultados de resistencia de los ensayos fueron los siguientes:

Tabla 3.7: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero viejo y nuevo a cizalla por tracción (1mm/min), sin envejecer

Sin envejecer Rm (MPa) Sd (MPa)

Acero viejo

Cinta3 0,044 0,013

Cinta2 0,397 0,033

Cinta1 0,268 0,021

Acero nuevo

Cinta3

Cinta2 0,488 0,064

Cinta1 0,261 0,017

Figura 3.26: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero nuevo y viejo a cizalla por tracción (1mm/min), sin envejecer

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Acero viejo

Acero nuevo

108

Acero 1 (Acero viejo): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente Adhesivo (4 probetas

entre el 80 y el 90%A, 1 probeta con el 50% A y 50%C). En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en las 5 probetas ensayadas.

Acero 2 (Acero nuevo): No se realizaron los ensayos con la cinta 3 por ser siempre el fallo

por la unión mecánica. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente adhesivo (2 probetas

100%A y 3 probetas entre el 70 y el 90%A). La resistencia de la unión con el acero nuevo es mayor. Al ser el fallo fundamentalmente adhesivo, se puede pensar que es debido a que el nuevo acero tiene una energía superficial mayor que el viejo lo cual se demuestra en el apartado 3.1.7.

En la cinta 1 el fallo es 100% cohesivo en todas las probetas, por lo que los valores de resistencia son iguales que con el acero viejo.

Tabla 3.8: Resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero viejo y

nuevo a cizalla por tracción (1mm/min), envejecidas

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

Acero viejo Env

Cinta3 0,121 0,017

Cinta2 0,255 0,029

Cinta1 0,276 0,029

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

Acero nuevo Env

Cinta3 0,000 0,000

Cinta2 0,237 0,012

Cinta1 0,309 0,017

109

Figura 3.27: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero nuevo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

Figura 3.28: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero viejo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

Acero 1 envejecido (Acero viejo Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. El

envejecimiento aumenta la resistencia mecánica de la cinta a más del doble.

Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente adhesivo. Todas las probetas muestran entre un 60 y un 100% de fallo adhesivo. La resistencia disminuye con el envejecimiento como se observó en el Aluminio y el GRP.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

ACERON

ACERON Env

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,450

0,500

CINTA1 CINTA2 CINTA3

Resi

sten

cia

(MPa

)

Acero viejo

Acero Env

110

En la cinta 1 el fallo es 100% cohesivo en 4 de las probetas ensayadas y 85% C en la otra. Los resultados de resistencia son similares a los obtenidos sin envejecimiento.

Figura 3.29: Probetas de acero viejo

Acero Viejo Envejecido

Cinta 2 Acero Viejo Envejecido

Cinta 1 Acero 2 envejecido (Acero nuevo Env): Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica, por lo que

nos e ha realizado dicho ensayo. Para la cinta 2, el fallo fue fundamentalmente adhesivo. Todas las

probetas muestran entre un 80 y un 100% de fallo adhesivo. La resistencia disminuye con el envejecimiento.

En la cinta 1 el fallo es 100% cohesivo en todas las probetas. Los resultados de resistencia son similares a los obtenidos sin envejecimiento.

Figura 3.30: Probetas de acero nuevo

Acero Nuevo Envejecido

Cinta 2 Acero Nuevo Envejecido

Cinta 1

111

Figura 3.31: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustrato de Acero nuevo y viejo a cizalla por tracción (1mm/min), con y sin envejecer

Conclusiones parciales: Debido a su mayor energía superficial el nuevo acero empleado da

mejores resultados que el anterior para la cinta 2 en la que el fallo es fundamentalmente adhesivo.

Tras el envejecimiento, la resistencia de la unión mecánica mejora mucho. En los sustratos anteriores no se había visto tal grado de mejora. Tales resultados pueden ser debido a que el anclaje de las dos partes de la cinta se haya realizado de distinta manera. Por ello, se llevará a cabo un estudio para comparar la resistencia de los anclajes mecánicos de esta cinta en función de su posicionado.

El envejecimiento afecta a la cinta 2 en la que el fallo es fundamentalmente adhesivo, disminuyendo su resistencia casi un 40%. Este comportamiento es similar al mostrado por esta cinta en los sustratos anteriormente ensayados.

El envejecimiento no afecta a la cinta 1 en la que el fallo sigue siendo casi 100% cohesivo al igual que se observó en los sustratos anteriores.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

ACERO SE

ACERO CE

ACERON SE

ACERON CE

112

3.3.4. Sustratos de Polietileno

En todos los casos se empleó imprimación. Se realizó el ensayo por dos caras diferentes del polietileno, una más opaca que la otra, y al observar que siempre fallaba de forma adhesiva por la cara más brillante se procedió a realizar los ensayos del polietileno pegando siempre por las dos caras mates(Nos referiremos a estas probetas como polietileno*). Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato polietileno fueron los siguientes.

POLIETILENO (CARAS DIFERENTES)

Tabla 3.9: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (1mm/min), adherido por caras diferentes, con y sin

envejecimiento

Envejecido Rm (MPa) Sd (MPa)

Polietileno Envejecido

Cinta 3 0,000 0,000

Cinta 2 0,116 0,029

Cinta 1 0,129 0,029

Sin envejecer Rm (MPa) Sd (MPa)

Polietileno

Cinta 3 0,080 0,008

Cinta 2 0,105 0,016

Cinta 1 0,188 0,042

113

Figura 3.32: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (1mm/min), adherido por caras diferentes, con

y sin envejecimiento

Polietileno con y sin envejecer: Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. No se

realizaron ensayos tras envejecimiento. Para la cinta 2, el fallo fue 100% adhesivo tanto en las probetas

envejecidas como en las que no lo estaban. La resistencia se mantiene con el envejecimiento. Por tanto, el envejecimiento no afecta a la cinta ni a la unión adhesiva.

En la cinta 1 el fallo es 100% adhesivo en todas las probetas ensayadas, tanto las envejecidas como las que no lo estaban. Los resultados de resistencia tras el envejecimiento son menores.

Figura 3.33: Probetas de polietileno

Polietileno Envejecido

Cinta 2 Polietileno Envejecido

Cinta 1

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Sin envejecer

Envejecido

114

POLIETILENO* (CARAS MATES)

Tabla 3.10: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (1mm/min), adherido por caras opacas, con y sin

envejecimiento

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

poliet* Env

SJ3560 0,000 0,000

RP45 0,134 0,024

5952 0,154 0,021

Sin envejecer Rm (Mpa) Desv Rm

poliet*

SJ3560 0,000 0,000

RP45 0,129 0,025

5952 0,231 0,031

Figura 3.34: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (1mm/min), adherido por caras mates, con y

sin envejecimiento

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Sin envejecer

Envejecido

115

Polietileno* con y sin envejecer: Para la cinta 3, el fallo siempre es por la unión mecánica. No se

realizaron ensayos tras envejecimiento ni sin envejecer. Para la cinta 2, el fallo fue 100% adhesivo tanto en las probetas

envejecidas como en las que no lo estaban. La resistencia se mantiene con el envejecimiento. Por tanto, el envejecimiento no afecta a la cinta ni a la unión adhesiva.

En la cinta 1 el fallo es 100% adhesivo en todas las probetas ensayadas, tanto las envejecidas como las que no lo estaban. Los resultados de resistencia tras el envejecimiento son menores.

Figura 3.35: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (1mm/min), adherido por caras diferentes y

mates, con y sin envejecimiento

Conclusiones parciales: La menor energía superficial de polietileno hace que en este caso el

fallo sea siempre 100% adhesivo para las dos cintas 1 y 2.

La cinta 2 no se ve afectada por el envejecimiento, al ser el fallo 100% adhesivo tanto antes como después de envejecer, por lo que se puede pensar que dicho envejecimiento no afecta a la unión con el sustrato.

En la cinta 1 al envejecer pierde resistencia, siendo la rotura 100% adhesiva, por lo que cabe suponer que la unión con el sustrato se ve afectada durante el envejecimiento.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

POLIET SE

POLIET CE

POLIET* SE

POLIET* CE

116

Para el Polietileno y el Polietileno*, la cinta que da mejores resultados,

tanto son envejecimiento como sin él, es la cinta 1, al contrario que con los anteriores sustratos, en los que siempre daba mayores resistencias las uniones con la cinta 2.

Se aprecia significativamente que el polietileno adherido por caras

mates (Polietileno*) tiene una resistencia mayor en las dos cintas tanto envejecidas como sin envejecer, por lo que podemos deducir que el posicionamiento de las caras del sustrato influyen en el valor de la resistencia.

3.3.5. Todos los sustratos en las cintas 1 y 2

Se presenta a continuación unas tablas y gráficas de cada una de las cintas en todos los tipos de sustrato utilizados, de tal manera que resulte sencilla la comparación de cómo afecta en el ensayo de cizalla por tracción la elección de un sustrato u otro.

Tabla 3.11: Resistencia máxima de la cinta 2 con todos los sustratos a cizalla

por tracción (1mm/min)

CINTA2 Rm (MPa) Desv Rm Al-SI 0,274 0,016

Al-SI Env 0,199 0,017 Al-CI 0,496 0,121

Al-CI Env 0,260 0,036 GRP 1 0,441 0,087

GRP 1 env 0,324 0,020 Acero 1 0,397 0,033

Acero 1 Env 0,255 0,029 PE 0,105 0,016

PE Env 0,116 0,029 Acero 2 0,488 0,064

Acero 2 Env 0,237 0,012 GRP 2 0,280 0,069

GRP 2 Env 0,275 0,021 PE* 0,129 0,025

PE* Env 0,134 0,024

117

Figura 3.36: Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 2 con todos los sustratos a cizalla por tracción (1mm/min)

Tabla 3.12: Resistencia máxima de la cinta 1 con todos los sustratos a cizalla por tracción (1mm/min)

CINTA1 Rm (MPa) Desv Rm

Al-SI 0,312 0,027 Al-SI Env 0,270 0,015

Al-CI 0,312 0,027 Al-CI Env 0,274 0,028

GRP 1 0,305 0,012 GRP 1 env 0,297 0,010

Acero 1 0,268 0,021 Acero 1 Env 0,276 0,029

PE 0,188 0,042 PE Env 0,129 0,029 Acero 2 0,261 0,017

Acero 2 Env 0,309 0,017 GRP 2 0,246 0,030

GRP 2 Env 0,326 0,025 PE* 0,231 0,031

PE* Env 0,154 0,021

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

Al-SI Al-CI GRP 1 Acero1

PE Acero2

GRP 2 PE*

Sin env

Con Env

118

Figura 3.37: Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 1 con todos los sustratos a cizalla por tracción (1mm/min)

Conclusiones parciales: Se puede apreciar que la resistencia de las uniones adhesivas con la

cinta 2 depende bastante del tipo de sustrato empleado debido a que su modo de fallo es fundamentalmente adhesivo.

Las probetas unidas con la cinta 1 rompen principalmente de forma cohesiva por lo que el tipo de sustrato no afecta a la resistencia de esta cinta salvo en el caso del polietileno, donde el fallo es 100% adhesivo y se manifiesta obteniéndose valores más bajos de resistencia.

El envejecimiento afecta en gran medida a la resistencia de la unión

con la cinta 2 en la mayoría de los sustratos (excepto en el polietileno y el GRP Nuevo). En cambio afecta poco en la cinta 1 con la excepción del polietileno que es el único con fallo adhesivo en dicha cinta.

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

Al-SI Al-CI GRP 1 Acero1

PE Acero2

GRP 2 PE*

Sin env

Con Env

119

3.4. Determinación de la resistencia de las uniones adhesivas en estático mediante cizalla por tracción a 50mm/min

Se realizan 5 ensayos por cada tipo de probreta. No se presentan los ensayos realizados con la cinta 3 (Reposicionable) debido a que se presentará un estudio aparte en el apartado 3.6 de dicha cinta. Esto se debe a que el fallo es siempre de carácter mecánico y no afecta el tipo de sustrato.

3.4.1. Sustratos de aluminio

Se prepararon 5 probetas con imprimación y 5 sin imprimación para cada tipo de cinta ensayada. Se realizaron las cintas con y sin envejecimiento para poder comparar el efecto del dicho envejecimiento cuando el ensayo de cizalla por tracción se realiza a una velocidad de avance muy superior. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato aluminio, fueron los siguientes:

Tabla 3.13: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de aluminio a

cizalla por tracción (50mm/min), con (AL-CI) y sin imprimación (AL-SI), con y sin envejecimiento

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

Al-SI Env CINTA3

CINTA2 0,641 0,109

CINTA1 0,798 0,047

Al-CI Env CINTA3

CINTA2 0,692 0,030

CINTA1 0,774 0,056

Sin envejecer Rm (Mpa) Desv Rm

Al-SI CINTA3

CINTA2 0,665 0,178

CINTA1 0,740 0,047

Al-CI CINTA3

CINTA2 0,768 0,093

CINTA1 0,810 0,043

120

Figura 3.38: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de aluminio a cizalla por tracción (50mm/min), con (AL-CI) y sin imprimación (AL-

SI), con envejecimiento

Al Sin Imprimación sin envejecimiento (Al-SI-SE):

. Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 4 de las probetas

ensayadas y 80% Adhesivo en la probeta restante. En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en la probeta con una

resistencia mayor, siendo el resto fallo Cohesivo al 90% (dos casos), 80% y 70%.

Al Con Imprimación sin envejecimiento (Al-CI-SE): Para la cinta 2 se producen fallos 100% adhesivos en 3 probetas,

siendo del 90% y 80% en las 2 probetas restantes. La probeta que mostró mayor resistencia tuvo 100% de fallo adhesivo.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 3 probetas y 90% cohesivo en 2 de ellas.

Al Sin Imprimación con envejecimiento (Al-SI-CE):

. Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 2 de las probetas

ensayadas y entre un 80% y 90% Adhesivo en las probetas restantes.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 3 de las probetas ensayadas, mientras que en las otras dos el fallo cohesivo se produce a un 70% y 90%.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI Env

Al-CI Env

121

Al Con Imprimación con envejecimiento (Al-CI-CE): Para la cinta 2 se producen fallos fundamentalmente adhesivos,

oscilando entre porcentajes del 70% y el 100% que solo se manifiesta en una de las probetas ensayadas.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en 2 probetas, 90% cohesivo en 2 de ellas y 80% cohesivo en las restantes.

Figura 3.39: Probetas de aluminio a 50mm/min

Aluminio sin imprimación

Envejecido Cinta 2

Aluminio sin imprimación Envejecido

Cinta 1 Figura 3.40: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de

aluminio a cizalla por tracción (50mm/min), con (AL-CI) y sin imprimación (AL-SI), con y sin envejecimiento

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

1,000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI

Al-CI

Al-SI Env

Al-CI Env

122

Conclusiones parciales: Se puede observar claramente que los valores de resistencia de las

probetas aumentan de forma muy considerable respecto al ensayo de cizalla por tracción cuando aumentamos de 1mm/min (Ver apartado 3.3.) a 50mm/min la velocidad de avance de la máquina. Este aumento supone más de un 100% de la resistencia del ensayo normalizado (1mm/min).

La resistencia de las cintas es similar en los 4 casos estudiados. Las diferencias son poco significativas.

La cinta 1 no presenta diferencias significativas en lo que se refiere al

envejecimiento debido a que fundamentalmente el fallo es cohesivo, mientras que en la cinta 2 si se puede apreciar en pequeña medida, mucho menos que con el ensayo normalizado del apartado 3.3., la influencia del tratamiento de envejecido.

La cinta 1 no presenta diferencias significativas en lo que se refiere al tratamiento superficial debido a que fundamentalmente el fallo es cohesivo, lo que implica que la interfase adherente-adhesivo no se ve afectada. La cinta 2 si se puede apreciar en pequeña medida, mucho menos que con el ensayo normalizado del apartado 3.3., la influencia del tratamiento superficial, ya que al emplear imprimación la resistencia aumenta ligeramente.

123

3.4.2. Sustratos de GRP Nuevo

Se prepararon 5 probetas con envejecimiento y 5 sin envejecimiento para cada tipo de cinta ensayada. Todas las probetas llevan imprimación. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato GRP Nuevo, fueron los siguientes:

Tabla 3.14: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de GRP nuevo a

cizalla por tracción (50mm/min), con y sin envejecimiento

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

GRPN Env CINTA3

CINTA2 0,983 0,119

CINTA1 0,865 0,028

Sin envejecer Rm (Mpa) Desv Rm

GRPN CINTA3

CINTA2 0,726 0,061

CINTA1 0,831 0,005

Figura 3.41: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de GRP nuevo a cizalla por tracción (50mm/min), con y sin envejecimiento

124

GRP Nuevo sin envejecimiento: .

Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 4 de las probetas ensayadas y 90% Adhesivo en la probeta restante.

En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en todas las probetas ensayadas.

GRP Nuevo con envejecimiento: Para la cinta 2 el fallo que predomina es el adhesivo oscilando entre

un 80% y 90% en todas las probetas ensayadas. En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en todas las probetas

ensayadas.

Figura 3.42: Probetas de GRP nuevo a 50mm/min

GRP Nuevo Envejecido Cinta 2

GRP Nuevo Envejecido Cinta 1

Conclusiones parciales: Se puede observar claramente que los valores de resistencia de las

probetas aumentan de forma muy considerable respecto al ensayo de cizalla por tracción cuando aumentamos de 1mm/min (Ver apartado 3.3.) a 50mm/min la velocidad de avance de la máquina. Este aumento supone más de un 100% de la resistencia del ensayo normalizado (1mm/min).

No se aprecian diferencias claras entre los dos tipos de cintas lo cual

resulta coherente con lo que se puede observar en el ensayo normalizado a 1mm/min con los sustratos de GRP nuevo analizados en el apartado 3.3.2.

En la cinta 1 se aprecia que el envejecimiento de la probeta no tiene prácticamente ninguna relevancia como se viene observando en la gran mayoría de los ensayos tanto normalizados como no normalizados. La cinta 2 presenta mayor resistencia después de

125

haber sido sometida a tratamiento de envejecido, lo cual unido al ensayo normalizado, donde no se apreciaban diferencias entre envejecido y no envejecido, nos permite estimar que la adhesión en el sustrato de GRP nuevo no se ve afectada negativamente como sucede en el resto de sustratos.

Los modos de fallo, tanto en la cinta 1 como en la cinta 2, son

similares a los del resto de sustratos, por lo que no podemos deducir la causa que provoca el comportamiento diferenciador que presenta el GRP nuevo con respecto al envejecimiento en otros sustratos.

El ensayo del GRP viejo no se realiza debido a que el principal objetivo del ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min es determinar porcentajes de carga para aplicar en el ensayo de fatiga, el cual no se realizará con el GRP viejo.

3.4.3. Sustratos de Acero Nuevo

Se prepararon 5 probetas con envejecimiento y 5 sin envejecimiento para cada tipo de cinta ensayada. Todas las probetas llevan imprimación. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato Acero Nuevo, fueron los siguientes:

Tabla 3.15: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de Acero nuevo a

cizalla por tracción (50mm/min), con y sin envejecimiento

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

ACERON Env

CINTA3 0,000 0,000

CINTA2 0,811 0,066

CINTA1 0,818 0,008

Sin envejecer Rm (Mpa) Desv Rm

ACERON

CINTA3 0,000 0,000

CINTA2 0,881 0,057

CINTA1 0,860 0,012

126

Figura 3.43: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de

Acero nuevo a cizalla por tracción (50mm/min), con y sin envejecimiento

Acero Nuevo sin envejecimiento:

. Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo en 3 de las probetas

ensayadas y 70% Adhesivo en las dos probetas restantes. En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en todas las probetas

ensayadas.

Acero Nuevo con envejecimiento: Para la cinta 2 el fallo que predomina es el adhesivo oscilando entre

un 60% y 100% en todas las probetas ensayadas. En la cinta 1 el fallo es 100% Cohesivo en todas las probetas

ensayadas.

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

1,000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Resi

sten

cia

(MPa

)

ACERON

ACERON Env

127

Figura 3.44: Probetas de acero nuevo a 50mm/min

Acero Nuevo Envejecido

Cinta 2 Acero Nuevo Envejecido

Cinta 1 Conclusiones parciales: Se puede observar claramente que los valores de resistencia de las

probetas aumentan de forma muy considerable respecto al ensayo de cizalla por tracción cuando aumentamos de 1mm/min (Ver apartado 3.3.) a 50mm/min la velocidad de avance de la máquina. Este aumento supone más de un 100% de la resistencia del ensayo normalizado (1mm/min).

En la cinta 1 se puede observar que hay poca variación entre el envejecimiento y el no envejecimiento de la probeta al igual que sucedía en el ensayo normalizado (1mm/min). Esto se debe a que el tipo de rotura es cohesiva.

En la cinta 2 se aprecia, al igual que en la cinta 1, poca diferencia con

respecto al envejecido y no envejecido de las probetas. En el ensayo normalizado (3.3.3.) se podían apreciar diferencias bastante significativas en cuanto a la aplicación del tratamiento de envejecido, por lo que se puede deducir que el aumento de la velocidad de ensayo minimiza las diferencias que se producen entre las diferentes probetas. Esto se debe a que una velocidad 50 veces mayor nos da resultados que asemejan menos la realidad.

El ensayo del Acero viejo no se realiza debido a que el principal objetivo del ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min es determinar porcentajes de carga para aplicar en el ensayo de fatiga, el cual no se realiza con el Acero viejo.

128

3.4.4. Sustratos de Polietileno adherido por caras mates

Se prepararon 5 probetas con envejecimiento y 5 sin envejecimiento para cada tipo de cinta ensayada. Todas las uniones se realizan con imprimación. Los resultados de resistencia de los ensayos empleando como sustrato Polietileno*, fueron los siguientes:

Tabla 3.16: Resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a

cizalla por tracción (50mm/min), adherido por caras opacas con y sin envejecimiento

Envejecido Rm (Mpa) Desv Rm

Poliet* Env CINTA3 0,000 0,000 CINTA2 0,258 0,017 CINTA1 0,306 0,067

Sin envejecer Rm (Mpa) Desv Rm

Poliet* CINTA3 0,000 0,000 CINTA2 0,347 0,048 CINTA1 0,397 0,038

Figura 3.45: Gráfica de la resistencia máxima de las cintas con sustratos de polietileno a cizalla por tracción (50mm/min), adherido por caras opacas, con y

sin envejecimiento

129

Polietileno* sin envejecimiento: .

Para la cinta 1, el fallo fue 100% Adhesivo las probetas ensayadas Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo las probetas ensayadas

Polietileno* con envejecimiento: Para la cinta 1, el fallo fue 100% Adhesivo las probetas ensayadas Para la cinta 2, el fallo fue 100% Adhesivo las probetas ensayadas

Figura 3.46: Probetas de polietileno a 50mm/min

Polietileno* Envejecido

Cinta 2 Polietileno* Envejecido

Cinta 1 Conclusiones parciales: Se puede observar claramente que los valores de resistencia de las

probetas aumentan de forma muy considerable respecto al ensayo de cizalla por tracción cuando aumentamos de 1mm/min (Ver apartado 3.3.) a 50mm/min la velocidad de avance de la máquina. Este aumento supone más de un 100% de la resistencia del ensayo normalizado (1mm/min).

Se puede apreciar que la cinta 1 ofrece más resistencia que la cinta 2

en este sustrato, de la misma forma que sucedía en el ensayo de cizalla por tracción normalizado (1mm/min), sin embargo, eneste caso la diferencia es mucho menos significativa.

Tanto la cinta 1 como la cinta 2 se ven afectadas por el tratamiento de envejecimiento, presentando mayor resistencia cuando no se ha realizado dicho tratamiento. La cinta 1 que normalmente no se ve afectada por dicho tratamiento, en este caso si lo hace, debido, fundamentalmente, a que el modo de fallo es 100% adhesivo por el

130

contrario de lo que sucede en el resto de sustratos donde predomina ampliamente el fallo cohesivo.

El ensayo del Polietileno adherido por caras diferentes no se realiza

debido a que el principal objetivo del ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min es determinar porcentajes de carga para aplicar en el ensayo de fatiga, el cual no se realizará con el Polietileno adherido por caras diferentes.

3.4.5. Todos los sustratos en las cintas 1 y 2

Se presenta a continuación unas tablas y gráficas de cada una de las cintas en todos los tipos de sustrato utilizados, de tal manera que resulte sencilla la comparación de cómo afecta en el ensayo de cizalla por tracción la elección de un sustrato u otro.

Tabla 3.17: Resistencia máxima de la cinta 1 en todos los sustratos a cizalla

por tracción (50mm/min)

CINTA1 Rm (MPa) Desv Rm Al-SI 0,740 0,047

Al-SI Env 0,798 0,047 Al-CI 0,810 0,043

Al-CI Env 0,774 0,056 GRP 2 0,831 0,005

GRP 2 env 0,865 0,028 Acero 2 0,860 0,012

Acero 2 Env 0,818 0,008 PE* 0,397 0,038

PE* Env 0,306 0,067

131

Figura 3.47: Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 1 en todos los sustratos a cizalla por tracción (50mm/min)

Tabla 3.18: Resistencia máxima de la cinta 2 en todos los sustratos a cizalla por tracción (50mm/min)

CINTA2 Rm (MPa) Desv Rm

Al-SI 0,665 0,178 Al-SI Env 0,641 0,109

Al-CI 0,768 0,093 Al-CI Env 0,692 0,030

GRP 2 0,726 0,061 GRP 2 env 0,983 0,119

Acero 2 0,881 0,057 Acero 2 Env 0,811 0,066

PE* 0,347 0,048 PE* Env 0,258 0,017

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,900

1,000

Al-SI Al-CI GRP 2 Acero 2 PE*

Sin env

Con Env

132

Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 2 en todos los sustratos a cizalla por tracción (50mm/min)

Conclusiones parciales: Se puede apreciar que la resistencia con la cinta 2 depende bastante

del tipo de sustrato empleado debido a que su modo de fallo es fundamentalmente adhesivo. De todas formas, si se comparan dichos resultados con los obtenidos en el ensayo normalizado a 1mm/min, las diferencias son menos significativas debido a la imprecisión del ensayo a velocidades altas (50mm/min).

Las probetas adheridas con la cinta 1 rompen principalmente de forma cohesiva por lo que el tipo de sustrato no afecta a la resistencia de esta cinta salvo en el caso del polietileno, donde el fallo es 100% adhesivo y se manifiesta obteniéndose valores más bajos de resistencia.

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

Al-SI Al-CI GRP 2 Acero 2 PE*

Sin env

Con Env

133

3.5. Determinación de la vida a fatiga de las uniones adhesivas con las PSA estudiadas.

Se realizan 3 ensayos por cada tipo de probeta. No se presentan ningún ensayo realizado con la cinta 3 (Reposicionable) debido a que el anclaje mecánico de dicha cinta no permite el correcto funcionamiento de la máquina de fatiga, produciéndose el fallo en el primer ciclo de fatiga. Todas las probetas ensayadas deberán haber sido sometidas previamente a tratamiento de envejecido. La velocidad a la que se realizan los ciclos corresponde a una frecuencia de 5Hz (5ciclos/segundo). Se aplicaran los porcentajes de carga correspondientes a la resistencia máxima media del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de avance de 50mm/min. Dichos porcentajes serán del 50% y del 30% (El porcentaje del 30% es una aproximación debido a que se realizó a un porcentaje de carga del 75% de la resistencia máxima media del ensayo de cizalla por tracción normalizado a 1mm/min de velocidad de avance de la máquina). El motivo de tomar como referencia los valores de resistencia del ensayo de cizalla por tracción a 50mm/min es que las velocidades altas se asemejan más a la velocidad a la que se realizan los ciclos (5Hz, 5 ciclos por segundo).

3.5.1. Sustratos de aluminio

Se prepararon 3 probetas con imprimación y 3 sin imprimación para cada tipo de cinta ensayada. Todas las probetas se ensayan tras envejecimiento previo y se aplican porcentajes de carga correspondientes a la carga máxima obtenida del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de avance de 50mm/min. Se presentan gráficas separadas para los diferentes porcentajes de carga debido a que la gran diferencia en el número de ciclos, que resulta de cada porcentaje, no nos permite apreciar los valores más bajos. Los resultados de vida a fatiga de los ensayos, empleando como sustrato aluminio, fueron los siguientes:

Tabla 3.18: Ciclos de fatiga en el aluminio con y sin imprimación

Envejecido

Frotura

(N)

ciclos Desv 30%

ciclos Desv 50%

Ciclos fatiga

Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

Al-SI

CINTA3

CINTA2 400,74 106370 713 482900 2045

CINTA1 498,7 796 48 9682 1125

Al-CI

CINTA3

CINTA2 432,58 112983 897 451927 898

CINTA1 483,82 609 760 9648 760

134

Figura 3.49: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de aluminio con y sin imprimación al 30% de carga

Figura 3.50: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de aluminio con y sin imprimación al 50% de carga

Aluminio sin imprimación al 30% de carga:

. Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 100% adhesivo, 70% adhesivo y 80%

adhesivo respectivamente.

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Al-SI

Al-CI

0

500

1000

1500

2000

2500

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Al-SI

Al-CI

135

Aluminio sin imprimación al 50% de carga: Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 30% adhesivo, 70% adhesivo y 20%

adhesivo.

Aluminio con imprimación al 30% de carga: .

Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas ensayadas.

Para la cinta 2, el fallo fue 90% adhesivo en todas las probetas ensayadas.

Aluminio con imprimación al 50% de carga: Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 80% adhesivo, 80% adhesivo y 60%

adhesivo.

Figura 3.51: Probetas de aluminio ensayadas a fatiga

Aluminio sin imprimación 50%

Cinta 2 Aluminio sin imprimación 50%

Cinta 1

Aluminio sin imprimación 30%

Cinta 2 Aluminio sin imprimación 30%

Cinta 1

136

Conclusiones parciales: La vida a fatiga de la cinta 2 es mucho mayor que la vida de la cinta 1

con el porcentaje de carga del 30%, mientras que con el porcentaje de carga del 50% la cinta 2 sigue aguantando mejor a fatiga que la cinta 1 pero las diferencias son mucho menos significativas.

El motivo de la gran diferencia entre la cinta 1 y la 2, cuando aplicamos un 30% de carga, se puede apreciar en el apartado 3.2., donde se ensayan a tracción las cintas sin sustrato y podemos apreciar que la cinta 2 tiene una carrera mayor antes de romper que la cinta 1, lo cual nos está indicando que la cinta 2 posee más elasticidad, que resulta determinante en la amortiguación de las vibraciones que produce la frecuencia en el ensayo de fatiga.

Del ensayo del 50% en carga se puede deducir que la vida a fatiga de la cinta 2 decrece mucho más rápidamente que la vida a fatiga de la cinta 1.

La imprimación afecta negativamente en el ensayo de fatiga, lo cual es debido a que la carga máxima de las probetas con imprimación calculada a partir de los ensayos de cizalla por tracción es mayor que la de las probetas sin imprimación. Se puede concluir que en el caso de que las condiciones del ensayo de fatiga hubieran sido las mismas (misma carga máxima) los resultados serían similares entre las probetas con y sin imprimación, por tanto la imprimación no afecta de manera significativa en los ensayos dinámicos.

El hecho de que la resistencia en la cinta 2 disminuya tan drásticamente al aplicar una alta carga de fatiga (50%), hace pensar que se ha podido aplicar una carga demasiado gruesa de la misma, por lo que aumenta el porcentaje de rotura adhesiva y disminuye su resistencia.

3.5.2. Sustratos de GRP

Se prepararon 3 probetas con imprimación. Todas las probetas se realizan con envejecimiento previo y se aplican porcentajes de carga correspondientes a la carga máxima obtenida del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de avance de 50mm/min. Se presentan gráficas separadas para los diferentes porcentajes de carga debido a que la gran diferencia en el número de ciclos, que resulta de cada porcentaje, no nos permite apreciar los valores más bajos. El GRP viejo solo se estudia bajo un

137

75% de la carga máxima del ensayo de cizalla por tracción a 1mm/min. Los resultados de vida a fatiga de los ensayos, empleando como sustrato GRP, fueron los siguientes:

Tabla 3.19: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de GRP nuevo y viejo

Envejecido

Frotura (N)

Desv (ciclos)

Ciclos fatiga

Fmax = 75% Frotura

GRPV CINTA3 CINTA2 202,72 17226 54981 CINTA1 185,36 305 4999

Envejecido

Frotura (N)

ciclos Desv 30%

ciclos Desv 50%

Ciclos fatiga

Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

GRPN CINTA3 CINTA2 614,4 25610 35 41317 289 CINTA1 540,38 213 17 3763 624

Figura 3.52: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de GRP nuevo y viejo al 30% de carga

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

GRPN-30%

GRPV-30%

138

Figura 3.53: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de GRP nuevo al 50%

de carga

GRP Viejo al 30% de carga:

. Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 20% adhesivo, 60% adhesivo y 80%

adhesivo.

GRP Nuevo al 30% de carga: Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 90% adhesivo en todas las probetas

ensayadas.

GRP Nuevo al 50% de carga: .

Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas ensayadas.

Para la cinta 2, el fallo fue 80% adhesivo, 80% adhesivo y 90% adhesivo.

0

100

200

300

400

500

600

700

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

GRP-50%

139

Figura 3.54: Probetas de GRP nuevo ensayadas a fatiga

GRP Nuevo 50%

Cinta 2 GRP Nuevo 50%

Cinta 1

GRP Viejo 30% Cinta 2

GRP Viejo 30% Cinta 1

Conclusiones parciales: La vida a fatiga de la cinta 2 es mucho mayor que la vida de la cinta 1

con el porcentaje de carga del 30%, mientras que con el porcentaje de carga del 50% la cinta 2 aguanta peor que la cinta 1 pero las diferencias son mucho menos significativas.

El motivo de la gran diferencia entre la cinta 1 y la 2, cuando aplicamos un 30% de carga, se puede apreciar en el apartado 3.2., donde se ensayan a tracción las cintas sin sustrato y podemos apreciar que la cinta 2 tiene una carrera mayor antes de romper que la cinta 1, lo cual nos está indicando que la cinta 2 posee más elasticidad, que resulta determinante en la amortiguación de las vibraciones que produce la frecuencia en el ensayo de fatiga.

Del ensayo del 50% en carga se puede deducir que la vida a fatiga de la cinta 2 decrece mucho más rápidamente que la vida a fatiga de la cinta 1 cuando aumentamos la carga, hasta el punto que pasa de ser mucho mayor a 30% a ser menor al 50%.

140

Se puede deducir, de los diferentes porcentajes de carga a las que han sido sometidas las probetas, que la mayor elasticidad de la cinta 2 no supone una ventaja con respecto a la cinta 1 cuando se ensaya a porcentajes de carga más altos.

Se aprecia que el GRP viejo presenta, sobre todo en la cinta 2, una mayor vida a fatiga que el GRP nuevo al igual que sucedía en el ensayo de cizalla por tracción normalizado (1mm/min) con la resistencia máxima. Esto se explica por la mayor energía superficial del GRP viejo, ya que el fallo en la cinta 2 es principalmente adhesivo.

3.5.3. Sustratos de Acero

Se prepararon 3 probetas con imprimación. Todas las probetas se realizarán con envejecimiento previo y se aplicarán porcentajes de carga correspondientes a la carga máxima obtenida del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de avance de 50mm/min. Se presentan gráficas separadas para los diferentes porcentajes de carga debido a que la gran diferencia en el número de ciclos, que resulta de cada porcentaje, no nos permite apreciar los valores más bajos. El Acero viejo no se estudia en este ensayo. Los resultados de vida a fatiga de los ensayos, empleando como sustrato Acero, fueron los siguientes:

Tabla 3.20: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de acero nuevo

Envejecido

Frotura (N)

ciclos Desv 30%

ciclos Desv 50%

Ciclos fatiga

Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

ACERON CINTA3 CINTA2 506,92 395162 311 558366 1201 CINTA1 511,55 789 38 7647 913

141

Figura 3.55: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de acero nuevo al 30% de carga

Figura 3.56: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de acero nuevo al 50% de carga

Acero Nuevo al 30% de carga: Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 20% adhesivo en todas las probetas

ensayadas

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Acero-30%

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Acero-50%

142

Acero Nuevo al 50% de carga:

. Para la cinta 1, el fallo fue 100% cohesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 30% adhesivo, 60% adhesivo y 80%

adhesivo.

Figura 3.57: Probetas de acero nuevo ensayadas a fatiga

Acero Nuevo 50%

Cinta 2 Acero Nuevo 50%

Cinta 1

Conclusiones parciales: La vida a fatiga de la cinta 2 es mucho mayor que la vida de la cinta 1

con el porcentaje de carga del 30%, mientras que con el porcentaje de carga del 50% la cinta 2 sigue ofreciendo mejor vida a fatiga que la cinta 1 pero las diferencias son mucho menos significativas.

El motivo de la gran diferencia entre la cinta 1 y la 2, cuando aplicamos un 30% de carga, se puede apreciar en el apartado 3.2., donde se ensayan a tracción las cintas sin sustrato y podemos apreciar que la cinta 2 tiene una carrera mayor antes de romper que la cinta 1, lo cual nos está indicando que la cinta 2 posee más elasticidad, que resulta determinante en la amortiguación de las vibraciones que produce la frecuencia en el ensayo de fatiga.

Del ensayo del 50% en carga se puede deducir que la vida a fatiga de la cinta 2 decrece mucho más rápidamente que la vida a fatiga de la cinta 1 cuando aumentamos la carga.

Se puede deducir, de los diferentes porcentajes de carga a las que han sido sometidas las probetas, que la mayor elasticidad de la cinta 2 no supone una ventaja tan significativa con respecto a la cinta 1, cuando se ensaya a porcentajes de carga más altos.

143

3.5.4. Sustratos de Polietileno adherido por caras mates (Polietileno*)

Se prepararon 3 probetas con imprimación. Todas las probetas se ensayaran tras envejecimiento previo y se aplican porcentajes de carga correspondientes a la carga máxima obtenida del ensayo de cizalla por tracción a velocidad de avance de 50mm/min. Se presentan gráficas separadas para los diferentes porcentajes de carga debido a que la gran diferencia en el número de ciclos, que resulta de cada porcentaje, no nos permite apreciar los valores más bajos. El polietileno adherido por caras diferentes no se estudia en este ensayo. Los resultados de vida a fatiga de los ensayos, empleando como sustrato Polietileno, fueron los siguientes:

Tabla 3.21: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de polietileno adherido

por caras mates

Envejecido

Frotura (N)

ciclos Desv 30%

ciclos Desv 50%

Ciclos fatiga

Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

POLIET* CINTA3 CINTA2 161,46 7976 390 12624 3624 CINTA1 191,4 7585 297 12536 2067

Figura 3.58: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de Polietileno adherido por caras mates al 30% de carga

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Poliet*-30%

144

Figura 3.59: Ciclos de fatiga de las cintas con sustratos de Polietileno adherido por caras mates al 50% de carga

Polietileno* al 30% de carga: Para la cinta 1, el fallo fue 100% adhesivo en todas las probetas

ensayadas. Para la cinta 2, el fallo fue 100% adhesivo en todas las probetas

ensayadas.

Polietileno* al 50% de carga: .

Para la cinta 1, el fallo fue 100% adhesivo en todas las probetas ensayadas.

Para la cinta 2, el fallo fue 100% adhesivo en todas las probetas ensayadas.

Figura 3.60: Probetas de polietileno ensayadas a fatiga

Polietileno* 50%

Cinta 2 Polietileno* 50%

Cinta 1

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

CINTA3 CINTA2 CINTA1

Núm

ero

de c

iclo

s

Poliet*-50%

145

Conclusiones parciales: La vida a fatiga de la cinta 1 es similar a la de la cinta 2 al porcentaje

del 30% de carga, siendo en ambos casos fallo 100% adhesivo, mientras que en el 50% la cinta 2 es sensiblemente superior a la cinta1 al igual que ocurre en los sustratos de GRP.

Como se puede observar en las imágenes en este caso la zona de adhesión está separada del extremo del sustrato en los ensayos al 30% y al 50% de carga. Se analizan en el apartado 3.5.5., donde se comparan todos los sustratos por cintas, si dicha modificación influye en la vida a fatiga de las probetas.

Se puede apreciar que el polietileno es el único de los sustratos donde la cinta 1 falla de forma adhesiva, lo cual explica el comportamiento similar que tienen a fatiga las 2 cintas.

3.5.5. Todos los sustratos en las cintas 1 y 2

Se presenta a continuación unas tablas y gráficas de cada una de las cintas en todos los tipos de sustrato utilizados, de tal manera que resulte sencilla la comparación de cómo afecta en el ensayo de fatiga la elección de un sustrato u otro. La cinta 2 se presenta en gráficas separadas según el porcentaje de carga debido a que la gran diferencia entre los resultados para cada carga no permite apreciar los valores más bajos.

Tabla 3.22: Ciclos de fatiga de la cinta 1 en todos los sustratos

Cinta 1 Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

AL-SI 9682 1125

AL-CI 9648 760

GRPN 3763 624

ACERON 7647 913

POLIET* 12536 2067

146

Figura 3.61: Ciclos de fatiga de la cinta 1 en todos los sustratos

Tabla 3.23: Ciclos de fatiga de la cinta 2 en todos los sustratos

Cinta 2 Fmax = 30% Frotura Fmax = 50% Frotura

AL-SI 482900 2045

AL-CI 451927 898

GRPN 41317 289

ACERON 558366 1201

POLIET* 12624 3624

Figura 3.62: Ciclos de fatiga de la cinta 2 en todos los sustratos al 30% de carga

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

AL-SI AL-CI GRPN ACERON POLIET*

Núm

ero

de c

iclo

s

30%

50%

0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

AL-SI AL-CI GRPN ACERON POLIET*

Núm

ero

de c

iclo

s

30%

147

Figura 3.63: Ciclos de fatiga de la cinta 2 en todos los sustratos al 50% de carga

Conclusiones parciales: En la cinta 1 se puede apreciar que los metales, aluminio y acero,

tienen un comportamiento parecido, mientras que el GRP baja bastante su rendimiento funcionando a fatiga comparándolo con sus prestaciones en los ensayos de cizalla por tracción (3.3. y 3.4.), donde su resistencia máxima es similar e incluso superior a la de los metales. Lo mismo sucede con la cinta 2.

El polietileno tiene la vida a fatiga más corta en el ensayo de la cinta 2 al 30% de carga, que es el caso donde las probetas se han ensayado en las mismas condiciones (Cinta adherida en el extremo de los sustratos) que el resto de probetas con diferentes sustratos, lo cual resulta coherente con los resultados obtenidos en los ensayos de cizalla por tracción (3.3. y 3.4.). Sin embargo en el resto de ensayos podemos observar que el polietileno resulta ser el sustrato que mejor vida a fatiga presenta (Cinta adherida fuera del extremo de los sustratos, ver imagen en el apartado 3.5.4.) por lo que se puede deducir que dicha modificación en el posicionamiento longitudinal de la cinta tiene gran relevancia en los resultados del ensayo de fatiga.

La vida a fatiga de la cinta 2 es superior a la de la cinta 1 en casi todos los ensayos realizados, a pesar de que en los ensayos de cizalla por tracción (3.3. y 3.4.) la cinta 1 daba por lo general mejores resultados de resistencia que la cinta 1. El motivo de la diferencia entre la cinta 1 y la 2 se puede apreciar en el apartado 3.2., donde se ensayan a tracción las cintas sin sustrato y podemos apreciar que la cinta 2 tiene una carrera mayor antes de romper que la cinta 1, lo cual nos está indicando que la cinta 2 posee más elasticidad, que resulta determinante en la amortiguación de las vibraciones que produce la frecuencia en el ensayo de fatiga.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

AL-SI AL-CI GRPN ACERON POLIET*

Núm

ero

de c

iclo

s

50%

148

149

3.6. Influencia del posicionamiento de la cinta 3 (reposicionable) en la resistencia de la unión mecánica mediante ensayo de cizalla por tracción.

En todos los ensayos que se han realizado con anterioridad el modo de fallo para la cinta 3 siempre es por la unión mecánica. A fin de determinar cómo afecta la forma en que se lleva a cabo esa unión en la resistencia de la misma, se prepararon 10 probetas en la que la unión mecánica solapada era en posición vertical con vertical (VV), otras 10 en posición horizontal con horizontal (HH) y otras 10 en posición alternada horizontal con vertical (HV). Además de esta clasificación se valorará como afecta el empleo de imprimación y los tratamientos de envejecimiento sobre la unión. Por último se va a realizar un ensayo de tracción pura, en el que se evaluará la resistencia de la cinta a tracción y el efecto que tiene la imprimación sobre la unión.

En cuanto a las posiciones de los ensayos de cizalla aparecen reflejados en la siguiente imagen.

Figura 3.64: Probetas de la cinta 3 por posicionamiento

Cinta 3 Posición VV

Cinta 3 Posición HH

Cinta 3 Posición HV

Como ya se ha explicado se van a distinguir varios tipos de ensayo dentro de los ensayos de las cintas a cizalla. Además de los tres posibles posicionamientos será necesario distinguir entre aquellas en las que se ha usado imprimación o no y las que se han realizado tratamiento de envejecido o no.

150

• Cinta 3 sin envejecer

Tabla 3.24: Resistencia máxima de la Cinta 3 sin envejecer en sustratos de aluminio con y sin imprimación según su

posicionamiento

Figura 3.65: Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 3 sin envejecer en sustratos de aluminio con y sin imprimación según su posicionamiento

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

VV HH HV

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI

Al-CI

Cinta 3 Sin envejecer Rm (MPa) Sd (MPa)

Al-SI

VV 0,074 0,029

HH 0,056 0,019

HV 0,088 0,011

Al-CI

VV 0,092 0,035

HH 0,083 0,027

HV 0,068 0,012

151

• Cinta 3 envejecida

Tabla 3.25: Resistencia máxima de la Cinta 3 envejecida en sustratos de aluminio con y sin imprimación según su

posicionamiento

Figura 3.66: Gráfica de la resistencia máxima de la cinta 3 envejecida en sustratos de aluminio con y sin imprimación según su posicionamiento

Conclusiones parciales:

La gran dispersión de los resultados no permite sacar conclusiones claras. No hay diferencias significativas en la resistencia de la unión respecto a la forma de anclaje.

Cinta 3 envejecido Rm (MPa) Desv Rm

Al-SI

VV 0,097 0,034

HH 0,083 0,019

HV 0,094 0,012

Al-CI

VV 0,088 0,031

HH 0,083 0,026

HV 0,093 0,013

152

Cuando el anclaje se hace de forma HV la dispersión en los resultados es algo menor.

También se puede asegurar que la resistencia de la cinta es independiente de la imprimación, pues como ya se dijo anteriormente, la cinta falla por la unión mecánica, en la que no influye el uso de imprimación.

153

3.7. Determinación de la resistencia de la cinta 3 mediante ensayo de tracción pura

Como parte del ensayo de la cinta se han realizado ensayos de tracción pura. Para ello se han realizado probetas de 25x25 mm y se han sometido a tracción pura, para este ensayo se ha prescindido del tratamiento de envejecimiento, pues en los ensayos anteriores se comprobó que no afectaba al ser el fallo siempre mecánico.

Hay que destacar, que si bien todas las probetas han fallado por la unión mecánica, en los ensayos preliminares en los que no se respetó el tiempo de curado el fallo fue adhesivo.

Tabla 3.26: Resistencia máxima de la Cinta 3 sin envejecer, con y sin

imprimación, a tracción pura

Rm (MPa) Desv Rm

Al-SI 0,271 0,023

Al-CI 0,283 0,017

154

Figura 3.67: Grafica de la resistencia máxima de la cinta 3 con (Al-CI) y sin imprimación (AL-SI) a tracción pura

Conclusiones parciales:

En este ensayo se produce una menor dispersión de los resultados, como ya se ha dicho todos los fallos fueron por la unión mecánica. El tiempo de curado es especialmente crítico en esta aplicación, ya que de no respetarse el fallo podría ser adhesivo.

Al ser un fallo por la unión mecánica se puede afirmar que la

imprimación no es relevante.

Se puede apreciar que los valores de resistencia máxima de la unión mecánica son mucho mayores (del orden de 3 veces más) que los obtenidos en el apartado 3.6. cuando se ensayaba la cinta 3 a cizalla por tracción en vez de a tracción pura.

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

HV

Resi

sten

cia

(MPa

)

Al-SI

Al-CI

155

Capítulo 4: Conclusiones

156

157

Conclusiones

Se han realizado y ensayado más de 500 probetas en este estudio.

Analizando el tratamiento superficial, con las probetas realizadas en aluminio con y sin imprimación en el ensayo de cizalla por tracción normalizado a 1mm/min, se concluye que la aplicación de una capa de imprimación en la superficie de adhesión mejora la resistencia máxima de la probeta de forma bastante significativa en la cinta 2, cuyo fallo es principalmente adhesivo. Sin embargo en la cinta 1 y la cinta 3, cuyos fallos son cohesivos y mecánicos respectivamente, no se aprecian diferencias en la resistencia máxima como era de esperar, ya que las cintas no rompen por la interfase adherente-adhesivo que es la parte donde se encuentra la capa de imprimación.

En los ensayos de fatiga y cizalla por tracción a 50mm/min no se aprecian diferencias significativas entre el tratamiento superficial con y sin imprimación al ser ensayos realizados a mucha más velocidad.

Analizando el tratamiento de envejecido, con las probetas preparadas con y sin envejecimiento en los ensayos de cizalla por tracción a 1mm/min, se puede concluir que dicho envejecimiento empeora la resistencia de las probetas sobre todo en los casos donde el fallo se produce de forma adhesiva (Cinta 2 en todos los sustratos y cinta 1 en los sustratos de polietileno).

La cinta 3 no se ve afectada por el tratamiento de envejecimiento de forma significativa al ser el fallo de carácter mecánico. La cinta 1 solo se ve afectada cuando se emplea el sustrato de polietileno, pues el fallo se produce de forma adhesiva, pero en el resto de sustratos, cuyos fallos son cohesivos, no es determinante aplicar el tratamiento de envejecimiento.

En el ensayo de la cinta sola, tanto la cinta 1 como la cinta 2, a tracción se puede observar que no influye el envejecimiento en la resistencia máxima, lo que explica que las probetas que rompen de forma cohesiva no se vean afectadas por el tratamiento de envejecido, que finalmente podemos concluir que solo afecta a la interfase adherente-adhesivo y no a la cinta en sí.

En los ensayos realizados a cizalla por tracción de las uniones adhesivas a velocidad de 50mm/min no se pueden apreciar las diferencias observadas en el ensayo a 1mm/min en cuanto al envejecimiento debido a la imprecisión del ensayo realizado a alta velocidad.

Analizando los resultados obtenidos a cizalla por tracción, tanto a 1mm/min como a 50mm/min, se puede observar que el tipo de cinta, el tipo de sustrato y la velocidad de desplazamiento del cabezal en la máquina son factores determinantes en el valor de la carga máxima resultante. Se observa que la cinta 1 tiene mayor resistencia que la cinta 2. Se observa que los sustratos de acero galvanizado y de GRP poseen la mayor resistencia,

158

seguidos de cerca por el aluminio, y en último lugar, con una resistencia muy inferior, tenemos los sustratos de polietileno. Se observa que el aumento de la velocidad de ensayo (50mm/min) aumenta de forma muy considerable el valor de la resistencia de todos los sustratos con todas las cintas.

El GRP Nuevo tiene menor resistencia que el GRP Viejo, mientras que el Acero Nuevo posee mayor resistencia que el Acero Viejo. En cuanto el polietileno se puede apreciar que la adhesión por caras mates (Polietileno*) ofrece mejor resistencia que los sustratos de polietileno adheridos por caras brillante-mate.

Analizando los resultados obtenidos a fatiga podemos concluir que la cinta 2 tiene un comportamiento mucho mejor en todos los sustratos que la cinta 1. Estas diferencias son especialmente apreciables a bajos porcentajes de carga (30%), mientras que a altos porcentajes de carga (50%) dichas diferencias son mucho menos significativas.

Las diferencias tan grandes entre la cinta 2 y la cinta 1 se pueden observar analizando el ensayo de las cintas solas a tracción, donde comprobamos que la carrera que tiene la cinta 2 antes de romper es mucho mayor que la de la cinta 1, lo cual implica que la cinta 2 tiene mucha más elasticidad que es un factor determinante en la vida a fatiga de las probetas, pues la elasticidad contribuye a un mejor amortiguamiento de la frecuencia de ciclos aplicada por la máquina.

Los sustratos de acero y aluminio son los que mejor comportamiento a fatiga presentan, mientras que los de GRP tienen una vida a fatiga mucho menor de lo que era previsible cuando se obtuvieron los valores de resistencia máxima a cizalla por tracción, donde el GRP era superior al aluminio y estaba al nivel del acero. La peor vida a fatiga la presenta el polietileno adherido por caras mates.

Se ha podido observar que el posicionamiento de la cinta a lo largo del sustrato tiene gran relevancia en la vida a fatiga de las probetas. Esto se observó en unas probetas ensayadas a fatiga (al 30% y al 50%) con sustratos de polietileno donde la cinta no estaba adherida en el extremo del sustrato. Resulto que las probetas de polietileno presentaban una vida a fatiga mayor que con el resto de sustratos, lo cual era incoherente con lo observado con la cinta 2 en los ensayos de fatiga con carga del 30% donde las probetas habían sido fabricadas con la cinta adherida en el extremo del sustrato.

Analizando el estudio de posicionamiento de la cinta 3 (Reposicionable) se puede concluir que el tipo de posicionamiento no influye de manera significativa en la resistencia a cizalla por tracción. Si se ha podido observar que la posición Horizontal-Vertical ofrece una menor dispersión en los resultados, por lo que los ensayos de tracción pura de la cinta 3 se han realizado en dicha posición.

159

Analizando estos ensayos de tracción pura con la cinta 3 se observa, como era previsible, que dicha cinta funciona mucho mejor sometida a carga de tracción pura que a cizalla por tracción (resistencias del orden de 3 veces mayor).

Los fallos que se producen en la cinta 3 siempre resultan ser de carácter mecánico.

En cuanto a la medida de energía superficial de los sustratos, no se han podido extraer resultados concluyentes debido a su incoherencia con el resto de ensayos y con la teoría experimental. La causa más probable de dichas incoherencias es la diferencia entre rugosidades de los sustratos (Son un factor determinante en la medida del ángulo de contacto) que provocan que el polietileno presente la mayor energía superficial.

160

161

Capítulo 5: Bibliografía

162

163

Bibliografía

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• Norma ISO9142 D3

• Norma UNE-EN ISO 291:2008

• Norma UNE EN 1465:2009

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• Lee, L. “Fundamentals of Adhesion” Plenum Press New York 1991.

• Madrid, M. “Tecnología de la Adhesión” Loctite España Madrid 1997.

164

• Martín Martínez, J.M., Orgilés Barceló, A.C. “Adhesión. Tecnología y Fundamentos” Editorial INESCOP y Universidad de Alicante 1992.

• Pocius, A.V.“Adhesion and Adhesives Technology”HANSER 1997

165

Capítulo 6: Anexos

166

167

6.1. Hojas técnicas de los sustratos

Acero Galvanizado

168

Aluminio 5754

1.1 Composición química: % SI FE CU MN MG ZN TI CR MR+CR OTROS AL

Máx 0,4 0,4 0,10 0,5 3,6 0,2 0,15 0,3 0,25 0,75 Resto

1.2 Características mecánicas:

ESTADO METALÚRGICO

CARGAS ROTURA RM-N/MM2

LÍMITE ELÁSTICO RP.0,2 N/MM2

ALARGAMIENTO A 5,65%

DUREZA H B

DENSIDAD GRS./CM2

COEFICIENTE DILATACIÓN TÉRMICA W/ M K

O/H-111 215 100 25 55 2,7 132

1.3 Propiedades físicas: MAQUINABILIDAD R.CORROSIÓN

SOLDADURA

OXI-ACET. TIG-MIG

ANONIZADO

PROTECCIÓN DECORACIÓN DURO

R M B M B

M B

M B

B Mb

1.4 Utilidades:

Fabricación moldes para calzados, termoconformado, soplato, caucho, utillajes, matrices, carrocerías, componentes móviles, automación, recipientes, estructuras de maquinaria.

1.5 Medidas:

Espesores: 0,6 a 20 mm.

1.6 Dimensiones:

2.000 x 1000 mm. / 2500×1250/ 3000×1500

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