» la capacidad de los adhesivos y las cintas sensibles a la presión para adherirse a los plásticos depende en gran medida de su energía superficial», señala Kremer. «Los materiales compuestos, como los plásticos rígidos reforzados con fibra, generalmente se unen bien en ensamblajes con componentes metálicos, y por lo tanto se usan a menudo como reemplazos ligeros para piezas metálicas en cascos de combate y vehículos recreativos.»
la industria automotriz ha sido durante mucho tiempo líder en ensamblajes de materiales mixtos., Las aplicaciones automotrices de plástico a metal incluyen módulos frontales, cajas de pedales, pedales de freno, carcasas de bolsas de aire para el conductor, sartenes de asientos, pozos de rueda de repuesto, cubiertas de manifold y vigas transversales para automóviles.
» depende de la aplicación y las condiciones en las que el material tiene que funcionar», dice Vasant Pednekar, ingeniero sénior del fabricante de plásticos Lanxess Corp. «por ejemplo, el nylon se usa típicamente cuando se necesitan requisitos de temperatura más altos o mayor durabilidad.,»
mientras que las aplicaciones de plástico a metal son populares en la industria automotriz, las uniones entre los dos materiales también se utilizan para ensamblar electrodomésticos, bienes de consumo, Electrónica, dispositivos médicos y turbinas eólicas.
los fabricantes electrónicos unen componentes de plástico y metal, como carcasas internas y externas utilizadas en teléfonos inteligentes y otros dispositivos portátiles. «A menudo, la estructura interna de soporte es delgada de acero inoxidable o aluminio, y está conectada a una pieza de plástico más gruesa», dice Jay McKenna, gerente comercial global de sujetadores microPEM en PennEngineering.,
Los barcos son otro producto con conjuntos de materiales mixtos. Los fabricantes marinos han estado utilizando compuestos para cascos, compartimentos de motores, mástiles, timones y otros componentes durante décadas. Tales conjuntos deben ser muy fuertes, y a menudo tienen que resistir en ambientes de agua salada.
«Las piezas metálicas siempre son necesarias para asumir cargas puntuales para piezas compuestas y proporcionar un punto de sujeción mecánico, un punto de pivote o una carga extendida para la estructura compuesta», señala Andrew Rich, presidente de Element 6, una empresa de consultoría especializada en compuestos de fibra de carbono para automóviles.,
Métodos de unión
Las piezas plásticas o compuestas se unen típicamente a placas de metal o componentes estructurales con adhesivos o sujetadores.
La Unión de plásticos a metales a menudo implica sujetadores mecánicos, como remaches o pernos. Sin embargo, esto requiere la perforación del agujero, que puede ser costoso. Los espesores del compuesto y del metal deben aumentarse en general para acomodar las concentraciones de tensión en las cargas del orificio y del punto de sujeción, sacrificando la ventaja de peso. Algunos sujetadores también plantean el riesgo de óxido y corrosión.,
los insertos roscados son una forma de unir piezas metálicas a piezas de plástico utilizando sujetadores roscados. «La aplicación más común es el prensado de insertos de latón o acero en componentes de plástico, ya sea por procesamiento térmico o ultrasónico», afirma Marcus de EWI. «Esto se logra fundiendo el polímero en una moleta en la parte metálica, que actúa como una junta mecánica una vez que se enfría el plástico.»
otra opción de sujeción roscada para ensamblajes de materiales mixtos son los sujetadores de autolimpieza., En respuesta al creciente uso de plástico unido al metal, PennEngineering ha desarrollado recientemente varios productos nuevos.
«la mayoría de nuestros sujetadores están diseñados para sujetarse al metal y, por lo general, sujetar dos paneles juntos», señala McKenna. «Hemos encontrado que un sujetador que se extiende a través del panel de metal delgado y luego se introduce en el panel de plástico más grueso, ofrece los mejores resultados.
«la acción de brochado corta su camino en el plástico no dúctil y mantiene las dos hojas juntas», explica McKenna., «A menudo, esta puede ser una solución al ras en las superficies superior e inferior del conjunto.»
La unión adhesiva supera muchos de los problemas relacionados con el uso de sujetadores roscados para unir conjuntos de materiales mixtos. Toda la superficie de contacto adherida participa en la gestión de la carga. Además, la combinación de adhesivo y imprimación aísla una superficie de Otra, lo que reduce los problemas de interacción galvánica.
La unión adhesiva proporciona una gestión de carga más eficiente, por lo que se puede reducir el grosor y el peso de ambos materiales. Y, no hay agujeros para perforar, alinear o sellar.,
sin embargo, los adhesivos no son instantáneos como los sujetadores mecánicos. Dependiendo de la tecnología, adhesivos, segundos, minutos y, ocasionalmente, horas de lámpara y finalmente curar. Los fabricantes deben esperar a que se complete el accesorio antes de mover las piezas.
el Control también es un factor. La cantidad de adhesivo dispensado, la ubicación precisa del adhesivo y la fuerza de sujeción aplicada al conjunto deben controlarse cuidadosamente o la Unión se verá comprometida.
mientras que los adhesivos pueden unir prácticamente cualquier plástico a cualquier metal, algunos materiales funcionan mejor que otros., «El Nylon y el ABS suelen ser los plásticos más fáciles de unir a los metales», dice Henkel’s Small. «La resistencia de unión al plástico no siempre es ideal cuando se trabaja con materiales plásticos extremadamente lisos como el polipropileno o con plásticos difíciles de unir como el polietileno. Sin embargo, los imprimadores pueden aumentar en gran medida la resistencia de unión a los plásticos.
«casi todas las tecnologías adhesivas se pueden utilizar para unir plásticos a metales», añade Small.
» cianoacrilatos, acrílicos, epóxicos, uretanos, elastómeros y siliconas unen de forma fiable los plásticos a los metales.,»
Una nueva tecnología llamada Hybrid structural instant adhesive (introducida este otoño por Henkel) mejorará las aplicaciones de unión de plástico a metal. Combina adhesivos de cianoacrilato de curado rápido con tecnologías estructurales tradicionales, como epoxi o metacrilato de metilo.
«Estos son adhesivos de curado a temperatura ambiente de dos partes aplicados utilizando un dispensador de doble cartucho», dice Small. «Ofrecen las rápidas velocidades de fijación de los cianoacrilatos con la durabilidad de la tecnología estructural.,
«Los adhesivos instantáneos estructurales híbridos pueden unir la mayoría de las formulaciones plásticas, incluidos los plásticos difíciles de unir, a sustratos metálicos», afirma Small. «La clave es que lo hacen más rápido. La velocidad del accesorio diferencia al híbrido de la tecnología estructural pura. Los híbridos se fijan en menos de tres minutos.»
aunque actualmente es imposible soldar plástico al metal, varios nuevos proyectos R& D tienen potencial.,
Avraham Benatar, Profesor Asociado de ingeniería de Ciencias de materiales en la Universidad Estatal de Ohio, ha desarrollado un método para unir termoplásticos con metal utilizando una herramienta calentada. El sustrato metálico se texturiza con un patrón de moleteado fino y se calienta durante un tiempo preestablecido presionándolo contra una herramienta caliente que se mantiene a alta temperatura. Luego, la placa caliente se retrae y la lámina termoplástica fría se presiona contra la superficie de metal caliente durante un tiempo preestablecido.
el metal caliente funde la superficie termoplástica, lo que resulta en flujo y humectación., El plástico fundido fluye hacia las moletas, creando una junta mecánicamente entrelazada cuando el plástico se enfría y solidifica. El aumento del tiempo de calentamiento generalmente aumenta la resistencia de la articulación hasta que se alcanza un óptimo.
según Benatar, las juntas de polietileno de alta densidad (HDPE) a acero que ha creado con la técnica son ligeramente más fuertes y más consistentes que las juntas de HDPE a Aluminio. Para un tiempo de calentamiento fijo, las juntas de policarbonato y HDPE a acero son más resistentes que las juntas de polipropileno y acrílico a acero.,
Los ingenieros del Instituto de Investigación de uniones y soldadura en Osaka, Japón, han desarrollado un nuevo proceso llamado soldadura por fricción. Recientemente llevaron a cabo una prueba que unió con éxito piezas de aluminio y nylon. Se obtuvieron juntas de solapamiento con alta resistencia al cizallamiento en una amplia gama de parámetros de soldadura.
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