Unión con solo pulsar un botón

La unión de componentes permite unir piezas en grandes superficies, combinar diferentes materiales y hacer posible diseños ligeros. Sin embargo, en la práctica industrial, la aplicación de adhesivo suele suponer un paso adicional en el proceso: los adhesivos deben dosificarse, aplicarse y curarse. La manipulación directa de los componentes reactivos del adhesivo también puede plantear exigencias adicionales en materia de seguridad laboral, gestión de procesos y formación. Dependiendo del sistema de materiales, la temperatura, el sustrato y la carga, el efecto adhesivo de las cintas adhesivas convencionales también puede variar.

¿Cómo se convierte la presión en resistencia adhesiva?

Un nuevo enfoque basado en la microencapsulación pretende simplificar estos pasos. En el Fraunhofer IAP, los investigadores están desarrollando cápsulas microscópicas que contienen los componentes de un adhesivo bicomponente, en el marco del Clúster de Excelencia Fraunhofer «Materiales Programables» (CPM).

«Podemos imaginar las microcápsulas como una gran cantidad de pequeños depósitos de adhesivo», explica el Dr. Christian Neumann, investigador del Fraunhofer IAP. Cada cápsula contiene uno de los dos componentes. Mientras las cápsulas permanezcan intactas, el sistema permanece inactivo. Cuando se aplica presión, las cápsulas se rompen. Los componentes entran en contacto y el adhesivo se reticula. Esto crea una unión fuerte precisamente en la superficie de contacto. «Una ventaja importante es que esta reticulación tiene lugar a temperatura ambiente. Por lo tanto, no se requiere calentamiento adicional ni pasos de curado posteriores», afirma Neumann.

El reto técnico radica en la propia encapsulación: los adhesivos de dos componentes son materiales reactivos y pueden reaccionar con las sustancias químicas utilizadas durante la producción de la cubierta de la cápsula. Sin embargo, los investigadores pueden ajustar la composición química de la cápsula con gran precisión. Como resultado, los componentes adhesivos permanecen activos, quedan encerrados de forma fiable, pueden almacenarse y procesarse, y se abren de forma controlada durante la presión.

¿Qué dos factores hacen que la manipulación del adhesivo sea más segura?

«Para las aplicaciones industriales, es fundamental que el adhesivo esté inicialmente encapsulado de forma segura», afirma Neumann. «Esto significa que los empleados entran en menor contacto directo con los componentes reactivos, ya que la activación solo tiene lugar durante la fase de unión».

Para los procesos de unión industrial, este enfoque combina dos ventajas. En primer lugar, la encapsulación reduce la manipulación a cielo abierto de los adhesivos: los componentes reactivos solo se liberan en la línea de unión durante el proceso de unión. Esto puede simplificar la manipulación y contribuir a la seguridad laboral durante el procesamiento.

En segundo lugar, los investigadores se centran en sistemas adhesivos sin isocianatos basados en acrilatos o epoxis. Esto hace que el sistema de cápsulas y soportes resulte interesante para aplicaciones en las que las empresas desean evitar el uso de adhesivos que contengan isocianatos.

¿Cómo se utiliza el tejido adhesivo?

En la siguiente fase, las microcápsulas se aplicarán a materiales de soporte en forma de lámina que puedan procesarse como un material de capa intermedia. Entre las opciones adecuadas se incluyen soportes textiles, mallas de fibra u otros materiales en forma de lámina. «Esto convierte al adhesivo en un material manejable: puede colocarse en el componente y solo desarrolla su efecto durante la fase de unión», explica Neumann.

Entre los posibles campos de aplicación se incluyen procesos en los que es necesario unir o ensamblar componentes en grandes superficies, de forma controlada y sin aplicación abierta de adhesivo. En la industria de la automoción, por ejemplo, las pilas de baterías constituyen un posible caso de uso. Otros campos de aplicación son la ingeniería mecánica, la fabricación de productos electrónicos y los componentes microestructurados con canales finos, donde los métodos convencionales de dosificación y aplicación resultan técnicamente complejos, de difícil acceso o poco rentables.

Para desarrollar estos tejidos adhesivos, el Fraunhofer IAP combina su experiencia en microencapsulación con ensayos orientados a la aplicación. La resistencia de las uniones resultantes se está investigando en colaboración con el Instituto Fraunhofer de Máquinas-Herramienta y Tecnología de Conformado (IWU) y constituye la base para evaluar de forma específica los campos de aplicación adecuados junto con los socios.

¿Listos para las pruebas prácticas?

Ahora se trata de trasladar este enfoque a aplicaciones concretas. Con este fin, el Fraunhofer IAP busca socios de la industria y la investigación que puedan aportar sus propios componentes, materiales de soporte o procesos de montaje. Son especialmente relevantes aquellas empresas que deseen simplificar los procesos de unión de láminas, hacer más segura la manipulación de los adhesivos o integrar el proceso de unión de forma más eficaz en los flujos de trabajo de montaje existentes. «Juntos podemos examinar si el sistema de cápsulas y soportes puede adaptarse a requisitos específicos y qué cantidades de material se necesitan para las pruebas orientadas a la aplicación», afirma Neumann.

Si un socio aporta un caso de uso adecuado, el Fraunhofer IAP adaptará el sistema de cápsulas y soportes específicamente a él. En la planta piloto de síntesis del Centro Fraunhofer de Plantas Piloto para la Síntesis y el Procesamiento de Polímeros (PAZ) del Fraunhofer IAP, también se pueden producir microcápsulas a una escala de hasta varias toneladas. Esto significa que se dispone de cantidades suficientes de material para probar la tecnología en condiciones orientadas a la aplicación.