1. Uniones soldadas y
adhesivas
Materiales compuestos termoplásticos
Roberto Sanz Benito
1

2. Contenido
1 Introducción .............................................................................................................. 4
2 Uniones adhesivas ..................................................................................................... 4
2.1 Mecanismos de unión y teorías de adhesión ...................................................... 4
2.1.1 Adhesión mecánica ............................................................................................... 6
2.1.2 Teoría de la difusión .............................................................................................. 6
2.1.3 Teoría eléctrica ...................................................................................................... 6
2.1.4 Adsorción termodinámica ..................................................................................... 7
2.2 Tipos de adhesivos ............................................................................................. 8
2.2.1 Adhesivos prepolimerizados ................................................................................. 8
2.2.2 Adhesivos reactivos............................................................................................... 8
2.2.3 Adhesivos estructurales ......................................................................................... 8
2.3 Consideraciones a tener en cuenta en el diseño de uniones adhesivas ............ 12
2.3.1 Adherentes........................................................................................................... 12
2.3.2 Cargas .................................................................................................................. 12
2.3.3 Ambiente ............................................................................................................. 13
2.4 Tratamientos superficiales ............................................................................... 14
2.5 Juntas de unión................................................................................................. 14
2.6 Orientación de las capas .................................................................................. 16
2.7 Fallos de las uniones adhesivas........................................................................ 17
2.8 Consejos de diseño y soluciones:..................................................................... 17
3 Uniones soldadas ..................................................................................................... 18
3.1 Proceso de soldadura de termoplásticos .......................................................... 18
3.1.1 Preparación superficial ........................................................................................ 18
3.1.2 Calentamiento...................................................................................................... 18
3.1.3 Consolidación ...................................................................................................... 19
3.1.4 Enfriamiento ........................................................................................................ 20
3.2 Métodos de soldadura aplicables a materiales compuestos de matriz
termoplástica ............................................................................................................... 20
3.2.1 Placa caliente ....................................................................................................... 21
3.2.2 Gas caliente ......................................................................................................... 22
3.2.3 Calor radiante ...................................................................................................... 22
3.2.4 Movimiento relativo ............................................................................................ 22
3.2.5 Ultrasonidos ........................................................................................................ 23
3.2.6 Resistencia........................................................................................................... 23
2

3. 3.2.7 Inducción ............................................................................................................. 23
3.2.8 Dieléctrico y microondas .................................................................................... 24
4 Conclusiones ........................................................................................................... 24
5 Referencias .............................................................................................................. 25
3

4. 1 Introducción
Los materiales compuestos avanzados de matriz termoplástica presentan numerosas
ventajas frente a los materiales compuestos termoestables. Los materiales
termoplásticos presentan una mayor tenacidad y tolerancia al daño, menor absorción de
humedad, ciclos de fabricación más rápidos, y sobre todo, la posibilidad de ensamblar
estructuras mediante procesos de soldadura.
Las uniones soldadas y las uniones adheridas evitan los problemas asociados a las
operaciónes de mecanizado y taladrado de los materiales compuestos en los procesos de
ensamblaje con fijaciones mecánicas.
En este documento se describen estos dos tipos de uniones. La comparación entre el
comportamiento mecánico de las uniones soldadas y las uniones adheridas deber
realizarse con cautela y teniendo en cuenta las condiciones particulares de cada proceso.
2 Uniones adhesivas
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.
Ilustración 1. Esquema básico de una unión adhesiva
2.1 Mecanismos de unión y teorías de adhesión
Los adhesivos son puentes de unión entre las superficies de los sustratos. Esta unión se
produce por las fuerzas generadas entre el adhesivo y el sustrato (adhesión) y la fuerza
interna del adhesivo (cohesión).
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5. Ilustración 2. Diferenciación entre adhesión y cohesión
La adhesión es un fenómeno superficial que precisa un contacto íntimo entre las fases
involucradas. A excepción de los adhesivos piezosensibles, (por ejemplo las cintas
adhesivas), se produce un cambio físico-químico en el seno del material denominado
curado.
Los mecanismos físicos suceden en los denominados adhesivos prepolimerizados de las
siguientes maneras:
 Evaporación de un vehículo o solvente que emulsiona o disuelve la base del
adhesivo
 Paso desde un estado fluido a temperaturas elevadas a un estado sólido a
temperatura ambiente
 Mecanismos combinados: como ciertos hot-melts que se preaplican sobre los
sustratos como adhesivos en base solvente
Por otro lado, los mecanismos químicos ocurren en los adhesivos de polimerización
durante la unión adhesiva:
 Polimerización por policondensación
 Polimerización por poliadición
 Fenómenos de postcurado o reticulación del adhesivo una vez curado
 Mecanismos combinados: como las cintas adhesivas curables por calor.
Básicamente, se pueden distinguir dos tipos de fenómenos en la interfase sustrato-
adhesivo: los de tipo físico y los de tipo químico. Las diferentes teorías pueden
encuadrarse de la siguiente manera:
Fenómenos físicos  Modelo de adhesión mecánica
 Teoría de la difusión
 Teoría eléctrica
Fenómenos químicos  Teoría de la adsorción termodinámica o mojado
superficial
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6. 2.1.1 Adhesión mecánica
Según el modelo de adhesión mecánica, la adhesión se debe a un anclaje del polímero
(adhesivo) en los poros y rugosidades superficiales del sustrato. Por tanto, la rugosidad
y la porosidad son factores favorables a la adhesión.
Ilustración 3: modelo de la adhesión mecánica
2.1.2 Teoría de la difusión
La teoría de la difusión plantea la adhesión como resultado de una interdifusión de las
moléculas de los planos superficiales. El mecanismo parece ser basado en la migración
de las cadenas poliméricas largas que son mutuamente solubles. Este fenómeno se
encuentra limitado a la autoadhesión, a la adhesión de polímeros compatibles y quizás
también a la soldadura termoplástica o con disolvente.
Ilustración 4. Teoría de la difusión
2.1.3 Teoría eléctrica
De forma muy esquemática, la teoría eléctrica compara el sistema adhesivo/sustrato a
un condensador plano cuyas placas están constituidas por la doble capa eléctrica que se
forma cuando dos materiales de naturaleza diferente se ponen en contacto, por ejemplo
un polímero y el vidrio.
6

7. Ilustración 5. Teoría eléctrica
2.1.4 Adsorción termodinámica
La teoría de la adsorción temodinámica o mojado superficial explica la idea de que al
poner en contacto íntimo dos sólidos se producen fuerzas intermoleculares que se
desarrollan en la interfase. Estas fuerzas se denominan “fuerzas de humectación o
mojabilidad” y se distinguen diferentes tipos:
Enlaces secundarios: Fuerzas de van der Waals y puentes de hidrógeno
Enlaces primarios: Enlace iónico y enlace covalente
Una forma de medir la energía superficial libre de un sólido consiste en observar el
ángulo que forma un líquido de tensión superficial conocida en contacto con tal
material.
Ilustración 6. Ángulo de contacto en la interfase entre un líquido y un sólido
Se considera que un líquido moja a un sólido cuando el ángulo de contacto es inferior a
90º. Esto sólo se produce cuando la tensión superficial del líquido es igual o inferior a la
energía superficial del sustrato.
7

8. Ilustración 7. Ejemplos de diferentes mojados superficiales
2.2 Tipos de adhesivos
2.2.1 Adhesivos prepolimerizados
Estos adhesivos son polímeros y pueden presentarse en fase líquida y fase sólida.
En fase líquida:
 Soluciones acuosas como los cementos, las colas o el almidón
 Soluciones orgánicas como el caucho natural
 Emulsiones o líquidas como los adhesivos en base a PVC
En fase sólida:
 Adhesivos piezosensibles como los adhesivos de contacto o las cintas adhesivas
 Adhesivos termofusibles o hot melts
2.2.2 Adhesivos reactivos
Estos adhesivos son monómeros o cadenas oligómeras que sufren un proceso de
polimerización. Dentro de estos grandes grupos se definen diversas subclases:
 Que curan mediante poliadición como los cianoacrilatos, los anaeróbicos o los
acrílicos
 Que curan mediante policondensación como los epoxis o las siliconas
2.2.3 Adhesivos estructurales
Los adhesivos estructurales se utilizan en uniones que implican una alta
responsabilidad. Se clasifican según su módulo de elasticidad en: adhesivos rígidos,
adhesivos tenaces y adhesivos flexibles.
2.2.3.1 Adhesivos rígidos
Los adhesivos rígidos son soluciones válidas para elevadas cargas estáticas o durante un
número corto de ciclos. Sólo soportarán los efectos de cargas dinámicas o impactos si
los sustratos no son excesivamente rígidos.
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9. Presentan alta resistencia frente a esfuerzos normales o de cortadura, baja resistencia
frente a esfuerzos de pelado y desgarro y mala resistencia frente a esfuerzos dinámicos e
impacto.
 Con gran capacidad relleno de holgura: Epoxis
 Superficies coincidentes: Cianoacrilatos
2.2.3.2 Adhesivos tenaces
Los adhesivos tenaces soportan cargas inferiores, por lo que requieren áreas de adhesión
algo mayores que los adhesivos rígidos. Sin embargo, soportan los efectos de cargas
dinámicas o impactos, incluso si los adherentes rígidos frente a esfuerzos de pelado o
desgarro.
Adhesivos tenaces presentan buena resistencia frente a esfuerzos normales o de
cortadura, buena resistencia frente a esfuerzos de pelado y desgarro y buena resistencia
frente a esfuerzos dinámicos e impacto.
 Con gran capacidad relleno de holgura: Epoxis tenaces, acrílicos UV y
anaeróbicos UV, acrílicos bicomponentes
 Con capacidad intermedia de relleno de holgura: acrílicos de curado con
activador, anaeróbicos estructurales
 Para superficies coincidentes: cianoacrilatos tenaces
2.2.3.3 Adhesivos flexibles
Los adhesivos elásticos presentan resistencias pobres y requieren áreas de adhesión
grandes. Resisten perfectamente esfuerzos de pelado y desgarro, cargas dinámicas o
impactos
 Siliconas
 Poliuretanos
El sector aeronáutico emplea una gran variedad de adhesivos entre los que se
encuentran: epoxis, poliimidas, viton, poliamidas, siliconas y resinas fenólicas. En las
tablas siguientes se muestran algunas de sus características:
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10. Ilustración 8. Tipos comunes de adhesivos
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11. Ilustración 9. Características típicas de los adhesivos
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12. 2.3 Consideraciones a tener en cuenta en el diseño de uniones
adhesivas
Las uniones adhesivas se diseñan de tal forma que se logre que las fuerzas adhesivas
sean siempre superiores a las cohesivas. Para realizar un diseño óptimo es necesario
tener en cuenta unas consideraciones básicas que influirán en el mecanismo de unión,
esto es; conocer las partes a ser unidas (adherentes), conocer los esfuerzos mecánicos
que actuarán sobre el ensamblaje (cargas) y conocer los agentes externos (ambiente).
2.3.1 Adherentes
Para diseñar una junta de unión, es necesario conocer las propiedades químicas y
mecánicas de los materiales a ser unidos incluyendo:
 Resistencia final de los composites
 Límite elástico de los metales
 Módulo de elasticidad
 Coeficiente de expansión térmica
 Máxima elongación
 Composición química
2.3.2 Cargas
Los conjuntos ensamblados pueden estar sometidos a esfuerzos mecánicos como
esfuerzos de tracción, de compresión, de flexión, de torsión y de cortadura, provocando
así las tensiones.
Ilustración 10. Solicitaciones de las uniones adhesivas
12

13. Ilustración 11. Fuerzas generadas en una unión adhesiva
Ilustración 12. Cargas y tipos de tensiones en uniones adhesivas
2.3.3 Ambiente
Los agentes externos que pueden afectar la calidad de la unión adhesiva pueden ser
clasificados en los siguientes grupos:
 Temperatura
 Humedad
13

14.  Fluidos: aceites, combustibles, disolventes orgánicos y clorados, agentes
químicos agresivos, gases refrigerantes, etc.
Tanto los termoplásticos como los termoestables se vuelven rígidos y frágiles a bajas
temperaturas debido a que aumenta la rigidez de las cadenas que los constituyen.
Altas temperaturas pueden degradar el material. El efecto de tales temperaturas es la
disminución de la viscosidad del material polimérico durante un cierto tiempo.
La humedad deteriora las juntas adhesivas al acceder a la interfase y el adhesivo.
Cuando el agua accede a la interfase adhesiva compite con el adhesivo curado por
adsorberse e incluso combinarse con el sustrato.
2.4 Tratamientos superficiales
Los tratamientos superficiales no son siempre imprescindibles pero permiten optimizar
la adhesión. Los más utilizados industrialmente son la limpieza superficial y los
tratamientos abrasivos:
 Limpieza superficial: desengrasado en fase vapor, tratamiento en baño de
ultrasonidos, frotado, imersión o spray.
 Tratamientos abrasivos
 Tratamientos químicos
 Imprimaciones
 Tratamientos de llama
 Tratamiento mediante plasma de baja presión
 Descarga en corona
2.5 Juntas de unión
El ensamblaje de los elementos puede mejorarse mediante el empleo de juntas de unión.
La ilustración refleja diferentes tipos de juntas:
 Uniones simples
 Uniones dobles
 Uniones de correa
 Uniones escalonadas
 Empalmes
 Cuñas
 Otras configuraciones
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15. Ilustración 13. Configuraciones de juntas de unión
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16. 2.6 Orientación de las capas
La orientación de las fibras juega un papel importante en la resistencia del material
compuesto ya que éste trabaja principalmente bajo esfuerzos de tracción. Por ello la
dirección de la superficie de las capas o las fibras de refuerzo debe ser la misma (en la
manera de lo posible) que la dirección de las cargas aplicadas.
La figura indica, para diferentes juntas de unión, la orientación de las fibras de acuerdo
a la dirección de la carga aplicada.
Ilustración 14. Orientación de las fibras
16

17. 2.7 Fallos de las uniones adhesivas
El fallo de una unión adhesiva puede ocurrir según tres posibles modos:
 Separación por adhesión: cuando la separación se produce en la interfase
sustrato-adhesivo
 Separación por cohesión: cuando se produce la ruptura del adhesivo
 Ruptura de sustrato: cuando el propio sustrato rompe antes que la unión
adhesiva o que la interfase sustrato-adhesivo.
Ilustración 15. Modos de fallo de las uniones adhesivas
Cuando se diseña una unión adhesiva se pretende que la rotura no sea en ningún caso
adhesiva, es decir, que la separación nunca se produzca en la interfase sustrato-
adhesivo.
El fallo depende de parámetros de diseño tales como:
 Configuración de la unión
 Superposición
 Espesor de adherencia
 Orientación de la fibra adyacente al adhesivo
2.8 Consejos de diseño y soluciones:
 La totalidad del área de unión es la que resiste la acción de las cargas. Utilizar
siempre la mayor área posible (respetando las limitaciones de costo).
 Alinear correctamente las uniones de modo que las tensiones puedan ser
absorbidas en la dirección de mayor resistencia de la unión.
 Maximizar esfuerzos de cortadura y minimizar esfuerzos de pelado y de
desgarramiento.
 Por experiencia, las mejores juntas de unión tienen un espesor de capa entre 0,1
mm y 0,25 mm.
 Evitar partes con curvaturas complejas.
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18. El siguiente cuadro presenta soluciones de diseño a los problemas de ensamblaje que
pueden darse en cada caso práctico.
Ilustración 16. Soluciones de diseño para ensamblajes adheridos
3 Uniones soldadas
3.1 Proceso de soldadura de termoplásticos
Un proceso de soldadura consiste, en líneas generales, en la aplicación localizada de
temperatura y presión en una zona del material con el fin de conseguir una fusión o
reblandecimiento del material que permita la unión entre sustratos por efecto de la
presión aplicada. El proceso consta de los siguientes subprocesos:
 Preparación superficial
 Calentamiento
 Consolidación
 Enfriamiento
3.1.1 Preparación superficial
La presencia de contaminantes en las superficies a unir puede comprometer la calidad
de la soldadura por lo que resulta conveniente retirar la capa contaminada de la
superficie bien por medios mecánicos o bien mediante ataque químico.
3.1.2 Calentamiento
Para que la soldadura sea viable, la matriz termoplástica debe ser capaz de fluir a la
temperatura de proceso. Las resinas termoplásticas amorfas, como la polieterimida
(PEI), experimentan una disminución notable de viscosidad a partir de su temperatura
de transición vítrea o Tg, aumentando su capacidad de fluencia (esto es, disminuyendo
su viscosidad) cuanto más supere la temperatura de proceso este valor límite. Sin
18

19. embargo, las resinas semicristalinas, como la poliésteretercetona (PEEK) o el
polisulfuro defenileno (PPS), sólo sufren una ligera disminución en su viscosidad al
sobrepasar su Tg, (debido a la contribución del porcentaje de polímero en estado amorfo
en su estructura), comenzando a fluir cuando tiene lugar la completa desaparición de sus
grupos cristalinos, esto es, por encima de su temperatura de fusión o Tm.
3.1.3 Consolidación
La presión que se ejerce sobre la zona de soldadura (denominada “presión de
consolidación” y cuya aplicación suele iniciarse al comienzo de la etapa de
calentamiento) tiene dos objetivos fundamentales: evitar la aparición de delaminaciones
o efectos negativos en el material debidos al reblandecimiento de la matriz por efecto
del calentamiento y conseguir la unión entre ambos sustratos una vez alcanzada la
temperatura de proceso.
La materialización de la unión entre sustratos requiere, en primer lugar, la existencia de
un contacto íntimo o contacto líquido. El segundo paso consiste en una difusión a nivel
molecular que da lugar al entremezclado de las cadenas poliméricas de ambos sustratos
a través de la superficie de soldadura, fenómeno conocido como “autohesión”.
Ilustración 17. Esquema del proceso de “autohesión” que tiene lugar durante la
soldadura de materiales compuestos de matriz termoplástica. Contacto inicial, difusión
parcial y difusión completa.
El tiempo necesario para la consecución de la unión entre sustratos depende de la
temperatura de proceso en relación con la naturaleza de la matriz termoplástica. En el
caso de las resinas semicristalinas, y debido a la baja viscosidad que presentan al ser
calentadas por encima de su temperatura de fusión, la difusión a nivel molecular tiene
lugar de forma instantánea (tiempos de difusión el orden de 10-7 segundos) en
comparación con el tiempo necesario para la fluencia de la resina y expulsión de aire en
la entrecara. Sin embargo, en lo referente a las matrices termoplásticas amorfas, debe
tenerse en cuenta que, para temperaturas de proceso ligeramente por encima de su Tg, la
viscosidad de la resina, relativamente elevada comparada con la de las resinas
19

20. semicristalinas, lleva a tiempos de difusión elevados que pueden llegar a condicionar la
duración del proceso global.
Otro factor a tener en cuenta en el proceso de consolidación es que la unión entre
sustratos se ve favorecida por la existencia de una superficie rica en polímero en la
entrecara de la soldadura. Por consiguiente, y debido al elevado contenido en fibra de
los materiales compuestos avanzados (contenidos volumétricos en torno al 60%), resulta
conveniente trabajar con un aporte de resina en dicha zona.
Ilustración 18. Tiempo de consolidación en función de la naturaleza de la resina termoplástica
Existe una variante en la soldadura de materiales compuestos termoplásticos
semicristalinos en la que el material que se aporta en la entrecara de unión es una resina
amorfa compatible con la de los sustratos, siguiendo las pautas de un proceso comercial
denominado “Thermabond” desarrollado por ICI Industries. El objetivo final es trabajar
con temperaturas de proceso inferiores a la temperatura de fusión de la matriz de los
sustratos, evitando posibles problemas asociados a este fenómeno. Esta variante podría
considerarse más cercana a las uniones adhesivas que a las uniones soldadas.
3.1.4 Enfriamiento
En esta etapa se adquiere un interés especial en las resinas semicristalinas porque en el
curso de la misma tiene lugar una recristalización que les permite obtener su estructura
final. Este proceso depende fuertemente de la velocidad de enfriamiento de forma tal
que a enfriamientos lentos corresponden grados de cristalinidad elevados y a
enfriamientos rápidos corresponden grados de cristalinidad bajos o inexistentes. Por
consiguiente, para obtener valores de cristalinidad que proporcionen un determinado
comportamiento mecánico será necesario recurrir a procesos de enfriamiento
controlados.
3.2 Métodos de soldadura aplicables a materiales compuestos de
matriz termoplástica
Generalmente las técnicas de soldadura se clasifican atendiendo al tipo de calentamiento
empleado.
20

21. Ilustración 19. Métodos de soldadura aplicables a materiales compuestos termoplásticos
3.2.1 Placa caliente
En este método de soldadura, el calentamiento de sustratos se produce por el contacto
con una placa metálica calefactada normalmente por medios eléctricos. Una vez
alcanzada la temperatura de proceso, se retira la placa caliente y las dos superficies a
unir se ponen en contacto mediante presión controlada.
Este proceso presenta problemas en el campo de los materiales compuestos
termoplásticos debido a que la adhesión entre la placa caliente y los sustratos provoca
un desalineamiento de las fibras en la zona de unión.
Ilustración 20. Proceso de soldadura. Etapas: (1) alineación y fijación de los sustratos, (2) inserción de
la placa calefactada ente los sustratos, (3) contacto bajo presión entre los sustratos y la placa caliente,
(4) extracción de la placa caliente una vez alcanzada la temperatura de proceso en los sustratos, (5)
contacto bajo presión entre los sustratos de forma tal que se produce la unión entre ambos durante el
enfriamiento de la resina, (6) retirada de los elementos de fijación quedando la pieza soldada sobre
uno de ellos.
21

22. 3.2.2 Gas caliente
Este proceso se basa en la soldadura oxiacetilénica en los metales, sustituyendo la llama
por una corriente de gas caliente para el calentamiento de los sustratos y utilizando una
varilla del material de aporte, de idéntica composición a la de aquellos. Una vez
alcanzada la temperatura de proceso, el material de aportación es introducido en la zona
de unión.
El uso de este proceso en termoplásticos reforzados con fibra continua está
desaconsejado debido a la dificultad que plantea la obtención de una distribución
regular de las fibras de refuerzo en la zona de unión.
Ilustración 21. Unión a tope entre sustratos mediante el proceso de soldadura por gas caliente
aplicado sobre las superficies de unión de los sustratos y la varilla de material de aporte
3.2.3 Calor radiante
Cabe destacar en la soldadura con calentamiento directo de las superficies, la soldadura
por infrarrojos focalizados y la soldadura láser. En ambos casos tiene lugar un
fenómeno de absorción y posterior disipación en forma de calor de un haz estrecho de
ondas electromagnéticas en la superficie del material. Tras alcanzar la temperatura de
proceso, los sustratos son puestos en contacto bajo presión.
La aplicación de estas técnicas de soldadura a materiales compuestos termoplásticos
reforzados con fibra de carbono, tiene el inconveniente de que la conductividad térmica
de los sustratos da lugar a un rápido enfriamiento de los mismos con anterioridad a su
puesta en la superficie del material. Tras alcanzar la temperatura de proceso, los
sustratos son puestos en contacto bajo presión.
3.2.4 Movimiento relativo
El calentamiento de la zona de soldadura se consigue por efecto del calor por fricción
generado mediante el movimiento relativo, bien sea lineal, circular, angular u orbital, de
los dos sustratos puestos en contacto. La soldadura por fricción lineal, generalmente
conocida como “soldadura por vibración”, se diferencia del resto, además de por la
22

23. dirección del movimiento, en que la amplitud del mismo es muy pequeña, normalmente
entre décimas y centésimas de milímetro.
3.2.5 Ultrasonidos
La soldadura por ultrasonidos conlleva la aplicación de vibraciones ultrasónicas según
la perpendicular al plano de contacto mientras los sustratos se mantienen unidos bajo
presión. Esta deformación cíclica impuesta al material tiene como consecuencia la
generación de calor en el mismo debido a una combinación entre fenómenos de fricción
superficial y fricción intermolecular.
3.2.6 Resistencia
En la soldadura por resistencia se hace pasar una corriente eléctrica por un elemento
resistivo situado entre los dos sustratos. El calentamiento del material tiene lugar por
efecto Joule, quedando el elemento resistivo o agente de calentamiento embebido en la
zona de unión.
Ilustración 22. Esquema de un proceso de soldadura por resistencia en una unión a solape en el que se
hace pasar corriente eléctrica por un agente de calentamiento situado entre los sustratos, que se
mantienen unidos mediante la aplicación de presión
3.2.7 Inducción
La soldadura por inducción se basa en la existencia en la entrecara de unión de un
elemento sensible a la acción de un campo magnético variable generado por una bobina.
El calentamiento de un material por efecto de una campo magnético externo puede
deberse a fenómenos distintos dependiendo de su naturaleza. Si el material es
ferromagnético, se calienta por histéresis magnética. Si es conductor y su morfología es
tal que permite la generación de circuitos cerrados de corriente en su interior, el
calentamiento se produce por el efecto Joule asociado a las corrientes inducidas en él.
En la figura se explica el proceso; los sustratos colocados en una plataforma móvil, se
calientan mediante la bobina de inducción y posteriormente se hacen pasar bajo un
rodillo, encargado de aplicar la presión de consolidación.
23

24. Ilustración 23. Esquema de un proceso automatizado de soldadura por inducción para materiales
compuestos de matriz termoplástica.
En materiales compuestos reforzados con fibras de carbono se promueve el
calentamiento de los sustratos mediante corrientes inducidas, empleando para ello
agentes de calentamiento metálicos (malla o rejilla perforada) o bien aprovechando la
naturaleza conductora de las fibras de refuerzo. En materiales compuestos reforzados
con fibra de vidrio y en termoplásticos sin reforzar se suelen situar en la entrecara de
unión partículas ferromagnéticas embebidas en resina que se calientan por efecto de la
histéresis magnética.
3.2.8 Dieléctrico y microondas
El calentamiento producido por campos dieléctricos y de microondas se basa en una
excitación a nivel molecular que, dependiendo de la frecuencia del campo y de la
naturaleza de la resina, puede manifestarse de formas distintas tales como rotación de
dipolos y rotación o vibración molecular. Al igual que en la soldadura por resistencia y
en la soldadura por inducción, el calentamiento se realiza sobre los dos sustratos unidos
bajo presión.
4 Conclusiones
Las matrices termoplásticas se caracterizan, en contraposición con las termoestables,
por una microestructura formada por cadenas poliméricas lineales no entrelazadas. A
consecuencia de ello, sus procesos de fabricación no implican reacciones químicas de
polimerización o curado, sino sólo transformaciones físicas, básicamente
reblandecimiento o fusión durante el calentamiento y solidificación durante el
enfriamiento.
Debido a la especial naturaleza de este tipo de resinas, los materiales compuestos
basados en ellas plantean la posibilidad de realizar uniones soldadas, que consisten en el
reblandecimiento de la matriz en la zona de unión mediante calentamiento local unido a
24

25. la aplicación de una presión de consolidación que promueve la unión íntima entre los
sustratos.
Las uniones mediante adhesivos en materiales compuestos de matriz termoplástica
plantean una serie de problemas derivados de la inercia química de este tipo de resinas,
sobre todo cuando parte de sus cadenas poliméricas presentan una ordenación cristalina
(matrices termoplásticas de naturaleza semicristalina como el PEEK y el PPS). A
consecuencia de ello, la preparación superficial de las zonas de unión cobra un papel
muy relevante en este tipo de procesos.
5 Referencias
Mario Madrid. “Tecnología de la adhesión”. Departamento técnico de Loctite España.
ECSS-E-HB-32-20 Part 1A “Overview and material properties and applications” (2011)
ECSS-E-HB-32-20 Part 2A “Design calculation methods and general design aspects”
(2011)
Fernández Villegas, Irene. Análisis del proceso de soldadura por resistencia en
materiales compuestos de matriz termoplástica de interés aeronáutico. Tesis doctoral,
Universidad Politécnica de Madrid, 2004.
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