Cortante de solape

El ensayo de cizalladura de solape simple es un método ampliamente utilizado para determinar la resistencia a la cizalladura de una unión adhesiva entre dos materiales superpuestos. Consiste en unir dos muestras planas, como metal, plástico, madera o material compuesto, en una configuración de junta solapada simple y someterlas a una carga de tracción hasta que la unión falla.

El ensayo reproduce las tensiones que experimentan las uniones adhesivas en el uso real, lo que ayuda a los ingenieros a evaluar el rendimiento, predecir la vida útil y validar la elección del adhesivo para aplicaciones críticas. Se aplica una fuerza paralela al plano de la línea de unión, generando tensiones de cizallamiento que debilitan progresivamente el adhesivo hasta que falla. Comprender estos puntos de fallo permite seleccionar mejor los adhesivos y los métodos de preparación de superficies que proporcionan la resistencia y fiabilidad deseadas.

Métodos de ensayo habituales

La mayoría de los ensayos de cizalladura de solape simple se realizan bajo carga de tracción, pero el método puede variar en función del tipo de material, la configuración de la unión y los requisitos del sector. Las variaciones incluyen:

• Ensayo decizalladura por tracción: La probeta unida se tira en direcciones opuestas con una máquina de ensayos universal hasta que la unión falla. Se utiliza mucho para metales, plásticos rígidos y materiales compuestos.
• Ensayo de compresión: Menos común para el cizallamiento de solapamiento, pero utilizado en ciertas evaluaciones de juntas estructurales donde las fuerzas de compresión son relevantes.
• Ensayos de configuración específica: Las configuraciones de plano con plano, metal con metal y madera con madera reflejan la aplicación prevista y garantizan que las condiciones de ensayo coincidan con las tensiones del mundo real.

Los materiales sometidos a ensayo suelen ser aluminio, acero, plásticos rígidos, materiales compuestos, madera contrachapada y resinas termoendurecibles de alto rendimiento.

Aplicaciones industriales

Los ensayos de cizalladura de una sola vuelta se utilizan en todos los sectores en los que el rendimiento de la unión adhesiva es fundamental:

• Aeroespacial: Para la unión de materiales compuestos en estructuras aeronáuticas, garantizando el cumplimiento de la normativa de seguridad y la optimización del peso.
• Automoción: Para la unión de paneles de carrocería, adhesivos estructurales y ensamblajes en los que la soldadura o la fijación mecánica no resultan prácticas.
• Sector médico: Para adhesivos en productos para el cuidado de heridas, cintas quirúrgicas y ensamblaje de dispositivos médicos.
• Construcción: Para adhesivos en vigas laminadas, sistemas de suelos y unión de paneles.

Normas y especificaciones importantes

Varias normas internacionales definen los métodos de ensayo de cizalladura por solape:

• ASTM D3163 - Determinación de la resistencia al cizallamiento de adhesivos plásticos rígidos utilizando probetas de cizallamiento solapado.
• BS EN 2243-1 - Serie aeroespacial, adhesivos estructurales, determinación de la resistencia al cizallamiento de solape.
• SAE J1525 - Resistencia de la unión adhesiva de juntas metal-metal en aplicaciones de automoción.

El cumplimiento de estas normas garantiza que los resultados sean repetibles, fiables y conformes con los requisitos de calidad específicos del sector.

Protocolos y equipos de ensayo

La alineación precisa, la aplicación de cargas y el control ambiental son fundamentales para realizar ensayos precisos de cizalladura de solapamiento. Una configuración típica incluye

• Mecmesin OmniTest o MultiTest-dV - Máquinas de ensayo universales que aplican fuerzas de tracción controladas de hasta 50 kN, con opciones de bastidores de ensayo de menor capacidad para probetas delicadas.
• Dispositivos de sujeción adecuados - Diseñados para evitar el deslizamiento y garantizar una distribución uniforme de la carga.
• Células de carga calibradas: medición precisa de la fuerza en un rango de 2 N a 50 kN.
• Cámaras ambientales (opcionales) - Para simular condiciones como humedad, temperatura elevada o almacenamiento en frío.

Los sistemas Mecmesin, cuando se combinan con el software VectorPro, permiten la secuenciación automatizada de ensayos para la repetibilidad, la captura de curvas detalladas de carga-desplazamiento y la generación de informes personalizables conformes a las normas.

Interpretación de las características del fallo por cizallamiento

El examen posterior a la prueba de la unión adherida proporciona información valiosa sobre el comportamiento del adhesivo:

• Fallo cohesivo: Fallo dentro de la capa adhesiva, lo que indica una fuerte adhesión pero una resistencia adhesiva interna insuficiente.
• Fallo del adhesivo: Separación en la interfaz entre el adhesivo y el sustrato, a menudo debido a una mala preparación de la superficie o incompatibilidad.
• Fallo de modo mixto: Combinación de fallos cohesivos y adhesivos, a menudo causados por cargas complejas o condiciones variables de la superficie.

Efectos de las propiedades de los materiales

Las propiedades del sustrato afectan significativamente a los resultados del cizallamiento de solape:

• Metales: La oxidación de la superficie, las capas de revestimiento y la rugosidad influyen en la calidad de la unión.
• Maderas: La dirección del grano, la densidad y el contenido de humedad afectan a la adhesión y a la resistencia al cizallamiento.
• Plásticos y compuestos: La energía superficial, la rigidez y la compatibilidad química determinan el rendimiento de la unión.

La exposición ambiental, incluidos los ciclos térmicos, la humedad y el contacto con productos químicos, también puede reducir la resistencia de la unión a largo plazo. Por ejemplo, las uniones epoxídicas de los revestimientos de aluminio de los aviones pueden superar inicialmente los 15 MPa de resistencia al cizallamiento, pero se degradan significativamente en condiciones de niebla salina sin un tratamiento adecuado de la superficie.

Mecmesin ofrece una gama completa de sistemas de ensayo de cizalladura por solape diseñados para ofrecer precisión, repetibilidad y facilidad de uso. Los bastidores OmniTest y MultiTest-dV, combinados con el software VectorPro, pueden configurarse para una gran variedad de materiales y geometrías de uniones solapadas, con útiles adaptados para cumplir las normas industriales pertinentes.

Estas soluciones permiten a los ingenieros y a los equipos de control de calidad evaluar el rendimiento de los adhesivos con confianza, comparar fórmulas y verificar la conformidad.

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