Gli adesivi strutturali sono materiali di incollaggio portanti utilizzati per unire metalli, materiali compositi, plastiche e altri substrati nei droni e nei sistemi senza pilota. Le tecnologie adesive epossidiche, acriliche, poliuretaniche, a film e flessibili supportano le strutture di UAV, UGV, USV, AUV e ROV, tra cui cellule, componenti dello scafo, supporti per carichi utili, gruppi di propulsione, batterie e componenti elettronici.
Questa pagina presenta i principali fornitori di adesivi strutturali con soluzioni volte a distribuire i carichi lungo i giunti, riducendo al contempo la dipendenza dai dispositivi di fissaggio meccanici.
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Gli adesivi strutturali creano collegamenti in grado di sostenere carichi tra metalli, materiali compositi, plastiche e altri materiali senza ricorrere esclusivamente a bulloni, rivetti o saldature. Nei droni e nei sistemi senza pilota, l’incollaggio con adesivi strutturali consente di ridurre il numero di elementi di fissaggio, favorisce la realizzazione di strutture leggere e distribuisce i carichi su un’area di incollaggio più ampia.
ET5429 di Permabond
La scelta dell’adesivo non dipende esclusivamente dai valori di resistenza pubblicati. I materiali dei substrati, la preparazione delle superfici, la geometria dei giunti, lo spessore dello strato di incollaggio, la temperatura, le vibrazioni, la fatica, l’umidità, l’esposizione agli agenti chimici, le condizioni di polimerizzazione e la produttività di fabbricazione influenzano tutti le prestazioni. Le tecnologie adesive epossidiche, acriliche, poliuretaniche e di altro tipo soddisfano quindi requisiti diversi all’interno delle strutture di UAV, UGV, USV, AUV e ROV.
Gli adesivi strutturali epossidici sono ampiamente utilizzati laddove sono prioritarie elevata resistenza, rigidità, resistenza agli agenti ambientali e incollaggio duraturo. Un adesivo epossidico ad alta resistenza può unire metalli, compositi, ceramiche e alcune materie plastiche, a seconda della formulazione e della preparazione della superficie. I sistemi epossidici strutturali sono particolarmente indicati per assemblaggi permanenti di cellule, pannelli e compositi.
Gli adesivi acrilici strutturali, compresi i sistemi a base di metacrilato, sono in grado di garantire un rapido sviluppo della resistenza, tenacità e un incollaggio efficace su un’ampia gamma di substrati. La loro polimerizzazione relativamente rapida rende i sistemi adesivi acrilici strutturali particolarmente utili in ambienti di produzione in cui è importante ridurre i tempi di fissaggio.
Molti adesivi strutturali poliuretanici offrono una maggiore flessibilità rispetto ai sistemi epossidici strutturali rigidi. Ciò può aiutare i giunti a tollerare vibrazioni, urti, movimenti termici e differenze di rigidità del substrato. La resistenza alle temperature, all’umidità e altre proprietà ambientali dipendono dalla formulazione specifica e devono essere adeguate alle condizioni operative previste.
I cianoacrilati convenzionali sviluppano rapidamente la resistenza alla manipolazione e possono essere utili per componenti di piccole dimensioni e ad accoppiamento stretto o per assemblaggi secondari. La loro capacità di riempimento degli spazi vuoti, la resistenza alla temperatura, le prestazioni agli urti e la durabilità ambientale variano notevolmente a seconda della formulazione. Non dovrebbero pertanto essere considerati un sostituto universale degli adesivi strutturali aerospaziali nei giunti portanti primari.
Gli adesivi e i sigillanti siliconici sono utili laddove i giunti devono tollerare movimenti, espansione termica, vibrazioni o esposizione agli agenti atmosferici. Il loro ruolo differisce generalmente da quello degli adesivi strutturali ad alta resistenza, poiché la flessibilità, la tenuta e lo scarico delle sollecitazioni sono spesso più importanti dell’elevata rigidità del giunto o della capacità di trasferimento del carico.
Gli adesivi in pellicola forniscono una quantità controllata di materiale adesivo in uno strato preformato. Sono ampiamente utilizzati nei processi di incollaggio controllati nel settore aerospaziale, nei compositi, nei pannelli sandwich e nelle strutture a nido d’ape, dove sono importanti uno spessore costante della linea di incollaggio e una distribuzione uniforme dell’adesivo. A seconda del sistema, possono essere necessari l’indurimento a temperatura elevata e l’applicazione di pressione, compresa quella generata tramite il processo con sacca a vuoto.
Gli adesivi monocomponenti semplificano la preparazione del materiale, ma possono richiedere calore, umidità, luce UV o un altro meccanismo di polimerizzazione. Gli adesivi bicomponenti combinano i componenti reattivi prima dell’applicazione e sono disponibili in formulazioni epossidiche, acriliche, poliuretaniche e di altra natura chimica. È necessario considerare congiuntamente il metodo di polimerizzazione, il tempo di lavorabilità, il tempo di fissaggio, i requisiti di stoccaggio e la velocità di produzione.
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Gli adesivi strutturali per il settore aerospaziale consentono di unire rivestimenti, centine, longheroni, rinforzi, pannelli sandwich, carenature e altre strutture di volo degli UAV. L’incollaggio strutturale distribuisce i carichi sull’area di giunzione e consente di ridurre il numero di fori per elementi di fissaggio, favorendo la realizzazione di strutture leggere in composito e in materiali misti. Le strutture primarie richiedono inoltre il controllo dei carichi di distacco e di scissione, della fatica, dei difetti di incollaggio, dell’ispezione, della preparazione delle superfici e dell’uniformità di produzione.
Gli UGV possono utilizzare adesivi strutturali ad alte prestazioni per pannelli della carrozzeria, inserti strutturali, assemblaggi in composito, strutture protettive e di blindatura, nonché supporti per le apparecchiature. Sistemi flessibili o rinforzati possono essere indicati laddove vibrazioni, urti, impatti e carichi ripetuti indotti dal terreno siano significativi.
I sistemi adesivi strutturali per applicazioni marine consentono di incollare sezioni di scafo in materiale composito, carenature, coperture, staffe e componenti esterni. Gli adesivi destinati a queste piattaforme devono essere valutati in relazione all’immersione, alla temperatura, all’esposizione all’acqua salata, alla pressione idrostatica e ai cicli di pressione, ove applicabile, nonché alla compatibilità con i materiali circostanti. L’incollaggio adesivo non deve essere considerato idoneo per un giunto primario dello scafo a tenuta di pressione senza una specifica qualificazione strutturale, ambientale e di pressione.
Un adesivo per UAV o un adesivo strutturale può fissare alloggiamenti di sensori, interfacce di carico utile, antenne, radome, staffe e supporti interni. L’incollaggio può risultare utile nei casi in cui la foratura comprometterebbe un pannello sottile, un laminato composito, un involucro sigillato o una struttura trasparente alle radiofrequenze.
Gli adesivi strutturali possono sostenere supporti per motori, alloggiamenti, magneti, staffe e gruppi relativi alla propulsione selezionati, purché siano qualificati per le temperature, le vibrazioni, la fatica, gli urti e i carichi meccanici previsti. I gruppi rotanti possono inoltre esercitare carichi centrifughi e termici. La progettazione dei giunti dovrebbe limitare le sollecitazioni localizzate di distacco e scissione.
I moduli batteria e i componenti elettronici possono richiedere un incollaggio combinato con isolamento elettrico, controllo delle vibrazioni o trasferimento di calore. Gli adesivi strutturali termoconduttivi possono fornire un fissaggio meccanico creando al contempo un percorso termico tra i componenti. Le prestazioni termiche devono essere bilanciate rispetto ai carichi meccanici, alla facilità di manutenzione, ai requisiti di polimerizzazione e alle proprietà elettriche, che dovrebbero essere verificate anziché date per scontate.
La qualificazione dovrebbe riprodurre, per quanto possibile, i substrati pertinenti, la preparazione della superficie, lo spessore del giunto di incollaggio, il processo di indurimento, la geometria del giunto, i carichi, le variazioni di produzione e le condizioni ambientali. I metodi ASTM comunemente utilizzati possono fornire dati comparativi e informazioni sul controllo di processo per l’incollaggio con adesivi strutturali.
Questi metodi aiutano a caratterizzare i materiali e i processi di incollaggio, ma i risultati dei provini richiedono un’interpretazione ingegneristica. La norma ASTM D4896 mette in guardia dall’utilizzare direttamente i valori di resistenza dei provini a sovrapposizione singola come sollecitazioni di progetto ammissibili per i giunti strutturali. Le applicazioni critiche dovrebbero inoltre tenere conto della fatica, dell’invecchiamento ambientale, dello scorrimento (ove pertinente), della modalità di cedimento, delle variazioni di produzione, della capacità di ispezione e delle prove a livello di componente.
La scelta di un adesivo strutturale per aeromobili, di un adesivo strutturale per applicazioni marine o di un materiale di incollaggio generico per sistemi senza pilota richiede di prendere in considerazione l’intero processo di assemblaggio e produzione. Tra i fattori di selezione più importanti figurano:
Anche i requisiti di produzione influenzano la scelta tra adesivi epossidici strutturali, acrilici, poliuretanici e altre tecnologie. Gli adesivi bicomponenti, i sistemi a indurimento rapido, l’erogazione automatizzata e, in alcune applicazioni, gli adesivi strutturali a indurimento UV possono ridurre i tempi di assemblaggio. I sistemi a indurimento UV richiedono una quantità di luce sufficiente a raggiungere l’area di incollaggio richiesta, mentre tutti i meccanismi di indurimento devono rimanere compatibili con la geometria del giunto e il controllo del processo.
Per la produzione ad alto ritmo, un adesivo ad alta resistenza e a indurimento rapido per l’assemblaggio automatizzato dei droni può risultare idoneo qualora garantisca un tempo di lavorabilità adeguato, un’erogazione ripetibile, un tempo di fissaggio appropriato e prestazioni a lungo termine comprovate. Il miglior adesivo strutturale è quindi il sistema che soddisfa i requisiti strutturali, ambientali, di produzione, di ispezione e di riparazione della piattaforma senza pilota a cui è destinato.
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