Alumínio e ligas de alumínio

O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais recente usado à escala industrial (Figura 7.21). Apesar de ser utilizado milénios antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos. O seu nível de produção actualmente supera mesmo a soma de todos os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio para a nossa sociedade. Sabe-se que, mesmo nas civilizações mais antigas, este metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes artefactos. Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita no seu território, dependendo exclusivamente da importação. O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na região amazónica, sendo apenas suplantado pela Austrália e Guiné. O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atómico 13 (13 protões e 13 electrões) com massa atómica 27 u. O alumínio é sólido à temperatura ambiente, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. O seu reduzido peso, condutividade eléctrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão conferem-lhe uma multiplicidade de aplicações (Figura 7.22), especialmente nas soluções de engenharia aeronáutica. Embora este material seja fácil de reciclar, o que aumenta sua vida útil e a estabilidade do seu valor, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem o seu campo de aplicações, além das implicações ecológicas negativas relativas aos subprodutos do processo de reciclagem, ou mesmo de produção do alumínio primário. O alumínio possui uma combinação de propriedades que o tornam um material muito útil em engenharia. Em primeiro lugar, o alumínio apresenta uma densidade reduzida (2,70 g/cm3), sendo a sua densidade aproximadamente um terço do aço ou cobre. Apresenta também uma resistência à corrosão na maioria dos meios naturais, devido à estabilidade do filme de óxido que se forma à sua superfície. De facto, possui um aspecto cinza prateado e fosco, devido à fina camada de óxidos que se forma rapidamente quando exposto ao ar. Embora o alumínio puro apresente uma baixa resistência mecânica, as suas ligas podem ter resistências até 690 MPa [4]. É muito maleável, muito dúctil, apto para a maquinagem e fundição, além de ter uma excelente

resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protectora de óxido. É o segundo metal mais maleável, sendo o primeiro o ouro, e o sexto mais dúctil. Como não é tóxico, também tem sido extensivamente usado em recipientes e embalagens para alimentos. O alumínio é muito utilizado na indústria electrónica devido às suas propriedades eléctricas. O preço relativamente baixo do alumínio, aliado a estas propriedades, fazem com que este metal tenha uma grande importância industrial. Como material de construção, além de ser um material leve, versátil, resistente e durável, capaz de agradar a arquitectos e consumidores devido ao seu agradável aspecto visual e função decorativa, o alumínio tem conquistado um destaque cada vez maior dentro das mais variadas aplicações na construção civil. Antes encontrado apenas em esquadrias e telhas, tornou-se nas últimas décadas uma tendência na arquitectura, como opção para revestimentos internos e de fachadas, sendo encontrado ainda em peças de acabamento, atendendo a diversos nichos desse mercado, como é o caso de molduras para pontos de electricidade. Hoje, o alumínio está presente em telhas, revestimentos, caixilharia, divisórias, forros e em muitos detalhes de concepções arquitectónicas modernas, com facilidade de manutenção, o que reflecte directamente na projecção de custos de uma obra.

Figura 7.21 – Lingotes de alumínio em bruto. Figura 7.22 – Diversas aplicações em alumínio.

Considerando a quantidade e o valor do metal utilizado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, excepto o aço. É um material importante em múltiplas actividades económicas. O alumínio puro é maleável e frágil, porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes. Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflecte tanto a luz visível como a infravermelha. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata. Devido à sua grande reactividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ánodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

No estudo apresentado foram realizadas JSS’s envolvendo substratos de uma liga de alumínio (AW6063-T6) com o intuito de analisar a capacidade dos adesivos acrílicos, utilizados neste trabalho, em aderir a este material metálico. Para este material foi determinado experimentalmente o módulo de Young (E= 67 GPa).

7.3 Adesivos

No decorrer deste trabalho utilizamos os seguintes adesivos: a) Adesivo epóxido: Araldite® 420 A/B (Figura 7.23); b) Adesivo acrílico: 3M® DP-8005 (Figura 7.24); c) Adesivo acrílico: Loctite® 3030 (Figura 7.25);

d) Adesivo cianoacrilato para plásticos difíceis de colar da Ceys® _{(Figura 7.26).}

Figura 7.23 – Adesivo Araldite® _{420 A/B da Hunstman}®_{. Figura 7.24 – Adesivo 3M}® _DP-8005.

Figura 7.25 – Adesivo Loctite® _3030.

O primeiro desafio deste trabalho foi colar substratos poliméricos de baixa energia superficial com um adesivo epóxido de elevada resistência. O adesivo utilizado foi o Araldite® 420 A/B. Trata-se de um adesivo epóxido de dois componentes e de elevada resistência com cura à temperatura ambiente, sendo possível manusear o conjunto ao fim de 5 horas. Após 4 a 5 dias o adesivo obtém 90% da sua resistência máxima e a resistência total ao fim de 1 a 2 semanas. A mistura dos dois componentes é efectuada numa razão de 10 g de resina para 4 g de endurecedor. A cura pode ser acelerada por acção do calor. Após a mistura dos componentes o adesivo pode ser usado durante 60 a 70 minutos (working life ou pot-life). Este adesivo é utilizado na indústria aeronáutica e é particularmente indicado para metais, compósitos mas também pode ser usado para termoplásticos, madeira, borracha e vidro. A Tabela 7.5 apresenta algumas propriedades obtidas experimentalmente por Daniaud [188]. O Anexo 3 apresenta a ficha técnica deste adesivo.

Tabela 7.5 – Propriedades do adesivo Araldite® _{420 A/B [188].}

Modulo de Young E [MPa] Limite elástico σy [MPa] Rotura σr [MPa] Média 1850 17 29,90 Desvio padrão 103 2 1,4

Os adesivos acrílicos estruturais, relativamente recentes no mercado, apresentam vantagens inovadoras. Os utilizados neste trabalho foram o 3M® DP-8005 e o Loctite® 3030. São adesivos de dois componentes que permitem um desempenho de alta qualidade nas ligações dos plásticos de baixa energia superficial como o polietileno e o polipropileno, garantindo uma boa aparência e flexibilidade na montagem. As possibilidades de união com este produto são bastante promissoras, para além de permitir a montagem de PE e PP entre si, possibilita também a montagem com outros materiais, tais como plásticos, metais, madeira, entre outros. São facilmente aplicados e tem a

capacidade de substituir parafusos, rebites, soldaduras plásticas e processos de duas etapas, sem o inconveniente de recorrer a primários e a tratamento das superfícies. Podem ser aplicados manualmente, através de uma pistola aplicadora (Figura 7.27), ou através de robôs. A Tabela 7.6 apresenta algumas propriedades destes adesivos. As respectivas fichas técnicas encontram-se no Anexo 4 e Anexo 5.

Estes adesivos contêm microesferas de vidro para garantir a espessura da camada de adesivo (aproximadamente 0,2 mm). A Figura 7.28 e a Figura 7.29 mostram imagens com a mesma

Figura 7.27 – Pistola aplicadora de adesivo com cartucho Duo Pack colocado.

ampliação de películas do adesivo da 3M® e do adesivo da Loctite®, respectivamente, onde são visíveis as referidas microesferas. A partir destas figuras podemos constatar que a concentração de microesferas é muito maior no adesivo da 3M® do que no adesivo da Loctite®_.

Tabela 7.6 – Propriedades dos adesivos acrílicos (fornecidas pelo fabricante).

3M® DP-8005 Loctite® 3030

Tipo químico Acrílico

Componentes Dois componentes

Viscosidade Média, Tixotrópico

Razão da mistura, por volume, A:B 10:1

Cura Cura rápida à temperatura e humidade ambiente

Tempo para cura total ≈ 8-24 horas.

Tempo de utilização (Work life) 2,5-3 minutos 3 minutos

Tg onset [ºC] 33 ─

Resistência à tracção [MPa] 13 6,3

Módulo de Young [MPa] 590 43,4

Figura 7.28 – Película de adesivo 3M® _{DP-8005. Figura 7.29 – Película de adesivo Loctite}® _3030.

O adesivo cianoacrilato da Ceys® é particularmente indicado para colar polietileno, polipropileno e Teflon®. Trata-se de uma cola instantânea que, embora apresente boa resistência ao corte, não é um adesivo estrutural e apresenta baixa resistência ao arrancamento, fragilidade, custo elevado e, além disso, requer uma preparação da superfície por aplicação de um primário. É indicada para trabalhos rápidos e pequenas zonas a colar. O Anexo 6 apresenta as principais aplicações e forma de aplicação deste adesivo.