Esforços e modos de rotura em juntas adesivas

A resistência das juntas adesivas está diretamente relacionada com a resistência do adesivo e tipos de esforços desenvolvidos durante o carregamento. Inúmeros estudos foram sendo realizados ao longo dos anos de modo a analisar a resistência de diferentes configurações de juntas adesivas. Na Figura 2 estão representados os tipos de esforços possíveis em ligações adesivas, descritos como se segue (Devries e Adams 2002):

Figura 2 – Principais esforços em ligações adesivas (da Silva et al. 2007)

Esforços de tração – ocorrem pela aplicação de forças perpendiculares ao plano da colagem, fazendo com que os aderentes se afastem, e resultam em tensões uniformemente distribuídas por toda a superfície. Na realidade a espessura de adesivo é difícil de controlar pelo que, na prática, as forças raramente são rigorosamente axiais. Assim, desenvolvem-se regiões de maior concentração de tensões relativamente ao interior do adesivo. Normalmente os adesivos apresentam uma baixa resistência quando solicitados à tração (Figura 3).

Figura 3 – Distribuição de tensão axial numa junta sob esforço de tração (Petrie 2000)

devem ser alinhadas de forma que o adesivo permaneça em compressão pura. De acordo com a Figura 4 a distribuição de tensão de compressão pelo adesivo é constante (Figura 4).

Figura 4 – Distribuição de tensão axial numa junta sob esforço de compressão (Petrie 2000)

Esforços de Corte – provocam o escorregamento entre os dois substratos, que ocorre pela aplicação de forças paralelas ao plano de colagem. Observam-se picos de tensões de corte originadas numa junta sujeita a esforços de corte nos dois extremos do adesivo. Deste modo parte central do adesivo está sujeita a tensões quase nulas e quanto maior forem os seus valores de pico, menor será a resistência do adesivo (Figura 5). Este comportamento deve-se ao efeito da deformação diferencial ao longo do comprimento de sobreposição (LO), de modo que cada aderente se deforma longitudinalmente a uma taxa crescente, desde a sua extremidade livre até à extremidade oposta à sobreposição (da Silva et al. 2007).

Esforços de Clivagem – resultam da aplicação de forças numa das extremidades de uma junta rígida, onde ser observa uma concentração de tensões normais na zona de aplicação da força (Devries e Adams 2002), e onde a restante porção de adesivo não contribui significativamente para a resistência da junta ligada. As tensões de clivagem devem ser evitadas numa junta colada, pois as juntas apresentam uma resistência muito inferior a este tipo de solicitações, relativamente a esforços de corte (Figura 6).

Figura 6 – Distribuição de tensão axial numa junta sob esforço de clivagem (Petrie 2000)

Esforços de Arrancamento – são similares aos esforços de clivagem embora um ou dois aderentes sejam flexíveis e estes podem deformar plasticamente através da ação das forças aplicadas, também devem ser evitados numa junta colada, devido à baixa resistência dos adesivos a esse tipo de esforços. A aplicação do carregamento pode ocorrer com ângulos de arrancamento, entre 5º e 90º. Desta forma, o angulo de separação dos substratos pode ser maior para o arrancamento do que para a clivagem. Os adesivos mais frágeis e rígidos são mais sensíveis às forças de arrancamento e apresentam maiores gradientes de tensões no sentido da zona de aplicação dos esforços (da Silva et al. 2007) (Figura 7).

As ligações adesivas possuem a capacidade de manter a sua integridade estrutural, quando sujeitadas a solicitações estáticas e/ou dinâmicas e condições ambientais adversas, como humidade e temperatura. De forma a verificar o comportamento e o sucesso no fabrico das ligações adesivas, é fundamental a correta avaliação dos modos de rotura induzidos nas juntas coladas. De acordo com a American Society for Testing and Materials (ASTM), ASTM D5573-99 (2012), os modos de rotura mais relevantes que ocorrem nas ligações entre substratos e adesivos são os apresentados na Figura 8: rotura coesiva, rotura adesiva, rotura pelo substrato e rotura mista.

No que diz respeito à rotura coesiva, esta ocorre pelo interior do adesivo, onde se verifica que o substrato é mais forte do que a resistência interna do adesivo. Neste tipo de rotura ambas as superfícies dos substratos contêm uma película de adesivo após a rotura. Este é um dos modos de rotura preferencial uma vez que se está a utilizar a totalidade da resistência do adesivo da junta.

A rotura adesiva, também conhecida por rotura interfacial, ocorre na interface entre o aderente e o adesivo. Por norma, esta rotura deve-se a uma má preparação das superfícies dos substratos, ou pode ser provocada pelas tensões de arrancamento e de corte, que atingem valores máximos junto da interface. Como resultado deste tipo de rotura, observa-se que um dos aderentes não apresenta qualquer resíduo de adesivo, o qual fica depositado, na sua totalidade, na outra superfície. Saliente-se ainda que muitas roturas consideradas inicialmente adesivas são, na realidade, roturas coesivas (Gonçalves et al. 2002).

Quanto à rotura pelo substrato, esta é semelhante ao modo de rotura coesiva do adesivo. No entanto esta rotura ocorre pelo substrato quando a sua resistência interna é inferior à da ligação entre o adesivo e o substrato.

Finalmente, a rotura mista resume-se à combinação de uma rotura adesiva e de uma rotura coesiva. A sua rotura ocorre na zona de ligação entre o adesivo e o substrato e no interior do adesivo. A sua origem pode estar associada à falta de limpeza ou à limpeza ineficaz de uma determinada secção das superfícies a unir.

Figura 8 – Modos de rotura em juntas adesivas (da Silva et al. 2007)