Juntas soldadas – PPS-C

A Figura 4.32 mostra fibras de vidro pertencentes a uma junta soldada de laminados PPS-C na condição impactada + condicionada higrotermicamente (I+C) e outra na condição virgem, após carregamento mecânico monotônico quase-estático em F4P. Nas figuras 4.32.a e 4.32.b, nota-se um efeito de desacoplamento das fibras relativamente ao polímero que originalmente o revestia. O desacoplamento pode estar associado a permeação da umidade via efeito de capilaridade na interface FV-polímero, contribuindo para a substancial queda na resistência residual junta (I+C) no teste de F4P (Figura 4.1).

No entanto, como observado para a CDP virgem (Fig. 4.32.c e Fig. 4.32.d) que também apresenta desacoplamento entre FV-polímero, o problema pode estar associado ao desempenho do agente de acoplagem requerido para melhorar a adesão interfacial FV-polímero, pois conforme aumenta à temperatura e tempo de processamento da matriz (como na soldagem), o agente de acoplagem pode perder a sua estabilidade térmica enfraquecendo a interface FV-polímero.

Contudo, as hipóteses aqui citadas requerem análises complementares para serem substanciadas. No entanto, é possível afirmar que o condicionamento higrotérmico foi deletério para a junta soldada.

(c) (d)

Figura 4.32 - (a,b) Vista de fibras de vidro que sofreram completo efeito de desacoplamento da matriz de PPS na condição (I+C) onde as setas vermelhas apontam para fibras e conjuntos de fibras completamente descobertas quanto ao seu revestimento polimérico original, caracterizando uma típica falha adesiva; Para o CDP virgem em (c) espaços ocupados pelas fibras descoladas integralmente de seus sítios originais são também indicados por setas; (d) fibra exposta e sítio outrora ocupado por fibras.

A Figura 4.33 fornece pistas do prejuízo potencialmente elevado que a fraca interação interfacial entre as fases orgânica (polimérica) e metálica (ex., note os vãos de distanciamento entre as mesmas, indicados por setas vermelhas), devida à presença do inserto metálico permanente de aquecimento por efeito Joule, há de ter imposto ao desempenho mecânico final das juntas PPS-C.

Chama à atenção na Figura 4.33, a clara falta de molhabilidade das fibras da malha de aço pela matriz de PPS. Esta baixa adesão interfacial contribui para a baixa resistência mecânica da junta no ensaio de F4P para o laminado virgem.

(a) (b)

Figura 4.33 - (a,b) Claros indicativos da falta de molhabilidade da malha de aço pelo polímero PPS.

Dada a extrema facilidade com que a interface metal/polímero se separa (Fig. 4.33) - ou mesmo nem chegue a interagir, conclui-se indiretamente que a interface existente entre o filme de enriquecimento de PPS e a lâmina externa de PPS-V que reveste o núcleo de PPS-C do aderente seja também extremamente fraca, explicando desta forma os baixos valores atingidos de resistência residual desta classe de juntas termoplásticas unidas por fusão perante sua concorrente EPX-C, de matriz termorrígida e unida com resina epoxídica. Neste sentido, para o sistema de aderente empregado (híbrido PPS-C / PPS-V, sendo o revestimento de fibras de vidro requerido para fins de evitar o contato entre o elemento gerador de calor e as camadas de carbono durante o processo de soldagem devido ao chamado “vazamento de corrente”, gerando perda de calor na área de solda, diminuindo assim a eficiência e a qualidade do processo do produto final - o núcleo de PPS-C do laminado base - o qual, a rigor é quem haveria de sustentar o carregamento mecânico), já era de se esperar tal comportamento e nível de desempenho, tendo em vista que o elo mais fraco é que define o comportamento do sistema global. Assim, a falha mecânica de baixo desempenho desta classe de junta resulta tanto da natureza intrinsecamente híbrida do sistema (destacando-se as fibras de classes distintas, a interface metal-polímero e a presença do inserto permanente, o qual é inexoravelmente uma descontinuidade geométrica e material de efeito deletério considerável), como de potenciais más práticas de processamento, por meio de seleção e/ou aplicação inadequada dos parâmetros de processo de soldagem.

A Figura 4.34a revela a elevada ductilidade dos filamentos que compõem a malha metálica, quando se observam claramente a fratura de alguns deles precedida por substancial estricção antes da falha por tração e notável deformação por contato interfilamentar (setas vermelhas).

A Figura 4.34b corrobora a baixa interação interfacial entre as fases orgânica e inorgânica acima mencionadas, assim como a tendência ao aprisionamento de ar (formando bolhas – setas amarelas) no espaço entre os laminados (ou aderentes) ocupado pela malha eletricamente condutora, à qual foram invariavelmente intercalados, em ambas as suas faces, um filme de PPS puro visando o enriquecimento local com o elemento polimérico adesivo.

(a) (b)

Figura 4.34 - (a) Sinalização de extrema ductilidade (setas vermelhas) (e, muito provavelmente, reduzida resistência mecânica) da malha metálica de aquecimento para soldagem localizada entre os laminados termoplásticos fibrosos (aderentes) da junta PPS-C; Comprovação visual adicional da baixa interação metal/polímero (setas azuis) e (c) massiva presença de vazios/bolhas gerados na soldagem pelo aprisionamento de grande quantidade de ar entre os aderentes (setas amarelas).

A presença destas descontinuidades é detrimental, além de todos aqueles fatores anteriormente discutidos no que concerne à junta PPS-C soldada por resistência elétrica, não só em função de seu poder de concentração de tensão, mas também por reduzir significativamente a extensão em termos de área de contato superficial da já comprovadamente fraca interface metal/polímero.

A partir da análise das superfícies de fratura de juntas PPS-C via microscopia eletrônica de varredura concluiu-se que:

Baixa interação entre o filme de polímero PPS adicionado para enriquecimento da região da junta por soldagem e a camada externa de PPS + fibra de vidro que reveste o laminado interno de PPS + fibra de carbono; A interação interfacial entre o polímero PPS e a malha de aço utilizada para

gerar o calor para a soldagem mostrou-se de baixíssima energia, se existente, fazendo com que a resistência da junta soldada fosse baseada na fraca ligação física existente entre a malha metálica e o polímero, em detrimento da fusão polimérica causando difusão intermolecular entre os dois laminados que exibe, teoricamente, uma integridade e resistência superiores a da interface orgânica/inorgânica;