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BJECTIVOS E ORGANIZAÇÃO
DA DISSERTAÇÃO
A utilização de juntas coladas em aplicações industriais tem vindo a acentuar-se nos últimos anos. As razões que justificam a expansão verificada são várias: facilidade de realização, maiores cadências de produção, menores custos, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência à fadiga que as ligações tradicionais, elevada capacidade de amortecimento de vibrações, etc.
Contudo, a colagem de alguns tipos de materiais revela-se mais complexa e, por vezes, o tipo de ligação que se estabelece é insuficiente para a aplicação pretendida. De facto, é conhecida a dificuldade de ligação por juntas adesivas de alguns tipos de polímeros, como por exemplo as poliolefinas, nas quais se destacam o polietileno e o polipropileno. As principais causas são a baixa energia superficial e a natureza quimicamente inerte geralmente associadas a estes materiais. Existem inúmeros processos de preparação de superfícies poliméricas com o objectivo de aumentar a sua adesão. Os mais frequentes são os tratamentos por descarga de Corona, chama, plasma e por aplicação de primários.
O polietileno e o polipropileno são materiais com baixa energia de superfície e normalmente os adesivos de alta resistência não molham espontaneamente as suas superfícies. De facto, a utilização de um adesivo de alta resistência, e portanto com elevada energia de superfície, numa superfície de baixa energia é imediatamente considerado como problemático.
Assim, um dos objectivos deste trabalho inclui a utilização da tecnologia dos revestimentos para melhorar a ligação de substratos de polietileno e de polipropileno com um adesivo comercial de alta resistência (epóxido). Ou seja, o revestimento prévio das superfícies de colagem é, neste caso, utilizado como processo de preparação das superfícies de forma a melhorar as suas características de adesão.
Outro objectivo importante deste programa de investigação incide no estudo de adesivos acrílicos de dois componentes, recentemente desenvolvidos pela indústria, que permitem ligações adesivas estruturais envolvendo materiais de baixa energia de superfície. A principal particularidade destes adesivos é a de não exigirem qualquer preparação especial das superfícies a colar facilitando, assim, o processo de ligação. Pretende-se também analisar, experimental e numericamente, a ligação adesiva envolvendo outros materiais como, por exemplo, ligas de alumínio e compósitos.
Esta dissertação, com o intuito de alcançar os objectivos referidos, desenvolveu-se por catorze capítulos, incluindo este. Neste primeiro capítulo, além de se definir os objectivos do trabalho, dá-se a conhecer os principais assuntos abordados em cada um dos capítulos desta dissertação.
O capítulo dois começa com uma introdução à dissertação onde é feito um enquadramento do trabalho e uma abordagem geral sobre alguns assuntos relacionados com as ligações adesivas como, por exemplo, as suas vantagens e desvantagens. Neste capítulo introduz-se alguns dos temas que serão abordados em maior detalhe nos capítulos seguintes.
O capítulo três apresenta uma revisão bibliográfica sobre os fundamentos da adesão. São indicadas as forças intermoleculares fundamentais e as teorias de adesão que pretendem explicar fenómeno da adesão entre materiais.
No capítulo quatro aborda-se os processos de preparação de superfícies poliméricas para a ligação adesiva. Neste capítulo o revestimento dos substratos é apresentado como um processo de preparação das superfícies e refere-se os métodos geralmente utilizados para revestir materiais poliméricos.
O capítulo cinco refere o desenvolvimento dos adesivos, apresenta diversas formas de os classificar e descreve as características inerentes aos principais tipos de adesivos.
As ligações adesivas são apresentadas no capítulo seis, onde são indicados os diferentes tipos de juntas adesivas, os esforços e os modos de rotura a que estas podem estar sujeitas.
No capítulo sete fazemos uma breve descrição dos materiais utilizados neste trabalho, ou seja dos materiais dos substratos, dos adesivos e do material de revestimento. Para o caso dos materiais dos substratos são também apresentadas algumas propriedades obtidas experimentalmente.
O capítulo oito é dedicado à análise numérica de juntas de sobreposição simples e juntas
block shear. No início deste capítulo apresenta-se uma breve introdução aos métodos de
análise que o Engenheiro tem disponíveis para o projecto de juntas coladas. De seguida, descreve-se os dois modelos de dano utilizados para avaliar a resistência das juntas e apresenta-se as condições das simulações, a análise de tensões e a simulação da rotura para as juntas de sobreposição simples e juntas block shear. Termina-se o capítulo apresentando as conclusões sobre os resultados obtidos.
Os resultados obtidos com ensaios de juntas de sobreposição simples com substratos de polietileno e polipropileno, previamente revestidos com titânio e colados com um adesivo epóxido de elevada resistência, estão apresentados no capítulo nove. São também indicados os resultados obtidos com substratos não revestidos mas sujeitos a lixagem manual.
No capítulo dez apresentam-se os resultados de diversos ensaios realizados com adesivos acrílicos (3M® DP-8005 e Loctite® 3030) para avaliar as suas propriedades à tracção, ao corte, propriedades da mecânica da fractura e finalmente para determinar a temperatura de transição vítrea (através dos métodos DMTA e DSC).
No capítulo onze realiza-se uma comparação entre os resultados obtidos com juntas de sobreposição simples (segundo a norma ASTM D3163) e juntas block shear (segundo a norma ASTM D4501). Este estudo foca-se essencialmente nos adesivos acrílicos anteriormente referidos e no polietileno como substrato. Apresenta-se também o efeito da lixagem, da temperatura e da humidade na resistência mecânica das juntas adesivas.
No capítulo doze analisa-se o comportamento do adesivo acrílico da 3M® na colagem de diversos substratos: polietileno, polipropileno, epóxido reforçado com fibras de carbono, poliéster reforçado com fibras de vidro e uma liga de alumínio. Este estudo foi realizado com juntas de sobreposição simples. Para os substratos de epóxido reforçado com fibras de carbono e de poliéster reforçado com fibras de vidro a preparação das superfícies foi realizada por lixagem. Os substratos de alumínio foram submetidos a diversos tipos de preparação (abrasão manual utilizando lixas com diferentes granulometrias, granalhagem e por ataque com ácido crómico). Neste capítulo é observada a influência da rigidez dos substratos na resistência mecânica da junta e compara-se os resultados experimentais com resultados da simulação numérica.
No capítulo treze são sumariadas as conclusões fundamentais obtidas durante o desenvolvimento da dissertação. No capítulo catorze são fornecidas orientações para trabalhos futuros.
A dissertação termina com a apresentação em anexos de uma listagem sobre os diferentes processos de preparação superficial em função do tipo de material. Em anexos são também apresentadas as fichas técnicas dos adesivos utilizados e as informações técnicas do dispositivo desenvolvido para a execução de juntas de sobreposição simples e da ferramenta necessária para a realização dos ensaios segundo a norma ASTM D4501.