Guião de Relatório de Projecto / Estágioprojfeup/cd_2010_11/files/MMM516_relatorio.pdf · As juntas adesivas e o seu comportamento são ainda actualmente alvos de profundas investigações

Adesivos Estruturais Que adesivos se utilizam nos aviões e qual a sua função?

2010 / 2011

100504093 – Cátia Batalha

100504086 – Pedro Lúcio

100504031 – Paulo Reis

100504210 – Hugo Soares

100508025 – Frederico Silva

1000504029 – José Sarilho

MIEM / MIEMM

Adesivos Estruturais Que adesivos se utilizam nos aviões e qual a sua função?

100504093 – Cátia Batalha

100504086 – Pedro Lúcio

100504031 – Paulo Reis

100504210 – Hugo Soares

100508025 – Frederico Silva

1000504029 – José Sarilho

MIEM / MIEMM

Outubro de 2010

Coordenador: Teresa Duarte

Supervisor: António Monteiro Batista

Monitor: Francisco Duarte

Projecto FEUP – Adesivos Estruturais

Agradecimentos

Os nossos agradecimentos são dirigidos à coordenadora do Projecto FEUP,

Teresa Duarte pela orientação dada ao longo desta unidade curricular e aos supervisor

e monitor, António Monteiro Batista e Francisco Duarte, respectivamente, pelos

esclarecimentos fornecidos acerca da temática do trabalho.


Resumo

A utilização de adesivos em ligações estruturais tem conhecido ao longo do

tempo uma evolução significativa, tanto a nível dos processos de ligação como nas

tecnologias utilizadas.

Actualmente, o uso de adesivos estruturais na colagem de metais é uma prática

muito comum e a indústria aeronáutica não foge à regra. As juntas adesivas e o seu

comportamento são ainda actualmente alvos de profundas investigações (estão em

causa, por exemplo, a resistência às solicitações mecânicas ou a factores ambientais).

Os epóxidos estão actualmente na base da maioria das aplicações de adesivos em

juntas. A sua versatilidade de configurações permite obter adesivos mais ou menos

resistentes/elásticos, bem como adaptá-los a juntas de diversos materiais em diferentes

condições de temperatura, pressão, etc.

É importante realçar que há um conjunto de aspectos que devem ser pesquisados

quando se estudam os adesivos estruturais, tais como os seus métodos de aplicação e

os seus diferentes tipos.


Índice

Agradecimentos ...................................................................................................iii

Resumo .................................................................................................................. v

Índice ................................................................................................................... vii

Índice de Figuras ................................................................................................. ix

Índice de Tabelas ................................................................................................. xi

1 Introdução ..................................................................................................... 1

2 Adesivos Estruturais ..................................................................................... 3

2.1 O que são adesivos estruturais? ................................................................... 3

2.2 Adesivos estruturais vs. Outros tipos de ligações ....................................... 4

2.3 Métodos de aplicação dos adesivos nas juntas ............................................ 6

2.3.1 Adesão e Resistência ............................................................................................... 6

2.3.2 Processos de Cura ................................................................................................. 13

2.4 Fadiga e Resistência nos Adesivos.............................................................. 15

2.5 Tipos de Adesivos Estruturais .................................................................... 18

3 Conclusões ................................................................................................... 21

Bibliografia ......................................................................................................... 23


Índice de Figuras

Figura 1– Camada limite de uma junta colada na interface Polímero/Metal (Ref. [3]) ................ 9

Figura 2 - – Evolução da Resistência à rotura em função do parâmetro rugosidade (Ref. [3]) ... 9

Figura 3 - Variação das Forças de ligação versus Distâncias interatómicas e intermoleculares

(Ref. [3]) ................................................................................................................................................. 10

Figura 4 – Exemplos de desenhos de juntas (Ref. [4]) ................................................................. 17


Índice de Tabelas

Tabela 1– Tipo de ligações interatómicas e intermoléculares (Ref. [3]). ___________________ 7

Tabela 2 - Grupos funcionais mais comuns, de polímeros utilizados no fabrico de adesivos e as

ligações que se estabelecem com uma superfície metálica (Ref. [3]) __________________________ 11

Tabela 3 - Comparação entre os vários adesivos estruturais quanto à sua resistência e tensões

(Ref. [1]) ________________________________________________________________________ 16

Tabela 4 - Características de diferentes adesivos (Ref. [2]) ____________________________ 18

Tabela 5 – Tipos de Epóxidos ___________________________________________________ 19


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1 Introdução

Este trabalho de pesquisa/investigação surge no âmbito da unidade curricular

Projecto FEUP, e tem o objectivo de abordar a temática dos Adesivos Estruturais e

suas aplicações na indústria aeronáutica (mais concretamente nos aviões).

Esta proposta de trabalho foi recebida, inicialmente, com bastantes

interrogações, uma vez que, o nosso conhecimento sobre o assunto era escasso ou

nulo. Isso foi tomado como um incentivo extra e uma oportunidade de aprender novos

conceitos e conteúdos dentro da engenharia.

Este relatório tem um carácter informativo e foi simplesmente baseado em

pesquisas realizadas em livros, web e teses, de modo que, não houve um estudo

aprofundado sobre o assunto, mas sim uma reflexão sobre o mesmo, com o intuito de

reunir informação relevante para que uma pessoa com um grau de formação

relativamente baixo possa ter acesso a um conhecimento base sobre o assunto.

Um dos principais objectivos propostos foi também o desenvolvimento de

hábitos de trabalho em ambiente universitário e uma iniciação à realização de

projectos científicos, bem como todas as técnicas de divulgação do mesmo (relatório,

poster, apresentação oral, etc.).

Tendo em conta os dois parágrafos anteriores, da conjugação desses dois

aspectos surge este relatório que tenta fazer uma abordagem generalizada ao tema

„Adesivos Estruturais‟, tendo em conta todas as regras formais associadas à realização

de relatórios de divulgação científica.

Este relatório não é dotado de um grande rigor técnico, uma vez que a

formação académica dos seus autores não é suficiente para cobrir este tema. Houve no

entanto um esforço por confrontar informação de várias fontes, de forma a evitar que

pudessem surgir falsidades científicas de carácter maior. Revela-se assim, desde já,

que todo o conteúdo aqui presente é susceptível de eventuais erros, resultado das

escassas fontes de informação existentes em redor desta temática.

O trabalho é constituído essencialmente por uma abordagem geral aos

„Adesivos estruturais‟ com certas referências às suas aplicações nos aviões (embora


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estas sejam escassas devido aos deficientes dados obtidos após pesquisa). Pretende-se

fazer referência à definição de adesivos estruturais, às vantagens e desvantagens

perante outros tipos de ligações, aos diferentes tipos de adesivos (propriedades,

aplicações, modos de aplicação, etc), aos Epóxidos como adesivos estruturais e ao

desenho das juntas nas quais são aplicados, assim como a resistência à fadiga de

várias aplicações.

Fazendo uma nota introdutória ao tema, não muito extensa, pois o próprio

relatório é uma „introdução ao tema‟, é importante afirmar que os adesivos estruturais

cada vez mais estão presentes no nosso dia-a-dia. São uma opção sólida, segura e leve

para unir diferentes materiais numa estrutura de uma forma coerente e versátil. Na

industria aeronáutica isto toma uma importância superior, uma vez que é imperativa a

redução da massa da estrutura, a fiabilidade e segurança da construção, bem como a

facilidade de aplicação de ligações entre partes integrantes da mesma.

É por isso necessária a tomada de consciência por parte do cidadão informado

de que os „obsuletos‟ parafusos/porcas, soldaduras, etc… começam a ser substituídos

(em certas aplicações) por adesivos (colas) que cumprem a função de forma mais

eficaz, simples e coesa.


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2 Adesivos Estruturais

2.1 O que são adesivos estruturais?

O conceito de adesivo estrutural apareceu, na indústria de construção mecânica,

a partir da altura que se começaram a realizar colagens em que havia a necessidade de

assegurar a transmissão de esforços de uma peça para a outra. O adesivo estrutural

apresenta uma resistência equivalente aos materiais que constituem a estrutura a ser

colada, passando a fazer parte integrante da estrutura, em contraste com os produtos

de revestimento. Estes adesivos são, portanto, capazes de suportarem a transmissão de

esforços de grandeza considerável. Além disso, têm boa resistência a perturbações

atmosféricas/variação brusca do clima, produtos químicos e à temperatura.

Há várias técnicas para se efectuar uma ligação permanente de mais do que um

componente. A colagem estrutural de componentes de entre essas técnicas possíveis,

tais como, soldadura e aparafusagem, é a que tem apresentado uma evolução maior

nos últimos anos.

A realização de juntas de ligação simples é um processo simples e económico.

Tal facto, provoca um aumento enorme de aplicações desta tecnologia de ligação,

contribuindo para que as diversas aplicações tenham propriedades mais interessantes

que as outras técnicas de ligação.

No entanto, o uso de adesivos estruturais ainda é visto de uma forma cuidada por

parte de algumas empresas. A razão para esta desconfiança é o facto de não existirem

métodos estabelecidos para o dimensionamento de juntas com adesivos estruturais.


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2.2 Adesivos estruturais vs. Outros tipos de ligações

Os adesivos estruturais são utilizados cada vez mais nas indústrias aeronáuticas e

aeroespaciais, mas existem outros tipos de ligações como a soldagem ou a fixação de

objectos como pregos, parafusos ou rebites. Nos aviões, a tecnologia de soldagem tem

de corresponder à união de materiais com um certo aerodinamismo para atingir o

objectivo proposto.

Ambos têm vantagens e desvantagens nas suas aplicações mesmo sendo os

adesivos estruturais mais recentes que os outros tipos de ligação. Algumas vantagens

e desvantagens nos adesivos são: terem boas propriedades químicas e mecânicas,

menores temperaturas de processamento comparadas com a soldadura, garantem uma

fixação contínua, alta resistência às solicitações mecânicas ou às tensões e obtenção

de importantes reduções de custo de fabrico e de ligação. Embora nos adesivos haja

degradação originada por um ou mais factores ambientais, a resistência à temperatura,

caso as peças não sejam colocadas com precisão, faz com que não seja possível a

união após o endurecimento do adesivo e para que a colagem seja eficaz é necessário

preparar as peças.

Agora, quanto às vantagens e desvantagens dos tipos de ligação, o ponto forte

dos outros tipos de ligações é a possibilidade da desmontagem dos objectos após a sua

união. As ligações podem ser feitas de alumínio, aço e até mesmo plástico conforme a

aplicação que se queira dar ao objecto. Embora, estas possam dobrar ou enferrujar

como no caso dos pregos e parafusos de pequenas dimensões, ou então, depois de

dobrada ou danificada, a ligação não pode ser mais usada para unir os objectos, pois

corre o risco de danificar os componentes do projecto.

Quanto à resistência nos adesivos e nas ligações, ambos têm o mesmo objectivo

mas tomam caminhos diferentes. Nos adesivos, aumenta a resistência quando o

material colado choca ou vibra em alguma coisa, aumenta a resistência quando

acontecem variações bruscas, produtos químicos, à temperatura e aumenta a

resistência quando se força a tensão no adesivo. Nas ligações, quanto maior o seu

volume, maior será a resistência da união entre os objectos. No caso das anilhas, é


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importante que tenha grande resistência para criar um espaço para que não haja atrito

entre a anilha (ligação) e o material.

As ligações (pregos, parafusos, porcas, anilhas etc.) durante anos foram

utilizadas na indústria para fazer a ligação de metais, madeiras e todos os vários tipos

de ligas metálicas. Com o surgimento dos adesivos, diminuiu a utilização das ligações

porque os adesivos são mais práticos e resistentes que as ligações, embora os adesivos

sejam mais caros, pois requerem grande cuidado no seu fabrico, uma vez que se

criaram vários tipos de adesivos, o que não quer dizer que se deixe de usar as ligações

embora com menos frequência que antigamente.


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2.3 Métodos de aplicação dos adesivos nas juntas

2.3.1 Adesão e Resistência

Os fenómenos de adesão são explicados por diferentes e inúmeras teorias e a

cada uma delas estão associados resultados experimentais, verificando-se a existência,

por vezes, de atitudes contraditórias, o que indica que os fenómenos de adesão não

dependem em separado de uma só teoria, mas da associação de mais do que uma, não

permitindo atribuir a uma das teorias um carácter de generalidade na explicação de

tais fenómenos.

A adesão é, portanto, um fenómeno essencialmente interfacial no qual estão

envolvidas forças químicas e físicas.

A resistência da adesão de uma interface corresponde ao grau de atracção entre

duas superfícies unidas e o seu valor depende do teste utilizado na sua avaliação. Na

prática, a base molecular da adesão é raramente estruturada, por isso se recorre a

interpretações secundárias para a determinação da resistência da adesão.

Assim, a compreensão da teoria da adesão exige, cada vez mais, uma resposta

científica, mais concretamente, para provar o papel da sorção química e da difusão

nos efeitos de adesão, embora, do ponto de vista químico, o fenómeno de adesão

possa resultar da actuação de diferentes forças na Interface Aderente/Adesivo (Tabela

1). Estas forças podem ser polares e não polares, como são as forças de Van der

Waals (absorção física) e as ligações hidrogénio (atracção polar muito forte) ou ainda

iónicas, covalentes ou de coordenação. A natureza exacta destas ligações e a sua

importância relativamente ao fenómeno de adesão, nunca foram directamente

estabelecidas.

Na tabela 1 apresentam-se os diferentes tipos de ligações conhecidas, indicando

as suas respectivas energias de rotura e as distâncias de interacção das forças de

ligação.


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Tabela 1– Tipo de ligações interatómicas e intermoléculares (Ref. [3]).

Na ausência de uma teoria geral de adesão, observa-se que a adesão se dá

quando os átomos ou as moléculas da superfície de um corpo estão suficientemente

perto dos átomos ou moléculas da superfície de outro corpo. A distância entre as

moléculas, deve ser, sensivelmente da ordem de alguns Angstroms.

Não há razão, a priori, para se pensar que as forças de adesão sejam de natureza

diferente das forças de coesão, sendo as ligações constituídas por estas forças

igualmente ligações interatómicas ou intermoleculares.

Tenhamos, então, algumas considerações relativamente aos diferentes tipos de

ligações e respectivas forças de ligação:

• As ligações primárias são mais sólidas e resistentes que as ligações

secundárias;

• As ligações químicas provêm de uma utilização comum ou de uma

transferência de electrões entre átomos;

• As ligações de hidrogénio advêm das interacções entre dipolos constituídos

por átomos de hidrogénio e de oxigénio ou azoto.

As forças de Van der Waals surgem da interacção entre os dipolos das

moléculas. Se as moléculas tiverem um dipolo de modo permanente ou induzido, as


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forças correspondentes serão forças de orientação ou de indução. Todavia, podem ser

consideradas forças de dispersão se as moléculas tiverem um dipolo nulo mas, no

decorrer do tempo, não nulo instantaneamente.

Neste âmbito temos, resumidamente, de abordar as teorias de adesão existentes:

• Teoria da absorção: Nesta teoria as interacções químicas e físicas são as

principais forças de atracção. O adesivo, no estado líquido, fixa-se sobre a superfície

sólida do aderente graças às forças intermoleculares que provêm de interacções entre

os dipolos das moléculas do aderente e do adesivo.

• Teoria da difusão: De acordo com esta teoria a adesão é atribuída a uma

interpenetração molecular na interface do adesivo e do aderente. As moléculas

encontram-se ligadas por efeito mecânico e por forças intermoleculares.

• Teoria eléctrica: Explica as forças de atracção na adesão em termos de efeitos

electroestáticos na interface; o sistema adesivo/aderente é comparado a um

condensador, no qual as armaduras são as duas camadas eléctricas formadas pelo

contacto dos dois substractos. A adesão resulta das forças de atracção desenvolvidas

entre as duas armaduras.

• Teoria mecânica: O adesivo preenche as microcavidades da superfície ou

infiltra-se nos poros, se estes existirem. Na superfície ocorre ancoragem mecânica do

adesivo.

• Teoria da polaridade: Nesta teoria, obtêm-se juntas com boas características

quando o adesivo e o aderente são ambos polares ou não polares.

• Teoria da camada limite: Bikerman em 1968 introduziu uma interpretação

teórica da adesão que é a “teoria da camada limite”. Esta teoria propõe a existência, na

interface, de uma camada limite finita composta por moléculas absorvidas, que são

diferentes, na sua constituição, das moléculas constituintes do adesivo e do aderente.

A figura 1 mostra um diagrama esquemático da camada limite. Note-se que a camada

limite também inclui a camada superficial do aderente. A fase A corresponde à fase

do polímero absorvida cuja espessura pode ir de 10 a 600 Angstroms. A fase B

corresponde à fase limite do aderente que possui a mesma rugosidade que a superfície

metálica e inclui a camada de óxidos, espécies absorvidas, impurezas, etc. A

rugosidade da superfície influencia a sua espessura.


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Figura 1– Camada limite de uma junta colada na interface Polímero/Metal (Ref.

[3])

Como já referido, nenhuma teoria é completa para explicar os fenómenos de

adesão, mas estes antes serão o resultado da associação de mais do que uma destas

teorias.

Contudo, nas ligações por adesão, apesar da grande variedade de factos

observados experimentalmente, é bastante provável que se as forças de ligação

interatómicas e intermoleculares não existissem, não seria possível obter-se uma

ligação por adesão, sendo a adesão considerada mecânica, não uma adesão segundo o

próprio sentido do termo, mas por efeito do engrenamento e ancoragem mecânica da

ligação. Este mecanismo de ancoragem foi introduzido por Mac Bain, em 1926 para

analisar a adesão Polímero/Metal. Na presença de asperezas ou de poros o adesivo

infiltra-se naturalmente. A rugosidade é um parâmetro preponderante. Ela favorece

um aumento da área de contacto entre os dois materiais e um aumento das ligações da

interface. Existe uma rugosidade óptima para que a resistência da junta seja máxima.

Figura 2 - – Evolução da Resistência à rotura em função do parâmetro

rugosidade (Ref. [3])


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Estes resultados mostram a influência notável da rugosidade. Na presença de

uma superfície lisa (a) ou muito rugosa, a colagem pode ser defeituosa. No primeiro

caso, o adesivo não encontra nenhum ponto de ancoragem e adere dificilmente. Com

um substrato muito rugoso (c), a cola não penetra o suficiente nas cavidades. Os

vazios advinham zonas de concentração de tensões (ilustração 2). O adesivo, quando

no estado liquido, deve apresentar boas propriedades de moldagem para garantir um

bom casamento com o substrato.

As forças de ligação primárias e secundárias tornam-se rapidamente

desprezáveis quando a distância entre os “pontos activos” (zona onde se produzem

forças de ligação) passa a ser superior a 5 Angstroms, conforme pode ser observado

na ilustração 3. Conclui-se assim, que para a obtenção de uma boa colagem é

necessário proceder à aproximação o mais perto possível dos “pontos activos” do

adesivo aos “pontos activos da superfície do aderente”.

Figura 3 - Variação das Forças de ligação versus Distâncias interatómicas e

intermoleculares (Ref. [3])

Quando a proximidade entre os corpos não permite o estabelecimento de

nenhuma daquelas ligações, diz-se que a adesão é mecânica e que resulta da

ancoragem mecânica entre o adesivo e o aderente.

Outro factor importante no estabelecimento das ligações referidas é o tipo de

grupos funcionais presentes, quer no adesivo quer no aderente. É por intermédio

desses grupos que as ligações se estabelecem e consoante a sua natureza, podemos ter

a formação de ligações metálicas, de hidrogénio e até covalentes. Quando o aderente é

um metal, a tabela 2 mostra alguns dos grupos funcionais mais comuns em adesivos e

as ligações que se estabelecem neste caso.


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Tabela 2 - Grupos funcionais mais comuns, de polímeros utilizados no fabrico

de adesivos e as ligações que se estabelecem com uma superfície metálica (Ref. [3])

A ligação de juntas, por colagem envolve uma certa preparação:

Criação de pontos activos sobre a superfície do aderente que sejam

compatíveis com os pontos activos do adesivo;

Aproximação ao máximo do maior numero de pares de pontos activos do

adesivo e do aderente, criando o maior numero de pontos de ligação possíveis;

Garantia de solidez dos pontos de ligação obtidos.

A operação desenvolve-se em três etapas.


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A realização da primeira etapa consiste em obter uma preparação adequada da

superfície, de modo a eliminar corpos estranhos fixos à superfície do aderente,

eliminando obstáculos à aproximação dos corpos a serem ligados. Consideram-se

corpos estranhos diversificados a água, os óxidos, as gorduras, as poeiras, entre

outros.

Assim a superfície metálica deve sofrer um tratamento superficial, antes da

aplicação do adesivo, de modo a assegurar, posteriormente, uma boa aderência do

adesivo.

Excluindo adesivos especiais e conforme o objectivo as superfícies podem ser

pré-preparadas por:

Desengorduramento;

Abrasão da superfície e desengorduramento;

Tratamento químico (que normalmente correspondem a juntas com):

o Adesão moderada e fraca durabilidade;

o Boa adesão e durabilidade moderada;

o Óptima adesão e boa durabilidade.


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2.3.2 Processos de Cura

O processo de colagem de duas superfícies por um adesivo tem como principal

finalidade que a junta assim resultante apresente a máxima resistência, tanto à

aplicação de forças externas, como a condições ambientais desfavoráveis.

Como já foi referido, para que ocorra um contacto íntimos interfacial, o adesivo

deve encontrar-se no estado líquido com baixa viscosidade. Porém, para que a junta

obedeça aos seus objectivos, terá de ser rígida e resistente. Esta modificação de fase

do adesivo é designada por cura e consiste num endurecimento do material.

A cura dos adesivos líquidos pode ser efectuada por vários processos:

1. Endurecimento por remoção do solvente ou do meio dispersante;

2. Arrefecimento;

3. Reacção química.

Existem outros adesivos que não têm que passar por este processo, por já se

encontrarem devidamente polimerizados.

Quando os adesivos já se encontram polimerizados, mas estão dissolvidos ou

dispersos num meio orgânico ou em água, têm de ser endurecidos por remoção do

solvente ou do meio dispersante.

Os termoplásticos fundem quando aquecidos e só solidificam quando são

arrefecidos.

O endurecimento é feito por reacção química quando a polimerização se dá no

local da aplicação.

Os adesivos de epóxi são os mais usados devido aos excelentes resultados que

apresentam. A sua constituição e caracterização do ponto de vista químico são muito

favoráveis, visto que é feita através de uma reacção de endurecimento típica

característica da reacção do éter diglicil de bisfenol A (contendo dois grupos oxiranos,

peculiares dos compostos epóxis) com uma diamina primária, resultando um adesivo

de epóxi.


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As cadeias moleculares originam uma rede tridimensional cuja massa e

viscosidade vão aumentando até se formar uma rede infinita. Atinge-se assim o ponto

de fusão, o polímero deixa de fluir e solidifica.

A gama de temperaturas a que se dá a solidificação, influencia muitas

características importantes da ligação final resultante. Deve, por este motivo, ser

cuidadosamente estudada.

A temperatura de cura, assim como as proporções de resina ou endurecedor, são

condicionadas pelos tipos comerciais dos produtos a utilizar. Na formulação industrial

dos produtos encontram-se determinados aditivos (plasticizantes, anti-oxidantes, anti-

sedimentares, catalisadores, etc.), que influenciam as características químicas do

adesivo e as propriedades mecânicas das juntas. Por esta razão é recomendado seguir

as instruções dos fornecedores dos produtos, a menos que se opte por formular um

adesivo com as especificações referidas.

É necessário procurar o melhor compromisso temperatura-tempo, o que se

traduz, simultaneamente, por uma reactividade o mais adaptada possível com os

imperativos de produção e para um temperatura de transição vítrea, o mais alta

possível. Os materiais utilizados são fornos com circulação de ar com resistência de

aquecimento.

Portanto, a fase de colagem é importante porque a segurança da ligação depende

do bom desenrolar da operação. Assim, há que ter cuidado para evitar erros.


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2.4 Fadiga e Resistência nos Adesivos

Os adesivos estruturais caracterizam-se por serem produtos muito resistentes e

com uma excelente durabilidade, uma vez que resistem à vibração, a fluidos e a altos

níveis de temperatura. Os adesivos estruturais têm capacidade de transformar

estruturas complexas em montagens sólidas unitárias e monolíticas utilizando

diferentes materiais. Assim, emendas ou junções passam a integrar as referidas

estruturas proporcionando um aumento considerável da resistência mecânica e

rigidez.

Então, é sabido que os adesivos estruturais são tão fortes quanto os materiais que

unem, mas a resistência à ruptura de uma junta adesiva é determinada por diversos

factores, entre eles existe a presença de tensões exercidas na junta, a extensão do

contacto entre as superfícies e o desenho da junta. Conforme os diferentes tipos de

materiais, existem diferentes tipos de adesivos, sendo necessária uma análise

detalhada dos materiais e estruturas nas quais os adesivos vão ser usados passando por

uma escolha mais adequada na geometria destes para o tipo de ligação em causa.

As tensões mais importantes a que uma junta adesiva é submetida são as tensões

de tracção, corte, clivagem e arrancamento.

Como é possível verificar na figura (a), na tracção as forças são perpendiculares

ao plano da junta adesiva e, como tal, estas distribuem-se uniformemente ao longo da

zona de colagem fazendo com que todas as partes da junta estejam à mesma tensão. Já

na figura (b) exibe-se um esforço de corte; neste caso, a tensão é paralela ao plano da

junta e uniforme em toda a área colada e, por isso, esta resiste ao mesmo tempo à

solicitação. Seguidamente, em (c), representa-se uma tensão de clivagem que, ao

contrário dos outros casos, representa uma tensão concentrada num extremo da junta.

Por fim, a figura (d) apresenta o arrancamento, que consiste no aparecimento de uma

elevada tensão na zona limite da junta que, por sua vez, tem de ser flexível.


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Os adesivos estruturais resistem, com um grau elevado, a estas várias formas de

solicitação que podem sofrer os materiais que foram unidos. Isto deve-se à natureza

do material e à capacidade que este tem de distribuir as cargas e tensões actuantes

sobre a área total da união em vez de concentrá-las. Como por exemplo, este tipo de

adesivos pode ser submetido a tensões de cisalhamento muito próximas à tensão de

ruptura por longos períodos de tempo sem ocorrer uma falha na junta adesiva.

Tabela 3 - Comparação entre os vários adesivos estruturais quanto à sua

resistência e tensões (Ref. [1])

Propriedades

dos Adesivos

Estruturais Epóxi Poliuretano

Acrílico

modificado Cianoacrilato Anaeróbico

Resistência ao

Impacto

baixa excelente boa baixa regular

Tensão de

Cisalhamento

(MPa)

15,4 15,4 25,9 18,9 17,5

Tensão de

Arrancamento

(N/m)

< 525 14.000 5.250 < 525 1.750

De acordo com os tipos de fadiga apresentados, pode-se afirmar que a resistência

ao cisalhamento é muito maior que a resistência à tracção, à clivagem e ao

arrancamento. Assim, deve-se enfatizar os esforços de cisalhamento quando se

projecta uma junta adesiva de modo a obter uma máxima resistência. Deste modo, os

bons desenhos de juntas adesivas tentam distribuir as cargas impostas na camada

adesiva como uma combinação de tensões de cisalhamento e de compressão, fugindo

da tracção, da clivagem e do arrancamento na medida do possível. Na ilustração 1

apresentam-se bons (“Good designs”) e maus (“Poor designs”) exemplos de desenhos

de juntas.


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Figura 4 – Exemplos de desenhos de juntas (Ref. [4])


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2.5 Tipos de Adesivos Estruturais

Tabela 4 - Características de diferentes adesivos (Ref. [2])

Os adesivos estruturais do tipo epóxido constituem, actualmente, a base daquilo

que é usado na indústria aeronáutica. É um tipo de adesivo muito versátil no que à

formulação diz respeito.

Os adesivos epóxidos são com maior frequência utilizados na colagem estrutural

de componentes, por apresentarem uma elevada resistência a diversos factores. Estes

adesivos apresentam propriedades mecânicas muito favoráveis no que diz respeito a

resistência de tracção, corte ou mesmo resistência química (óleos, solventes, etc…).


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Essa resistência conduz a uma elevada durabilidade. Além disso, todo o processo de

cura é bastante simples e versátil (não há recurso a água ou outros produtos voláteis,

baixo grau de deformação, pode ser realizado a diversas gamas de temperaturas e

pode ser rápido ou lento).

As juntas adesivas deste material produzem um resultado bastante coeso, mesmo

entre superfícies irregulares e de diferentes materiais (entre metal, pedra, vidro,

madeira e alguns plásticos) sem ser necessário recorrer à aplicação de qualquer tipo de

pressão durante a cura.

A versatilidade dos epóxidos permite variar diversas propriedades no adesivo

conforme a sua aplicação. Entre elas está o nível de flexibilidade/rigidez do sistema

(por exemplo: um adesivo mais rígido serve para solicitações mecânicas de corte e

tracção; soluções mais flexíveis garantem uma maior resistência à temperatura).

A modificação dos Epóxidos através da adição de outras resinas (como

poliamida, fenólicas, polisulfido, etc) ou de elastómeros (silicone, poliuretano, nitrilo,

etc), leva a necessidade de separar os epóxidos em 4 grandes grupos.

Tabela 5 – Tipos de Epóxidos

Epóxido-Fenólico Elevada estabilidade e resistência ao corte a elevadas

temperaturas

Resistências de clivagem e arrancamento inferiores

aos outros.

Cura é feita sob acção da pressão a temperaturas de

170oC

Epóxido-Polisulfido Grande versatilidade

Usados nas juntas de materiais com características

térmicas diferentes

Boa resistência ao meio ambiente, a vibrações e

choques


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Epóxido-Poliamida Agente flexibilizante e endurecedor

Processo de cura longo (12 a 16h) e realizado á

temperatura ambiente

Sub-grupo epóxido-nylon especialmente concebiido

para a industria aeronáutica devido á sua elevada

resistência ao arrancamento

Epóxido-Nitrilo Boa resistência ao arrancamento

Existe sob forma de filmes e pode ser aplicado numa

vasta gama de temperaturas (-55 a 120oC)

Aplicado na construção e manutenção de aviões

comerciais a jacto

Quando se fala no mercado de adesivos estruturais na indústria aeronáutica,

podemos constatar que existem entidades reguladoras de certificação que definem

normas de segurança e que sujeitam cada tipo de junta a testes rigorosos. Exemplo

disso é um documento retirado do website de uma empresa brasileira de adesivos

(A&S: Adesivos e Vedantes, http://www.adesivoseselantes.com.br/edicao30_

adesivos.asp) do qual extraímos um excerto: “Richard Weiss, gerente de

desenvolvimento de mercado e vendas para a América do Sul e Central da PPG

Aerospace PRC-DeSoto, diz que na indústria aeroespacial os selantes devem passar

por especificações técnicas bem rígidas. „Cada tipo de aplicação de selante passa por

rigorosos testes específicos‟, garante.”

Aplicações dos adesivos nos aviões:

Reforço estrutural

Colagem de vidros em geral (através de poliuretano)

Chassis (desde o corpo do avião até às asas)

Componentes internos (essencialmente mecânicos)

Fuselagem

Trem de aterragem

http://www.adesivoseselantes.com.br/edicao30_%20adesivos.asp

http://www.adesivoseselantes.com.br/edicao30_%20adesivos.asp


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3 Conclusões

Os adesivos estruturais são um tipo de ligação que veio para ficar. É uma área

ainda de bastante desenvolvimento e que no futuro pode vir a substituir de uma forma

quase total todas as juntas que ainda usam soldaduras e outros processos idênticos. É

uma área muito promissora, no que à investigação diz respeito, mas que aos poucos

vai marcando cada vez mais presença em construções mecânicas e estruturais (de que

também são caso os aviões).

No que diz respeito aos epóxidos (o tipo de adesivo mais referenciado e, na

realidade com mais aplicações no dia-a-dia), a sua versatilidade de configurações

torna viável que seja possível encontrar adesivos com características únicas, para

problemas singulares. Tudo é uma questão de investigação. Isto revela que o campo

de aplicação dos adesivos estruturais está longe de ser limitado, por enquanto.


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Bibliografia

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Documents

Guião de Relatório de Projecto / Estágioprojfeup/cd_2010_11/files/MMM516_relatorio.pdf · As juntas adesivas e o seu comportamento são ainda actualmente alvos de profundas investigações