Avaliação da resistência a compressão de juntas coladas. com adesivo estrutural uretânico em comparação a juntas

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1 Avaliação da resistência a compressão de juntas coladas com adesivo estrutural uretânico em comparação a juntas fixadas mecanicamente Josué Garcia Quini a, Gerson Marinucci b a Masterpol Tecnologia em Adesivos Ltda b IPEN/CNEN-SP josue@masterpol.com.br Resumo Na indústria de compósitos é comum surgir o questionamento entre fixação mecânica versus união com adesivos estruturais. Já são bem conhecidos os benefícios e dificuldades de ambos os sistemas e por vezes os dois coexistem em uma junta. Neste trabalho foram analisados os dois sistemas mediante ensaio de resistência a compressão de juntas coladas e fixadas mecanicamente e comparado o efeito de cada um deles,. A conclusão obtida foi que embora a junta somente colada apresente melhor resultado, a junta colada e fixada mecanicamente foi escolhida devido a fatores de processamento industrial. 1. Introdução O uso dos adesivos estruturais já é bastante conhecido na indústria nacional de compósitos, principalmente no mercado automotivo, náutico e de peças técnicas. Seu uso permitiu fabricar peças ou componentes sem o aparente destaque dos fixadores, como por exemplo, rebites e parafusos, de modo que as áreas coladas não interfiram na estética da peça, além dos benefícios de distribuição de cargas uniformemente, redução de peso e aumento de resistência [1,2]. Em muitas aplicações, cada tipo de fixação encontra uma utilização específica, contudo a união com adesivos estruturais 1

2 possibilita a montagem de estruturas com diferentes materiais, compósitos, poliméricos e metálicos; formando uma estrutura monolítica onde a resistência mecânica do conjunto depende muito mais das propriedades mecânicas dos materiais do que do adesivo empregado [3,4,5]. Diante disso era de se esperar que o uso de fixadores mecânicos perdesse espaço para o uso de adesivos estruturais, contudo observa-se que os dois sistemas podem ser empregados simultaneamente, formando um sistema duplo de fixação, ou seja, a mesma junta sendo colada com adesivo estrutural e fixada com fixadores mecânicos. Isto ocorre especialmente em peças de grande porte e devido a complexidade de montagem da uma peça, onde muitos elementos precisam ser montados em série e os gabaritos de colagem não atendem a demanda de produção. Outras vezes o sistema duplo de fixação é utilizado como uma espécie de dupla garantia da junta, pois havendo falha no processo de colagem a fixação suportaria os esforços mecânicos e vice versa. No presente trabalho são avaliadas as resistências de juntas coladas, fixadas com parafusos e com o sistema duplo de fixação, analisando-se qual fixação apresenta o melhor desempenho. Estas juntas fazem parte de uma estrutura em compósitos de grande porte, montada em módulos, que pode chegar até 12m de altura, utilizada para suportar equipamentos industriais de elevado peso. Os parâmetros de resistência da junta são importantíssimos para os cálculos de dimensionamento de projeto. 2. Materiais e métodos O adesivo utilizado para o estudo foi o Masterpur Estrutural 5000, um adesivo de poliuretano, produzido pela Masterpol Tecnologia em Adesivos Ltda, bicomponente e aplicado com equipamento pneumático dosador e misturador estático. 2

3 Os substratos utilizados foram perfis pultrudados de poliéster com fibra de vidro e placas de BMC. Dois tipos de parafusos forma usados, um autobrocante de aço carbono e outro de aço inox com porca e arruela. As juntas foram montadas industrialmente e representam uma parte da estrutura, conforme desenho da Figura 1. O processo de montagem consiste em cortar os perfis e placas nas dimensões definidas em desenho, proceder lixamento das áreas a serem coladas com lixa para ferro malha 50 e limpeza com álcool isopropílico, efetuar a furação com furadeira elétrica, aplicar o adesivo Masterpur Estrutural 5000 e manter o conjunto imóvel em um gabarito de colagem até a cura do adesivo. Figura 1 Desenho da montagem dos corpos de prova Nota: os desenhos correspondem ao modelo de corpo de prova utilizado igualmente na confecção de todos os testes. Os tipos de corpos de prova variam apenas em função do uso de adesivo e fixadores mecânicos. 3

4 Após 48h a temperatura ambiente, tempo para a cura do adesivo, foram ensaiados 3 corpos-de-prova na resistência a compressão, utilizando-se um dinamômetro, com velocidade de 10mm/min, a resistência máxima de compressão foi anotada para comparação com os diferentes corpos de prova. 3. Resultados e Discussão Os resultados obtidos encontram-se na Tabela 1. Tabela 1 Resistência a compressão de juntas coladas Corpo de prova Resistência a compressão kgf Forma de ruptura 01 Somente colados com ME Ruptura do 02 - Somente colados com ME BMC 03 - Somente colados com ME Média Colados com ME 5000 com parafuso auto brocante 847 Ruptura do 02 - Colados com ME 5000 com parafuso auto brocante 780 BMC + perfil 03 - Colados com ME 5000 com parafuso auto brocante 797 pultrudado Média Colados com ME 5000 com parafuso porca e arruela 736 Ruptura do 02 - Colados com ME 5000 com parafuso porca e arruela 855 BMC + perfil 03 - Colados com ME 5000 com parafuso porca e arruela 880 pultrudado Média 824 Na Figura 2 estão apresentados todos os corpos de prova colados após ensaio. 4

5 a) b) c) Figura 2 Fotos dos corpos de prova após ensaio de compressão a) Série superior: Corpos de prova apenas colados com Masterpur Estrutural 5000 b) Série do meio: Corpos de prova colados com Masterpur Estrutural 5000 e com parafuso autobrocante c) Série inferior: Corpos de prova colados com Masterpur Estrutural 5000 e com parafuso com porca e arruela Os resultados obtidos foram próximos nas três condições de colagem. A fixação mecânica com parafuso autobrocante reduziu a capacidade de carga da junta em 7,5% em relação a junta somente colada. Na junta fixada com parafuso, porca e arruela a redução da capacidade de esforço foi de 5,7%. A ruptura conjunta do BMC e do perfil pultrudado nos corpos de prova colados e reforçados com fixação mecânica contribuiu para a redução da capacidade de carga destas. Isto pode ser entendido pela concentração de tensão nos pontos onde houve fixação mecânica. Nas Figuras 3 a 5 observam-se com mais detalhes os corpos de prova ensaiados que foram apenas colados com Masterpur Estrutural

6 Figura 3 - CP1 - Ruptura da junta somente colada Figura 4 - CP2 - Ruptura da junta somente colada Figura 5 - CP3 - Ruptura da junta somente colada 6

7 As Figuras 6 a 8 correspondem aos corpos de prova colados com Masterpur Estrutural 5000 e fixados com parafuso autobrocante Figura 6 - CP1 - autobrocante Ruptura da junta colada e com parafuso Figura 7 - CP2 - autobrocante Ruptura da junta colada e com parafuso Figura 8 - CP3 - autobrocante Ruptura da junta colada e com parafuso 7

8 As Figuras 9 a 11 correspondem aos corpos de prova colados com Masterpur Estrutural 5000 e fixados com parafuso porca e arruela Figura 9 - CP1 - Ruptura da junta colada e com parafuso, porca e arruela Figura 10 - CP2 - Ruptura da junta colada e com parafuso, porca e arruela Figura 11 - CP3 - Ruptura da junta colada e com parafuso, porca e arruela 8

9 Para efeito de estudo comparativo, também foram ensaiados corpos de prova sem aplicação de adesivo, apenas com fixadores mecânicos e os resultados estão na Tabela 2. Tabela 2 Resistência a compressão de juntas sem adesivo. Corpo de prova Resistência a compressão kgf Forma de ruptura 01 Sem colagem, apenas com parafuso auto brocante 543 Ruptura 02 Sem colagem, apenas com parafuso auto brocante 466 do BMC 03 Sem colagem, apenas com parafuso auto brocante 493 Média Sem colagem, apenas com parafuso porca e arruela 630 Ruptura 02 - Sem colagem, apenas com parafuso porca e arruela 533 do BMC 03 -Sem colagem, apenas com parafuso porca e arruela 542 Média 568 Comparando-se a resistência das juntas coladas com as apenas fixadas com parafusos, observa-se uma redução respectivamente de 42,7% na utilização de parafuso autobrocante e de 35% com parafuso com porca e arruela. 4. Conclusão Diante dos resultados obtidos, tem-se que a maior resistência de uma junta ocorre quando ela é apenas colada com adesivo estrutural, sendo que os fixadores mecânicos representam elementos de redução da resistência final da junta. Contudo, os fixadores mecânicos desempenham uma função importante no processo de montagem das juntas, pois a estrutura contém 6 juntas e os fixadores também têm a função de auxiliar no posicionamento e montagem. Sendo assim, o processo de fabricação destas juntas foi mantido com o sistema de dupla fixação pelos seguintes motivos: _auxilio no processo de montagem industrial; _grande aumento da resistência da junta quando utilizado adesivo em comparação aquelas sem adesivo; 9

10 _pequena redução da resistência final da junta quando usados fixadores mecânicos; _maior segurança na montagem em caso de falha de algum processo. Referências Bibliográficas 1. Baldan, A., J Mater Sci, v.39, p , QUINI, J.G.; MARINUCCI, G. Materials Research, Polyurethane Structural Adhesives Applied in Automotive Composite Joints, 2002, 15(3): Stewart, R., Goodship, V., Guild, F., Green, M., Farrow, F., Int J Adhesion and Adhesives, v.25, p , COGNARD, P. Handbook of adhesives and sealants, 1.ed, v. 2, Versailles, France, Elsevier, QUINI, J.G., Adesivos estruturais uretânicos aplicados a combinações de compósitos, plásticos e metais., Tese de doutorado, USP/IPEN, São Paulo, 2011, p