Introdução às Ligações Adesivas Estruturais

Sinopse

A presente obra é proposta como uma ferramenta de suporte ao ensino e aprendizagem do tema das ligações adesivas estruturais, uma tecnologia de importância crescente e que começa agora a encontrar lugar em cursos de Engenharia Mecânica. O texto serve como uma primeira e concisa abordagem ao assunto das ligações adesivas, debruçando-se sobre os conceitos teóricos de base sobre o tema, sem descurar a importante componente prática, com exemplos de processos de fabrico, procedimentos de ensaio e metodologias de projeto, sempre suportados em figuras exemplificativas.
Esta obra está dividida em nove capítulos, incluindo a teoria da adesão, tratamentos superficiais, seleção de adesivos, processos de manufatura, controlo de qualidade, saúde e segurança, projeto e durabilidade.

Índice

PREFÁCIO

1. INTRODUÇÃO ÀS LIGAÇÕES ADESIVAS
1.1. Definição de conceitos básicos
1.2. Contextualização histórica
1.3. Principais características das ligações adesivas
1.3.1. Vantagens das juntas adesivas
1.3.2. Limitações das juntas adesivas
1.4 Exemplos de aplicações de juntas adesivas
1.4.1. Indústria automóvel e ferrovia
1.4.2. Indústria aeronáutica e aeroespacial
1.4.3. Indústria naval
1.4.4. Construção civil
1.4.5. Calçado

2. TEORIA DA ADESÃO
2.1. Forças de adesão
2.2. Molhagem
2.3. Teorias da adesão
2.3.1. Teoria mecânica
2.3.2. Teoria da adsorção física e química

3 PREPARAÇÃO SUPERFICIAL
3.1. Seleção de um tratamento de preparação superficial
3.2. Processos de tratamento superficial
3.2.1. Processos passivos
3.2.1.1. Limpeza química
3.2.1.2. Processo de abrasão
3.2.1.3. Granalhagem
3.2.2. Processos ativos
3.2.2.1. Processo de tratamento ativo de metais
3.2.2.2. Processos de tratamento ativo de polímeros
4. SELEÇÃO DE ADESIVOS E PRINCIPAIS FAMÍLIAS DE ADESIVOS
4.1. Estrutura molecular
4.2. Forma física
4.3. Desempenho mecânico
4.4. Método de endurecimento ou implementação
4.4.1. Endurecimento por reação química
4.4.2. Endurecimento por processos físicos
4.5. Composição química
4.5.1. Adesivos estruturais
4.5.1.1. Epóxidos
4.5.1.2. Poliuretanos
4.5.1.3. Acrílicos
4.5.2. Comparação do desempenho dos diferentes adesivos estruturais
4.6. Processo de seleção de adesivos
4.6.1. Ensaios de caraterização mecânica
4.6.1.1. Ensaio de tração e compressão
4.6.1.2. Ensaio ao corte
4.6.1.3. Energia de fratura
4.7. Influência da temperatura
4.8. Efeito da humidade
4.9. Efeito da taxa de deformação

5. PROCESSOS DE MANUFATURA DE JUNTAS ADESIVAS
5.1. Armazenamento
5.1.1. Tempo de armazenamento
5.2. Doseamento e mistura de adesivos
5.2.1. Doseamento de adesivos
5.2.2. Mistura
5.3. Processo de aplicação de adesivos e a influência da sua forma física
5.4. Montagem e fixação de juntas adesivas
5.4.1. Controlo da espessura
5.4.2. Montagem da junta
5.5. Endurecimento do adesivo
5.5.1. Processos de cura por aplicação de calor

6. CONTROLO DE QUALIDADE
6.1. Controlo das matérias primas
6.1.1. Controlo das propriedades mecânicas e físicas
6.1.1.1. Determinação da temperatura de transição vítrea
6.1.2. Controlo da energia superficial
6.2. Controlo da manufatura de juntas adesivas
6.3. Controlo de estruturas coladas
6.3.1. Tipos de defeitos presentes em juntas adesivas
6.3.2. Testes destrutivos
6.3.2.1. Ensaios em componentes (proof tests)
6.3.2.2. Análise fractográfica
6.3.3. Testes não destrutivos
6.3.3.1. Teste de batimento
6.3.3.2. Ultrassons
6.3.3.3. Emissão acústica

7. SAÚDE E SEGURANÇA
7.1. Precauções gerais para o manuseamento de adesivos
7.1.1. Equipamento de proteção individual
7.2. Perigos associados aos tipos de adesivos mais comuns
7.2.1.1. Epóxidos
7.2.1.2. Poliuretanos
7.2.1.3. Acrílicos
7.3. Precauções com processos de preparação de superfície

8. PROJETO DE JUNTAS ADESIVAS
8.1. Carregamentos típicos de juntas adesivas
8.2. Principais configurações geométricas de juntas adesivas
8.2.1. Modos de falha de juntas adesivas e a sua influência no processo de projeto
8.2.1.1. Falha adesiva
8.2.1.2. Falha coesiva no adesivo
8.2.1.3. Falha coesiva no aderente
8.3. Previsão de forças de rotura de juntas adesivas
8.3.1. Previsão de forças de rotura usando métodos analíticos
8.3.2. Volkersen
8.3.3. Goland e Reissner
8.3.4. Hart-Smith
8.4. Critérios de rotura
8.4.1. Falha no adesivo
8.4.1.1. Cedência generalizada do adesivo
8.4.2. Falha nos substratos
8.4.2.1. Cedência dos substratos
8.4.2.2. Modelo de Adams
8.4.2.3. Rotura interlaminar de substratos compósitos
8.5. Previsão de forças de rotura usando métodos numéricos
8.6. Parâmetros com efeito no desempenho mecânico das juntas adesivas
8.6.1. Efeito da espessura da camada adesiva
8.6.2. Efeito do comprimento de sobreposição
8.6.2.1. Comprimento de sobreposição e resistência dos adesivos
8.6.2.2. Comprimento de sobreposição e resistência dos substrato
8.6.3. Substratos de material compósito
8.6.4. Efeito da temperatura e das tensões térmicas
8.7. Otimização do desempenho de juntas adesivas
8.7.1. Uso de filetes de adesivo e modificações dos substratos
8.7.2. Juntas adesivas mistas
8.7.3. Juntas adesivas híbridas
8.7.4. Uso de reforços localizados

9. DURABILIDADE
9.1. Efeitos ambientais
9.1.1. Envelhecimento por absorção de humidade
9.1.2. Temperatura
9.2. Condições de carregamento
9.2.1. Iniciação de dano e curva S-N
9.2.2. Propagação de fenda e Lei de Paris
9.3. Fluência

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ÍNDICE DE FIGURAS

Sobre o Autor

Eduardo A. S. Marques
Investigador contratado pós-doutoral no Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI) e docente convidado no Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP).
Obteve o seu doutoramento na área das ligações adesivas estruturais para aplicações aeroespaciais na FEUP, em 2016, dedicando-se agora a estudar o efeito de elevadas taxas de deformação, temperaturas extremas e elevada humidade relativa no comportamento de diversos materiais e estruturas coladas.

Ricardo J. C. Carbas
Atualmente Investigador pós-doutoral na Unidade de Processos Avançados de Ligação (UPAL), uma unidade de investigação do Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI). Obteve doutoramento em juntas coladas funcionalmente graduadas, pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), em 2013, e realiza regularmente trabalhos de consultoria para empresas nacionais e internacionais.

A. Francisco G. Tenreiro
Doutorando de Engenharia Mecânica, desenvolvendo a sua investigação na área dos ensaios não destrutivos de juntas adesivas. Durante a sua tese de mestrado participou na conceção e desenvolvimento de um novo equipamento de ensaio do tipo barra de Hopkinson para a caracterização de juntas coladas sujeitas a taxas de deformação elevadas. É autor de diversos artigos de investigação neste campo.

Lucas F. M. da Silva
Professor Catedrático no Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) e editor-chefe do The Journal of Adhesion. É o diretor da Unidade de Processos Avançados de Adesão (AJPU) do Instituto de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (INEGI).