Caracterização do comportamento mecânico de adesivos epóxidos

Abstract

As aplicações das ligações coladas estão a ter um crescimento exponencial numa grande variedade de indústrias devido à evolução nas características dos adesivos e ao melhor conhecimento do comportamento das ligações. Todavia, apesar da vasta investigação e dos progressos na análise de tensões, não existem ainda critérios de rotura de juntas adesivas universalmente aceites. Não obstante, a determinação das propriedades do adesivo é fundamental para o projecto de ligações coladas. O objectivo principal deste trabalho foi precisamente a determinação das propriedades mecânicas principais de três adesivos epóxidos. Para tal realizaram-se ensaios de tracção e de compressão de provetes maciços, ensaios de corte de juntas de sobreposição simples com aderentes espessos e ensaios de tracção de juntas topo-a-topo. Os provetes maciços de tracção foram obtidos por vazamento em molde com desgasificação por vácuo ou após mistura dos componentes do adesivo em recipiente quente, método que foi desenvolvido no decorrer deste trabalho. O primeiro método não foi eficaz na remoção de bolhas de ar, enquanto que o segundo permitiu obter provetes isentos de bolhas em dois adesivos. Verificou- se que a presença de bolhas afectou sobretudo a deformação de rotura. Os módulos, tensões e deformações de rotura medidos foram superiores aos das fichas de dados dos fornecedores e de estudos publicados. Como é habitual nos materiais poliméricos, as tensões de rotura à compressão foram bastantes superiores às de tracção. As tensões de rotura ao corte, medidas com uma nova configuração do ensaio de aderentes espessos, superaram os valores das fichas de dados dos fornecedores. Por seu turno, as tensões de rotura obtidas nos ensaios de tracção de juntas topo-a-topo foram semelhantes às tensões de rotura à tracção de provetes maciços, excepto para um adesivo dúctil. Isto explica-se pela natureza dos adesivos e pelos modos de rotura à luz de análises de tensões publicadas. Finalmente, as dificuldades surgidas neste estudo indicam a necessidade de tratar os seguintes pontos em trabalhos futuros: realizar análises de elementos finitos do ensaio de corte para determinar as curvas tensão-deformação dos adesivos, desenvolver métodos de fabrico de provetes maciços para ensaios de compressão isentos de bolhas e usar tratamentos superficiais mais elaborados para os substratos das juntas de alguns adesivos.

ABSTRACT: Owing to the evolution in adhesive properties and to a better knowledge of joint behaviour, adhesive joint applications have increased significantly. However, despite numerous studies, universal joint failure criteria remain unavailable. Nevertheless, measurement of adhesive properties is essential for the design of adhesive joints. The main objective of the present work was precisely to evaluate the main mechanical properties of three epoxy adhesives. This involved tensile and compressive tests on bulk specimens, thick-adherend shear tests and butt joint tensile tests. Tensile test bulk specimens were obtained by vacuum release or by pre-mixing the adhesive components in a hot beaker before casting into the mould. The first method was not effective in preventing specimen porosities. The second one, which was developed in this work, did avoid porosities in two of the adhesives. Porosities were seen to affect essentially failure strains. Measured moduli, strengths and failure strains were higher than those reported in supplier’s datasheets and published studies. As usual in polymers, compressive strengths were significantly above tensile strengths. Shear strengths measured with a new configuration of the thickadherend test were higher than the ones reported in supplier’s datasheets. Butt joint tensile strengths were similar to bulk specimen tensile strengths, except for one of the adhesives. This can be explained by the adhesive ductility and joint failure mode in the light of published stress analyses. Finally, given the difficulties encountered in this work, the following issues should be addressed in future studies: conduct finite element analyses of the thick-adherend shear test in order to compute the adhesive stress-strain curves, develop manufacturing techniques to obtain porosity-free bulk compression test specimens and to use more elaborate surface preparation techniques for some adhesive joints.