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Adesivos em engenhos mecânicos
ADESIVOS ESTRUTURAIS NA
CONSTRUÇÃO DE AVIÕES
Projecto FEUP
Equipa MMM513 Ana Louro
Inês Vicente
Diogo Santos
Luís Máximo
José Amorim
Rodrigo Carvalho
Ano lectivo 2010/2011
MIEM/LCE-EMG
Projecto FEUP (Adesivos Estruturais na construção de aviões)
Equipa MMM513
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Adesivos em engenhos mecânicos
ADESIVOS ESTRUTURAIS NA
CONSTRUÇÃO DE AVIÕES
Projecto FEUP
Equipa MMM513 Ana Louro
Inês Vicente
Diogo Santos
Luís Máximo
José Amorim
Rodrigo Carvalho
Ano lectivo 2010/2011
MIEM/LCE-EMG
Supervisor: António Monteiro Baptista
Monitor: Francisco Duarte
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Palavras-chave: adesivo estrutural; ligação mecânica; substrato; junta.
Resumo: Existem diversas soluções na ligação mecânica de um sistema. Porém, com a
evolução tecnológica surgiram adesivos estruturais. Trata-se de substâncias obtidas em
laboratório que garantem uma adesão forte e segura de diversos componentes. Os
adesivos possuem diversas características e limitações, mas hoje em dia são a tecnologia
utilizada por exemplo na construção de aviões.
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ÍNDICE
Introdução .................................................................................................... 1
Corpo do trabalho ......................................................................................... 3
Tecnologias envolvidas na adesão ............................................................................... 3
Aplicações ..................................................................................................................... 4
Cuidados a ter no fabrico de juntas ............................................................................... 5
Composição química ..................................................................................................... 5
Custos ........................................................................................................................... 6
Substratos ..................................................................................................................... 6
Preparação das superfícies ........................................................................................... 7
Tipos de adesivos ......................................................................................................... 9
Durabilidade .................................................................................................................. 11
Vantagens e desvantagens ........................................................................................... 15
Adesivos estruturais nos aviões .................................................................................... 16
Conclusão .................................................................................................... 18
Bibliografia ................................................................................................... 19
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INTRODUÇÃO
“A tecnologia de ligação por adesivos estruturais é uma tecnologia emergente que
permite solucionar muitos problemas associados às técnicas tradicionais (parafusos,
rebites, soldadura, etc.). A comunidade científica que investiga este tema está em franca
expansão e contam-se inúmeras aplicações práticas, desde as indústrias de ponta
(aeronáutica, por exemplo) até às indústrias mais tradicionais (calçado, móveis, etc.).”
(Lucas, et al.2007)
Um adesivo é uma mistura em estado líquido, ou semi-líquido, que tanto pode ter origem
sintética como natural, com capacidade de aderir fortemente dois substratos ou fluir e
preencher espaços vazios entre as juntas a serem colocadas, diminuindo assim a distância
entre elas gerando interacções entre o adesivo e o substrato.
“O adesivo deve aderir à superfície do material a ser unido, de forma a permitir
transferência de cargas, apresentando coesão e adesão adequadas. A adesão é a força
por unidade de área com a qual o adesivo se liga à superfície, ou seja, é a força de união
entre o adesivo e o substrato. A coesão diz respeito às forças atractivas que surgem entre
moléculas do mesmo tipo, isto é, são as interacções entre as moléculas que as mantêm
unidas, formando um corpo.”
(Carneiro, 2010)
Embora na maioria das vezes os adesivos sejam eficazes e confiram grande resistência
às juntas, uma das principais desvantagens na sua utilização é a de que o processo de
ligação dos materiais não é imediato, uma vez que o adesivo necessita de tempo para
curar.
Já há milhares de anos, as tribos ancestrais utilizavam como adesivos as resinas das
árvores para fabricar armas como lanças feitas de madeira e pedra. Os Egípcios usavam
cola de origem animal no fabrico de mobiliário e papiro e na Europa Medieval as claras do
ovo eram usadas para colar papiros decorativos a superfícies de madeira que funcionavam
como molduras.
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“Em 1973, com a crise do petróleo, desencadearam-se sucessivos aumentos nos preços
das resinas de origem petroquímica, estimulando a pesquisa por novos adesivos
alternativos. Desde então, os adesivos têm sofrido alterações na sua flexibilidade, rigidez,
tempo de cura e resistência química.”
(Grohnmann, 1998).
O estudo da química das macromoléculas avançou consideravelmente apresentando
uma grande variedade de polímeros, com melhores características quanto ao seu aspecto
adesivo, e consequentemente, propiciou grande expansão das indústrias de adesivos à
base de resinas. Devido a este avanço foram encontradas aplicações para os processos
de colagem com as mais variadas finalidades. Tanto a constituição, como a função dos
adesivos têm vindo a sofrer uma grande evolução, e o que outrora era usado na
construção de armas, actualmente tem uma aplicação na aeronáutica.
“Os fabricantes de adesivos estão mais conscientes e cientes do importante papel que
possuem, não só no sentido de melhorar a cada dia a qualidade dos adesivos, mas
principalmente da responsabilidade de torná-los menos tóxicos para o ambiente e para o
ser humano.”
(Adesivo e Selante, 2006)
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CORPO DO TRABALHO
Tecnologias envolvidas na adesão ________________________________
As ligações adesivas são um tema pluridisciplinar que necessita do conhecimento de
diferentes áreas, e para confirmar tal facto basta recordar o episódio de Daedalus e Icarus
em que a tentativa de fuga do filho com umas asas, projectadas pelo pai, foi um total
fracasso já que a cera usada para colar as penas do engenho não resistiu às elevadas
temperaturas e humidade do ar. Através deste exemplo torna-se perceptível não só a
necessidade de estudar o material onde é aplicado o adesivo mas também as condições a
que este pode estar sujeito. No entanto, é evidente que erros desta ordem são totalmente
impensáveis visto ter havido um enorme aperfeiçoamento deste tipo de substância ao
longo dos tempos.
Para a melhor compreensão de toda a “ciência da adesão” é necessário recorrer às
ciências primárias como a física, química e mecânica que por sua vez se interligam dando
origem às disciplinas de ciência das superfícies, materiais poliméricos e projecto da junta.
Cada uma destas áreas contribui de forma muito significativa na “ciência da adesão” e na
forma como esta é aplicada na indústria. É essencial estabelecer esta interligação de modo
a garantir o sucesso da adesão e o total conhecimento do processo.
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Aplicações ____________________________________________________
Os adesivos estruturais são utilizados quando é necessário unir peças rígidas de uma
forma muito resistente. Têm a capacidade de ligar diversos materiais como por exemplo,
vidro, metal, cerâmica, madeira ou plástico, o que os torna quase perfeitos na construção
de vários meios de transporte como automóveis, aeronaves e embarcações.
Estes adesivos já são utilizados há muito tempo na construção de aviões uma vez que
são uma excelente alternativa aos fixadores mecânicos como os rebites. Antes desta
descoberta a quantidade de rebites que aparafusavam o corpo dum avião eram imensas,
mas agora quase não são utilizados para esse fim.
Com o objectivo de tornar o avião mais leve e mantendo ou melhorando a resistência
dos seus componentes estas colas têm vindo a ser mais utilizadas.
Figura 1 - Comparação de uma superfície rebitada com juntas unidas com adesivos
Figura 2 - Distribuição geral dos adesivos num avião
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Cuidados a ter no fabrico de juntas ________________________________
Para a ligação de dois componentes ser perfeita é necessário realizar certas operações.
A primeira consiste em obter uma superfície apropriada, ou
seja, uma área sem corpos estranhos (poeiras, água, gordura)
que iriam ser obstáculos à aproximação dos dois materiais.
A segunda baseia-se em aplicar o adesivo tendo em atenção
alguns princípios básicos:
Uma vez que os materiais têm grande resistência, é o adesivo
que se liga às rugosidades da superfície aderente,
precisando assim de possuir uma boa fluidez.
Ao unir as duas superfícies deve-se evitar a formação de bolhas de ar, aumentando
assim os pontos de contacto entre os dois componentes.
Composição química ____________________________________________
O processo de cura nestes adesivos caracteriza-se por ser realizado devido à adição de
agentes de polimerização.
Estes geram radicais livres, que rapidamente dão inicio à formação de cadeias. Este tipo
de cura (poliadição) permite que haja movimento relativo entre os substratos, por um certo
tempo, mesmo após a montagem dos substratos com o adesivo. Assim, esta característica
torna este método mais vantajoso, uma vez que é possível mover os substratos sem
comprometer as propriedades finais do adesivo.
Figura 4 - Exemplos de polímeros Figura 5 - Gráfico do grau de cura em função do tempo
Figura 3 - Esquema da adesão/coesão
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Custos________________________________________________________
Quando avaliamos o uso de adesivos estruturais em termos de custos, deve-se ter em
conta que não se trata apenas do preço do adesivo em si, mas também os custos de
tempo, equipamentos e também de possíveis juntas defeituosas.
O preço por litro dos adesivos varia desde as dezenas de euros até centenas. Depende
das condições a que está preparado para suportar e da forma em que se apresenta (pó,
líquidos, etc.) No caso dos adesivos sobre a forma de filme/pó, indirectamente associa-se
o custo do processamento.
Substratos ____________________________________________________
Os adesivos podem ser classificados de acordo com a sua aplicação. Assim, adesivos
para metais, madeira, vinilo, referem-se ao tipo de substrato para o qual são melhor
adaptados. Do mesmo modo, adesivos resistentes aos ácidos, ao calor e ao meio
ambiente indicam os meios para os quais são mais indicados. Os adesivos são geralmente
classificados de acordo com a sua aplicação ou com a sua composição química.
O pré-tratamento correcto das superfícies é necessário para que ocorra uma óptima
adesão e o substrato possa envolver as seguintes operações: desengorduramento,
abrasão mecânica, ionização das superfícies e aplicação de primários.
Desengorduramento das superfícies a serem aderidas
A remoção completa de óleo, massa, poeira e outros resíduos das superfícies é exigida
para a melhor união possível do adesivo. Os solventes que evaporam sem resíduos são
adequados para isso. No caso das superfícies de ferro fundido de cor acinzentada, é
necessária a limpeza mecânica adicional para remover a grafite da área superficial.
Abrasão mecânica
As superfícies metálicas manchadas são frequentemente cobertas de óxido que não
pode ser removido pelo desengorduramento. Nesses casos o pré-tratamento das
superfícies pode ser efectuado por meio de lixamento ou com uma escova provida de
cerdas metálicas.
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O lixamento promove uma boa rugosidade superficial. Nesse caso, é importante utilizar
uma lixa com aspereza adequada. Por exemplo, para o alumínio o grão da lixa deve estar
compreendido entre 300 a 600. Trata-se de um grão ultra fino. Para o aço recomenda-se
uma lixa com grão 100, ou seja, uma lixa com grão fino. Peças muito sujas devem ser
desengorduradas antes do tratamento mecânico para garantir que os abrasivos utilizados
na lixa não venham contaminar as superfícies que estão a ser limpas.
Ionização das superfícies
O pré-tratamento das superfícies muda a sua polaridade e a sua energia. Dependendo
do material, da geometria da peça de trabalho, da sequência da produção e do número de
peças, a ionização pode ser efectuada por chama, pelo processo corona ou por plasma de
baixa pressão.
Primários
Primários são revestimentos aplicados a uma superfície, antes da aplicação de um
adesivo, para melhorar o desempenho de uma adesão.
Uma vantagem importante dos primários, comparado aos outros métodos de pré-
tratamento de ionização, consiste na sua forma simples de utilização. Ele é vaporizado ou
pincelado sobre os substratos com uma camada tão fina quanto possível.
Após um breve período de secagem (10 a 60 s), o adesivo é aplicado normalmente.
Preparação das superfícies ______________________________________
Após a preparação da superfície, os substratos podem necessitar de ser armazenados
antes da colagem. Tempos de armazenamento típicos para vários metais sujeitos a
diferentes tratamentos são apresentados na tabela.
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Tabela 1 - Tempo máximo de exposição de diversas superfícies
Tratamento da superfície Tempo máximo de exposição
Nenhum 1-2 h
Desengordurante com solvente 1-2 h
Desengordurante em vapor 1-2 h
Grenalhagem seca (aço) 4 h
Grenalhagem húmida (aço) 8 h
Grenalhagem húmida (alumínio) 72 h
Ataque químico por ácido crómico (alumínio) 6 dias
Ataque químico por ácido sulfúrico (aço inoxidável) 10 dias
Anodização (alumínio) 30 dias
O tempo máximo permitido entre o tratamento superficial e a aplicação do adesivo
depende de como a superfície se vai alterar no meio ambiente da oficina e da adesão dos
produtos formados à superfície. Por exemplo, após contacto da superfície de cobre com o
ambiente, forma-se rapidamente um óxido que é muito fracamente ligado à superfície. Por
outro lado, no caso dos alumínios, o óxido formado tem muito boa adesão com o metal
base e não causa grandes problemas. Algumas superfícies poliméricas perdem a sua
eficácia muito rapidamente devido à grande “actividade” superficial das moléculas do
polímero. De uma maneira geral, os metais têm uma pequena vida de armazenamento e
devem ser usados o mais rapidamente possível após a preparação da superfície.
Se um armazenamento prolongado for necessário, pode-se resolver o problema de três
formas:
1. Colocar as partes num recipiente de ambiente controlado;
2. Usar uma protecção “mecânica” constituindo num filme (em geral polímero) na
superfície;
3. Revestir as partes a colar com um primário após a preparação da superfície.
O primário protege a superfície tratada e interage depois com o adesivo. Muitos
primários são vendidos em conjunto com o adesivo para esse efeito. Alguns também
aumentam a resistência à corrosão e continuam assim a proteger a superfície quando
posta em serviço.
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Tipos de adesivos ______________________________________________
No mundo actual, o uso de adesivos é fundamental. Estes estão por toda a parte e
existem inúmeros tipos de adesivos, cada um usado para uma certa aplicação. Nem todos
os adesivos têm a mesma resistência e por isso, cada material e condições a que será
sujeito são parâmetros a ter em conta na sua escolha. Alguns tipos de adesivos estruturais
são descritos a seguir.
Epóxidos
Epóxidos surgiram no campo comercial em 1946. A sua capacidade de se adaptar a
diversos substratos torna este adesivo muito versátil e, actualmente são muito utilizados
tanto no ramo automóvel como no ramo aeronáutico.
Os epóxidos comerciais têm dois constituintes que os tornam muito resistentes: uma
resina epóxida e um endurecedor.
(Silva, 2007)
Acrílicos
O adesivo acrílico é um epóxido de alta resistência feito por polimerização de ácidos
acrílico ou metacrílico através de uma reacção com um catalisador, sendo um dos mais
utilizados no sector industrial devido à sua aplicabilidade. Liga-se a quase todos os
materiais, incluindo madeira, plásticos, grande parte dos metais, cerâmica, borracha, vidro
e até mesmo superfícies oleosas. A ligação é rápida à temperatura ambiente, e é
altamente resistente a produtos químicos, condições ambientais e em situações de
humidade.
Os adesivos acrílicos são usados na indústria da construção para unir duas superfícies,
formando uma vedação hidráulica. Oferece também um bom amortecimento de vibrações,
é anti-ruído, suporta o alterações de temperatura e mantém a sua ligação quando exposto
à água. Quando usado durante um processo de fabricação industrial, o emprego do acrílico
é um método eficaz de redução do custo de adesão, pois não necessita de calor para a
cura e, portanto, não necessita de um sistema de um aquecimento, que tornaria o
processo dispendioso.
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Os adesivos acrílicos são usados apenas para adesão permanente, ou seja, uma vez
curada, a remoção torna-se mais difícil, demorada e pode danificar a superfície, no
entanto, a adesão é permanente e forte.
Poliuretanos
Inicialmente desenvolvido como um substituto da borracha, no início da Segunda Guerra
Mundial, o poliuretano é utilizado em diversas áreas. Apresenta, devido á baixa
condutividade térmica do gás que se encontra retido no interior das células assim como à
estrutura fechada destas, um isolamento térmico e resistência à água excelentes.
Apresenta ainda resistência à humidade, fazendo com que as suas características sejam
mantidas por mais tempo. Para além de possuir resistência a altas temperaturas, este
material tem também características de isolamento pois combinado com outros materiais
diminui a transmissão de ruído, amortização das vibrações e elimina ressonâncias.
Hot-melts
Os adesivos hot-melt são materiais termoplásticos, 100% sólidos, que formam uma
ligação forte rapidamente, apenas por arrefecimento ligeiro e são compatíveis com a
maioria dos materiais. Em geral, os adesivos hot-melt são menos sensíveis à água que
outros polímeros termoplásticos, e não são afectados pela água ou humidade, embora, se
aplicado a uma superfície húmida ou molhada a ligação pode ser fraca.
Estes têm algumas limitações que devem ser reconhecidas. Não podem ser usados com
substratos sensíveis ao calor, os laços adesivo perdem força com altas temperaturas. Por
conseguinte, estes tipos de adesivos são inadequados em situações em que estas
limitações não podem ser evitadas. O adesivo apresenta ainda um custo baixo
comparativamente com outros porém, os equipamentos necessários para a sua aplicação
têm custos elevados e têm de ser capazes de fornecer constantemente calor para que o
adesivo se encontre em condições de ser aplicado.
(PPRC, 1998)
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Poliimidas
As poliimidas, que possuem uma temperatura de transição vítrea mais elevada que a
dos epóxidos, foram desenvolvidas essencialmente pela NASA para a indústria
aeroespacial. Apesar da sua capacidade de aguentar temperaturas mais elevadas, os
elevados custos da sua utilização, assim como a elevada temperatura a que tem de ser
feita a sua cura, faz com que sejam menos utilizadas. As poliimidas podem ser divididas
em dois tipos tendo em conta a sua cura: as que curam por condensação e as que curam
por reacção de adição.
A cura por condensação demora cerca de duas horas e é realizada a altas pressões, até
atingirem a consistência necessária para que se realize posteriormente uma pós-cura sem
pressão e a temperaturas mais elevadas. As poliimidas de condensação são capazes de
suportar temperaturas na ordem dos 250-300ºC no caso de períodos longos e 540ºC se for
por um período curto.
A cura por adição é ligeiramente mais fácil de processar que a de condensação e tolera
durante períodos longos até 250ºC e 300ºC para períodos curtos.
(Silva 2007)
Durabilidade ___________________________________________________
O estudo da durabilidade de juntas adesivas é um assunto de grande importância quer
em termos de utilização a longo prazo quer a nível económico. Normalmente, os adesivos
são alvo de testes de comportamento quando sujeitos a determinados factores como por
exemplo a temperatura e a humidade. Estes testes têm como finalidade avaliar a
durabilidade ou resistência dos materiais ao desgaste resultante da exposição a condições
hostis. Neste capítulo falaremos dos adesivos estruturais relativamente ao seu
comportamento à fadiga, temperatura e humidade.
Fadiga
A fadiga de um material corresponde à degradação que este apresenta quando
exposto, durante um período continuado, a tensões cíclicas. Estas tensões podem levar à
ruptura do material. O fenómeno de fadiga está associado ao aparecimento de fissuras de
pequena dimensão no adesivo.
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Normalmente, considera-se que as juntas adesivas possuem uma boa resistência à
fadiga quando comparadas com outros métodos de ligação como a rebitagem, soldadura
por pontos ou ligações aparafusadas. Isto acontece devido à distribuição de tensões que
se consegue ao longo da junta adesiva.
O conhecimento do comportamento à fadiga passa, muitas vezes, pela realização de
ensaios de fadiga em juntas reais. Existem vários factores apontados como capazes de
influenciar o comportamento das juntas perante este tipo de situação e a tenacidade do
adesivo é um deles. Um adesivo tenaz é benéfico do ponto de vista da fadiga. Este tipo de
adesivo armazena uma maior quantidade de energia sem que isso reflicta uma deformação
excessiva pois essa energia pode ser libertada na parte reversa do ciclo.
A determinação da vida e da resistência de estruturas sujeitas a situações de fadiga é
um aspecto de grande importância no desenho de estruturas económicas e fiáveis. A par
de parâmetros como as cargas esperadas, o meio envolvente, o critério de ruptura e o
comportamento do material, devem estar disponíveis métodos que permitam estimar a
duração do componente com suficiente precisão.
Temperatura
As juntas podem estar expostas a condições extremas de temperatura sendo este um
dos factores que mais interfere no bom desempenho dos adesivos estruturais já que altera
as suas propriedades mecânicas. A tabela seguinte apresenta vários tipos de adesivos
utilizados na aeronáutica com os respectivos valores de resistência mecânica a diferentes
temperaturas.
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Tabela 2 - Diversas tensões de corte
Adesivo
Tensão de corte
(MPa)
-55°C 80°C
Redux 775 20 10
FM47 20 9
AF31 16 14
Redux
308A/NA 30 25
FM73 30 25
AF163-2 30 25
EA9330.1 12 6
SW9323B/A-
150 12 16
Quando sujeitos a temperaturas demasiado elevadas os materiais poliméricos
degradam-se. Se a exposição for por um período curto de tempo, o primeiro efeito
manifesta-se por um aumento da mobilidade molecular que leva o adesivo a apresentar
uma maior tenacidade e uma menor resistência mecânica. No entanto, se a exposição for
prolongada, podem desencadear-se fenómenos de oxidação e pirólise do adesivo e
começam a manifestar-se alterações químicas e/ou físicas.
Muitos adesivos sintéticos degradam-se rapidamente quando expostos a altas
temperaturas. Para resistir a altas temperaturas um adesivo deve apresentar
características específicas tais como um elevado ponto de fusão ou de amolecimento e
resistência à oxidação. Os adesivos termoendurecíveis têm ponto de fusão a uma
temperatura muito elevada, pelo que uma grande maioria pode ser usada a temperaturas
elevadas. Nestes materiais a resistência à oxidação e a pirólise são os principais factores a
considerar.
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A oxidação térmica tem efeitos consideráveis na estabilidade das juntas adesivas uma
vez que inicia um processo de seccionamento da cadeia molecular levando a uma perda
de peso molecular, diminuição de resistência, capacidade de alongamento e tenacidade.
Para melhorar a durabilidade e a resistência a altas temperaturas dos adesivos são
adicionados agentes antioxidantes à sua formulação de base. Pequenas concentrações
(menos 1%) são normalmente suficientes.
Na indústria aeronáutica as juntas adesivas têm que suportar temperaturas que vão
desde as muito altas às baixíssimas. A baixas temperaturas existem importantes
diferenças de coeficientes de expansão térmica entre os substratos e o adesivo, o que leva
a criação de tensões internas significativas, considerando que no adesivo o módulo de
elasticidade aumenta com a diminuição de temperatura.
Humidade
A água é a substância que coloca os maiores problemas à durabilidade de uma junta
adesiva (Kinloch, 1983). A água é fortemente polar e muitos materiais poliméricos são
permeáveis a ela.
A presença de água numa ligação pode influenciar o adesivo e nos casos em que o
substrato é permeável, alterar as propriedades do próprio substrato.
A água que entra na junta degrada as propriedades mecânicas do adesivo, degrada as
propriedades de adesão da interface, causa alterações dimensionais, como por exemplo, o
inchamento, cria tensões que provocam fissuração, baixa a temperatura de transição vítrea
do adesivo e pode levar à hidrólise do próprio adesivo. Alguns dos processos que podem
ocorrer são reversíveis e acompanhados pela recuperação da resistência, quando a água
é retirada; outras são irreversíveis e a recuperação da resistência é, nestes casos,
impossível.
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Vantagens e desvantagens _______________________________________
O uso de adesivos estruturais, num plano geral, apresenta algumas desvantagens:
É necessário projectar a ligação, de maneira a evitar as forças de arrancamento
(quando um dos dois materiais não é rígido), clivagem (ambos os materiais são rígidos)
e impacto;
As geometrias utilizadas devem evitar tensões localizadas, procurando-se assim uma
distribuição uniforme das tensões. Caso essas tensões localizadas se verifiquem podem
surgir forças de arrancamento ou de clivagem. Para solucionar o problema, procura-se
que o adesivo esteja sujeito a tensões de corte, sendo dessa maneira paralelas à
ligação adesiva e consequentemente melhor distribuídas;
Em condições extremas (de calor, humidade, etc.) a resistência dos adesivos é limitada;
A ligação não é instantânea, sendo necessário ferramentas de fixação de forma a
manter as peças na sua devida posição. Isto acarreta custos que são uma desvantagem
em termos económicos;
Para obter bons resultados na ligação é necessária a preparação das superfícies a unir
(por exemplo através de abrasão mecânica, desengorduramento com solvente, etc.);
Os adesivos são geralmente curados a altas temperaturas;
O controlo de qualidade e segurança é mais difícil, embora com o recurso a novas
tecnologias já seja mais fácil;
Não há um critério de dimensionamento universal que permita projectar uma estrutura,
existindo alguns adesivos que apenas resultam em determinadas situações.
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No entanto o uso de adesivos na junção de estruturas também apresenta vantagens,
nomeadamente:
Distribuição uniforme das tensões ao longo da área ligada, permitindo assim uma maior
rigidez e transmissão da carga, reduzindo o peso (e dessa maneira o custo). Na
construção de aviões esta rigidez é fundamental, e ainda mais a redução do peso;
Comparando ao uso de rebites, apresenta uma melhor resistência à fadiga, devido à
melhor distribuição das tensões;
O amortecimento de vibrações permite que tensões sejam também absorvidas,
melhorando assim o comportamento à fadiga;
Ligação de diferentes materiais, com propriedades distintas (por exemplo a composição
e coeficiente de expansão, que é compensado pela flexibilidade do adesivo);
Quando usados para ligar chapas são muito eficazes, permitindo assim unir tanto
materiais metálicos como não metálicos, pois caso os materiais a unir não tenham uma
boa resistência em grandes blocos, em forma de chapa já se conseguem unir;
A possibilidade de robotização no processo de ligação torna o método mais conveniente
e efectivo;
Tornam o projecto mais flexível, devido à sua polivalência de aplicação;
Consegue-se uma superfície regular (evitando furos ou soldaduras). Como já foi acima
referido nas aplicações, esta vantagem é bastante relevante;
Cria-se um contacto contínuo entre as superfícies;
Os custos são reduzidos pois o produto final tende a ser mais ligeiro.
Adesivos estruturais nos aviões __________________________________
De acordo com André Cardinalli, gerente de negócios da América Latina da Bostik, os
adesivos, nesse aspecto, são a resposta ideal para esse requisito. “Normalmente, os
adesivos são mais leves que os sistemas de fixação mecânicos, colaborando para a
redução de peso e aumento de desempenho do produto final”, compara.
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No campo da aeronáutica, os adesivos são parte
essencial. Sem estes, não seria possível construir
aviões capazes de transportar centenas de
passageiros assim como centenas de quilos de carga.
Inicialmente os aviões eram construídos utilizando
sistemas mecânicos (parafusos, rebites, soldas) para a
fixação dos materiais, como demonstrado na figura 6 e
7, o que o tornava imensamente pesado. Este peso iria
consequentemente afectar a performance do aparelho
e dificultar a sua descolagem. Assim sendo, para
compensar os quilos derivados dos parafusos e rebite,
não se podiam transportar cargas muito elevadas nem
muitos passageiros. O processo de transporte tornava-
se assim mais dispendioso e demorado. Com o
desenvolvimento dos adesivos surgiu a possibilidade
de melhoramento das aeronaves tanto a nível da
aerodinâmica, através das superfícies lisas sem
rebites, como a nível do peso, tornando-se cada vez
mais leves, e ainda das dimensões, ficando cada vez
maiores.
Hoje em dia, a quantidade de adesivos utilizados nos aviões é vasta sendo que cada um é
utilizado de forma diferente, de acordo com as suas propriedades.
Os adesivos acrílicos, da categoria dos epóxidos, devido à sua alta resistência às
condições a que normalmente os aviões estão expostos, são os adesivos mais utilizado na
sua construção, sendo estes que fixam as chapas metálicas e plásticas (asas e fuselagem
de aviões) assim como os poliuretanos. Para a colagem dos vidros são utilizados os
Poliuretanos, enquanto que para os tecidos são utilizados hot-melts.
Figura 6- Avião com ligação através de
sistema mecânico (rebites)
Figura 7 - Avião com ligação através de adesivos
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CONCLUSÃO
Nas diversas soluções de união de sistemas mecânicos existem várias alternativas. No
entanto, como se observou, os adesivos estruturais revelam-se vantajosos relativamente
aos restantes. A começar no custo, até aspectos como a junção mais uniforme (melhor
distribuição de tensões), mais leve e um aspecto da superfície mais limpa e aerodinâmica.
Na união de partes do sistema através de adesivos estruturais as superfícies das duas
parcelas são tratadas e depois é aplicado o adesivo. Dependendo de adesivo para adesivo
e das suas características, as fases do processo podem variar tal como as variáveis
ambientais.
Na construção de aviões são vários os aspectos dos adesivos importantes e que fazem
desta solução de junção de sistemas mecânicos a normalmente escolhida. Nomeadamente
o baixo peso, que nos aviões é mínimo.
Projecto FEUP (Adesivos Estruturais na construção de aviões)
Equipa MMM513
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