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.
Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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.
Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
Índice
Agradecimentos ...................................................................................................iii
Resumo .................................................................................................................. v
Índice................................................................................................................... vii
Índice de Figuras ................................................................................................. ix
Índice de Tabelas ................................................................................................. xi
1
Introdução ..................................................................................................... 1
2
Adesivos Estruturais ..................................................................................... 3
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
Conclusões ................................................................................................... 21
Bibliografia ......................................................................................................... 23
Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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
Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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
Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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, antisedimentares, 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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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 Epóxi
Poliuretano
Estruturais
Acrílico
modificado
Cianoacrilato Anaeróbico
Resistência ao
Impacto
baixa
excelente
boa
baixa
regular
15,4
15,4
25,9
18,9
17,5
< 525
14.000
5.250
< 525
1.750
Tensão de
Cisalhamento
(MPa)
Tensão de
Arrancamento
(N/m)
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
Figura 4 – Exemplos de desenhos de juntas (Ref. [4])
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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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
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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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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Projecto FEUP – Adesivos Estruturais
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