Novo conceito de juntas adesivas utilizando laminados de fibras e metal

Devido às necessidades da indústria atual é cada vez mais importante a utilização de métodos de união de materiais distintos. A utilização de adesivos no processo de produção de materiais compósitos tem uma grande aplicação, uma vez que permite ligar os diferentes materiais e ainda reduzir significativamente o peso do conjunto. Este trabalho teve como principal objetivo aumentar a resistência à delaminação de materiais compósitos no sentido da espessura, concretamente dos plásticos reforçados com fibras de carbono (CFRP), através da utilização de placas da liga de alumínio 2024-T3. Este conceito é muito semelhante ao utilizado nos laminados por fibras e metal (LFM) para aumentar a sua resistência à delaminação. Pretendeu-se também a identificação da configuração da junta que apresenta melhores resultados, comparativamente à junta de referência composta apenas por CFRP. Inicialmente, produziram-se apenas juntas de CFRP que foram utilizadas como comparação com os laminados de fibras e metal. Com o objetivo de melhorar a adesão entre os CFRP e a liga de alumínio, foram realizados três tratamentos superficiais diferentes, nomeadamente a lixagem, a anodização e o ataque com ácido. Posteriormente, foram produzidas as juntas com as seguintes configurações: CFRP-AL-CFRP, CFRP-AL-CFRP-AL-CFRP e AL-CFRP-AL. A realização deste trabalho permitiu concluir que com a adição de placas de alumínio, se conseguiu um melhoramento da resistência à delaminação das fibras de carbono e ainda um aumento da resistência específica no sentido da sua espessura. A JSS com a configuração AL-CFRP-AL e com comprimento de sobreposição de 50 mm foi a configuração que apresentou uma força de rotura mais elevada, ou seja, uma maior resistência à delaminação, comparativamente à junta de referência e às restantes configurações em estudo. A falha coesiva verificada perto da interface da junta AL-CFRP-AL, pode ser devida ao elevado comprimento de sobreposição e às diferentes elasticidades do alumínio e do CFRP, o que naturalmente levou a elevadas tensões localizadas nas extremidades da junta. Os resultados demostraram que é possível aumentar a resistência transversal do compósito utilizando uma placa de alumínio.

ABSTRACT: Due to current industry needs it is ever more important to use methods of joining dissimilar materials. The use of adhesives in the manufacture of composite structures has wide application, since they allow connecting different materials and also a reduction of the total weight. This work aimed to increase the resistance to delamination of composite materials in the thickness direction, namely of carbon fibre reinforced plastic (CFRP), by the use of aluminium alloy plates of 2024-T3 alloy. This concept is very similar to that used in fibre metal laminates (LFM) to increase their resistance to delamination. It was also intended to identify the joint configuration that presents the best results, compared to the reference joint composed by CFRP substrates only. At first, CFRP only joints were produced to be used as a comparison with the fibre metal laminates. In order to improve the adhesion between CFRP and the aluminium alloy, three different surface treatments were performed, namely sanding, anodizing and acid attack. Afterwards, joints with the following configurations were manufactured: CFRP-AL-CFRP, CFRP-AL-CFRP-AL-CFRP and AL-CFRP-AL. This work allowed to conclude that the addition of aluminium plates leads to an improvement in the resistance to delamination of the carbon fibre composite and also an increase in the specific resistance in the thickness direction. The JSS with AL-CFRP-AL configuration with an overlap length of 50 mm was the configuration that presented higher strength, meaning a higher resistance to delamination, compared to the reference joints and all the other configurations under study. The cohesive failure observed near the ALCFRP-AL interface board may be due to the large overlap length and the different stiffness of aluminium and CFRP, which naturally led to high localized stresses at the ends of the joint. The results revealed that it is possible to improve the transverse strength of composite using aluminium plate.