Avaliação da influência de variações superficiais nos elementos resistivos do processo de soldagem de compósitos estruturais PPS/fibras de carbono

Abstract

With 60% of their applications focused on the commercial aeronautical sector, whose aircrafts apply up to 50% of this material in their structure nowadays, the composite materials perform as the main choice to the traditional metallic structures by combining properties of low specific mass and high resistance and stiffness. However, these materials' joining techniques appear as the main bottleneck in their applications because it is a source of irregularities and defects in the structure that handicap their use in the long term. In the case of the thermoplastics composites, the welding joining technique turn up to be a well-established technology. Using the electric resistance welding joining technique, we studied the surface's influence of the resistive elements applied over the process in the final mechanical properties in the welded sample by applying a highly corrosive electrolytic bath upon the stainless steel resistive elements, in order to modify its surface and be able to analyze its influence in the welded joint. Lap shear and the End-Notched Flexure (ENF) testing were performed with the purpose to research the shearing resistance and the mode II crack propagation in the welded joint, respectively, and the welded samples' characterization by light and scanning electron microscopy. The best arrangement for the Lap Shear testing was with the 200 mesh without the chemical attack (13,94 MPa), and the same composition for the ENF testing yielded a interlaminar fracture toughness GIIc of 2.380,9 J/m². As a result, the highly corrosive electrolytic bath did not improve the adhesion between the thermoplastic matrix and the resistive element in a satisfactory manner, giving that the values found in the literature for shearing resistance and interlaminar behavior on the PPS/carbon fiber's welded joint were 33 MPa and 3.320 J/m², respectively

Com 60% de sua aplicação concentrada no setor aeronáutico comercial, cujas aeronaves hoje aplicam até 50% deste material em sua estrutura, os materiais compósitos se apresentam como principal alternativa às estruturas metálicas tradicionais ao aliar as propriedades de baixa massa específica e elevada resistência e rigidez. Contudo, as técnicas de união desses materiais surgem como um dos principais gargalos em sua aplicação por ser um iniciador de irregularidades e defeitos na estrutura que comprometem utilização a longo prazo. No caso de compósitos termoplásticos, a técnica de união por soldagem mostra-se como uma tecnologia bem estabelecida. Utilizando-se a técnica de soldagem por resistência elétrica, estudou-se a influência da superfície dos elementos resistivos aplicados durante o processo nas propriedades mecânicas finais na amostra soldada, aplicando-se um banho eletrolítico altamente corrosivo sobre os elementos resistivos de aço inoxidável, de modo a modificar sua superfície e analisar sua influência na junta soldada. Foram realizados os ensaios de Lap Shear e End-Notched Flexure (ENF) com o propósito de investigar a resistência ao cisalhamento e a propagação de trinca no modo II na junta soldada, respectivamente, e caracterização das amostras soldadas por microscopia óptica e eletrônica de varredura. A melhor configuração no ensaio de Lap Shear foi com a malha de 200 mesh sem ataque químico (13,94 MPa), e a mesma composição para o ensaio ENF rendeu uma tenacidade a fratura interlaminar GIIc de 2.380,9 J/m2. Como resultado, o banho eletrolítico altamente corrosivo não melhorou a adesão entre a matriz termoplástica e o elemento resistivo de modo satisfatório, sendo que os valores de tensão ao cisalhamento e o comportamento interlaminar na junta soldada do PPS/fibras de carbono foram de, respectivamente, de 33 MPa e 3.320 J/m²