Estudo do processo de soldagem para a integração de compósitos peek/fibras de carbono com aplicações aeronáuticas - Souza, Samia Danuta Brejão de [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2017)
O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas funções a união de materiais que combinem características tais como elevada resistência mecânica e rigidez aliadas à baixa massa específica. Um dos principais problemas da utilização de compósitos poliméricos em aplicações estruturais consiste em sua união efetiva para a integração de componentes. Neste sentido, estudos recentes mostram que as técnicas de soldagem por resistência elétrica e indução são processos promissores para a união de compósitos estruturais, por serem métodos rápidos e por ambos necessitarem de pouca preparação de superfície. Este trabalho objetiva avaliar os melhores parâmetros das soldagens por resistência elétrica e indução para laminados PEEK (poli(éter-éter-cetona)) reforçados com fibras de carbono visando aplicações aeronáuticas. Para esta finalidade, para a soldagem por resistência elétrica são avaliados os parâmetros mais adequados, por meio de controle estatístico de processos, envolvendo o tempo, a corrente elétrica e a pressão e três diferentes tipos de elementos resistivos (300 s, 32 A e 1,5 MPa). Já para a soldagem por indução os parâmetros avaliados são o tempo, a corrente e a pressão, porém, somente o tempo e a carga são utilizados para o controle estatístico (a corrente não é variável) (50 s, 150 N). Os laminados soldados foram condicionados em câmaras de radiação ultravioleta (UV), higrotérmica e salina, objetivando simular condições de voo, e após estes condicionamentos, foram caracterizados a partir de ensaios mecânicos (Lap Shear, Cisalhamento Iosipescu, End Notched Flexure, Compression Shear Test), análises térmicas (análise dinâmico-mecânica e análise termogravimétrica), e análises morfológicas das fraturas advindas dos ensaios mecânicos a partir das microscopias eletrônica de varredura (MEV) e óptica (MO). A partir dos resultados encontrados foi observado que apesar do valor da tensão de Lap Shear ter sido maior para a soldagem por indução (24,8 ± 7,0) MPa em relação à soldagem por resistência elétrica (15,82 ± 3,53) MPa, os valores das tensões de resistência das propriedades mecânicas foram superiores para a soldagem por resistência elétrica. Por exemplo, para o ensaio de ENF, a tensão máxima de cisalhamento para a resistência elétrica foi de (341,9 ± 55,9) MPa e para a indução foi de (92,6 ± 17,7) MPa. Desta forma conclui-se que, considerando os parâmetros de processo utilizados neste trabalho, tanto a soldagem por resistência elétrica quanto a soldagem por indução são promissoras para a união de compósitos PEEK/fibras de carbono para aplicações aeronáuticas.

The development of advanced polymer composite technology has as one of its functions the joining of materials that combine characteristics such as high mechanical strength and stiffness allied to low specific mass. One of the main problems of the use of polymer composites in structural applications is their effective union for the integration of components. In this sense, recent studies show that welding techniques by electric resistance and induction are promising processes for the union of structural composites, because they are fast methods and both require little surface preparation. This work aims to evaluate the best welding parameters by electric resistance and induction for PEEK (poly(ether-ether-ketone)) laminates reinforced with carbon fibers for aeronautical applications. For this purpose, for resistance welding, the most suitable parameters are evaluated by statistical process control, involving time, electric current and pressure and three several types of resistive elements (300 s, 32 A e 1,5 MPa). For induction welding, the parameters evaluated are time, current and pressure. However, only time and pressure are used for statistical control (current is not variable) (50 s, 150 N). The welded laminates were conditioned in UV, hygrothermal and salt spray chambers, in order to simulate flight conditions, and after these conditions, were characterized in mechanical tests (Lap Shear, Iosipescu, End Notched Flexure and Compression Shear Test), thermal analysis (DMA and TMA) and morphological analysis of fractures from mechanical tests using scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy (OM). In this work, the mechanical properties of the fractions were evaluated. From the results obtained it was observed that although the value of Lap Shear tensile strength was higher for induction welding (24.8 ± 7.0 MPa) in relation to resistance welding (15.82 ± 3.53 MPa), the tensile values of the mechanical properties were higher for resistance welding. For example, for the ENF test, the Average maximum shear stress for the strength was (341.9 ± 55.9) MPa and for the induction was (92.6 ± 17.7) MPa. This was, it can be concluded that considering the parameters processing used, the resistance welding and induction welding are promising for the composites joint of PEEK/carbon fiber for aeronautical application.
Study of the welding process for the integration of peek/carbon fiber composites for aeronautical applications
Keywords: Compósitos poliméricos; Soldagem; Propriedades térmicas; Propriedades mecânicas