BRPI1105343B1

BRPI1105343B1 - método para união de componentes através de adesão mecânica e junta de adesão mecânica para união de componentes

Info

Publication number: BRPI1105343B1
Application number: BRPI1105343A
Authority: BR
Inventors: Seixas Victorazzo Danilo
Original assignee: Embraer Sa
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2020-01-14
Also published as: US20130209163A1; CN103182830A; BRPI1105343A2; CN103182830B; EP2610046B1; EP2610046A1

Abstract

método para união de componentes através de adesão mecânica e junta de adesão mecânica para união de componentes. descreve-se um método para união de componentesd através de adesão mecânica compreendendo as seguinte etapas: a) cura de uma lâmina de resina (1) sobre uma superfície (10) de um primeiro componente (11) imprimindo uma porção de textura (30) à lâmina de resina (1); b) posicionamento de uma lâmina de material adesivo (2) sobre a porção de textura (30); c) posicionamento de um segundo componente (12) sobre a lâmina de material adesivo (2); e d) cura da lâmina de material adesivo (2) e penetração da lâmina de material adesivo (2) na porção de textura (30). é também descrita uma junta (20) de adesão mecânica para união de componentes, compreendendo uma ancoragem (40) formada por uma porção de textura (30) disposta em um primeiro componente (11) e permeada por uma lâmina de material adesivo (2) contida em um segundo componente (12), a porção de textura (30) compreendendo um perfil de travamento (31).

Description

MÉTODO PARA UNIÃO DE COMPONENTES ATRAVÉS DE ADESÃO MECÂNICA E JUNTA DE ADESÃO MECÂNICA PARA UNIÃO DE COMPONENTES

A presente invenção refere-se a um método para união de componentes através de adesão mecânica sem o uso de insertos e sem modificar as propriedades mecânicas dos componentes a serem unidos. Também se refere a uma junta de adesão mecânica para união de componentes formada a partir deste método, esta junta sendo aplicada na superfície dos componentes sem danificar ou alterar as propriedades mecânicas e as características estruturais destes componentes.

Descrição do estado da técnica

São conhecidas do estado da técnica, diferentes formas de junção ou união de dois componentes ou peças, quais sejam: união química, eletrostática, interdifusão, adesão mecânica, colagem, encaixes diversos, por meio de elementos de fixação, etc.

No entanto, muitas delas requerem usinagens específicas, furos ou modificações nas estruturas ou superfícies dos componentes e para certos casos essa interferência não é possível ou desejada, em especial na junção de peças feitas em materiais compósitos ou termoplásticos cujas estruturas mecânicas sofrem profundas alterações quando submetidas à fusão, aquecimento ou reagem com determinados produtos químicos.

Neste sentido, uma solução encontrada consiste no posicionamento de insertos entre as peças a serem unidas para que façam a ancoragem das peças. Do mesmo modo, há situações em que a colocação desses insertos não é possível ou desejada em função do material de construção das peças a serem unidas, da precisão da junção que requer uma superfície intacta ou outras demandas de projeto.

Como exemplo pode-se citar o documento US 2009/0190997 que descreve uma junta para união de peça metálica a uma peça de material compósito com reforço que se insere entre as lâminas do material compósito. Nessa junta, a peça metálica se une à peça em compósito em uma região de junção de tamanho

2/8 variado em função das forças estruturais a que as peças serão submetidas. Múltiplas projeções de união são dispostas partindo da peça metálica para dentro da peça em compósito, estas projeções de união são feitas do mesmo material metálico da peça metálica ou outro metal distinto, porém, sempre em material metálico. A distribuição das projeções de união não é uniforme ao longo da região de junção, sendo maior a concentração nas porções em que a tensão entre lâminas do material compósito é maior, geralmente próximo às extremidades da região de junção. Deste modo, para a junção de peças em material compósito em peças metálicas, este documento do estado da técnica ensina a inserção de projeções metálicas que são fixadas na peça metálica e inseridas na peça em compósito para que ocorra a ancoragem ou junção dessas duas peças, sendo privilegiada com um maior numero de projeções metálicas, as regiões em que essa junção sofrerá maior tensão. Logo, é preciso estudar as tensões e forças a que serão submetidas essas peças antes de sua junção. Nada é ensinado neste documento quando à junção de duas ou mais peças em compósito, sem a presença de peças ou componentes metálicos. Além disso, é necessário que as projeções metálicas sejam formadas na peça metálica para que a ancoragem ocorra, ou seja, as projeções metálicas servem como insertos metálicos para junção das peças.

O documento US 2010/0068464 descreve um método para preparar um componente metálico para ser unido a outro componente de material compósito ou termoplástico, este método compreende a formação ou inserção de projeções em uma região de ligação do componente de modo que essas projeções se insiram no material do outro componente a ser unido. Esse método pode ser aplicado para a junção de componentes de uma aeronave. Mais especificamente, este documento descreve a disposição de projeções sobre uma área de junção formada em um inserto metálico. Este inserto é inserido na peça que se deseja unir e suas projeções penetram a segunda peça a ser unida. Em outra concretização, a malha de projeções é feita utilizando-se sinterização a laser que derrete a cama de pó metálico da superfície do componente na matriz desejada formando linha por linha das projeções. Essas projeções também podem ser feitas uma a uma pelo método da sinterização a laser e, ainda, podem ser feitas por sinterização a laser nos dois lados de uma placa metálica que servirá como

3/8 inserto de união de dois componentes desejados. Além de demandar muito tempo na formação das projeções, o uso da sinterização a laser encarece sobremaneira esse método de junção de peças ou componentes.

Já o documento WO 2004/028731 refere-se a um método para modificar a estrutura de peça de trabalho. Neste caso, a peça de trabalho, feita em aço, recebe feixes de elétron para que o material de sua superfície derreta e volte a endurecer formando pequenas projeções na superfície da peça de trabalho. O tamanho dessas projeções depende da quantidade de feixes inseridos sobre a mesma região da peça de trabalho e essas projeções, feitas do próprio material da superfície da peça em aço, atuam como ancoragem ou elemento de junção que se insere nas camadas do material composite que será unido a esta peça de trabalho. Apesar de criar projeções capazes de unir de forma segura uma peça em aço a outra em material compósito, modificar a superfície da peça de trabalho, isto é, da peça em aço nem sempre é possível e desejável, uma vez que se modificam também as suas propriedades mecânicas.

Deste modo, as tecnologias e procedimentos já conhecidos do estado da técnica em sua maioria utilizam insertos metálicos nas peças a serem unidas, o que requer cuidados quanto à diferença de expansão/contração térmica durante o uso e a oxidação, limitando-se, portanto, ao uso de peças com similaridades galvânicas.

Existe, ainda, a técnica conhecida como “Co-bonding” na qual uma peça, geralmente em compósito é disposta sobre outra peça também em compósito e submetidas ao processo de cura. Pela cura, a resina de uma peça se liga a outra peça, ocorrendo a adesão química. O controle dessa adesão química, contudo, é bastante complexo. Muitas vezes, há a necessidade de se adicionar uma leve camada de material específico (poliéster com epóxi, por exemplo) sobre a superfície de uma das peças para deixá-la levemente rugosa (levemente texturizada) e, com isso, melhorar a ancoragem das peças através dessa texturização. Neste caso, pode ser necessária, também, a complementação da junção pela inserção de rebites para garantir a fixação.

Objetivos da invenção

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A presente invenção tem como objetivo, prover um método para união de componentes através de adesão mecânica sem o uso de insertos e sem modificar as propriedades mecânicas dos componentes a serem unidos.

É também objetivo desta invenção, prover uma junta de adesão mecânica para união de componentes, esta junta sendo aplicada na superfície dos componentes sem danificar ou alterar as propriedades mecânicas e características estruturais destes componentes.

Breve descrição da invenção

A invenção tem por objeto um método para união de componentes através de adesão mecânica compreendendo as seguintes etapas:

a) cura de uma lâmina de resina sobre uma superfície de um primeiro componente imprimindo uma porção de textura à lâmina de resina;

b) posicionamento de uma lâmina de material adesivo sobre a porção de textura;

c) posicionamento de um segundo componente sobre a lâmina de material adesivo; e

d) cura da lâmina de material adesivo e penetração da lâmina de material adesivo na porção de textura.

É também objeto desta invenção, uma junta de adesão mecânica para união de componentes, compreendendo uma ancoragem formada por uma porção de textura disposta em um primeiro componente e permeada por uma lâmina de material adesivo contida em um segundo componente, a porção de textura compreendendo um perfil de travamento.

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

Figuras 1A a 1F - ilustram as etapas do método para união de componentes através de adesão mecânica, objeto desta invenção;

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Figuras 2A a 2C - ilustram uma primeira e segunda configurações da junta de adesão mecânica para união de componentes, objeto da presente invenção; e

Figuras 3A e 3B - ilustram uma terceira configuração da junta de adesão mecânica para união de componentes, objeto da presente invenção.

Descrição detalhada das figuras

De acordo com uma concretização preferencial e como pode ser visto nas figuras 1A a 1F, a presente invenção refere-se a um método para união de componentes através de adesão mecânica. Este método compreende as etapas de:

a) cura de uma lâmina de resina 1 sobre uma superfície 10 de um primeiro componente 11 imprimindo uma porção de textura 30 à lâmina de resina 1;

b) posicionamento de uma lâmina de material adesivo 2 sobre a porção de textura 30;

c) posicionamento de um segundo componente 12 sobre a lâmina de material adesivo 2; e

d) cura da lâmina de material adesivo 2 e penetração da lâmina de material adesivo 2 na porção de textura 30.

Como pode ser visto na figura 1A, o método se inicia antes da primeira etapa de cura, com o posicionamento da lâmina de resina 1 sobre a superfície 10 do primeiro componente 11. Esse primeiro componente 11 consiste em uma peça qualquer de material compósito, termoplástico, polimérico ou metálico. Nessa configuração preferencial do método, o primeiro componente 11 é feito em material compósito.

A lâmina de resina 1 irá cobrir uma porção determinada da superfície 10 desse primeiro componente 11, de acordo com o desejado para a união segura e satisfatória dos componentes envolvidos.

Após a disposição da lâmina de resina 1 superfície 10 desse primeiro componente 11, um molde texturizado 50 é posicionado sobre essa lâmina de resina 1. Este molde texturizado 50 compreende perfis 51 que serão impressos na lâmina de resina 1.

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Uma vez o molde texturizado 50 posicionado, a etapa de primeira cura é feita utilizando-se uma bolsa de vácuo 60 que abrange o molde texturizado 50 posicionado sobre a lâmina de resina 1 e o primeiro componente 11 que recebeu a lâmina de resina 1, como pode ser visto na figura 1B. A cura através da bolsa de vácuo 60 utiliza parâmetros de temperatura e pressão conhecidos por um técnico no assunto. O método de cura através da bolsa de vácuo também já é do conhecimento de um técnico no assunto.

Ao término da etapa de primeira cura, o molde texturizado 50 é retirado e uma porção de textura 30 é impressa à lâmina de resina 1 em função dos perfis 51 do molde texturizado 50, isto é, a porção de textura 30 impressa à lâmina de resina 1 apresentará um perfil de travamento 31 igual ao perfil 51 do molde texturizado 50 utilizado, como ilustra a figura 1C. Assim, é possível imprimir à lamina de resina 1 os tipos de perfil de travamento 31 de interesse, bastando ter moldes texturizados 50 elaborados com tais perfis específicos de interesse.

A seguir, conforme ilustrado na figura 1D, acontecem as etapa de posicionamento de uma lâmina de material adesivo 2 sobre a porção de textura 30 formada na lâmina de resina 1 após a etapa de primeira cura e de posicionamento de um segundo componente 12 sobre a lâmina de material adesivo 2. Opcionalmente, a lâmina de material adesivo 2 e o segundo componente 12 são unidos previamente e dispostos em conjunto sobre a porção de textura 30.

A lâmina de material adesivo 2 e o segundo componente 12 ainda não curados são dispostos sobre a porção de textura 30 no primeiro componente 11, ambos já curados.

Assim, a etapa de segunda cura ocorre também através da bolsa de vácuo 60, desta vez abrangendo a lâmina de material adesivo 2, o segundo componente 12, ainda sem cura, a lâmina de resina 1 com a porção de textura 30 e o primeiro componente 11 já curados, conforme ilustra a figura 1E. Neste caso a cura através da bolsa de vácuo 60 utiliza parâmetros de temperatura e pressão conhecidos por um técnico no assunto e o método de cura através da bolsa de vácuo também já é do conhecimento de um técnico no assunto.

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Ao término da etapa de segunda cura, figura 1F, ocorre a penetração da lâmina de material adesivo 2 na porção de textura 30 da lâmina de resina 1, ou seja, o filme adesivo 2 permeia as rugosidades ou perfis 31 formados na porção de textura 30, mantendo o primeiro componente 11 unido ao segundo componente 12 de forma confiável e satisfatória.

A presente invenção também se refere a uma junta 20 de adesão mecânica para união de componentes, formada de acordo com o método para união de componentes através de adesão mecânica acima descrito.

Conforme ilustrado nas figuras 2A a 2C, sobre o primeiro componente 11 é formada uma porção de textura 30 que foi impressa em uma lâmina de resina 1. Essa porção de textura 30 consiste em uma pluralidade de perfis de travamento 31 ressaltados, formando uma textura de travamento. Nesta primeira e segunda configuração da junta 20, os perfis de travamento 31 estão dispostos em linhas formando a porção de textura 30. O formato dos perfis de travamento 31 varia em função do molde texturizado 50 utilizado no método, como já descrito acima.

Desta forma, a junta 20 compreende uma ancoragem 40 que consiste na lâmina de material adesivo 2 disposta no segundo componente 12 permeada na porção de textura 30 disposta no primeiro componente 11.

Esta ancoragem 40 da junta 20 é a principal responsável pela união do primeiro componente 11 com o segundo componente 12, embora também haja a colagem química da lâmina de material adesivo 2 na lâmina de resina 1. A ancoragem 40 da junta 20 é a principal responsável pela união do primeiro componente 11 com o segundo componente 12 porque, conforme ilustram as figuras 3A e 3B, o formato dos perfis de travamento 31 da porção de textura 30 faz com que, após a penetração da lâmina de material adesivo 2 na porção de travamento 30, seja formada uma trava mecânica resistente às forças de tração (na vertical) em tentativas de separação dos componentes 11, 12, e resistente ao cisalhamento, quando forças em sentido horizontal são aplicadas à união dos componentes 11 e 12.

Esta junta 20, formada de acordo como método acima descrito, pode ser aplicada quando o primeiro componente 11 e o segundo componente 12 são

8/8 feitos em material compósito, quando o primeiro componente 11 e o segundo componente 12 são feitos em material termoplástico e quando o primeiro componente 11 e o segundo componente 12 são feitos em polímero.

Além disso, a junta 20 também pode ser usada caso um dos componentes 11, 12 seja feito em material compósito e o outro componente 11, 12 feito em material termoplástico, quando um dos componentes 11, 12 é feito em material compósito e o outro componente 11, 12 é feito em material polimérico, quando um dos componentes 11, 12 é feito em material termoplástico e o outro componente 11, 12 é feito em material polimérico e quando um dos componentes 11, 12 é feito em material metálico e o outro componente 11, 12 é feito em material compósito.

Deste modo, o método para união de componentes através de adesão mecânica e a junta de adesão mecânica para união de componentes objetos desta invenção apresentam uma série de vantagens frente aos métodos e formas de união de peças já conhecidos do estado da técnica, podendo ser destacado o uso de moldes texturizados de baixo custo, a forma rápida e prática de formação da porção de textura 30 no primeiro componente 11, aumento da área de interface para a colagem química que auxilia a ancoragem 40 mecânica, resistência às forças de tração e cisalhamento e definição das geometrias dos perfis de travamento 31 da porção de textura 30 de acordo com a necessidade e solicitação de cargas a que a junta 20 será submetida.

Cabe ressaltar que a junta 20 é fundamentalmente mecânica, mas pode ser utilizada em combinação com outros tipos de juntas como, por exemplo, união química, por atração eletrostática, interdifusão, entre outras.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para união de componentes através de adesão mecânica caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

a) cura de uma lâmina de resina (1) sobre uma superfície (10) de um primeiro componente (11) imprimindo uma porção de textura (30) à lâmina de resina (1);

b) posicionamento de uma lâmina de material adesivo (2) sobre a porção de textura (30);

c) posicionamento de um segundo componente (12) sobre a lâmina de material adesivo (2); e

d) cura da lâmina de material adesivo (2) e penetração da lâmina de material adesivo 92) na porção de textura (30);

a porção de textura (30) compreendendo um perfil de travamento (31).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lâmina de material adesivo (2) e o segundo componente (12) são previamente unidos e dispostos em conjunto sobre a porção de textura (30).
3. Junta (20) de adesão mecânica para união de componentes, caracterizada pelo fato de que compreende uma ancoragem (40) formada por uma porção de textura (30) em que a porção de textura (30) é impressa em uma lâmina de resina (1) que é curada em uma superfície (10) de um primeiro componente (11) e permeada por uma lâmina (2) disposta em um segundo componente (12); a porção de textura (30) compreendendo um perfil de travamento (31).
4. Junta (20) de adesão mecânica para união de componentes, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de ser formada de acordo com o método para união de componentes através de adesão mecânica definido na reivindicação 1 ou 2.