INFLUÊNCIA DA RADIAÇÃO UV NO COMPORTAMENTO MECÂNICO DE JUNTAS ADESIVAS GFRP/AÇO

Abstract

Considering the wide range of applications of adhesive joints, they can be subject to environments with different conditions of temperature, humidity and exposure to UV (ultraviolet) radiation. Since the mechanical behavior of a joint is strongly influenced by these conditions, understanding its behavior as a function of degradation is important to reduce weight and cost. Despite the efforts already made by several researchers, the long-term effects of UV radiation still need to be better investigated and its action combined with other environmental factors better understood. From this perspective, three experimental studies are proposed considering simple steel/GFRP (glass fiber reinforced polymer) bonded joints with epoxy adhesive, materials of great importance in structural repairs. In a first study, the isolated influence of UV radiation over time was evaluated using an artificial UV exposure chamber. In a second proposal, the changes caused by the action of immersion in distilled and salt water at three temperatures (4, ambient and 40 °C) are investigated, with and without the action of artificial UV radiation before immersion. In the third experimental proposal, the joints are exposed in an external environment over the course of a year. The joints were mechanically characterized by shear testing and other analyzes such as DMA, FTIR and TGA were adopted for the isolated characterization of the joint materials. Compared to joints in an undegraded state, the joints showed average shear strength with maximum reductions of 32.5% when exposed to UV for 90 days and 59.6% when exposed to the external environment for 180 days. Without precedence of UV degradation, the effect of immersion in water was more significant at higher temperatures, when presented with the lowest shear strength. However, when preceded by UV exposure, immersion became less significant in reducing shear strength. In general, changes in failure modes were noted, going from a failure in the composite adherent to an adhesive failure at the interface with the metal after the action of degradation. In addition to mechanical changes, photo-oxidation of the polymers (change in color of the composite), Tg of the adhesive and the presence of micro cracks on the surface of the composites were identified with degradation. From the results obtained, it is evident the importance of carrying out long periods of degradation to better describe the behavior of the joints. Furthermore, exposure to the external environment, even with a lower incidence of UV radiation compared to that artificially produced in the chamber, was more aggressive, especially due to the salt air and humidity. Thus, this work contributed to a study on the mechanical properties of engineering materials in the context of structural repair, subjected to different forms of degradation, addressing points that are little reported or not well understood in the literature.

Considerando o amplo campo de aplicações de juntas adesivas, tem-se que elas podem estar sujeitas a ambientes com diferentes condições de temperatura, umidade e exposição à radiação UV (ultravioleta). Uma vez que o comportamento mecânico de uma junta é fortemente influenciado por essas condições, compreender o seu comportamento em função da degradação é importante para reduzir peso e custo. Apesar dos esforços já envidados por diversos pesquisadores, os efeitos da radiação UV a longo prazo ainda precisam ser melhor investigados e sua ação combinada com outros fatores ambientais melhor compreendida. Nesta perspectiva, três estudos experimentais são propostos considerando juntas simples aço/GRFP (compósito reforçado com fibra de vidro) coladas com adesivo epóxi, materiais de grande importância em reparos estruturais. Em um primeiro estudo, avaliou-se a influência isolada da radiação UV ao longo do tempo por meio de uma câmara de exposição UV artificial. Em uma segunda proposta, são investigadas as alterações provocadas pela ação da imersão em água, destilada e salgada, em três temperaturas (4, ambiente e 40 °C), com e sem a ação da radiação UV artificial antes da imersão. Na terceira proposta experimental, é realizada a exposição das juntas em ambiente externo ao longo de um ano. As juntas foram caracterizadas mecanicamente por teste de cisalhamento e outras análises como DMA, FTIR e TGA foram adotadas para a caracterização isolada dos materiais componentes das juntas. Em comparação com as juntas em estado não degradado, as juntas apresentaram resistência médias ao cisalhamento com reduções máximas de 32,5% quando expostas 90 dias ao UV e de 59,6% quando expostas ao ambiente externo por 180 dias. Sem precedência de degradação UV, o efeito da imersão em água foi mais significativo nas temperaturas maiores, quando apresentadas as menores resistências ao cisalhamento. Todavia, quando precedida da exposição ao UV, a imersão passou a ser menos significativa na redução da resistência ao cisalhamento. De uma forma geral, notou-se alterações nos modos de falha, passando de uma falha no aderente compósito para uma falha adesiva na interface com o metal após a ação das degradações. Além das alterações mecânicas, foto-oxidação dos polímeros (mudança de cor do compósito), de Tg do adesivo e presença de micro trincas na superfície dos compósitos foram identificadas com as degradações. A partir dos resultados obtidos, evidencia-se a importância de realizar longos períodos de degradação para melhor descrever o comportamento das juntas. Além disso, a exposição ao ambiente externo, mesmo com menor incidência de radiação UV em comparação ao artificialmente produzido na câmara, foi mais agressiva, em especial por conta da maresia e umidade. Assim, este trabalho contribuiu com um estudo sobre as propriedades mecânicas de materiais de engenharia no contexto de reparo estrutural, submetidos a diferentes formas de degradação, sendo abordados pontos pouco relatados ou não bem compreendidos na literatura.