Visão geral
A tecnologia de união composta é uma elo crítico, mas relativamente fraco no projeto e fabricação de estruturas compósitas. Devido à anisotropia, fragilidade e baixa resistência interlaminar dos compósitos, seu projeto de união difere significativamente das estruturas metálicas e requer atenção especial. Os principais métodos de união podem ser categorizados em três grupos:

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1. Junção Mecânica
Princípio: Utiliza fixadores mecânicos (porcas, parafusos, rebites, etc.) para conectar componentes compostos a compostos ou compostos a metal, geralmente exigindo furos perfurados.

Vantagens:
- Alta confiabilidade e inspecionabilidade: a condição da junta é visível, permitindo inspeção e manutenção mais fáceis.

- Capacidade de transferência de carga: adequado para estruturas de suporte de carga primárias ou regiões altamente carregadas.

- Requisitos mais baixos de preparação de superfície comparado à colagem adesiva.

- Menos sensível a fatores ambientais como umidade e temperatura.

Desvantagens:
- Concentração de estresse: a perfuração quebra a continuidade das fibras e causa concentração de tensões nas bordas do furo, uma das principais causas de falha.

- Peso adicionado: fixadores e reforços (arruelas, buchas) aumentam o peso estrutural.

- Risco de danos: a perfuração pode induzir delaminação, retirada de fibras ou microfissuras na matriz.

- Corrosão galvânica: ao usar fixadores de metal com compostos de fibra de carbono, exigindo titânio ou aço inoxidável mais isolamento.

- Redução da vida útil da fadiga devido à concentração de tensões na borda do furo.

Principais pontos técnicos:
- Seleção de fixadores: material (liga de titânio, aço inoxidável, fixadores compostos), tipo (parafusos Hi-Lok, rebites cegos, rebites Hi-Lite), formato da cabeça (escareada vs. saliente).

- Preparação do furo: perfuração de precisão de baixo dano (brocas com revestimento de diamante, placas de apoio, parâmetros otimizados), perfuração a laser por jato de água.

- Ajustar: ajuste com folga preferencial; ajuste de interferência pode causar delaminação.

- Controle de torque: controle preciso da pré-carga para evitar afrouxamento ou esmagamento dos compósitos.

- Regras de design: diretrizes rígidas de distância, inclinação e espaçamento das bordas.

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2. Colagem adesiva
Princípio: Utiliza adesivos para unir peças compostas.

Vantagens:

- Sem concentração de estresse: continuidade da fibra mantida, distribuição de carga uniforme.

- Leve: sem fixadores ou furos, reduzindo o peso total.

- Excelente desempenho de fadiga devido à distribuição uniforme de tensões.

- Propriedades de vedação e amortecimento: camada adesiva fornece ambos.

- Adequado para geometrias complexas e de paredes finas .

- Superfícies lisas e estéticas .

Desvantagens:
- Altos requisitos de preparação de superfície: fundamental remover agentes de liberação e contaminantes; tratamentos de superfície (lixamento, jateamento, limpeza com solvente, primer, plasma) são obrigatórios.
- Variabilidade de força: altamente dependente da qualidade do processo (preparação da superfície, mistura, cura).
- Dificuldade de inspeção e desmontagem: juntas curadas são difíceis de avaliar e remover de forma não destrutiva.
- Sensibilidade ambiental: as propriedades adesivas se degradam em condições quentes/úmidas.
- Fraco em cargas de descascamento e clivagem comparado às cargas de cisalhamento.
- Requisitos rigorosos de cura (temperatura, pressão, tempo).

Principais pontos técnicos:
- Seleção de adesivos: Com base na temperatura de serviço, tipo de carga (cisalhamento, descascamento, tensão), tenacidade, condições de cura (epóxi, acrílico, poliuretano, cianoacrilato). Adesivos de filme versus adesivos em pasta, dependendo da aplicação.

- Preparação da superfície: pedra angular da confiabilidade da ligação, exigindo processos padronizados.

- Projeto da junta: otimizar para cargas de cisalhamento (sobreposição simples, sobreposição dupla, lenço, juntas escalonadas), minimizar tensões de descascamento, controlar a espessura do adesivo.

- Controle do processo de cura: temperatura, pressão, taxa de aquecimento e tempo de permanência precisos.

- Inspeção não destrutiva: ultrassom, radiografia, termografia.

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3. Junção híbrida
Princípio: Combina colagem e fixação mecânica na mesma região da junta.

Vantagens:
- Maior eficiência e confiabilidade: o adesivo proporciona distribuição uniforme da carga, os fixadores acrescentam capacidade de segurança contra falhas.

- Melhor desempenho em caso de fadiga: fixadores impedem o crescimento de rachaduras.

- Maior tolerância a danos: múltiplos caminhos de carga.

- Precisão reduzida do furo do fixador requisitos devido ao enchimento adesivo.

Desvantagens:
- Mais pesado e complexo do que juntas somente adesivas.

- Maior custo e complexidade do processo .

- Interações potenciais : o aperto dos fixadores pode perturbar o adesivo não curado, a contração do adesivo pode afetar a pré-carga.

Aplicações: Juntas críticas que exigem a mais alta segurança e confiabilidade, como conexões entre asas e fuselagem de aeronaves.

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Principais considerações no projeto de juntas compostas

- Condições de carga: tensão, compressão, cisalhamento, descascamento, fadiga, impacto.

- Propriedades do material: orientação das camadas, sequência de empilhamento, espessura, tipo de materiais unidos (composto-composto, compósito-metal).

- Fatores ambientais: temperatura, umidade, produtos químicos, exposição UV.

- Fabricabilidade: viabilidade, custo, ciclo de produção.

- Inspecionabilidade e manutenibilidade: capacidade de inspeção não destrutiva e facilidade de reparo/desmontagem.

- Peso: minimizar o peso é um objetivo central dos compósitos.

- Custo: materiais, fabricação, manutenção.

- Modos de falha: as juntas devem ser projetadas para modos de falha previsíveis e não catastróficos (por exemplo, falha do rolamento do parafuso, falha do adesivo coesivo), evitando fratura frágil (por exemplo, tensão líquida, delaminação, falha do adesivo interfacial).

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Tendências em tecnologias de união composta
- Adesivos avançados: melhor resistência à temperatura, tenacidade e durabilidade; melhores métodos de tratamento de superfície (por exemplo, plasma); técnicas de END mais confiáveis (ondas guiadas, ultrassom não linear).

- Junção mecânica avançada: perfuração de baixo dano, fixadores compostos, fixadores inteligentes com recursos de detecção.

- Otimização de juntas híbridas: estudo mais aprofundado das interações adesivo-parafuso e ferramentas de projeto refinadas.

- Estruturas integrais/co-curadas: reduzindo a necessidade de juntas por meio de inovações em design e fabricação (por exemplo, tecelagem 3D, costura, fixação em Z).

- Simulação numérica: modelos de elementos finitos de alta fidelidade que capturam danos, contato e comportamento adesivo.

- Articulações inteligentes / SHM: sensores incorporados em regiões articulares para monitoramento em tempo real.

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Conclusão
Não existe um método universal de união para compósitos; a escolha depende dos requisitos da aplicação, condições de carga, ambiente, custo, capacidade de fabricação e necessidades de manutenção.

- Colagem adesiva oferece vantagens na redução de peso, distribuição de estresse e fadiga, mas requer controle rigoroso do processo.

- Fixação mecânica destaca-se em confiabilidade, inspecionabilidade e transferência de carga, mas acrescenta concentração de estresse e peso.

- Juntas híbridas combinam os benefícios de ambos, usados em aplicações críticas onde as margens de segurança são primordiais.

Entender os princípios, pontos fortes, fracos e requisitos técnicos de cada método é fundamental para o sucesso do projeto e da aplicação de estruturas compostas.