Estudo da adesão de tintas e adesivos estruturais sobre superfícies de componentes compósitos usados em pás eólicas

Abstract

Na produção de pás eólicas a adesão dos sistemas compósito-compósito e compósito-tinta são de extrema importância de forma a obter um produto com tempo de vida longo e integridade estrutural. Os objetivos gerais propostos para este estudo consistem na geração de conhecimento, com base numa análise experimental, em torno do fenómeno de adesão por forma a definir os fatores que intervêm no processo físico. Foram produzidos 2 laminados compósitos, sendo utilizadas resinas distintas em cada um dos laminados. De modo a conferir rugosidade às superfícies dos laminados foram utilizados 4 peel plies diferentes. Os substratos foram caracterizados através da medição dos respetivos ângulos de contacto, bem como o cálculo da energia superficial e posteriormente análise FTIR de todos os substratos e peel plies. Para a avaliação da adesão das juntas adesivas foram efetuados dois ensaios de Lap Shear e aplicados 2 adesivos distintos. As fraturas dos provetes foram analisadas por Microscopia Eletróncia de Varrimento (SEM). Foi também efetuado um ensaio de Scratch de forma a avaliar o desempenho da tinta. Os resultados obtidos mostraram que, na maioria das superfícies, com o aumento da rugosidade da superfície o valor de ângulo de contacto diminui e consequentemente a energia superficial calculada aumenta. Porém, a polaridade dos peel plies e das substâncias utilizadas também influenciam a molhabilidade e o caso descrito anteriormente não é sempre a regra. Foi determinado que não existe uma correlação direta entre a molhabilidade e a força de adesão com a realização do 1° ensaio de Lap Shear. Com uma análise de variância foram definidas diferenças significativas entre as superfícies testadas pelo que, a rugosidade influencia, até um determinado ponto, a adesão entre o substrato e o adesivo. No 2° ensaio de Lap Shear, através da análise de variância, foi concluído que as diferenças de rugosidade conferidas pelos peel plies utilizados, bem como a alteração da temperatura do adesivo proveniente da ENERCON, não apresentaram diferenças significativas relativamente à força necessária para a rotura dos provetes. Com respeito aos resultados obtidos no ensaio de Scratch foi possível concluir que a aplicação de várias camadas de tinta melhorou a adesão da mesma ao substrato. No entanto, não foi possível estabelecer uma correlação entre alteração da humidade do substrato e os parâmetros registados.

In the production of wind blades, the adhesion of composite-composite and composite-paint systems is extremely important in order to obtain a product with a long lifespan and structural integrity. The general objectives proposed for this study consist of generating knowledge, based on an experimental analysis, around the adhesion phenomenon in order to define the factors that intervene in the adhesion process. Two composite laminates were produced, using different resins in each of the laminates. In order to alter the roughness of the laminate surfaces, 4 peel plies were used. The substrates were characterized by measuring their respective contact angles, as well as calculating the surface energy and a FTIR analysis of all the substrates and peel plies. To evaluate the adhesion of the adhesive joints, two Lap Shear tests were carried out and two different adhesives were applied. The fractures were analyzed bye Scanning Electron Microscopy (SEM). A Scratch test was also carried out in order to evaluate the performance of the paint. The results obtained allow us to conclude that, on most surfaces, with the increase in surface roughness the contact angle value decreased and consequently the calculated surface energy increases. However, the polarity of the peel plies and the substances used also influences wettability and the case described above is not always the rule. It was determined that there is no direct correlation between wettability and adhesion strength while carrying out the 1st Lap Shear test. With a variance analysis, significant differences were detected between the tested surfaces, meaning, up to a certain point, roughness influences the adhesion between the substrate and the adhesive. In the 2nd Lap Shear test, through a variance analysis, it was concluded that the differences in roughness altered by the peel plies used, as well as the change in the temperature of the adhesive provided by ENERCON, did not present significant differences in relation to the force at break. Regarding the results obtained in the Scratch test, it was possible to conclude that the application of several layers of paint improved its adhesion to the substrate. It was not possible to establish a correlation between changes in substrate humidity and the recorded parameters.