Cisalhamento de uma volta

O ensaio de cisalhamento de volta única é um método amplamente utilizado para determinar a resistência ao cisalhamento de uma ligação adesiva entre dois materiais sobrepostos. Envolve a colagem de dois espécimes planos, tais como metal, plástico, madeira ou compósito, numa configuração de junta de volta única e submetendo-os a uma carga de tração até que a ligação falhe.

O teste reproduz as tensões que as juntas adesivas sofrem no mundo real, ajudando os engenheiros a avaliar o desempenho, a prever a vida útil e a validar a escolha do adesivo para aplicações críticas. A força é aplicada paralelamente ao plano da linha de ligação, gerando tensões de cisalhamento que enfraquecem progressivamente o adesivo até à falha. A compreensão destes pontos de falha permite uma melhor seleção de colas e métodos de preparação de superfícies que proporcionam a resistência e fiabilidade desejadas.

Métodos de ensaio comuns

A maioria dos ensaios de cisalhamento de volta única é efectuada sob carga de tração, mas o método pode variar dependendo do tipo de material, da configuração da ligação e dos requisitos da indústria. As variações incluem:

• Ensaio de cisalhamento por sobreposição baseado em tração: A amostra ligada é puxada em direcções opostas utilizando uma máquina de ensaios universal até a junta falhar. Este método é amplamente utilizado para metais, plásticos rígidos e compósitos.
• Ensaiobaseado em compressão: Menos comum para o cisalhamento por sobreposição, mas utilizado em determinadas avaliações de juntas estruturais em que as forças de compressão são relevantes.
• Ensaios específicos de configuração: As configurações plano a plano, metal a metal e madeira a madeira reflectem a aplicação pretendida, assegurando que as condições de ensaio correspondem às tensões reais.

Os materiais testados incluem frequentemente alumínio, aço, plásticos rígidos, compósitos, contraplacado e resinas termoendurecíveis de elevado desempenho.

Aplicações industriais

Os ensaios de cisalhamento de volta única são utilizados em todos os sectores onde o desempenho da ligação adesiva é crítico:

• Aeroespacial: Para a colagem de compósitos em estruturas de aeronaves, garantindo a conformidade com os regulamentos de segurança e a otimização do peso.
• Indústria automóvel: Para colagem de painéis de carroçaria, adesivos estruturais e montagens em que a soldadura ou a fixação mecânica não é prática.
• Setor médico: Para adesivos em produtos para tratamento de feridas, fitas cirúrgicas e montagem de dispositivos médicos.
• Construção civil: Para adesivos em vigas laminadas, sistemas de pavimentos e colagem de painéis.

Normas e especificações dignas de nota

Várias normas internacionais definem métodos de ensaio de cisalhamento de volta única:

• ASTM D3163 - Determinação da resistência ao cisalhamento de adesivos plásticos rígidos usando espécimes de cisalhamento.
• BS EN 2243-1 - Série aeroespacial, adesivos estruturais, determinação da resistência ao cisalhamento.
• SAE J1525 - Resistência da ligação adesiva de juntas metal-metal em aplicações automóveis.

O cumprimento destas normas garante que os resultados são repetíveis, fiáveis e estão em conformidade com os requisitos de qualidade específicos da indústria.

Protocolos e equipamento de ensaio

O alinhamento preciso, a aplicação de carga e o controlo ambiental são fundamentais para a precisão dos ensaios de cisalhamento. Uma configuração típica inclui:

• Mecmesin OmniTest ou MultiTest-dV - Máquinas de teste universais que aplicam forças de tração controladas até 50 kN, com opções para estruturas de teste de menor capacidade para amostras delicadas.
• Dispositivos de fixação adequados - Concebidos para evitar o deslizamento e assegurar uma distribuição uniforme da carga.
• Células de carga calibradas - Medição exacta da força numa gama de 2 N a 50 kN.
• Câmaras ambientais (opcional) - Para simular condições como a humidade, temperaturas elevadas ou armazenamento a frio.

Os sistemas Mecmesin, quando emparelhados com o software VectorPro, permitem a sequenciação automatizada de testes para garantir a repetibilidade, a captura de curvas de carga-deslocamento detalhadas e a geração de relatórios personalizáveis em conformidade com as normas.

Interpretação das caraterísticas de falha de cisalhamento

O exame pós-teste da junta colada fornece informações valiosas sobre o desempenho do adesivo:

• Falha coesiva: Falha no interior da camada adesiva, indicando uma forte adesão mas uma força adesiva interna insuficiente.
• Falha do adesivo: Separação na interface entre o adesivo e o substrato, frequentemente devido a uma má preparação da superfície ou a incompatibilidade.
• Falha de modo misto: Combinação de falhas coesivas e adesivas, frequentemente causadas por cargas complexas ou condições de superfície variáveis.

Efeitos das propriedades do material

As propriedades do substrato afectam significativamente os resultados do corte por sobreposição:

• Metais: A oxidação da superfície, as camadas de revestimento e a rugosidade influenciam a qualidade da ligação.
• Madeiras: A direção do grão, a densidade e o teor de humidade afectam a aderência e a resistência ao corte.
• Plásticos e compósitos: A energia da superfície, a rigidez e a compatibilidade química determinam o desempenho da ligação.

A exposição ambiental, incluindo ciclos térmicos, humidade e contacto químico, também pode reduzir a resistência da ligação a longo prazo. Por exemplo, as ligações epoxídicas em fixações de pele de aeronaves em alumínio podem inicialmente exceder 15 MPa de resistência ao cisalhamento, mas degradam-se significativamente em condições de nevoeiro salino sem um tratamento de superfície adequado.

A Mecmesin oferece uma gama completa de sistemas de teste de cisalhamento de volta única projetados para precisão, repetibilidade e facilidade de uso. As estruturas OmniTest e MultiTest-dV, combinadas com o software VectorPro, podem ser configuradas para uma variedade de materiais e geometrias de juntas sobrepostas, com acessórios adaptados para cumprir as normas relevantes do sector.

Estas soluções permitem aos engenheiros e às equipas de controlo de qualidade avaliar o desempenho dos adesivos com confiança, comparar formulações e verificar a conformidade.

Fale hoje com um dos nossos especialistas técnicos para discutir os seus requisitos de teste de cisalhamento de volta única e descobrir como a Mecmesin pode ajudá-lo a otimizar a sua avaliação do desempenho do adesivo.