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Previous issue date: 2011-06-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multimaterial structures are currently a technologically attractive field of research. The growing use of polymer composites replacing metals in structures aiming for weight and emission reduction is part of the motivation of this study. The currently used techniques adhesive bonding and mechanical fastening are limited in certain aspects, opening a path for innovation in this area. Joining of polymers and metals via Injection Clinching Joining (ICJ) is an innovative technique based in injection molding, adhesive bonding and staking. This work studies this technology in its theoretical aspects and applies it to a preliminary study with commercial materials: 30% short glass fiber reinforced polyamide 6,6 (PA66/FG30%); and aluminum alloy AA2024-T351. A design of experiment of one factor at a time analyzed effects of the process parameters on macro- and microstructure, local and global mechanical properties, and thermal properties. It was possible to create joints in which the polymer completely filled cavities in the metallic hole, but the reproducibility was not good, for most joints had only partial filling of the cavities, factor which improves the mechanical performance of the joint. The lap shear testing of overlapped joints determined the global mechanical strength of the joint, which ranged from 20,90 MPa to 51,48 MPa (35,9% to 88,5% of the ultimate tensile strength of PA66/FG30%), and the best performances are attributed to a large contact volume of polymeric material with the chamfer on top of the stud, and effective cavity filling. Two types of fracture were observed, a ductile and gradual (rivet pull-out), and a fragile and catastrophic (net-tension). The thermal properties of the polymer after joining were not significantly changed compared to the base material. This scientific and technological research featured ICJ as a viable process for joining of multimaterial structures, achieving good mechanical performance without significantly changing the properties of the base materials. / Estruturas multimateriais são hoje um campo de estudo atrativo tecnologicamente. O crescente uso de compósitos poliméricos substituindo metais em estruturas para redução de peso e de emissão de gases faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas usadas atualmente ligação adesiva e junção mecânica são limitadas em certos aspectos, abrindo caminho para inovação nesta área. A união entre polímeros e metais por rebitagem por injeção (adaptação de Injection Clinching Joining ICJ) é uma técnica inovadora baseada em moldagem por injeção, ligação adesiva e rebitagem. Este trabalho estuda esta técnica em seus aspectos teóricos e a aplica em um estudo preliminar com materiais comerciais: poliamida 6,6 reforçada com 30% de fibras curtas de vidro (PA66/FV30%); e liga de alumínio AA2024-T351. Um projeto de experimento de um fator por vez analisou efeitos dos parâmetros de processo sobre a macro- e microestrutura, propriedades mecânicas localizadas e globais, e propriedades térmicas. Foi possível criar juntas nas quais o polímero preencheu completamente cavidades no furo metálico, porém não houve boa reprodutibilidade, sendo que a maioria das juntas obteve preenchimento parcial das cavidades, fator que melhora consideravelmente a resistência mecânica da junta. Os ensaios de cisalhamento por tração de juntas sobrepostas determinaram a resistência mecânica global da junta, que variou de 21 MPa a 51 MPa (35,9% a 88,5% da resistência mecânica da PA66/FV30%), sendo que melhores desempenhos são fruto de um grande volume de contato com o chanfro no topo do pino, e de maiores preenchimentos de cavidades. Foram observados dois tipos de fratura, uma dúctil e gradual (arrancamento do pino), e outra frágil e catastrófica (nettension). As propriedades térmicas do polímero após a união não foram alteradas significantemente em relação ao material de base. Esta pesquisa científica e tecnológica caracterizou o ICJ como um processo viável para união de estruturas multimateriais, possuindo boa resistência mecânica e sem alterar significantemente as propriedades dos materiais de base.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/855 |
| Date | 22 June 2011 |
| Creators | Abibe, André Bastos |
| Contributors | Hage Júnior, Elias |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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