Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Vasconcelos, Rayana Larissa
Orientador(a): Canto, Leonardo Bresciani lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/23497
Resumo: The fabrication of polymer-metal hybrid structures with high mechanical performance is related to the constituent materials of such structure, as well as the surface treatments applied to promote polymer-metal adhesion. In this work, thermoplastic polyurethane (TPU) and 6061-T6 aluminum alloy hybrid joints with high interfacial strength were developed by injection overmolding, with metal inserts treated consecutively by abrasion, oxidation and silanization, using different solution concentrations and pH, and a post-molding heat treatment. Metal inserts treated with 2% v/v and pH 10 presented a more hydrophilic surface compared to untreated metal inserts, which contributed to the subsequent polymer-metal adhesion. Analysis of the hybrid joints cross-section indicated the formation of an aluminum oxide layer and a partial TPU infiltration into microcavities on the metal surface. In shear testing, the hybrid joints showed an asymptotic mechanical behavior, in which the force increased continuously up to approximately 3 mm of displacement and, from that point on, remained nearly constant until failure. This suggests that, up to 3 mm of displacement, the measured force is equivalent to the interfacial strength of the hybrid joints. From 3 mm, the TPU intrinsic mechanical strength began to show a more considerable influence on the mechanical behavior of the hybrid joints, since as the material reached its yield point. From 3 mm until the moment of failure, the measured force became a function of the plastic deformation of the TPU. Therefore, the interfacial strength of the hybrid joints was greater than the intrinsic mechanical strength of the TPU, proving the efficiency of the surface treatments applied in the adhesion and performance of the TPU/AA6061-T6 hybrid joints.
id SCAR_0376a6b96b60ad9faca197e5c10ac38f
oai_identifier_str oai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23497
network_acronym_str SCAR
network_name_str Repositório Institucional da UFSCAR
repository_id_str
spelling Vasconcelos, Rayana LarissaCanto, Leonardo Brescianihttp://lattes.cnpq.br/7287108960864123Canevarolo, Sebastião Vicentehttp://lattes.cnpq.br/4153664441338178http://lattes.cnpq.br/2438420639837106https://orcid.org/0000-0002-3345-9040https://orcid.org/0000-0002-4138-005Xhttps://orcid.org/0000-0002-7959-1872Marini, JulianoStaffa, Lucas HenriqueChinelatto, Marcelo AparecidoBianchi, Otáviohttp://lattes.cnpq.br/4533610255047654http://lattes.cnpq.br/2896049826673626http://lattes.cnpq.br/2032752593664123http://lattes.cnpq.br/03092871122777512026-01-28T11:21:37Z2025-01-13VASCONCELOS, Rayana Larissa. Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23497.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23497The fabrication of polymer-metal hybrid structures with high mechanical performance is related to the constituent materials of such structure, as well as the surface treatments applied to promote polymer-metal adhesion. In this work, thermoplastic polyurethane (TPU) and 6061-T6 aluminum alloy hybrid joints with high interfacial strength were developed by injection overmolding, with metal inserts treated consecutively by abrasion, oxidation and silanization, using different solution concentrations and pH, and a post-molding heat treatment. Metal inserts treated with 2% v/v and pH 10 presented a more hydrophilic surface compared to untreated metal inserts, which contributed to the subsequent polymer-metal adhesion. Analysis of the hybrid joints cross-section indicated the formation of an aluminum oxide layer and a partial TPU infiltration into microcavities on the metal surface. In shear testing, the hybrid joints showed an asymptotic mechanical behavior, in which the force increased continuously up to approximately 3 mm of displacement and, from that point on, remained nearly constant until failure. This suggests that, up to 3 mm of displacement, the measured force is equivalent to the interfacial strength of the hybrid joints. From 3 mm, the TPU intrinsic mechanical strength began to show a more considerable influence on the mechanical behavior of the hybrid joints, since as the material reached its yield point. From 3 mm until the moment of failure, the measured force became a function of the plastic deformation of the TPU. Therefore, the interfacial strength of the hybrid joints was greater than the intrinsic mechanical strength of the TPU, proving the efficiency of the surface treatments applied in the adhesion and performance of the TPU/AA6061-T6 hybrid joints.A fabricação de estruturas híbridas de polímero-metal com elevado desempenho mecânico está relacionada aos materiais constituintes de tal estrutura, bem como aos tratamentos de superfície aplicados para promover a adesão polímero-metal. Neste trabalho, foram desenvolvidas juntas híbridas de poliuretano termoplástico (TPU) e liga de alumínio 6061-T6 de alta resistência interfacial pela técnica de sobremoldagem por injeção, com insertos metálicos tratados consecutivamente por abrasão, oxidação e silanização, utilizando diferentes concentrações e pH de solução, além de tratamento térmico pós-moldagem. Insertos metálicos tratados em 2% v/v e pH 10 apresentaram superfície mais hidrofílica em relação a insertos metálicos não tratados, o que contribuiu para a posterior adesão polímero-metal. A análise da seção transversal das juntas híbridas indicou a formação da camada de óxido de alumínio e a penetração parcial do TPU em microcavidades da superfície metálica. Em ensaio de cisalhamento, as juntas híbridas apresentaram comportamento mecânico assintótico, no qual a força aumentou continuamente até aproximadamente 3 mm de deslocamento e, a partir desse ponto, se manteve praticamente constante até a ruptura. Desse modo, pode-se inferir que, até 3 mm de deslocamento, a força mensurada equivale à resistência interfacial das juntas híbridas. A partir de 3 mm, a componente da resistência mecânica intrínseca do TPU passou a exercer influência mais significativa no comportamento mecânico das juntas híbridas, uma vez que o limite de escoamento do TPU foi atingido. De 3 mm até o momento da ruptura, a força mensurada passou a ser uma função da deformação plástica do TPU. Assim, a resistência interfacial das juntas híbridas foi maior que a resistência mecânica intrínseca do TPU, comprovando a eficiência dos tratamentos de superfície aplicados na adesão e no desempenho das juntas híbridas de TPU/AA6061-T6.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.334837/2019-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessInjection overmoldingPolymer-metal hybrid structureThermoplastic polyurethaneAdhesionENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS9. Indústria, Inovação e InfraestruturaSobremoldagem por injeçãoEstrutura híbrida de polímero-metalPoliuretano termoplásticoAdesãoJuntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silanoInjection molded TPU/AA6061-T6 hybrid joints with high interfacial strength by silane-based surface treatmentsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9e92ffcd-ce8e-46a1-a92e-a78c9092b50b/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdf.txtRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain103561https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f1a6fdd5-21dd-4cc6-9c61-a65fe3e24f2f/download715dc8719385eef5b6e17825828d14e2MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdf.jpgRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4203https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ce593ac3-0321-47ff-8b68-5ec00c85d272/downloadd49469eaf3aa8b5ae19e75d1d5590883MD54falseAnonymousREADORIGINALRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdfRayana Larissa Vasconcelos - Tese.pdfapplication/pdf6812626https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ff07889b-7827-4aba-a318-66aedaef19b2/download99414931373516f3b6d34222937bd510MD51trueAnonymousREAD20.500.14289/234972026-01-29T03:05:57.445974Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23497https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-01-29T03:05:57Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
dc.title.none.fl_str_mv Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Injection molded TPU/AA6061-T6 hybrid joints with high interfacial strength by silane-based surface treatments
title Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
spellingShingle Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
Vasconcelos, Rayana Larissa
Injection overmolding
Polymer-metal hybrid structure
Thermoplastic polyurethane
Adhesion
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
Sobremoldagem por injeção
Estrutura híbrida de polímero-metal
Poliuretano termoplástico
Adesão
9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
title_short Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
title_full Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
title_fullStr Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
title_full_unstemmed Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
title_sort Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
author Vasconcelos, Rayana Larissa
author_facet Vasconcelos, Rayana Larissa
author_role author
dc.contributor.authorlattes.none.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2438420639837106
dc.contributor.authororcid.none.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-3345-9040
dc.contributor.advisor1orcid.none.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-4138-005X
dc.contributor.advisor-co1orcid.none.fl_str_mv https://orcid.org/0000-0002-7959-1872
dc.contributor.referee.none.fl_str_mv Marini, Juliano
Staffa, Lucas Henrique
Chinelatto, Marcelo Aparecido
Bianchi, Otávio
dc.contributor.refereeLattes.none.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4533610255047654
http://lattes.cnpq.br/2896049826673626
http://lattes.cnpq.br/2032752593664123
http://lattes.cnpq.br/0309287112277751
dc.contributor.author.fl_str_mv Vasconcelos, Rayana Larissa
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Canto, Leonardo Bresciani
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7287108960864123
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Canevarolo, Sebastião Vicente
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4153664441338178
contributor_str_mv Canto, Leonardo Bresciani
Canevarolo, Sebastião Vicente
dc.subject.eng.fl_str_mv Injection overmolding
Polymer-metal hybrid structure
Thermoplastic polyurethane
Adhesion
topic Injection overmolding
Polymer-metal hybrid structure
Thermoplastic polyurethane
Adhesion
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
Sobremoldagem por injeção
Estrutura híbrida de polímero-metal
Poliuretano termoplástico
Adesão
9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
dc.subject.por.fl_str_mv Sobremoldagem por injeção
Estrutura híbrida de polímero-metal
Poliuretano termoplástico
Adesão
dc.subject.ods.none.fl_str_mv 9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
description The fabrication of polymer-metal hybrid structures with high mechanical performance is related to the constituent materials of such structure, as well as the surface treatments applied to promote polymer-metal adhesion. In this work, thermoplastic polyurethane (TPU) and 6061-T6 aluminum alloy hybrid joints with high interfacial strength were developed by injection overmolding, with metal inserts treated consecutively by abrasion, oxidation and silanization, using different solution concentrations and pH, and a post-molding heat treatment. Metal inserts treated with 2% v/v and pH 10 presented a more hydrophilic surface compared to untreated metal inserts, which contributed to the subsequent polymer-metal adhesion. Analysis of the hybrid joints cross-section indicated the formation of an aluminum oxide layer and a partial TPU infiltration into microcavities on the metal surface. In shear testing, the hybrid joints showed an asymptotic mechanical behavior, in which the force increased continuously up to approximately 3 mm of displacement and, from that point on, remained nearly constant until failure. This suggests that, up to 3 mm of displacement, the measured force is equivalent to the interfacial strength of the hybrid joints. From 3 mm, the TPU intrinsic mechanical strength began to show a more considerable influence on the mechanical behavior of the hybrid joints, since as the material reached its yield point. From 3 mm until the moment of failure, the measured force became a function of the plastic deformation of the TPU. Therefore, the interfacial strength of the hybrid joints was greater than the intrinsic mechanical strength of the TPU, proving the efficiency of the surface treatments applied in the adhesion and performance of the TPU/AA6061-T6 hybrid joints.
publishDate 2025
dc.date.issued.fl_str_mv 2025-01-13
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2026-01-28T11:21:37Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv VASCONCELOS, Rayana Larissa. Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23497.
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.14289/23497
identifier_str_mv VASCONCELOS, Rayana Larissa. Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23497.
url https://hdl.handle.net/20.500.14289/23497
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.publisher.initials.fl_str_mv UFSCar
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFSCAR
instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron:UFSCAR
instname_str Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
instacron_str UFSCAR
institution UFSCAR
reponame_str Repositório Institucional da UFSCAR
collection Repositório Institucional da UFSCAR
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/9e92ffcd-ce8e-46a1-a92e-a78c9092b50b/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f1a6fdd5-21dd-4cc6-9c61-a65fe3e24f2f/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ce593ac3-0321-47ff-8b68-5ec00c85d272/download
https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ff07889b-7827-4aba-a318-66aedaef19b2/download
bitstream.checksum.fl_str_mv fba754f0467e45ac3862bc2533fb2736
715dc8719385eef5b6e17825828d14e2
d49469eaf3aa8b5ae19e75d1d5590883
99414931373516f3b6d34222937bd510
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)
repository.mail.fl_str_mv repositorio.sibi@ufscar.br
_version_ 1859391319512711168