Juntas híbridas TPU/AA6061-T6 moldadas por injeção com alta resistência interfacial via tratamentos de superfície baseados em silano
| Ano de defesa: | 2025 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| 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. |
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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 |
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