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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2005.tde-14122005-151819
Documento
Autor
Nome completo
Joelmir Mariano de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Schon, Claudio Geraldo (Presidente)
Machado, Izabel Fernanda
Rosa, Derval dos Santos
Título em português
Estudo e avaliação mecânica das juntas soldadas por ultra-som de policarbonato e poli (metacrilato de metila).
Palavras-chave em português
polímeros
soldagem
ultra-som
Resumo em português
Nesta pesquisa estudou-se a soldagem de materiais poliméricos por ultra-som, sendo estes, policarbonato (PC) e poli(metacrilato de metila, PMMA. As soldagens foram obtidas através do equipamento especifico para soldagem Soldadoras Integradas, série 900IW, empresa BRANSON Ultrasonics Corporation. Onde detalhamos alguns aspectos do equipamento: mecanismo de soldagem, conversores, transformador e sonotrodo. Para o sonotrodo especificamos a relação de área em função da geometria do mesmo. Ressaltamos também os tipos de métodos de soldagem: direto e indireto, de forma que concluímos que os materiais semicristalinos devem ser soldados apenas pelo método direto em conseqüência destes apresentarem grande perda de amplitude durante a soldagem. Em função destes possuírem uma acentuada queda do módulo de cisalhamento (G) e um aumento no fator de perda mecânica Tang δ acima da temperatura de transição vítrea (Tg), o que prejudica a soldagem. Foram analisados outros fatores que influem no processo de soldagem da junta como: tipos de juntas para uma melhor transmissão de energia, onde verificamos que juntas que possuem um D.R (diretor de energia) apresentam uma boa soldagem, diferente o que acontece com superfícies planas que apresentaram uma soldagem inadequada. Pesquisou-se também a propagação da onda no diretor de energia onde verificamos variações da amplitude através do mesmo. Estudou-se o método para estimar a capacidade de soldagem por ultra-som dos matérias através de fórmulas, onde verificou-se resultados coerentes com os valores reais. Experimentalmente variou-se os parâmetros de soldagem tais como: tempo de soldagem, pressão, e o tempo de recalque, com o intuito de obter-se variações na área soldada e na resistência ao cisalhamento das juntas. Os resultados apresentados pela variação dos parâmetros foram significativos, de modo, que o aumento do tempo de soldagem influenciou em um aumento da área das amostras em 90% das soldagens realizadas, tanto para soldagens similar (de mesmo material) e dissimilar (de materiais diferentes). Com aumento da pressão de soldagem obtivemos resultados menos significativos, ou seja, verificamos que 86,52% das amostras com junção similar, aumentaram a área em função do aumento da pressão. Os outros 13,48% diminuíram a área soldada em função do aumento da pressão, fenômeno causado pela diferença de rechupe encontrado nas amostras injetadas. O aumento do tempo de recalque não apresentou variações de área e de resistência ao cisalhamento significativas. As amostras soldadas apresentam o fenômeno de esbranqueceamento da região unida, onde concluímos que a umidade presente no material e as microrugosidades presentes na superfície do mesmo, causam este fenômeno. O qual pode ser minimizado através de secagem do material antes da injeção. Mediu-se a área soldada, e a resistência ao cisalhamento de todos os tipos de juntas, de forma que obtivemos diferentes valores para cada tipo de material analisado (PMMA e PC) com junções similares (PMMA/PMMA e PC/PC), dissimilares (PMMA/PC) e com direções de injeção similares (HH, VV) e direção de injeção dissimilar (HV). Com estes resultados podemos aplicar o método estatístico de análise de variância em função da variação de área e da variação de resistência. Os resultados da análise de variância foram mais coerentes com os resultados experimentais em função do parâmetro tempo de soldagem. A análise de variância em função da pressão apresentou resultados menos significativos, comparado aos resultados experimentais. As juntas soldadas foram adaptadas da norma ASTM D638M, e para realização do teste de cisalhamento projetou-se um dispositivo especial para esta aplicação.
Título em inglês
Study and avaliation mechanics of join welding by ultrasound of polycarbonate and poli(metacrilate of metila, PMMA).
Palavras-chave em inglês
polymer
ultrasound
welding
Resumo em inglês
In this research it was studied welding of polymerics materials by ultrasound, being these, polycarbonate (PC) and poli(metacrilate of metila, PMMA). The weldings had been gotten through the equipment specify for welding (Integrated Soldering, series 900IW, company BRANSON Ultrasonics Corporation). Detail some aspects of the equipment: mechanism of welding, converters, transforming and sonotrode. For sonotrode we specify the relation of area in function of the geometry. Empathized also two types of welding methods: direct and indirect, then we conclude that the semi crystalline materials must be welded only by the direct method, in consequence of these materials to present great loss of amplitude during the welding. In function of these to possess one accented fall of the module of shear (G) and an increase in the mechanics loss factor (Tang δ), above of the glass transition temperature (Tg), these factors it harms the welding. Other factors had been analyzed that influence in the process of welding of the joining, as: geometric of joining for one better transmission of energy, where we verify that joining that possess a D.R (director of energy) these present a good welding, different of others joining with plain surfaces that had presented an inadequate welding. The propagation of the wave in the energy director was also searched where we verify variations of the amplitude through D.R. The method was studied for estimate of the capacity of welding for ultrasound of the materials through formulas, where it was verified coherent resulted with the real results. Experimentally varied the welding parameters such as: welding time, pressure, and the time pressure after welding, with intention to get variations in the welded area and the shear strength of the joining. The results presented for the variation of the parameters had significant, in way, that the increase of the welding time influenced in an increase of the area of the samples in 90% of the carried through weldings, as much for weldings similar (of same material) and dissimilar (of different materials). With increase of the welding pressure we got resulted less significant, or either, we verify that 86.52% of the samples with similar junction, had increased the area in function of the increase of the pressure. The others 13.48% had diminished the area welded in function of the increase of the pressure, phenomenon caused for the difference of contraction found in the injected samples. The increase of the time of the time pressure after welding did not present variations of area and significant shear strength. The welded samples present the phenomenon of change of color of the joined region, where we conclude that the present humidity in the material and the microrugosidades of the surface causes this phenomenon. The change color can be minimized through drying of the material before the injection. It measured welded area, and the shear strength of all the types of joining, and this form we got different values of area and of shear strength for each type of material analyzed (PMMA and PC) with similar junctions (PMMA/PMMA and PC/PC) and dissimilar (PMMA/PC) with similar directions of injection (HH, VV) and direction of dissimilar injection (HV). With these results we can apply the statistical method of analysis of variance in function of the variation of area and in function of the variation of resistance. The results of the variance analysis had been more coherent with the experimental results in function of the parameter welding time. The analysis of variance in function of the pressure presented resulted less significant, comparative to the experimental results. The welded joining had been adapted according to norm ASTM D638M, and for development of the shear test a special device for this application was projected.
 
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Data de Publicação
2006-02-16
 
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  • SOUZA, J. M. DE, and SCHON, Claudio Geraldo. Study and mechanical evaluation of ultra-sound welded joints of policarbonate and poli(methyl metacrylate). In 23rd Annual meeting of the polymer processing society, Salvador-BA, 2007. Program and book of abstracts.São Carlos-SP : Polymer processing & rheology center- DEMa/UFSCar, 2007. Abstract.
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