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Reparos estruturais mais eficientes com química acrílica

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Através deste artigo exploraremos como aumentar a eficiência e a produtividade em juntas estruturais e reparos com química acrílica. Para começar, devemos observar que a ligação adesiva adequada pode ter um grande impacto na eficiência operacional, na produtividade e na lucratividade.

O mercado de adesivos estruturais continua crescendo

Nos últimos anos, estudos de mercado indicam que a utilização de adesivos estruturais continuará a apresentar um crescimento significativo. Seja para primeiras operações de união, manutenção ou reparação, a utilização de adesivos em pasta oferece muitas vantagens em relação à soldadura ou à fixação mecânica tradicional, tais como:

  • A facilidade de uso.
  • Resistência ambiental.
  • A selagem.
  • A distribuição de tensões.
  • A união de diferentes materiais.

Contudo, não devemos esquecer que, do ponto de vista do processamento, os adesivos líquidos ou pastosos apresentam alguns desafios.

Principais problemas de reparos estruturais

Os principais problemas que afetam a eficiência, produtividade e rentabilidade das reparações estruturais são:

  • Requisitos de preparação de superfície e aplicação de primer para obter uma adesão ideal.
  • Desempenho de colagem: Muitas vezes é difícil encontrar um adesivo que tenha capacidade de colagem com múltiplos substratos.
  • Tempos de cura: Não é fácil encontrar um adesivo que consiga uma cura rápida ou ideal para melhorar a produtividade.
  • Transporte e armazenamento: Alguns adesivos possuem, por exemplo, classificação inflamável que apresenta riscos e custos.
  • Perfis de toxicidade: existem adesivos que apresentam riscos aos operadores e agregam custos com equipamentos de proteção.
  • Bem-estar dos colaboradores: ligado a odores agressivos ou desagradáveis, principalmente em ambientes que requerem instalação adicional de dispositivos mitigadores.

Vantagens da química acrílica em reparos estruturais

Estas são as principais vantagens dos reparos estruturais:

Menos operações antes da colagem

A preparação da superfície do substrato para a ligação adesiva é extremamente importante na determinação do desempenho da junta. Sem a preparação adequada da superfície, mesmo o melhor adesivo não produzirá uma ligação duradoura e de alta resistência. É por isso que a preparação da superfície é fundamental. Os contaminantes incluem graxa, poeira e óleo; As superfícies metálicas também estão contaminadas com óxidos gerados pela corrosão. Os métodos de preparação de superfície utilizados em reparos estruturais dependem do tipo de aderente e do tipo de contaminante presente na superfície. Em geral, os tratamentos de superfície podem ser mecânicos, químicos, elétricos ou ainda utilizar plasma, luz ultravioleta ou laser para modificar a superfície. Todos os métodos de preparação de superfície têm uma coisa em comum: são demorados e, portanto, impactam negativamente a produtividade e a lucratividade. Os adesivos epóxi ou poliuretano são altamente dependentes da qualidade da preparação da superfície, enquanto os adesivos à base de metacrilato de metila são conhecidos por sua ação de “autolimpeza” em muitas superfícies contaminadas. Desenvolvimentos mais recentes na química e formulação do acrílico permitem o desenvolvimento de adesivos mais eficientes em termos de acrílico, reduzindo ou quase eliminando a necessidade de preparação de superfície para alcançar alto desempenho de colagem.

Redução de estoque

Quando vários substratos precisam ser unidos em linhas de montagem ou durante operações de reparo, a solução geralmente é aumentar o número de opções de adesivos. A necessidade de juntar vários materiais na mesma oficina, e especificamente juntar materiais diferentes, está a crescer devido a designs mais inovadores e ambiciosos. Além disso, esses designs estão levando ao aumento do uso de adesivos em comparação aos métodos tradicionais. O uso de múltiplos produtos altamente especializados aumenta os custos de estoque e acrescenta complexidade à logística de fornecimento, ao planejamento e à organização da loja. Devido a estes desafios, a inovação está a impulsionar novos produtos que oferecem capacidades de ligação multimateriais. O que isto significa para o usuário final é a capacidade de reduzir o número e os tipos de adesivos em seu estoque. Para alcançar a resistência de união ideal para aplicações que envolvem a união de substratos diferentes, muitos fatores devem ser considerados, incluindo:

  • Termos de serviço
  • restrições de cura
  • desempenho térmico, elétrico ou mecânico específico.

Um parâmetro crítico a considerar é a diferença nos coeficientes de expansão térmica (CTE) entre os substratos. Além da resistência às diferentes tensões impostas pelas aplicações (por exemplo, impacto, vibrações, cisalhamento e ambiente), a junta adesiva deve sobreviver às alterações dimensionais dos substratos devido ao aumento ou diminuição da temperatura. É essencial levar estas questões em consideração antes de escolher um sistema adesivo. Os adesivos acrílicos comercializados recentemente foram projetados para oferecer compatibilidade com um amplo espectro de substratos, oferecendo forte adesão a metais, compósitos e materiais termoplásticos. Alguns destes adesivos também demonstram alta tenacidade e/ou flexibilidade para suportar diferenças significativas nas mudanças dimensionais entre substratos e também para minimizar o potencial de fadiga ou falha por histerese devido a forças geradas na ligação. Esses adesivos podem ser usados para diversas aplicações e substituir diversos produtos especializados, reduzindo o estoque e minimizando o treinamento dos trabalhadores.

Otimização dos tempos de design e processamento

Ao projetar aplicações adesivas, otimizar o projeto da junta é uma consideração importante. As juntas adesivas, em oposição às fixadas mecanicamente, dão aos projetistas a liberdade de se concentrarem nas diversas tensões que uma determinada junta deverá suportar na sua temperatura de serviço projetada. Durante o exercício de projeto, atenção especial deve ser dada aos efeitos potenciais dos requisitos de tensão mecânica e térmica, particularmente em aplicações de união dinâmica. Além disso, a montagem, a metodologia de fabricação e os fatores de custo devem ser levados em consideração ao propor um projeto conjunto. As principais propriedades reveladas que permitem aos engenheiros obter simulações de aplicação rápidas e precisas incluem propriedades de tração, índice de Poisson, tenacidade à fratura, coeficiente de expansão térmica, temperatura de transição vítrea, resistência ao cisalhamento, resistência ao descascamento T, densidade de cura, retração volumétrica e dureza Shore. Essas propriedades ajudam a prever o efeito combinado dos parâmetros do projeto e das propriedades adesivas no processo e nas condições operacionais do seu projeto, reduzindo tempo e despesas. Em termos de processamento ao realizar reparos estruturais, dois fatores diferentes relacionados ao tempo são importantes: tempo de aplicação e tempo de cura.

  • O tempo de aplicação, também denominado tempo aberto, corresponde ao tempo que os trabalhadores têm para aplicar o adesivo e colocá-lo em contacto com os dois substratos a unir.
  • O tempo de cura refere-se ao tempo necessário para a polimerização; determina quanto tempo levará para permitir que a gaxeta seja manipulada e/ou usada sob cargas.

Ambos os factores temporais influenciam a produtividade na montagem de peças, bem como nas operações de manutenção ou reparação. Para a química acrílica, a escolha de várias combinações desses dois tempos de processamento está se expandindo. Inovações recentes em catalisadores para a química acrílica permitem que fabricantes de adesivos avançados ofereçam diversas reatividades de um determinado adesivo, oferecendo aos usuários finais tempos de processamento otimizados e a oportunidade de melhorar a produtividade em suas operações de montagem e reparo, mesmo em condições exigentes. Vale a pena mencionar dois exemplos para ilustrar esta tendência.

  • O primeiro exemplo é um adesivo acrílico que possui mais de 50% de alongamento e alta resistência a ambientes quentes e úmidos. Este adesivo oferece tempos abertos de 5 e 15 minutos, possibilitando aplicações tão variadas como colagem de estruturas primárias e secundárias de trens, peças internas de vagões ferroviários de médio porte, componentes de ônibus e caminhões, grandes painéis em reboques, interiores de pequeno e médio porte. peças ou até acessórios para barcos.
  • O segundo exemplo é uma solução acrílica de cura extremamente rápida que é capaz de curar entre -20°C (-4°F) e 40°C (104°F) sob condições úmidas e até mesmo sob água/água salgada. Produtos com duas reatividades diferentes (vida útil de 1,5 e 5 min à temperatura ambiente) permitem diversas aplicações onde são necessárias reatividade ultrarrápida ou capacidade de cura subaquática ou em baixa temperatura.

As aplicações dinâmicas para esta solução podem ser encontradas no domínio da manutenção e reparação, onde os engenheiros devem considerar o tempo de inatividade e os fatores de utilização de recursos que podem significar a diferença entre lucros e perdas. Gerenciar essas duas variáveis em ambientes extremos requer planejamento e execução cuidadosamente calibrados. Para a reparação de turbinas eólicas em condições extremas (por exemplo, -20°C), por exemplo, o tempo de inatividade devido a reparação e manutenção afeta diretamente a eficiência e a rentabilidade das turbinas. A capacidade de trabalhar eficazmente nestas condições é uma solução muito procurada na indústria eólica. Minimizar o tempo de inatividade é fundamental, mas o ambiente desafiador dos parques eólicos exige técnicos altamente qualificados e caros que trabalham em intervalos de tempo apertados. Portanto, há uma necessidade crescente de poder concluir trabalhos de reparo sob demanda, “a qualquer hora, em qualquer lugar”, em vez de dentro de temporadas de reparo definidas. Sua capacidade de cura em ambientes agressivos permite que soluções adesivas acrílicas recentes ajudem a reduzir o tempo de inatividade das turbinas eólicas em 25-50% e o tempo total de reparo em até 90%.

Aplicações semelhantes são vistas em reparos estruturais na indústria naval, onde estão presentes condições desafiadoras, como umidade e temperaturas extremas. Reduzir o tempo de inatividade da embarcação é essencial. Na verdade, em muitos casos, os barcos têm de ser reparados na água entre os ciclos de manutenção. Como resultado, o desempenho do adesivo correto, bem como a sua capacidade de processamento para atingir o desempenho de cura necessário, são fundamentais.

Logística mais segura e bem-estar do operador

Um dos mais recentes desenvolvimentos na família de adesivos acrílicos concentra-se na resolução de problemas relacionados à segurança e às condições de trabalho. As desvantagens frequentemente relatadas dos adesivos padrão à base de metacrilato de metila incluem seu forte odor e sua classificação como produtos inflamáveis. O primeiro problema está relacionado com a utilização de um monómero de metacrilato de metilo na formulação, enquanto o segundo é resultado da natureza do pacote de catalisador.

Odores fortes e desconfortáveis afetam a saúde e a satisfação dos trabalhadores, especialmente em ambientes de trabalho fechados. Além disso, alguns desses adesivos são classificados como irritantes respiratórios, necessitando de equipamentos de proteção para aplicação. Isto, por sua vez, afeta a produtividade, os custos e, o mais importante, o bem-estar dos funcionários. A classificação de inflamável também traz outras consequências, como transporte e armazenamento em ambientes especializados. Tudo isso pode afetar negativamente os custos. Um adesivo acrílico recentemente comercializado3 beneficiou-se de uma inovação em monômeros (eliminando o metacrilato de metila) e de um pacote de catalisador pioneiro.

A implementação de ambos os avanços levou ao surgimento de uma segunda geração de adesivos acrílicos que mantém todos os benefícios dos produtos de primeira geração e proporciona benefícios adicionais. O adesivo oferece até 90% menos odor, não é inflamável, tem cura instantânea e vem em duas versões de tempo aberto. Apresenta alto impacto e resistência a colisões devido ao alongamento superior a 50%, e seu perfil toxicológico mais amigável e classificação não inflamável ajudam a reduzir riscos, juntamente com os custos subsequentes de transporte e armazenamento.

Considerações de sustentabilidade

À medida que as inovações ajudam os adesivos acrílicos a aumentar a sua quota de mercado entre os diferentes produtos químicos utilizados para reparações estruturais, espera-se que a sua sustentabilidade e, em particular, a pegada de carbono entrem em destaque. Vários novos monómeros de base biológica estão em avaliação em laboratórios de desenvolvimento; A sua utilização, se for tecnicamente possível, contribuirá para a redução do potencial de aquecimento global dos adesivos (expresso em Kg de emissões de CO2/Kg de adesivo fabricado).

Hoje em dia dá-se preferência às matérias-primas vulgarmente designadas de “segunda geração”, principalmente aquelas derivadas de origem lignocelulósica e que não competem com a produção alimentar, embora a sua disponibilidade à escala industrial seja atualmente muito inferior à da primeira geração. No futuro, a terceira geração relacionada com a biomassa de algas estará certamente também ligada à utilização do CO2 como matéria-prima.

Além dos monómeros de base biológica, os químicos e formuladores também estão a analisar as possibilidades de utilização de produtos químicos reciclados (devido aos futuros requisitos legislativos, como o Acordo Verde da UE) e a avaliar a possibilidade de implementar o conceito de "equilíbrio da "produção em massa" através da utilização de matérias-primas de origem biológica, conforme recomendado pela Fundação Ellen MacArthur.

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