Desenvolvimento de critérios para seleção de adesivos utilizados na fabricação de pás de turbinas eólicas

Abstract

O processo de fabricação das pás de turbinas eólicas envolve a colagem de estruturas fabricadas em plásticos reforçados com fibra de vidro. Neste trabalho foram analisadas os três principais tipos de adesivos estruturais utilizados pelos fabricante de pás (epóxi, poliuretano e metil-metacrilato), com o objetivo de desenvolver critérios que auxiliem na seleção de adesivos e de tratamentos superficiais aplicados às estrutuaras a serem coladas. A caracterização dos adesivos envolveu dois tipos de ensaios mecânicos: o cisalhamento de juntas de sobreposição simples e a clivagem de juntas adesivas. Dois tipos de tratamento das superfícies dos aderentes foram utilizados: camada de sacrifício removível (peel-ply) e abrasão. Também foi realizada a análise dos modos de falha das juntas ensaiadas como auxílio de compatibilidade entre adesivo e substrato. Os resultados mostram que o tratamento via peel-ply foi o mais eficiente para as juntas coladas com epóxi e testadas em cisalhamento, ao apresentar um aumento de 28% na resistência em relação às superfícies sem tratamento. Imagens de microscopia eletrônica de varredura sugerem que esse tratamento gerou uma área maior de contato em relação à superfície não tratada e que causou menos danos à superfície do aderente do que o método abrasivo. Os grupos colados com adesivo metil metacrilato, independentemente do tipo de tratamento, obtiveram os maiores valores nos ensaios de clivagem, cerca de 170% superiores aos demais grupos. Para estruturas de pás corretamente projetadas para evitar cargas de peeling em suas juntas adesivas, este trabalho mostra que a melhor opção são aderentes tratados com peel-ply e colados com epóxi. Contudo, um plano de testes deve ser elaborado sempre que houver a necessidade do emprego de um novo adesivo ou método de preparação superficial

The manufacturing process of wind turbine blades involves the bonding of structures made of glass reinforced plastic. This work analyzes the theree main types of structural adhesives used by blades manufactures (epoxy, polyurethane and methyl methacrylate), with the goal of developing criteria to assist in the selection of adhesives and surface treatments applied to the structures to be bonded. The characterization of the adhesives involved two types of mechanical tests: single lap shear joints and cleavage of adhesive joints. Two types of surface treatment of the adherents were used: removable sacrifical layer (peel-ply) and abrasion. The joint failure mode analysis was also carried out as an aid to the study of compatibility between adhesive and substrate. The results show that treatment via peel-ply was the most efficient for epoxy bonded substrates tested in shear, by presenting a 28% increase in strengh compared to untreated surfaces. Images of scanning electron microscopy suggest that this treatment led to a larger area of contact relative to untreated surfaces and caused less damage to the substrate's surface than the abrasive method. The groups bonded with methyl methacrylate regardless the type of treatment, had the highest values in the cleavage test, approximately 170% higher than other groups. For propertly designed blades, that avoid peeling loads in their adhesive joints, this work shows that the best option are substrate treated with peel-ply and bonded with epoxy. However, a test plan should be prepared whenever there is the necessity of using a new adhesive or method of surface preparation