Medidas de Aderncia pelo Mtodo Pull-Off Aspectos Prticos No Abordados em Norma

Rodolpho C. D.Pereira, Jeferson Leite Oliveira, Walter Andrade de Souza, Bruno Pacheco Silva, Isabel Cristina P. Margarit Mattos

LNDC Laboratrio de Ensaios No-Destrutivos, Corroso e Soldagem Engenharia Metalrgica e Materiais, Escola Politcnica, COPPE, UFRJ

www.metalmat.ufrj.br/lndc/ Resumo: O objetivo deste trabalho ilustrar a importncia de alguns aspectos experimentais sobre os resultados e reprodutibilidade de medidas de aderncia de revestimentos orgnicos pelo mtodo pull-off. Os aspectos abordados neste trabalho so: preparao da superfcie e limpeza dos pinos, preparao da superfcie do revestimento onde sero colados os pinos e escolha do adesivo. Esses procedimentos no so abordados em norma o que dificulta a aplicao do mtodo na prtica industrial e laboratorial. Espera-se que este trabalho estimule rgos normativos a abordar esses aspectos nas prximas revises. Palavras-chave: revestimentos, aderncia, pull-off.

1.INTRODUO

O mtodo conhecido por pull-off um dos possveis testes, e um dos mais utilizados, para medir a aderncia de revestimentos orgnicos. O mtodo consiste em colar um pino metlico superfcie do revestimento e aplicar uma fora trativa para arranc-lo. O resultado do teste se d em funo da fora aplicada e do tipo de falha que se observa, podendo ser de dois tipos: falha coesiva e falha adesiva. Uma das normas que descreve procedimentos para realizao do teste a Norma ASTM D 4541 [1], existindo textos equivalentes publicados por outros rgos normativos, por exemplo, ABNT e BS. O mtodo pull-off menos subjetivo do que os mtodos da fita adesiva que envolvem riscar o revestimento (Norma ASTM D 3359 [2]). Sua utilizao vem sendo ampliada inclusive em medidas de campo. No entanto, este ensaio demanda amostragem estatstica de medidas, pois existe um nvel intrnseco de falta de reprodutibilidade nos resultados. Como se trata de um mtodo destrutivo, sobretudo em medidas de campo, desejvel a observncia de alguns procedimentos que possam diminuir o grau de incerteza dos resultados. Alguns fatores que no esto contemplados em norma podem ser melhor observados, tais como: preparao da superfcie e limpeza dos pinos; fora adesiva da cola utilizada e preparao da superfcie do revestimento na regio onde ser colado o pino.

O primeiro aspecto, tratamento superficial do pino, deve considerar que se a superfcie do pino tiver uma rugosidade pequena, sua aderncia cola tambm ficar prejudicada e com foras trativas muito baixas j ocorre o arrancamento do pino com falha na interface pino/cola. O segundo aspecto est relacionado com a fora adesiva da cola utilizada para prender o pino no revestimento. Se essa fora for inferior fora de aderncia do revestimento no metal, as falhas ocorrero na interface pino/cola ou cola/revestimento e a aderncia do revestimento ao metal no ser quantificada.

O terceiro aspecto o tratamento superficial do revestimento na rea de fixao do pino. Existem revestimentos com superfcie irregular e revestimentos com superfcie quase vitrificada. No primeiro caso, superfcie irregular, no existe garantia de distribuio homognea da carga de trao aplicada ao pino. No segundo caso, superfcie vitrificada, a fixao do pino muito fraca porque a cola no adere bem ao revestimento liso.

O objetivo deste trabalho ilustrar a importncia desses fatores, de forma que eles sejam melhor observados quando o teste for realizado.

2.METODOLOGIA O procedimento adotado para as medidas de aderncia o recomendado no anexo A.4 da norma ASTM D 4541. O equipamento utilizado foi do tipo pneumtico, marca Elcometer 110 Patti. As variveis na preparao das superfcies foram programadas, em ordem estabelecida, de forma a se utilizar os resultados j obtidos para as anlises dos fatores seguintes. A ordem adotada foi:

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2.1 Tratamento superficial dos pinos:

- Jateamento de quinze (15) placas de ao carbono (9x14cm) com granalha de ao atingindo perfil de rugosidade na faixa de 80 - 100m; - Polimento de quinze (15) pinos ao espelho, utilizando lixas na seqncia de #300 at #1500; - Jateamento de trinta (30) pinos com microesfera de vidro atingindo perfil de rugosidade na faixa de 20-30m. Aps o jateamento, quinze (15) pinos foram limpos somente com ar comprimido e os outros quinze (15) pinos foram limpos com ultrassom durante imerso em lcool etlico por 20 minutos. Os pinos foram colados diretamente sobre o ao jateado, utilizando a cola 1 apresentada na Tabela 1. Foram fixados trs (3) pinos por placa. A deciso de colar os pinos diretamente sobre a superfcie do ao se baseou na hiptese de que o perfil de rugosidade do ao provocaria uma boa adeso da cola ao mesmo, j que o perfil no ao seria maior que no pino. Desta forma, as falhas adesivas que se desejava observar estariam concentradas na interface pino/cola, garantindo-se a comparao dos preparos de superfcie dos pinos. 2.2 Anlise das colas: - Jateamento de quinze (15) placas de ao carbono com granalha de ao atingindo perfil de rugosidade na faixa de 80 - 100m; - Preparao da superfcie de quarenta e cinco (45) pinos por jateamento com microesfera de vidro e limpeza com ultrassom de acordo com procedimento descrito no item 2.1. Os pinos foram colados diretamente sobre as placas de ao carbono jateadas, sendo fixados trs (3) pinos por placa. A cada grupo de cinco (5) placas, foi utilizada uma cola diferente cujas especificaes esto na Tabela 1.

Tabela 1: Informaes dos boletins tcnicos das colas. COLA 1 COLA 2 COLA 3

Resina-Azul, Endurecedor: Amarelo Transparente Viscosidade a 25C. Resina : Tixotrpica Endurecedor: 3000 5000 cPs Mistura: Tixotrpica Densidade (peso por volume) Resina: 1,85 1,95 g/cm3 Endurecedor: 1,05 1,10 g/ cm3 Relao de mistura Resina: 100 g Endurecedor: 9 g Temperatura de trabalho: 22 25C Tempo de Cura: 3 dias

Adesivo bicomponente base de resina epxi - Adesivo multiuso - Adesivo de alto poder de adeso para colagens de grandes superfcies lisas, porosas ou irregulares Resiste a at 80C Para diluio e limpeza utilizar o solvente B-57 Secagem: 90 minutos Cura total em 24 horas

Adesivo epxi transparente, com alta resistncia. Secagem em 15 minutos. Ideal para objetos rgidos como: louas, cermicas, metais, madeiras, pedras, vidros e acrlicos. Composio das partes Parte A: Resina Epoxi e carga. Parte B: Resina poli-mercaptana, amina terciria e carga.

2.3 Preparao da superfcie do revestimento: - Jateamento de doze (12) placas de ao carbono com granalha de ao atingindo perfil de rugosidade na faixa de 80 - 100m; - Aplicao com trincha de revestimento comercial com resina epxi modificada, curado com agente cicloaliftico de amina, reforado com carga cermica, espessura seca mdia de 800 m; - Preparao da superfcie de trinta e seis (36) pinos por jateamento com microesfera de vidro e limpeza com ultrassom de acordo com procedimento descrito no item 2.1. Os pinos foram fixados com a cola 1 sobre as placas revestidas, sendo trs (3) pinos por placa. A superfcie do revestimento foi levemente lixada, somente at perda do brilho do revestimento, nas regies de fixao dos pinos em seis (6) placas, e nas restantes no houve nenhum tratamento superficial. A perda de espessura do revestimento nos locais de lixamento foi de aproximadamente 10 m. As placas com os pinos fixados de acordo com o exposto nos itens anteriores foram ento submetidas ao teste de aderncia. Ao final de cada grupo de placas das quais os pinos foram arrancados, calcula-se a mdia da tenso necessria para arranc-los e avalia-se o tipo de falha. Os resultados so apresentados em diagramas de barra.

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3. RESULTADOS Na Figura 1 so apresentados os resultados referentes a influncia do tratamento superficial dos pinos sobre sua tenso de arrancamento de ao carbono jateado. O tipo de falha observado foi predominantemente na interface cola/pino (Y/Z). Observa-se que as menores tenses foram obtidas para os pinos polidos ao espelho. A substituio do polimento pelo jateamento com microesfera implicou num aumento de cerca de 5MPa na tenso de arrancamento. A limpeza dos pinos jateados em banho de ultrassom aumentou ainda mais a tenso de arrancamento em cerca de 2,5 MPa. De modo que as maiores tenses foram obtidas para os pinos jateados e limpos com ultrassom. O aumento do perfil de rugosidade e do grau de limpeza dos pinos tambm implicou em sutil diminuio na ocorrncia de falhas entre a cola e o pino (Y/Z). As porcentagens de falha mostradas na Figura 1 so a mdia entre quinze (15) medidas.

Figura 1: Efeito do tratamento superficial dos pinos sobre a tenso de arrancamento em ensaios de aderncia

pelo mtodo pull off. Falha predominante Y/Z. Na Figura 2 esto os resultados referentes ao desempenho de trs colas comerciais na tenso de arrancamento de pinos jateados e limpos com ultrassom, colados diretamente na superfcie de ao carbono jateado. Junto com a identificao das colas esto os respectivos tempos de cura especificados nos boletins tcnicos.

0,13% A/Y 99,87%Y/Z

3,47% A/Y 96,53%Y/Z

6,33% A/Y 93,67%Y/Z

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Figura 2: Desempenho de trs colas comerciais em ensaios de aderncia pelo mtodo pull off.

A fora de arrancamento e o tipo de falha variam entre as trs colas testadas. O ideal seria ter indicao de colas nas normas de acordo com a aderncia a ser medida. O grande fator limitante na escolha da cola o tempo de cura, principalmente para medidas em campo. Geralmente a preferncia por cura rpida, que normalmente est associada a menores foras adesivas nos produtos comerciais. Ainda na Figura 2, observa-se que cada cola apresentou um tipo de falha predominante. Com efeito, a falha com a cola 1 foi na interface cola/pino (Y/Z); com a cola 2 a falha ocorreu tanto na interface ao/cola (A/Y), quanto na interface cola/pino (Y/Z); finalmente, com a cola 3 a falha ocorreu predominantemente na interface ao/cola (A/Y). Lembrando que o fator mecnico (rugosidade) responsvel pela aderncia das colas era idntico nos trs casos, os resultados da Figura 2 sugerem que a afinidade qumica da cola pelo metal componente do pino, tambm contribui para o tipo de falha. Na Figura 3 verifica-se a influncia do tratamento superficial do revestimento sobre a fora de arrancamento dos pinos com a utilizao da cola 1. O leve lixamento da superfcie implicou em aumento da fora de arrancamento.

I-Cola 1 (72 horas)

II-Cola 2 (24 horas)

III-Cola 3 (15 min.)

6,33% A/Y 93,67%Y/Z

7% Y 87,33% A/Y 5,67%Y/Z

50,33% A/Y 49,67%Y/Z

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Figura 3: Influncia do tratamento superficial do revestimento nas reas onde foram colados pinos para ensaio de

aderncia pelo mtodo pull off. Cola 1.

(a) (b)

Figura 4: Descrio das falhas em ensaio de aderncia pelo mtodo pull off em amostras com o revestimento lixado (a) e liso(b). Cola 1.

Na Figura 4 est a caracterizao dos tipos de falha ocorridos com o mesmo tipo de amostra apresentado na Figura 3, ou seja, uso da cola 1 sobre revestimento lixado e liso. Constata-se que quando se mantm o revestimento liso, aumenta a frequncia de falhas adesivas na interface revestimento/cola (B/Y), ou seja, o leve lixamento resultou em melhor caracterizao da fora coesiva do revestimento.

83,67% B 16,33 B/Y 6,88% A/B

73,94% B 19,18% B/Y

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4. CONCLUSES Nesse trabalho foram abordados aspectos experimentais visando a obteno de melhores resultados em medidas de aderncia pelo mtodo pull off. Ressaltou-se a contribuio do tratamento superficial dos pinos e do revestimento antes da etapa de colagem. Outro aspecto abordado foi a fora adesiva da cola utilizada. 1 O perfil de rugosidade do pino e sua limpeza contribuem para o aumento da tenso de arrancamento e para a diminuio da porcentagem de falha entre a cola e o pino (Y/Z). 2 A fora adesiva da cola influencia a tenso de arrancamento. Por outro lado, tempos de cura prolongados dificultam seu uso em campo. A escolha deve sempre privilegiar a diminuio de falhas entre o revestimento e a cola (B/Y) ou entre a cola e o pino (Y/Z). 3 Lixar o revestimento antes de colar os pinos se mostrou eficiente, diminuindo falhas entre o revestimento e a cola (B/Y). necessrio cuidado para no haver perda significativa de espessura do revestimento. Devido importncia deste ensaio na prtica industrial e laboratorial seria oportuna a abordagem desses procedimentos nas normas tcnicas. Deixa-se aqui a sugesto para que rgos normativos incluam estes itens em suas prximas revises. AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem ao CNPq/PIBIC e UFRJ pelo apoio financeiro em forma de bolsas de iniciao cientfica para os alunos Rodolpho C. D. Pereira e Bruno Pacheco Silva.

REFERNCIAS 1. ASTM D 4541 -Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion Testers 2. ASTM D 3359 - Standard Test Methods for Measuring Adhesion by Tape Test

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