Mechanical Behavior of Ultrasound Welding in Polymeric Fabric

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia A Soldadura por Ultrassons (SUS), é um processo de união de materiais, desde polímeros até aos metais, que ocorre no estado sólido, por vibração de alta frequência dos materiais a unir e aplicação de pressão. Este método destaca-se dos diversos processos de união por não ser necessária a adição de material de adesão, por ser um processo limpo, livre de poluição e pela capacidade de unir materiais de diferentes origens.Estando inserido numa empresa (Wondermac-Innovative Solutions Lda.), cujo ambiente industrial passa pelas diferentes técnicas de união de diversos materiais presentes no mercado, o objetivo desta dissertação passa pela caraterização mecânica de soldaduras por ultrassons em tecido polimérico, à base de Polipropileno (PP).Ao longo deste relatório, foram estudados diferentes parâmetros de soldadura, recorrendo uma prensa ultrassónica servo-elétrica. De modo a avaliar e interpretar a sua influência na qualidade da soldadura, consideraram-se diversas variáveis, nomeadamente, a distância de soldadura, a força de ativação das vibrações ultrassónicas, e a existência de padrões. Para tal, realizaram-se vários ensaios mecânicos, designadamente: dois ensaios de tração, um do tipo pull e outro do tipo peel, um ensaio de fadiga e uma posterior análise das zonas de rotura por microscopia eletrónica de varrimento (MEV).Concluiu-se que a utilização de uma geometria do padrão com uma área de ligação entre a zona-soldada e material-base maior, em conjunto com uma distância de soldadura e força de ativação razoavelmente elevada, é possível obter uma soldadura com uma resistência satisfatória para ambas as solicitações testadas. Ultrasound Welding (SUS) is a process of joining materials, from polymers to metals, which occurs in the solid state, by high-frequency vibration of the materials to be joined and application of pressure. This method stands out from the various joining processes because it is not necessary to add adhesion material, because it is a clean, pollution-free process and because of the ability to join materials from different origins.Being part of a company (Wondermac-Innovative Solutions Lda.), whose industrial environment involves the different joining techniques of different materials present on the market, the objective of this dissertation is the mechanical characterization of ultrasound welding in polymer fabric, based on Polypropylene ( PP ).Throughout this report, different welding parameters were studied, using a servo-electric ultrasonic press. In order to evaluate and interpret its influence on the quality of the weld, several variables were considered, namely the welding distance, the activation force of the ultrasonic vibrations, and the existence of weld geometry.To this end, several mechanical tests were carried out, namely: two traction tests, one of the pull type and the other of the peel type, a fatigue test and a subsequent analysis of the failure zones by scanning electron microscopy (SEM).It was concluded that the use of a pattern geometry with a larger area of connection between the welded-zone and the base material, together with a reasonably high welding distance and activation force, it is possible to obtain a weld with a satisfactory strength. for both tested requests.