Friction Riveting of glass–fibre-reinforced polyetherimide composite and titanium grade 2 hybrid joints

Abstract

In this work, the feasibility of Friction Riveting on thermoplastic composite laminates with metals was investigated on glass-fibre-reinforced polyetherimide with titanium grade 2. Microscopy analysis (light optical and laser scanning confocal microscopy), temperature monitoring (infrared thermometry) and quasi-static mechanical testing (T-pull tensile testing) were used to investigate joint properties. Joints with reduced amounts of thermo-mechanically modified composite material with moderate to high tensile strengths (1.9 to 4.0 kN) were achieved. The average process temperatures (430 to 464 °C) of the molten matrix were below the range inducing the extensive thermal degradation of the polyetherimide matrix and out of the range inducing the plasticising of titanium grade 2. The Volumetric Ratio, a simplified analytical model describing the anchoring efficiency of the rivet, was demonstrated to be directly proportional to the tensile strength of the joint and therefore an adequate analytical model to describe the mechanical performance of joints. Finally, a correlation between the rotational speed, heat input, process temperature and rivet plasticising was observed. The higher the rotational speed was, the higher the heat input, temperature and deformation of the plasticised rivet tip became, leading to higher rivet anchoring performances.

Joining of dissimilar materials

“…As the rotation rate decelerates, the temperature in the polymer drops, which then increases the axial load on the plasticized rivet tip. This causes it to deform and increase its diameter into a new parabolic shape which acts to anchor the rivet into the polymer upon cooling to room temperature [36]. Refer to Fig.…”

Influência da Espessura do Filme Polimérico Intermediário na Resistência Mecânica de Juntas Híbridas de Alumínio 2024-T3 e CF-PPS Produzidas por União Pontual por Fricção

“…O aprimoramento das técnicas de união disponíveis, bem como o desenvolvimento de novas técnicas de união, são motivos de intensa pesquisa [7][8][9][10][11][12][13].…”

Influência da Velocidade de Rotação do Rebite na Microestrutura e no Desempenho Mecânico de Juntas de Compósito Termofixo Rebitadas por Fricção

“…Assim, a hipótese de nulidade não foi rejeitada. É de conhecimento que maiores valores de P e L contribuem para maior ancoragem do rebite no componente polimérico resultando em juntas mais resistentes à tração [10] e ao cisalhamento sob tração [10,12,14]. Desta forma, não se espera significante contribuição da geometria da região de ancoragem do desempenho mecânico das juntas investigadas neste trabalho.…”

“…Adicionalmente, a redução do volume de material de interação sobre a região de ancoragem do rebite, devido ao aumento de defeitos (material degradado), também comprometeu o desempenho mecânico das juntas. Este volume é o maior responsável por resistir às solicitações de tração aplicadas no rebite [12]. Em juntas rebitadas por fricção de metal-termoplástico, a boa adesão deste volume de polímero ao rebite bem como a baixa extensão de defeitos nesta interface contribuem para seu bom desempenho sobre tração, como evidenciado por Amancio-Filho [11] e Rodrigues et al [10].…”

“…A viabilidade técnica da Rebitagem por Fricção já foi investigada para juntas híbridas de termoplásticos não reforçados como policarbonato (PC) [10] e poliéter-imida (PEI) [11] unidos com rebite da liga de alumínio 2024-T3. Trabalhos em juntas de laminado de PEI reforçado com fibra de vidro (PEI-FV) [12], poli(éter-éter-cetona) reforçado com fibras curtas de carbono (PEEK-FC) [13], unidos com rebite de titânio puro e poliamida 6 reforçado com fibra de vidro (PA6-FV) unido com liga de alumínio 6056-T6 [14] também foram publicados. Contudo, a união de sistemas complexos como compósito termofixo com metais por meio destes processos, ainda foi pouco explorado.…”