Limte forbindelser
A00199.gifJoining
 
2.  Limte forbindelser Copyright © 2007 Henning Johansen

 

back to joining Al  
2.1 Generelt
2.1 Generelt
 
   
Aluminium er det metallet som er mest benyttet ved liming av metaller. Limte fuger i fly har forekommet siden midten av 40-tallet.
I dag anvendes liming av aluminium i den bærende flykonstruksjonen.

Det finnes også selvfølgelig en rekke eksempler på mer jordnære anvendelser av liming av aluminium.
 
2.2 Forutsetning for liming  
back to joining Al  

2.2 Forutsetning for liming
 
   

Limte forbindelser er kompositt systemer hvis styrke avhenger av både geometrisk design og type krefter, så vel som kjemisk styrke av komponentene som skal sammenføyes, limet og oksidbelegget på aluminiumoverflaten.

Som i alle sammensatte systemer som består av flere ulike deler, er totalstyrken begrenset til det svakeste ledd.

 
   

Figur 2.2.1
Metall til metall limt forbindelse, skjematisk. a) Limt sandwich mellom to metallplate.
b) analog til limt forbindelse til individuelle ledd i en kjetting. (7)

 
   

Styrken til en limfuge er avhengig av kohesjonen i selve limet og av adhesjonen.

Kohesjon er styrken av selve limet. Dette er resultatet av mekanisk sammenfloking og låsing av limets molekyler og deres fysiske og / eller kjemiske tiltrekning for hverandre.

Adhesjon betyr vedheft og er definert som tiltrekningskreften mellom limet og overflaten til materialet.

Det er to typer adhesjon:

Mekanisk adhesjon som er resultatet av mekanisk låsing i porer og ujevnheter mellom limets og grunnmaterialets overflate.

Spesifikk adhesjon som er resultatet av fysikalsk-kjemiske reaksjoner mellom limet og grunnmaterialet

 
   

Figur 2.2.2
Definisjon av adhesjon og kohesjon. (8)

 
   

Tiltrekningskraften mellom et lims molekyler og den flaten som skal limes har en rekkevidde på maksimalt 0,5nm. For å oppnå denne nærheten kreves det at limet har lavere overflatespenning enn materialet som skal limes. Dette for å få en spontan fuktning. Hvis forholdet mellom overflatespenningen er motsatt, prøver limet å dra seg sammen til en dråpe.

 Ved liming av aluminium til et annet metall utgjør overflatespenningen ikke noe problem da alle lim har lavere overflatespenning enn alle metaller. Skal derimot aluminium limes til plast bør du være oppmerksom på fenomenet.

 Typiske overflater med høy overflateenergi er metall, akryl-lakk, akryl-plast, hard PVC, ABS, tre og papir / papp.

Typiske overflater med lav overflateenergi er polyetylen (PE), polypropylen (PP), silikon og teflon.

 Fuktingen er optimal når kontaktvinkelen a ikke overskrider 300. Dette kan oppnås, prinsipielt, ved passende overflatebehandling av delene som skal limes og ved å velge passende viskositet for limet.

 
   

Figur 2.2.3
Definisjon av adhesjon og kohesjon. (8)

 
   

Det styrkeforholdet som oppnås direkte etter liming er ikke alltid stabilt. Limet kan påvirkes ved f.eks. opptak av vann, UV-stråling, oppmyking ved varme eller kryping ved belastning over tid. Oksidskiktet på en metalloverflate kan endres så det får lavere fasthet og / eller endret volum, som kan forårsake indre spenninger i limfugen.

 For å kunne fremstille en optimal limfuge må vi ha godt kjennskap til hvordan følgende faktorer påvirker sammenføyningens kvalitet:
   - Miljø
   - Temperatur
   - Mekanisk belastning
   - Limtype
   - Fugeutforming
   - Legering og leveringstilstand
   - Forbehandling
   - Gjennomføring av limingen

Det finnes også selvfølgelig en rekke eksempler på mer jordnære anvendelser av liming av aluminium.

 
2.3 Valg av lim  
to joining Al up  


2.3 Valg av lim

 
   

Limfuger gir relativt god spredning av lasten. Det er veldig skjelden at vi oppnår limfuger med jevn belastning over hele fugeflaten. Belastningen er som regel størst i fugens kanter.

Jo hardere lim vi velger, desto større blir spenningskonsentrasjonene. Dette medfører, ofte unødvendig, stor belastning på limet og på den flaten vi limer til.

Regel: Velg aldri hardere lim enn nødvendig.

Valget av lim styres av limets funksjon og hva vi krever av limfugen, utfyllende lim, varmebestandighet, seighet, etc.

Ved liming må limet være flytende mens det blir påført, og mens delene føyes sammen. Overgangen fra flytende til fast form kalles “avbinding”, og den kan foregå etter 3 ulike flere prinsipper:

a)    Avdunsting (tørking)
               Løsningsmiddel eller vann dunster bort (fordamper)

b)    Avkjøling (størkning)
               Limet er flytende når det er varmt og får sin bindeevne når det avkjøles.

c)    Herding (polymerisering) ved
              - blanding
              - oppvarming
              - herderkontakt
              - miljøforandring, f.eks. fuktighet, UV-lys eller fravær av oksygen.

 Istedenfor avbinding blir betegnelsen “herding” ofte brukt. Som det går fram av ovenstående, er herding ett av flere avbindingsprinsipper.

 
   

a) Avdunsting (tørking)

Løsningsmiddelbaserte lim:

I disse limene er bindemidlet, som er den klebende substansen, enten oppløst i et organisk løsningsmiddel eller dispergert i vann. Vi får altså 2 undertyper løsningsmiddelbaserte lim:

   - Løsningslim - bindemiddel oppløst i organisk løsningsmiddel

   - Dispersjonslim - bindemiddel dispergert (finfordelt) i vann

Avbindingen foregår ved at løsningsmidlet eller vannet får dunste bort (fordampe).  Betingelsen for at løsningsmidlet kan slippe bort er at minst ett av arbeidsstykkene består av porøst materiale. Ved avdunstingen krymper limet betydelig, da løsningsmidlet utgjør 50 - 80% av limets volum. Fugen bør derfor holdes under press mens limet tørker.

Ved liming av metall, plast eller gummi er denne limtypen vanligvis ikke brukbar ved enkeltliming, bare ved dobbeltliming med kontaktlim.

(Se også nedenfor om varmeaktiverbare lim.)

Enkeltliming vil si at det strykes lim på bare den ene av de to flatene som skal forbindes. Ved dobbeltliming blir det strøket lim på begge flatene, og denne fremgangsmåten er karakteristisk for kontaktlimene. En stryker lim på begge flatene, og sammenføyingen kan ikke skje før det meste av løsningsmiddelet er avdunstet. For kontaktlim trengs det bare et kortvarig press akkurat under sammenføyingen.

Kontaktlim inneholder natur- eller styrengummi. De er elastiske og har stor skrellestyrke, men de tåler ikke varig belastning av noen særlig størrelse.

Som konstruksjonslim har kontaktlim liten interesse, men gummiartene brukes ofte som tilsetning til andre slags lim for å gjøre dem mindre sprø.

De organiske løsningsmidlene er ofte enten brannfarlige eller helseskadelige eller begge deler. Dette må en ta hensyn til når en skal planlegge en produksjonsprosess.


Dobbeltsidig teip
er å betrakte som tørkende lim som aldri tørker. Det er samme materiale i fugen som i rullen. Dobbeltheftende konstruksjonsteiper er praktiske, og benyttes for sammenføyning av aluminiumprofiler, hvis belastningen er lav.

Det finnes dobbeltheftende konstruksjonsteiper i tykkelser fra 0,1 til 6mm.

 
   

b) Avkjøling (størkning)

Smeltelim og aktiverbare lim:

Smeltelim er lim som er i smeltet tilstand når flatene presses sammen, og som får sin bindeevne gjennom avkjøling. Det finnes flere undertyper.

Faste lim er lim som blir påført i smeltet tilstand på kalde arbeidsstykker.

Det er først og fremst denne undertypen som kalles smeltelim.

De termoplastiske smeltelimene avkjøler ofte for fort på aluminium, slik at kontakten med aluminiumoverflaten blir dårlig. De har også veldig lav sige- og varmefasthet. Motstanden mot løsemidler og varme er dårlig. De har termoplastenes egenskaper og blir myke ved økende temperatur. Smeltelim bør unngås ved belastede konstruksjoner.

 
   

Type

Leveranse-form

Temperatur

 (0C)

Trykk1)

(N/mm2)

Skjær-fasthet2) (N/mm2)

Skrelle-styrke

(N/mm)

Arbeidstemperatur
min.–maks. (0C)

Etylvinyl-acetat (EVA)

Fast, granulat, kaker

150 - 200

0 - 0,1

5 - 15

1 - 2

(-10) - 50

Polyester, termo-plastisk

Fast, granulat, kaker

200

0 - 0,1

10 - 20

1,5 - 2

(-20) - 80

Polyamid

Fast, granulat

200 - 250

0 - 0,1

10 - 25

1 - 2

(-30) - 70

Herdende polyuretan

Fast

65 - 100

0 - 0,1

10 - 15

1 - 2

(-40) - 100

1)  0 angir bare trykk for å fiksere fugens deler
2)  skjæfasthet for aluminium mot aluminium ved 200C

 Tabell 2.3.1
Eksempler på smeltelim og retningsverdier på deres egenskaper. (3)

 
   

Aktiverbare løsninger minner om kontaktlimene.

Limoppløsningen blir smurt på den ene flaten (enkeltliming). Etter at løsningsmidlet er avdunstet, må limsjiktet og arbeidsstykket varmes til limet smelter. Deretter presses delene sammen.

Denne prosessen kalles varmeaktivering, og limene kalles ofte varmeaktiverbare lim.

Disse limene består også av termoplaster og har lignende egenskaper som smeltelim.

Disse limene benyttes også for foliebelegging av profiler.

 
   

Type

Leveranse-form

Temperatur


(0C)

Trykk1)


(N/mm2)

Skjær-fasthet2)

(N/mm2)

Skrelle-styrke


(N/mm)

Arbeids-temperatur min.– maks.(0C)

Nitril

Flytende, film

150 - 200

0,1 - 1

1 - 14

5 - 10

(-50) - 150

Polyuretan, termoplastisk av o til med herder

Flytende, film

100 - 150

0,1 - 1

5 - 10

2 - 4

(-200) - 70

Fenoxi

Flytende, film

190 - 350

0 - 0,2

24

1

(-60) - 80

1)  0 angir bare trykk for å fiksere fugens deler
2)  skjæfasthet for aluminium mot aluminium ved 200C

 Tabell 2.3.2
Eksempler på varmeaktiverbare lim og retningsverdier på deres egenskaper. (3)

 
   

Limfilm er lim som så å si er ferdig utspredd, i form av en film eller tynn folie.

Avbindingen foregår ved at hele “laminatet”, arbeidsstykke – lim - arbeidsstykke, varmes opp under press og deretter avkjøles, også under press.

Løsningsmiddelbaserte lim, smeltelim og aktiverbare lim har flere felles egenskaper.

Ved limingen (avbindingen) er det bare fysikalske forandringer som skjer, og overgangen fra flytende til fast form er reversibel. Det betyr at de sammenlimte delene vil kunne falle fra hverandre igjen hvis forbindelsen blir utsatt for beslektede løsningsmidler eller for varme.

Fordelen ved smeltelim er først og fremst at de muliggjør en rask og enkel produksjon - limfugen får straks ved avkjøling sin fulle styrke. Det er også enkelt å kombinere liming med tetting, da limet kan legges tykt på uten fare for krymping.

For tørkende lim, altså dispersjonslim og løsningslim, er nettopp krymping en av de vesentlige ulempene - limvolumet minker nødvendigvis når løsningsmidlet forsvinner.

Krympingen blir mindre hvis arbeidsstykkene blir nøyaktig tilpasset, slik at limfugen kan gjøres tynn. Skadevirkningen motvirkes ved at limfugen blir satt i press mens limet avbinder.

 
   

c) Herding

Herdelim:

Herdelim utgjør den store gruppen konstruksjonslim.

Karakteristisk for herdelimene er at overgangen fra flytende til fast form skjer ved en kjemisk reaksjon, som består i at det dannes et tredimensjonalt nettverk av molekyler.

Herdelim er altså herdeplast. Etter avbindingen (herdingen eller utherdingen) har en et annet materiale enn det en hadde under limingen. Dette innebærer at den ferdige limfugen har høy varmeresistens og kjemikalieresistens - egenskaper som kjennetegner herdeplastene i sin alminnelighet. Det innebærer også at det utherdede limet som regel er uskadelig, mens en må regne med at limet i brukstilstand er mer eller mindre helseskadelig.

Herdelim tilvirkes ved at det blir laget en blanding som er klar for herdereaksjonen.

Med 2-komponent-lim må blandingen skje like før bruken. Den ene komponenten kalles som oftest “Iim”, og den andre er enten “herder”, “aktivator” eller “katalysator”. Det tidsrommet en har til

disposisjon fra limet er blandet og til arbeidsstykkene må være lagt sammen, kalles brukstid. Den kan være fra noen minutter opp til noen timer.

1-komponent-lim kommer ferdig blandet fra fabrikken, og de har vesentlig lengre brukstid enn de forannevnte. Disse limene er tilsatt en latent (hvilende) herder, og herdeprosessen blir satt i gang enten ved oppvarming til 100 - 2000C eller ved påvirkning fra omgivelsene.

Noen typer er tilsatt en syreholdig stabilisator, som blir satt ut av funksjon av fuktighet. Fuktigheten finnes i lufta og/eller som en tynn film på overflaten av arbeidsstykkene. Slik herder cyanoakrylat-limene, “hurtiglim”, fordi de har så kort fikseringstid. Limet binder veldig hurtig, slik at den limte gjenstanden kan håndteres før limfugen har fått sin fulle styrke. Det kan likevel ta noen timer før full styrke er nådd.

I veldig tørr luft vil herdeprosessen bli forsinket og kanskje ufullstendig. Det samme gjelder hvis det er for stort gap mellom de flatene som skal limes, slik at det blir for stor limmengde i forhold til mengden av fuktighet på overflatene. Hvis det finnes sure stoffer på overflatene (for eksempel rester av en eller annen overflatebehandling), kan det hende at limet ikke avbinder i det hele tatt.

For noen andre lim virker oksygen inhiberende på herdeprosessen. (Oksygen opptrer som inhibitor.) Dette gjelder de anaerobe låsevæskene, som er metakrylater. Det er nok luft i limflasken til at væsken kan tåle lang lagring, men herdingen begynner når væsken blir innestengt i en trang spalte. Metallet i flatene virker dessuten som akselerator - det vil si at det påskynder prosessen.

Herdelim reagerer raskere og gir dessuten en sterkere fuge hvis de blir varmet opp under herdingen. For en del lim kommer dette av at viskositeten synker og molekylene får større bevegelse, derved blir det flere av de reaktive atomgruppene som “finner en partner” og får delta i nettverksdannelsen. Resultatet er en større bindingstetthet.

Denne oppvarmingen må skje i begynnelsen av herdingen. Selve herdeprosessen gjør at limets viskositet øker ved at molekylene låser seg. Det går altså ikke an å øke styrken i en herdelimfuge ved å varme den opp seinere.

Oppvarming øker dessuten limets evne til å oppløse urenheter. Dette er hovedårsaken til at varmeherdende epoksylim setter mindre krav til rensing av arbeidsstykkene enn de fleste andre lim. - Flere slags lim er gode løsningsmidler i seg selv, og andre slag blir til dels tilsatt såkalte rensemidler.

Det finnes en svært stor mengde av forskjellige herdelim. De limtypene som er å få i vanlige forretninger, er bare et meget lite utvalg av alle som kan skaffes.

 

Kort oversikt over herdelim:

Epoksygruppen er den som er best kjent fra dagliglivet (Araldit).

Det er da 2-komponenttypen vi tenker på. Som konstruksjonslim brukes like ofte varmeherdende typer av 1-komponentlim. De gir ofte en sterkere forbindelse. Se tabell 2.3.3

 
   

Herding

Skjærfasthet (N/mm2)

 

2-komponent

1-komponent

250 i 18timer

16

 

700 i 50minutter

22

 

1500 i 5minutter

29

 

1200 i 40minutter

 

35

 Tabell 2.3.3
Skjærfasthet i overlappskjøt aluminium / aluminium limt med epoksylim og målt ved ca. 200C. (11)

 
   
Epoksylimene har god adhesjon til metaller, krymper lite og har god kjemikalie- og temperaturresistens. Spesielt de sterkeste av dem er litt sprø. (Se lim med gummiforsterkning.)  
   

Temperatur (0C)

Skjærfasthet (N/mm2)

-40

21,0

24

35,0

82

35,0

121

14,0

177

3,5

Tabell 2.3.4
Skjærfasthet i overlappskjøt aluminium / aluminium limt med 1-komponent epoksylim. Skjøten er herdet ved 1200C i 40minutter, som er optimal herding for dette limet. (11)

 
   

Av polyuretanlim (PU-Iim) finnes det også både 1-komponent- og 2-komponent typer. 1-komponent-PU-lim herder ved hjelp av fuktighet. En bruker ofte å dusje vann på den ene limeflaten eller direkte på limet for å akselerere herdingen og øke styrken. Hvis begge flatene er diffusjonstette, må fuktighet tilføres. Fuktherdende PU-lim eser litt under herdingen fordi det utvikles litt C02. Derved trenger limet bedre inn i porøse arbeidsstykker, fyller ujevnheter og forhindrer luftlommer mellom lim og grunnmateriale.

PU-Iim brukes spesielt til tresjikt-konstruksjoner (sandwich-konstruksjoner) med kjerne av steinull, bikakeplate (honeycomb i f.eks. aluminium) eller forskjellige slags skumplast eller kompakt plast. Ytterplatene kan blant annet være av aluminium eller plast.

PU-Iimene har til en viss grad fortrengt epoksylimene. Det kommer dels av at PU-Iim lettere kan “skreddersys” til bestemte materialer og produksjonsprosesser, og dels av at de er billigere. Det sies også at de er mindre helseskadelige. Dette gjelder ikke ubetinget for 2-komponenttypene, da herderen avgir irriterende damp. (Epoksy kan gi allergi og eksem ved hudkontakt.) PU-herdelim har alt i alt egenskaper og bruksområder stort sett som epoksyene.

(Det finnes også polyuretanlim i gruppen løsningsmiddellim. De brukes bl.a. til laminering metall - metall, metall - gummi og metall - plast. Limfugen er elastisk helt ned til 60 0C.)

Polyestergruppen har sitt største bruksområde som en av hovedkomponentene i glassfiberarmert plast, men kan også benyttes som lim. De har høy viskositet og egner seg godt til oppbygging. (Merk: Det er umettet polyester vi snakker om her.)

Cyanoakrylatlimene og metakrylatlimene (anaerober), brukes mest til liming av smådeler. De vanligste typene har meget lav viskositet. De egner seg derfor som ettermonteringslim, da de kan trekkes inn i trange spalter av kapillærkraften. Måten de herder på, tilsier også liten fugetykkelse. Cyanoakrylatlimene er avhengige av det lille som finnes av fuktighet på limeflatene, og for metakrylatlimene må lufta stenges ute, de er anaerobe.

Cyanoakrylatene kalles “hurtiglim” fordi de avbindes så raskt. De kan brukes til en lang rekke forskjellige materialer. Det finnes også typer med høy viskositet - geléaktig konsistens.

En limfuge mellom to aluminiumflater krever ofte noe lengere herdingstid enn mot plast og gummimaterialer.

Disse limene kan være anvendelige ved for eksempel liming av et plastmateriale til et aluminiumprofil.

Metakrylatene er best kjent som låse- og fastsettingsvæsker. Disse er avhengige av metallioner for å herde. Men det er etter hvert kommet typer som fungerer som lim. De herder ved hjelp av aktivator, varme eller ultrafiolett lys, uavhengig av metallioner

 
   

Lim

Skjærfasthet

Skrellestyrke

 

 (N/mm2)

 (N/mm)

Epoksy, 2-komponent, herding ved romtemperatur

10 – 20

1 - 3

Epoksy, 1-komponent og 2-komponent, varmeherdende

7 – 30

1

Polyuretan, 2-komponent

12

2 - 7

Polyuretan, 1-komponent, fuktherdende

2 – 5

2 - 4

Anaerober

15 – 25

1 – 3

Cyanoakrylat

5 – 30

1 – 3

Tabell 2.3.5
Fasthetsverdier for noen herdelim. Overlappskjøt  i aluminium / aluminium målt ved 200C. (11)

 
   

Lim på basis av modifisert akryl (elastomer metakrylat) er litt spesielle. De er lite følsomme for små mengder støv eller en tynn oljehinne, og er altså ikke så avhengige av nøyaktig rengjøring av limeflatene. Dessuten skal lim strykes på den ene flaten og aktivator på den andre - uten at en behøver å passe på et bestemt blandingsforhold.

Gummiforsterkede (seigjorte) herdelim.

Det brukes ofte å blande forskjellige limråstoffer, for eksempel å ta litt termoplast inn i herdelim, for å regulere egenskapene. Med gummiforsterkning menes her at det i limet er dispergert (finfordelt) kuleformede partikler av elastomer (gummi). Disse partiklene stopper sprekkvekst og gjør derved limfugen mindre sprø.

Slik seigjøring brukes for epoksy- og akrylgruppene av lim og for anaerobene. Vi snakker også om “ekstra sterke lim”.

Noen kostbare og sjeldne limtyper kan også nevnes.

Silikonlimene finnes både som 1-komponent- og 2-komponentsystemer. De har veldig god kjemisk resistens, men den største fordelen er at de tåler både varme (opptil 2500C) og kulde.

Polyimid- og polybenzimidazol-limene er enda mer varmebestandige. For polybenzimidazol-typen er det målt skjærfasthet (på rustfritt stål) 2,6 kN/cm2 ved romtemperatur og 1, 1kN/cm2 etter 24 timer ved 3500C.

De keramiske limene er beregnet på temperaturer helt opp til over 10000C.

Tabell 2.3.6 viser noen eksempler på herdelim og retningsverdier på deres egenskaper.

 
   

Lim

 

 

Liming

Egenskaper

Anvendelse

Type

Kompo-nenter

 (antall)

Leveran-seform

Temperatur

 
(0C) / tid

Trykk1)

 
(N/mm2)

Skjær-fasthet2)

 (N/mm2)

Skrelle-styrke

 (N/mm)

Arbeids-temperatur min.-maks.(0C)

 

Epoksy
romtemp. herdende

2

 

Flytende

20/16h3)100/20min.

0 - 4

10 - 20

1 - 3

(-60) - 95

Allround-liming

Epoksy
varme- herdende

1 - 2

 

Flytende, fast

100-30min.
200/<1min.

0 - 2

7 - 30

1

(-60) - 200

Høyt belastede konstruksjoner over 1000C

Epoksy-nylon

1

 

film

175/30min.

0 - 2

40

20

(-75) - 95

Høyt belastede konstruksjoner

Epoksy-fenol

1

 

Film, flytende

175/30min.

0 - 1

7 - 18

<1

(-60) - 300

Konstruksjoner over 1000C

Fenol-vinyl

 

1

 

Film,

flytende

150/30min.

150/15min.

1 - 2

14 - 35

1,3 - 2

(-60) - 100

Konstruksjoner

Fenol-nitril

 

1

 

Film, flytende

150/30min.
150/15min.

0- 1

14 - 38

3,5 - 8

(-50) - 150

Konstruksjoner

Polyuretan

2

 

Flytende

 

20/6døgn

0 – 0,4

12

2 - 7

(-200) - 90

 

Polyuretan,
Fukt-herdende

1

 

flytende

20/8h

70/5min.

0 – 0,5

2 - 5

2 - 4

(-100) -140

Spesielt til sandwich-konstr-uksjoner

Anarobe lim

1

 

flytende

20/10-120min.

0 - 1

15 - 25

1 - 3

(-55) - 175

For små flater metall mot metall

Cyano-akrylat

1

 

Tynn-flytende

20/5-600s

0,5 - 10

5 - 30

1 - 3

(-60) - 100

Små flater Spesiell kombi. Metall / plast / gummi

Akryl-gummi

2

 

flytende

20/1-3min.

0 - 3

- 20

- 10

(-40) - 130

Komp. spres på hver sin flate.Liming på ulikt met.

UV-lim

1

 

flytende

20/10s
i UV-lys

0

10 - 14

-

(-55) - 90

Metall mot metall

Silikon

1 - 2

 

Flytende, pasta

20/1-7døgn
250/1h

0

2

1,7 - 3

(-60) - 250

Lite belastede konstruksjon over 2000C

Poyamid

1

 

Film, flytende

250/3h

0,3 – 0,7

19

4,5 - 5

(-190) - 260

Konstruksjon ved høy temperatur

1)  0 angir bare trykk for å fiksere fugens deler
2)  skjæfasthet for aluminium mot aluminium ved 200C
3)  hurtigere typer finnes

 Tabell 2.3.6
Eksempler på herdelim og retningsverdier på deres egenskaper. (3)

 
2.4 Levetid og forbehandlingsmetoder  
to joining Al up  


2.4 Levetid og forbehandlingsmetoder

 
   

Limfuger mot aluminium får fasthet og bestandighet som de aluminiumoksider vi limer mot.

For anvendelse i tørt miljø, kan en ubehandlet aluminiumprofil gi et utmerket limingsressultat. Hvis den samme limfugen plasseres utendørs i et kystklima, kan den få veldig kort levetid..

Det er den sammensatte effekten av belastning, temperatur og miljø, som avgjør limfugens levetid.

Normalt er det ikke limet som ødelegges eller vedheften som opphører, men aluminiummaterialet under limfugen som påvirkes.

Det finnes plane, jevne flater (det kan du se i et mikroskop). Lim med høy viskositet (tregtflytende) og hurtig størknende lim vil trolig bare komme i kontakt med toppene på flaten. Det resulterer i limfuger med innlagte bruddanvisninger (luft), hvor limets muligheter ikke utnyttes. I fuktig miljø kommer denne luften etter hvert til å erstattes av vann. Da øker behovet for overflatebehandling, for eksempel anodisering, som forbedrer aluminiumprofilets bestandighet.

Brudd i limfuger oppstår p.g.a. adhesjonsfeil eller kohesjonsfeil eller en blanding av begge.

Kohesjonsbrudd har med limkvaliteten å gjøre, mens adhesjonsbrudd viser at delene som sammenføyes ikke har fått god nok forbehandling.

 
   

Figur 2.4.1
Brudd i limfuge. (8)

 
   

Grunnprinsippet for limfuger med lang levetid er velfylte profildyp i overflaten og bestandige oksider. Det eksisterer et stort antall forbehandlingsmetoder for liming av aluminium. Noen av de vanligste (og noen spesielle) finner du i Tabell 2.4.1.

Valget blant disse blir avhengig av anvendelsesmiljø, belastning og kostnader.

 
   

metode

effekt

Anvendelse (maks.)

Rengjøring / avfetting

 

Normalt det minste som bør gjøres for å sikre en ren og definert flate til å lime mot.

For mindre belastede fuger i tørt miljø.

Finsliping / blåsing

 

Fjerner svake overflateskikt som for eksempel oksider. Sikrere enn avfetting

Høyt belastede fuger i tørt miljø. Ubelatede fuger i ferskvann.

Alkalisk beising

 

Fjerner svake overflateskikt som for eksempel oksider. Sikrere enn avfetting.

Høyt belastede fuger i tørt miljø. Ubelatede fuger i ferskvann.

Kokende vann (under 5-10min.) etter beising
 

Gir bestandige, men mindre holdfaste oksider.

Lavt belastede fuger med fleksible lim, for fuktig korrosivt miljø.

Fosfatering / kromatering

 

Korrosjonsbestandige, men svake, porøse oksider.

Lavt belastet fuge med elastiske eller veldig lav-viskøse lim i korrosivt miljø.

Saltsyre ved 200C, 30s

 

Hurtig metode, kan gi mørk-farging av aluminiumoverflaten.

For mindre belastede fuger, også i korrosivt miljø.

Etsing i krom- / svovelsyre
 

Tynne, holdfaste oksider. (Lenge anvendt av amerikansk flyindustri.)

Høyt belastede fuger utendørs. Tåler ikke sterkt korrosivt miljø.

Anodisering i svovelsyre

 

Tykk, veldig bestandig oksid.

Lavt belastede fuger i korrosivt miljø. Gjerne elastisk lim.

Anodisering i kromsyre

 

Middeltykk, holdfast oksid. (Anvendt av europeisk flyindustri siden 40-tallet.)

Høyt belastede fuger også i korrosivt miljø.

Anodisering i fosfatsyre

 

Porøs, veldig bestandig oksid. Anvendes sammen med lavviskøs primer.

Best forbehandling for høgt belastede fuger i korrosivt miljø.

Tabell 2.4.1
Noen forbehandlingsmetoder for aluminium. (2)

 
   

Nøyaktige opplysninger om behandlingsgangen og eventuelle arbeidsmiljørisiko bør innhentes før arbeidet starter.

Behandling med primer øker med anvendelse av i korrosivt miljø og når det ikke er utført noen korrosjonsbeskyttende overflatebehandling, for eksempel anodisering. Primeren ”impregnerer” og forsterker porøse oksider som for eksempel etter kromatering.

 
   

Figur 2.4.2
Kompositt-struktur til et typisk metall til metall limt forbindelse. (7)

 
   
Det vil være nyttig å sette opp en kravspesifikasjon over den ferdige limfugens egenskaper og over hvordan du vil håndtere limingen i produksjonen. Med en slik kravliste er det lettere å beskrive overfor en limleverandør hva du trenger.  
2.5 Typer forbindelser  
to joining Al up  

2.5 Typer forbindelser
 
   

Først:

Det er viktig å merke seg att styrken til et hvilke som helst lim utsatt for strekkbelastning er ca. 10 ganger mindre enn de sammensatte limte materialene.

Å designe en limt forbindelse er derfor annerledes enn for andre forbindelser  (sveiseforbindelser, bolteforbindelser, etc). Butt-skjøter benyttes bare i spesielle tilfeller.

I tilfeller hvor flat utforming, må limt flate være stor for å kunne fordele spenningene likt. Overlapp-skjøt benyttes. I tilfeller med rør-forbindelser, benyttes hylse-skjøter.

Designeren må sette opp en kravspesifikasjon, en liste som spesifiserer selve lim-forbindelsen og detaljer for bruk. Det er da viktig å få frem hva som er viktig og hva som er ønskelig.

Neste:

Delene som skal limes blir designet, tegnet og beregnet.

Materialkvalitet velges ikke bare ut fra materialegenskaper, produksjonsmetode, pris og generelle regler for bruk (eks. korrosjonsmotstand), men også ut fra deres egnethet for liming.

Liming kan også kombineres med andre sammenføyningsteknikker, sveising, bolting, nagling…


Påkjenningstyper

Lim som forbindelsesmiddel er følsomt for påkjenningstype eller påkjenningsart. Det har ulike egenskaper i forskjellig retning, det er ”konstruktivt anisotropt”. De fire viktigste påkjenningstypene er:

   - normal strekk

   - avskjæring

   - kløving

   - skrelling

 
   

a) normal strekk

b) avskjæring

c) kløving

d) skrelling

Figur 2.5.1
Påkjenningstyper og betegnelser. (1)

 
   

Avskjæring

Hvis mulig, design sammenføyningen slik at den utsettes for skjærspenninger. Skjærspenningen vil fordele kraften jevnere over overflaten av forbindelsen enn noen annen spenningstype. (Det må tas forholdsregler for å unngå skrelling i enden av forbindelsen.)

Kløving

Kløving fører til spenninger i sammenføyningen over bare en liten flate Dette fører til spenninger som konsentreres i enden av forbindelsen og på den måten svekker forbindelsen.

Designeren kan redusere faren for kløving ved:

   - å øke limflaten i det utsatte området

   - blokkere muligheten for åpning ved f.eks. en nagle

   - å skrå enden på limt flate

Skrelling

Skrelling oppstår når minst en av de to delene ikke er stiv. Lim passer dårlig i slike forbindelser, spesielt hvis anvendt lim er hardt.

 

Eksempel:

limtype

Skjærfasthet (N/mm2)

Skrellestyrke (N/mm)

hardt 2-komponent epoxy

20

2

mykt 2-komponent polyurethane

12

8

En måte å unngå dette problemet på er å modifisere endene på forbindelsen på samme måte som for å hindre kløving. Å øke tykkelsen på limet vil også hjelpe.

 
   

Figur 2.5.2
Måter å minske risiko for kløving. (8)

 
   

normal strekk

Normal strekk i forbindelsens plan forårsaker ofte kløving hvis kreftene ikke er normale på planet (sammenlign a) og c) i figur 2.5.1). Vanligvis vil vi unngå normal strekk, hvis ikke delene er plassert normalt på limflaten.

Limforbindelser er altså utsatt for komplekse spenninger som involverer flere av de son er nevnt ovenfor.

Noen få tester vil hjelpe oss å bestemme optimal utforming av limforbindelsen i forhold til anvendte spenninger.


Eksempler på limte forbindelser

flate forbindelser:

 
   

Tabell 2.5.1
Eksempler på flate forbindelser. (5)

 
   
sylindriske forbindelser:  
   

Tabell 2.5.2
Eksempler på sylindriske forbindelser. (5)

 
   
Noen praktiske forbindelser:  
   


Figur.2.5.3
Praktiske limte forbindelser mellom plater. (4)

 
   


Figur 2.5.4
Oppstiving av stor plate. (4)

 
   


Figur 2.5.5
Plateforbindelser v.hj.a. profiler. (4)

 
   



 



Figur 2.5.6 (a) og (b)
Eksempler på limte rammekonstruksjoner. (4)

 
2.6 Geometriske faktorer  
to joining Al up  


2.6 Geometriske faktorer

 
   

4 faktorer har som har betydning for styrken til flate limforbindelser:

   a) Limets tykkelse

   b) Lengden av overlapp

   c) Bredden av overlapp

   d) Materialenes stivhet


For å illustrere disse faktorene, skal vi se på resultater oppnådd ved testing med den vanligste standard prøvemetode, overlapp-fuge. (ASTM D 1002-72)

 
   


Figur 6.1
Prøvestav med overlappfuge. (5)

 
   

Skjærspenningen i limet kan skrives som

 

Hvor Fr (N) er bruddlasten til prøvestaven, L (mm) er bredde og l (mm) er prøvestavens limlengde.

 
   

a) Limets tykkelse

Figur 2.6.2 viser oppnådde resultateter i prøvestaver som vist i Figur 2.6.1 Prøvene var i legeringen AA2017 (AlCu4Mg1) T4 (innherdet og kaldutherdet) med krom- / svovelsyre behandling før liming med 1-komponent epoksy lim som herdet ved 1500C i 15min.

 
   


Figur 2.6.2
Effekten av limets tykkelse. (5)

 
   

Skjærspenningen i limskjøten har størst verdi normalt rundt 0,1 eller 0,2mm hvis limt med modifisert akryl og anarober.

Uansett lim, bør vi passe på å ha limtykkelser som ligger i dette området. I praksis er limforbindelsen utført ved et trykk på 300g/cm2 (oppnådd ved å bruke klamre, vekter eller annet utstyr) og ved å blande inn glass kuler eller korrosjonsbestandig ståltråd med diameter 0,1mm for å unngå kompresjon av limet.

 
   

b) Lengden av overlapp

Figur 2.6.3 viser oppnådde resultateter i prøvestaver som vist i Figur 2.6.1 Prøvene var i legeringen AA2017 T4 med krom- / svovelsyre behandling før liming med 1-komponent epoksy lim som herdet ved 1500C i 15min.

 
   


Figur 2.6.3
Effekten av lengden av overlapp. (5)

 
   
Figuren viser at bruddkraften ikke er direkte proporsjonal med lengden av overlapp, l, men har en asymtotisk tendens mot maksimum verdi som starter ved en gitt lengde. Denne lengden avhenger av limtype som velges (40mm i dette eksemplet).  
   

c) Bredden av overlapp

Anvendt kraft er direkte proporsjonal med limforbindelsens bredde, L.

 
   

d) Materialenes stivhet

Stivheten er definert som produktet av elastisitetsmodulen, E, og tykkelsen, e, til materialet som limes (E?e)

Aluminium og aluminium-legeringene har veldig lik E-modul som ligger mellom 69000N/mm2 og 74000N/mm2 for knalegeringer (ekstruderte og plater) og opp til 76000N/mm2 for støpelegeringer. Det er derfor ikke nødvendig å ta hensyn til variasjonenene i E-modul for alumimium og aluminium-legeringene. Den eneste variable er derfor tykkelsen.

Styrken til en gitt forbindelse øker, ikke-lineært, i forhold til stivheten, se Figur 2.6.4

 
   

Figur 2.6.4
Effekten av stivheten til det limte materialet. (5)

 
2.7 Spenningsanalyse i limte forbindelser  
to joining Al up  

2.7 Spenningsanalyse i limte forbindelser
 
   

I løpet av de senere år har det blitt utviklet flere metoder for spenningsanalyse. Dessverre så er ingen av disse analytiske metodene enkle å benytte.

Enkel skjær beregning

En grov beregning kan oppnås ved å ta utgangspunkt i standard skjær-prøvemetode (ASTM D 1002-72).

 
   

Figur 2.7.1
Standard skjærprøve, ASTM D 1002-72. (3)

 
   

Aktuell strekkraft:

Merk deg at denne ligningen ikke tar hensyn til følgende:

   - Sammenføyningens geometri, tykkelse av lim, plater, etc.

   - Platenes spesielle egenskaper som E-modul, etc.

   - Selve limet, E-modul, flytespenning, etc.


Merk deg også at denne forenklede ligningen:

   - ikke tar hensyn til spenningskonsentrasjoner i endene av overlappen

   - bare kan anvendes på flate forbindelser, ikke på komplekse forbindelser


For å kunne oppnå en mer nøyaktig beregning av spenningene i en spesiell forbindelse, kan du enten bruke analytiske beregninger tilpasset den spesifikke lim-forbindelsen, eller standardberegninger basert på elementmetoden (finite elements method).

Figur 2.7.2 viser et eksempel på skjærspenning-fordelinger som oppstår i en enkle overlapp-forbindelse bygd opp av 2 forskjellige platematerialer og lim.

 
   


Figur 2.7.2
Eksempel på skjærspenningsfordeling. (5)

 
   

Overlappskjøter er de mest benyttede limforbindelsene i praksis. De er derfor de mest studerte og mest testede.

Disse skjøtene får store spenningskonsentrasjoner i endene når belastet. Problemet er at belastningen ikke er lineær, og dette forårsaker at skjøten får rotasjon. Som konsekvens vil limet bli utsatt for skjær- og skrell-spenninger i endene. De limte delene er også utsatt for skjær-, strekk- og bøyebelastning. Dobble overlapp-skjøter er en enkel sammensetning av to enkle overlapp-skjøter som eliminerer stort sett rotasjon, men er fortsatt utsatt for store skrellspenninger.

 
   

Figur 2.7.3
Elastisk spenningsfordeling i forskjellige limte skjøter. (6)
(a) overlapp-skjøt i skjær. (b) butt- og lask-skjøt. (c)kløving. (d) skrelling.
 
   
Det oppstår store spenningsspisser i de fleste lim skjøter hvor seige materialer limes med fast lim (for eksempel stiv epoksy). spenningsspissene har minimumsverdier hvis vi limer stive plater med seige lim (for eksempel akryl-lim).  
   


Figur 2.7.4
Spenningsfordeling i belastet overlappskjøt hvor benyttet lim med høy og lav skjærmodul. (6)

 
2.8 Beregniningsmetoder for limte konstruksjoner  
to joining Al up  


2.8 Beregniningsmetoder for limte konstruksjoner

 
   

Liming er i design en ”ny metode”. Vi må være klar over at lim ikke uten videre kan erstatte sveising, lodding eller mekaniske festemetoder. Det er flere grunner til dette.

En limt konstruksjon består av ulike materialer, som har forskjellig elastisitetsmodul og forskjellig varmeutvidelse, og dette medfører spenningskonsentrasjoner i tillegg til dem som ligger i selve utformingen av skjøten.

   - Selv det sterkeste lim har mindre fasthet enn et metall.

   - Kløvepåkjenning og skrellepåkjenning kan føre til store spenninger i en liten del av den totale limflaten.


Midlere skjærspenning ved brudd i limet.

Som en grov beregningsmetode for å finne styrken i en enkel overlappskjøt, kan vi benytte en forenklet ”Volker-ligning”:


Midlere skjærspenning ved brudd i limet:

   hvor:
   K er lim-faktor
  

  
   tBmaks = maks. skjærspenning ved brudd i limskjøten

      d = imtykkelse

      G = limets skjærmodul
 

   M er metall-faktor
  

      E = platematerialets E-modul

   f er design-faktor
  

      t = platetykkelse

      l0 = lengde av overlapp


Dette resulterer i endelig ligning for midlere skjærspenning ved brudd i limet:


 

kontroll av enkel overlapp-skjøt.

Skjærspenningen i limet i en enkel overlapp-skjøt, kan veldig enkelt skrives som:

   hvor F er bruddlasten, L er bredde og l er lengde av limflaten.


Normalspenningen i metallet kan skrives som:

   hvor F er bruddlasten, t er platetykkelse og L er bredde av limflaten.
 

Ligningene ovenfor gjelder bare for elastiske materialer, spenninger under flytegrensen.

 
   

Eksempel:

En standardisert prøvestav for overlapp-skjøt prøves. Prøven er i aluminiumlegering 5754 H1 med flytegrense lik ca. 85N/mm2. Det ble benyttet 1-komponent epoksylim med skjærspenning ved brudd lik ca. 25 N/mm2.

Bruddlasten ble registrert til 6000N.
 

Spenningsnivået i limet var:

 

Normalspenningen i metallet var:



s er over flytegrensen til metallet (85N/mm2).

Bruddet i limskjøten oppstod i limet p.g.a. for stor deformasjon, forlengelse, i aluminiumlegeringen da flytegrensen ble overskredet.

Her var det aluminiumlegeringen som ble testet i stedet for limet.
 

Under de samme forhold, med samme lim, ble en annen aluminiumlegering 2017 T4 med flytegrensen på ca. 245N/mm2 testet. Bruddlasten ble nå registrert til 8750N.

Dette ga t = 28 N/mm2 i limet og s = 218 N/mm2 i platene.

s er her lavere enn flytegrensen til aluminiumlegeringen. Bruddet oppstod p.g.a. at limets bruddgrense ble overskredet.
 

Ved å bruke såkalt ”forsterket” 1-komponent epoksylim, som er mer fleksibelt og derfor bedre egnet til å motstå forlengelse, kan vi oppnå følgende verdier:

   - På aluminiumlegering 5754 H  : F = 8000N

   - På aluminiumlegering 2017 T4 : F = 13625N
 

Konklusjon:

I alle limfoirbindelser er det viktig å forsikre seg at spenningen i metallet bestandig er mindre enn flytegrensen.

I praksis, for å oppnå optimal design av forbindelsen, må forbindelsen være dimensjonert slik at brudd oppstår i limet når metallet når flytegrensen.

 
   

 Bøyemoment i overlappskjøt.

I en overlappskjøt vil det i tillegg til skjærspenningen oppstå strekkspenning på grunn av bøyemoment. Årsaken til bøyemomentet er at overlappskjøten prøver å innstille seg i linje med kraften. Bøyemomentet øker med økende platetykkelse.

 
   

Figur 2.8.1
Strekkraften gir et bøyemoment i overlappskjøten. (5)

 
   

Termisk ekspansjon.

Når temperaturen for et gitt materiale øker, blir dimensjonene endret med DL:

   hvor:
  
  
a = materialets termiske utvidelseskoeffisient (0C-1)

   DT = temperaturforskjellen (0C)

   L = delens lengde (mm)


Hvis vi limer sammen to materialer 1 og 2, med utvidelseskoeffisienter
a1 og a2,
vil en temperaturendring forårsake at materiale 1utvider seg med 


og det andre med 


L er her limfugens lengde.

Skjærspenningen i limet blir:


   hvor : G = limets skjærmodul
             d = limtykkelse


I tilfeller hvor aluminium er limt til plastmaterialer eller glass, vil brudd kunne oppstå.

I tilfeller med myke materialer (lav G-modul), vil materialets deformasjon oppveie forskjellen i utvidelse og således redusere spenningsnivået.

 
   

Eksempel:

En aluminiumplate limes til en stålplate.

aAl = 23?10-6 0C-1, aSt = 12?10-6 0C-1, lengde på ovelapp L = 200mm, Lim-tykkelse d = 1mm og limets skjærmodul G = 400N/mm2.

Temperaturen økes fra 200C til 800C. Beregn skjærspenningen i limet.
 


Denne verdien er veldig høy og fører til et høyt sigenivå.

Det er viktig å merke seg at limets skjærmodul, G, avtar lineært med økende temperatur. Spenningsnivået vil derfor bli noe lavere ved 800C.


Generell regel:

For forbindelser som utsettes for store temperaturvariasjoner, må vi huske på:

   - å velge limtyper med lav skjærmodul

   - å lage en tykk limfuge

   - hvor mulig, å velge limtype med termisk utvidelseskoeffisient noe imellom de to materialene som skal limes


Sikkerhetsfaktorer:

Vi må benytte sikkerhetsfaktorer for å kunne ta hensyn til feil i produksjonen og elding.

2-komponent-lim blandes i produksjonen. Disse limene vil gi videre spredning av resultatet enn 1-komponent-lim som herder ved høy temperatur. Vi benytter derfor høyere sikkerhetsfaktorer med 2-komponent-lim.

Da sikkerhetsfaktorer ikke er standardisert, er det opp til designeren å velge dem.

 
2.9 Design eksempler  
to joining Al up  


2.9 Design eksempler

 
   
Design som har vist seg å være bra for hjørnekonstruksjoner, lukkede profilseksjoner og rørforbindelser, er vist i figurene 2.9.1, 2.9.2 og 2.9.3.  
   


 Figur 2.9.1
Eksempler på hjørnekonstruksjoner. (8)

 
   


Figur 2.9.2
Eksempler på profilseksjoner. (8)

 
   

Figur 2.9.3
Eksempler på rørforbindelser. (8)

 
   
Typiske eksempler på limforbindelser i metall er konstruksjoner bygd opp i lag, laminerte-, skall- og sandwich-konstruksjoner. Figurene 2.9.4, 2.9.5 og 2.9.6 viser noen eksempler på dette. Sandwich-konstruksjoner er bare mulig med limte forbindelser.  
   


Figur 2.9.4
Eksempler på laminerte konstruksjoner. (8)

 
   


Figur 2.9.5
Eksempler på skall-konstruksjoner. (8)

 
   


Figur 2.9.6
Eksempler på sandwichs-konstruksjoner. (8)

 
2.10 Fordeler og ulemper ved liming  
to joining Al up  


2.10 Fordeler og ulemper ved liming

 
   

Fordeler ved liming:

- Lim kan brukes til sammenføyning av forskjellige materialer.

- Konstruksjonen kan gjøres helt gass- og væsketett.

- Materialer med store dimensjonsforskjeller kan føyes sammen uten fare for sprekker og deformasjoner.

- Forbindelsen får jevn overflate.

- Lim er elastisk isolerende og hindrer galvanisk korrosjon.

- Lim kan brukes på meget tynne plater.

- Vekten av lim og av limforbindelsen er liten.

- Prosessen krever ikke oppvarming til høy temperatur og er derfor ikke brannfarlig på den måten som sveising og lodding.
Prosessen påvirker ikke grunnmaterialet termisk.

- Boring, gjengeskjæring og andre støyende delprosesser unødvendig.

- Det oppstår ikke spenningskonsentrasjoner som ved skrue eller naglehull.

- Stivheten og den dynamiske styrken blir god.

- Limfugen virker vibrasjonsdempende.

- Utmattingsfastheten er meget god.

 
   

 Figur 2.10.1
Sammenligning av stivhet ved nagle- (skrue-) og lim-forbindelse. (4)

 
   
Figuren viser at det oppstår en kontinuerlig forbindelse mellom de sammenføyde flatene. Nagler (skruer) og punktsveising holder flatene sammen bare i punkter. Limte flater er derfor stivere og kan belastes med krefter som er 30 – 100% høyere før det er fare for utbøying (bukling).  
   

Figur 2.10.2
Spenningsfordeling i belastet, naglet og limt, skjøt. (4)

 
   

Figuren viser at den naglete skjøten har store spenningsspisser ved naglehullene. Brudd har en tendens til å starte i disse områdene. Tilsvarende spenningsfordeling oppstår i bolter og i punktsveiser.

Den limte forbindelsen er stiv og jevnt belastet. En kontinuerlig sveis er også jevnt belastet, men metallet har i den varmepåvirkede sonen gjennomgått en styrkereduksjon.

En del av de samme grunnleggende forhold som for limteknikken finner vi igjen ved komposittmaterialene. Limteknikken er en forutsetning for skall- og cellekonstruksjoner. Flybyggingsteknikken er helt avhengig av lim og liming.

 
   

Ulemper og mangler ved liming:

- Lim kan inneholde helsefarlige, brannfarlige eller korrosive bestandeler.

- Produksjonsprosessen kan være komplisert og krevende fordi:

  - det kreves nøyaktig og omhyggelig forbehandling av flatene

  - delene må ofte fikseres forholdsvis lenge mens limet herder, noen ganger i press

  - noen lim har begrenset brukstid. Når de er blandet, må de brukes opp i løpet av kort tid

  - kontroll av limfuge er vanskelig og kostbar

  - på grunn av begrenset sigefasthet må være varsom med langvarig belastning, særlig forhøyet temperatur

- Forbindelsene er ømfintlige overfor skrelling (rivebelastning)

- Temperaturen er begrenset (ca. 2500C)

 
2.11  Prøvemetoder  
to joining Al up  


2.11  Prøvemetode

 
   

Den vanligste prøvemetoden er ”den enkle overlapp-skjøten”. Denne er ofte grunnlaget for limleverandørenes datablad.

 
   

 Figur 2.11.1
Standard skjærprøve etter ASTM D 1002-72. (3)

 
   

Limets fasthet angis i N/mm2, og er et mål for middelspenning. Lokalt forekommer det både høyere og lavere spenninger i fugen.

Det er ikke alltid angitt hvilke materiale som er limt, bare limet selv. Dette reiser spørsmål, da et hardere materiale gir høyere verdier på fugens fasthet.

Strekkfastheten ved prøvebelastningen har stor betydning for måleresultatet. Det vanligste er å benytte en konstant strekkhastighet på 10mm/min. Prøvetiden blir dermed kort og vi får ingen oppfatning om motstanden mot siging i fugen. Til dette kreves det en spesiell sigeprøve. Slike prøveresultater er sjeldne å oppdrive. Hvis limet skal benyttes for konstant belastning ved forhøyet temperatur, må vi frembringe data angående fugens sigefasthet.

Den sammensatte påvirkningen av temperatur, miljø og belastning er den eneste ”realistiske” prøvingen.

Ved syklisk prøving (lagring i vann-frysing-tørking) får vi på grunn av temperaturendringer og vannopptak også spenninger i fugen. Dette gir hurtigere påvirkning enn bare lagring i vann.

Lagring i 100% fuktighet ved 600C gir hurtigere oppfatning av om en eventuell nedbrytning av fugen enn tilsvarende lagring i vann.


Kile-kløve-prøven (ASTM D 3762-79) er en prøvemetode som er forholdsvis enkel å gjennomføre og som ikke krever spesielt utstyr. Prøven gir muligheter til sammensatt belastning av last, miljø og temperatur.

 
   

 Figur 2.11.2
Kile-kløve-prøven etter ASTM D 3762-79. (3)

 
   

Limte prøver tilvirkes som vist i figuren. Etter at disse er herdet, drives en 3mm tykk kile inn i prøven. Initiert sprekk som oppstår måles. Deretter utsettes prøven for 100% relativ fuktighet i 600C i 60-75min. Sprekkveksten merkes opp og måles. Vi noterer også bruddtypen som oppstår.

For varmherdende epoksy-lim mot forbehandlet aluminium har vi ofte et kohesjonsbrudd (brudd i limet) de første 5mm. Jo lengere sprekken siden vokser, jo større del av bruddet er et grenseskiktsbrudd.

Metoden har bl.a. blitt brukt for å undersøke langtidsholdbarhet av limfuger mot aluminium med forskjellig forbehanling.

Denne typen prøving kan også anvendes med formål sammenligning og som produksjonskontroll (kontroll av produksjonsparametere, for eksempel kontroll av forbehanlingsbad).

Etter en tid har vi et statistisk underlag for hvordan en sprekkvekst tilsvarer en bra, alternativt dårlig, limfuge.

Avhengig av materiale og limtype kan det være nødvendig å endre belastningsmiljøet og temperaturen for å få et passende ”sprekkintervall”.

 
2.12  Referanser, limte forbindelser  
to joining Al up

2.12  Referanser, limte forbindelser
 

nr.

forfatter

tittel

forlag

år

ISBN

1

 

Espen J. Thrane

“ALUMINIUMKONSTRUKSJONER”

Universitetsforlaget

1978

82-00-25968-4

2

 

 

“HANDBOK FÖR KONSTRUKTÖRER”

Sapa

1995

 

3

 

 

“LIMING AV ALUMINIUM”

Gränges Aluminium Teknikk

1989

 

4

 

 

“USER’S GUIDE TO ADHESIVES”

Ciba Polymers, Cambridge

1995

 

5

 

 

“ALUMINIUM BONDING”

Pechiney Rhenalu, Paris, France

1992

 

6

 

Edward H. Smith

Mechanical Engineer’s Reference Book

Butterworth-Heine-mann Ltd., UK

1994

ISBN 0 7506 1195 2

7

 

ASM Specialty Handbook

“ALUMINUM AND ALUMINUM ALLOYS”

ASM International

1993

ISBN 0-87170-496-X

8

 

TALAT

“TRAINING IN ALUMINIUM APPLICATION TECHNOLOGIES”

APT-Al Training Partnership

1999

ISBN 82-00-25968-4

9

 

Espen J. Thrane 

“ALUMINIUMKONSTRUKSJONER”,

Universitetsforlaget

1978

 

10

 

Welding Handbook, Seventh Edition, Volume 3,

“RESISTANCE AND SOLID-STATE WELDING AND OTHER JOINING PROCESSES”

American Welding Society, AWS

 

 

11

 

Dahlvig, Christensen, Strømsnes, , , ,

“KONSTRUKSJONSELEMENTER”

Yrkesopplæring ans

1991

ISBN 82-585-0700-1

 
to joining Al up

updated 06.04.2017