Limte forbindelser |
Joining |
|
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 |