Transcript LIMNING: Svår teknik med många fördelar del 1

Bearbetning från A–Ö
Svår teknik med många fördelar
LIMNING DEL 1
FAKTA Historik lim
I nästa nummer: Limning del 2 – Förbehandling
Det naturliga limmet inte efterfrågat
Fram till början av 1900-talet var lim uteslutande av naturligt ursprung. Naturliga lim har utnyttjats under tusentals år
och används fortfarande för att limma
porösa material som papper. Bland dessa
lim eller klister dominerar de som är baserade på stärkelse. Nästan hälften av
den totala limkonsumtionen är fortfarande av vegetabiliskt och animaliskt ursprung. De naturliga limmen sjunker
emellertid i betydelse.
Jakten på lätta material i mobila konstruktioner är intensiv för att minska
energikostnader och miljöpåverkan.
Med plast minskas vikten men för att
fullt utnyttja plastens fördelar bör den
limmas.
˘Vid limning blir plasten jämnt belastad
medan håltagning för bultar och nitar försvagar plasten. Dessutom kan plasten tillsammans med limmet dämpa vibrationer.
Limning ger också stor frihet vid konstruktion och formgivning. Konstruktören
är i dag bevandrad i de vanligaste plasternas egenskaper men när det gäller limningsteknik ställs han ofta inför svårbemästrade problem.
ökar användningen av
lim. I dag går det åt cirka tio kilo lim för att
tillverka en bil i Europa. Vid tillverkning av
en buss åtgår det nästan 100 kilo. Liknande tendenser ser vi hos spårbundna for-
PÅ F O R D O N S I DA N
På fordonsidan ökar användningen av lim. I dag
går det åt cirka tio kilo
lim för att tillverka en bil
i Europa. Vid tillverkning
av en buss åtgår det
nästan 100 kilo.
don. Sedan länge limmar man gummi,
glas och metall.
andra material som fiberarmerad polypropen, termoelaster
samt armerade härdplaster (SMC och
BMC), vilka blir allt vanligare och glasrutor kommer att ersättas med polykarbonat.
Limning är för övrigt (förutom införande av skruvar och nitar) det enda sättet att
foga härdplaster För limning inom transportsektorn används vanligen epoxi, poly-
I DAG STÅ R V I I N F Ö R
Avancerad limning används i allt fler
tekniska konstruktioner.
uretan och andra konstruktionslim. Vi
limning av mindre ytor är cyanoakrylater
framträdande med eller utan förbehandling. För svårlimmade lågenergetisk material som polyeten och polypropen kan man
nu använda tvåkomponent akryllim efter
endast rengöring av ytorna.
A N VÄ N D N I N G E N av konstruktionslim fortsätter att öka på grund av nya rutiner som
gör hanteringen säkrare och mer tillförlitlig. Elastiska lim och smältlim baserade på
polyuretan anses få en särskilt god tillväxt.
Förutsättningen är emellertid att en korrekt ytbehandling görs av respektive plastmaterial för att åstadkomma god vidhäftning.
Men ytbehandlingen får inte vara för
besvärlig utan skall kunna integreras i tillverkningsprocessen. De vattenburna system, som har haft en kraftig tillväxt beräknas sjunka i betydelse och ersättas av alternativa miljövänliga limsystem.
Den erfarenhet man fått vid konstruktionen av fordon har ökat tilltron till limningstekniken. I framtiden kommer limning användas i sammanhang som man
i dag har svårt att förställa sig.
Naturliga lim: Är/gjordes av animaliska
material – horn eller av vegetabiliska
fibrösa material som olika träslag, silke,
lin, hampa etc.
Syntetiskt lim: De viktigaste baserades
på fenol-formaldehyd och karbamid-formaldehyd. Härdplasten bakelit fick således sin motsvarighet på limsidan. Däremot fick lim besläktade med celluloid
mindre betydelse. Andra stora grupper
blev istället vinyl- och gummibaserade
lim.
Industriell framställning: Började i Holland år 1690 och därefter i England år
1700. Denna limtillverkning var baserad
på djurhudar och avfall från garverier.
Fibrerna i en hud består av ett protein,
som kallas kollagen (limbildare) och som
vid kokning ger lim.
Lim i Sverige: Vid slutet av 1800-talet tillkom benlimstillverkning i stor skala vid
flera fabriker, som både framställde benmjöl och benlim. Ofantliga mängder av
det kvävehaltiga benmjölet användes
som gödningsmedel inom jordbruket,
vilket satte fart på limtillverkningen. Ben
innehåller inte bara det kväve, som kollagenet ger utan också kalcium och fosfor, som ger jorden ytterligare näringstillskott.
lars-erik edshammar
plastforum 3 2006
99
Bearbetning från A–Ö
FAKTA Historik lim forts
Kollagen: I och med polymerkemins
utveckling började man få klarhet i naturlimmens uppbyggnad. Kollagenet
består av polypeptidkedjor, som är
sammansatta av olika aminosyror. Karakteristisk för dessa polypeptidkedjor
är inslaget av peptidgrupper av samma slag som förekommer i proteiner
och nylon: –NH–CO–. Peptidbindningar orsakar nylonets svällning i fuktighet eftersom de drar till sig polära vattenmolekyler. Hudlimmet innehåller
således också polära grupper, vilket
har stor betydelse för limmets häftningsförmåga.
Gelatin: Kollagen förekommer rikligt i
ben, bindväv, fiskfjäll, simblåsor med
mera och ger vid kokning lim eller gelatin. Gelatin (lat. gelare frysa till) betraktas som en renare variant av lim
men har en lägre häftningsförmåga.
Gelatinkapslar används kring farmaceutiska preparatoch i livsmedel, kosmetiska salvor och som bindemedel
för ljuskänsliga ämnen i fotografisk
film.
Benlim och brosklim: Man skiljer mellan benlim och brosklim, som båda
innehåller kollagen. Benlim innehåller
cirka 17,8 % kväve och brosklim 14,4%.
Brosklimmet har sämre bindningsförmåga än benlimmet på grund av den
lägre kvävehalten.
Kasein: Ett äggviteämne som förekommer som kalciumkaseinat i mjölk
och ost. Redan i gamla tider använde
man mjölk för tillverkning av klister
men först under första världskriget
började kaseinlim tillverkas industriellt för att förse den växande flygplanstillverkningen med ett lämpligt
lim. På den tiden byggdes flygplanen
med en bärande struktur av limmat
trä. Kaseinlim förekommer fortfarande i den träarbetande industrin eftersom det är lätt att använda och ger
säkra limningar vid låga temperaturer.
100
plastforum 3 2006
Fördelar och nackdelar
med limning
˘Limning är ett komplement till övrig fogningsteknik som svetsning, nitning och
skruvförband. Mekaniska förband kan
emellertid kombineras med limning.
Svetsning sker endast vid fogning av termoplaster medan limning går att utföra
vid fogning av både termoplaster, härdplaster och elaster.
Limning fungerar även då plaster och
elaster förenas med metalliska material
och keramer.
Om limningen utförs rätt fås en likformig spänningsfördelning vid belastning
av limförbandet. I bästa fall kan de limmade materialens styrka nyttiggöras upp till
belastningsgränsen, vilket innebär en
viktsminskning i konstruktionen. Andra
fördelar är:
> Estetiska fördelar och designmöjligheter
utan skruvskallar och nithuvuden
> Flexibla lim töjer sig vid skjuvning och
kan utjämna skillnader i termisk utvidgning hos de limmade komponenterna
> Olika materialtyper kan sammanfogas
> Det går att åstadkomma väderbeständiga, fukt- och gastäta förband
Fenolfomaldehyd: Det första syntetiska
hartset som gav ett vattenfast lim åt
flygindustrin. Limmet fick också stor betydelse vid tillverkning av plywood. Limmet är fullständigt väderbeständigt och
klarar till och med kokande vatten.
Karbamidlim: Lim baserade på ureaformaldehyd (urea=karbamid) blev dominerande för serietillverkade träprodukter. Karbamidlimmen ger visserligen
vattenfasta men ej fullständigt väderbeständiga limfogar.
Fenolhartser: När flygplanstillverkarna
efterfrågade ett lim för fogning av aluminium utvecklades fenolhartser modifierade med syntetiskt gummi.
> Det går att limma små och komplext
utformade detaljer
> Man kan ofta förena fogning med
elektrisk och termisk isolering
> Med hjälp av flexibla lim kan man
åstadkomma vibrationsdämpning
E X E M P E L PÅ E T T LI M som har flera funktioner är medelstyvt polyuretan, som hoplimmar en transparant lins av polykarbonat
och en glasfiberarmerad PA66-reflektor i
en bilstrålkastare. I denna tillämpning
fungerar limmet både som fog och som ett
estetiskt funktionellt förband befriat från
hål på en gång som fogen är fukttät och vibrationsdämpande och utjämnar materialens skilda termiska utvidgningskoefficienter.
Både val av lim och tillhörande processer utgör ett av de svåraste problem en
konstruktör ställs inför. Limmet behöver
tid på sig att stelna eller härda, limningsprocessen måste vanligen genomgå en besvärlig förbehandling och limmet åldras i
olika miljöer.
Den största nackdelen är att man inte
kan vara helt säker på förbandets hållfasthet med tiden vid olika temperaturer. I
många fall kan miljö- och hälsorisker vara
ett problem.
Mekanismer
vid fogning med lim
˘Det är svårt på förhand få ett grepp om
fogens styrka i början av produktutvecklingen. Limmen är polymera material och
de mekaniska egenskaperna påverkas av
tid, temperatur, relativ fuktighet och andra
faktorer i omgivningen.
ST Y R K A N H O S E N LI M F O G beror på mekanismer som adhesion och kohesion.
Kohesiva krafter sörjer för sammanhållningen inom ett material och förekommer
i både limmet och vardera substratet. De
adhesiva krafterna sörjer för vidhäftningen mellan limmet och ett substrat (komponent).
Man skiljer mellan mekanisk och specifik adhesion. Mekanisk adhesion upp