Transcript Rapport 1324 Limning, från kontakt till funktion

Limning ”Från kontakt till funktion”
UFoH fogningskurs, Mölndal, 2013.10.02
Ola Albinsson
Presentation nr 1324
Utveckling av Fogningsmetoder för kombination av Olika material till Hybridlösningar
– Ett LIGHTer initiativ [UFoH]
Publik/Konfidentiell
Agenda Limning
Limning "Från Kontakt till funktion"
1h Ola Albinsson
Limning i produktutvecklingsprocessen
30min Tomas Luksepp
Att simulera en limfog
30min Fredrik Stig (Semcon)
Termiska effekter vid limning av multimaterial
1h Tomas Luksepp
Demonstration i verkstaden
1h 15min Termiskpåverkan, Akustiskemission, Ytbehandling och 2K-applicering
Limning
Från kontakt till funktion
 För att lycka måste man vara ett team som kan limning
från kontakt till funktion…
- Yta, Lim, Förbehandling, Applicering, Process,
Hållfasthet, Simulering, Hälsa och Miljö, Demontering.
2013-10-14
3
Vad är limning?
Förutsättningar
- Avstånd 5Å lim/yta
ca1,2Å
- Yt-energi lim< γ <yta
 Ställer karv på





2013-10-14
Material
Renhet
Lim
Fogutformning
Process
γ tunga < γ insekt
4
Varför limning?
+ Olika material kan kombineras
+ Goda utmattningsegenskaper
+ Kan göras vid rumstemperatur
+ Korrosion/galvanisk separation
+ Design, ej håltagning
+ Ljud- och vibrationsdämpning…
+ ”Enkelsidig” åtkomlighet
–
–
Kvalitetssäkring (rena ytor)
Arbetsmiljö
– Fläkbelastning
– ”Okänd”, utbildningsmöjligheter saknas
– Demontering
2013-10-14
2013-10-14
5
Limsorter och hur de stelnar
Lim kan övergå från flytande till fast form genom



Avdunstning ex. kontaktlimmer
Avsvalning ex hotmeltlimmer
Härdning ex 1K och 2K epoxi, polyuretaner, Akrylater mm.m
För konstruktionslimning där laster ska överföras är det
härdande lim som står till buds.
2013-10-14
6
Härdningsmekanismer

Härdning sker genom kemisk reaktion som kan startas då

Två eller flera komponenter blandas. Härdare och bas mixas samman.
Exempelvis 2K -lim

Frånvaro av luft och metallkontakt. Exempelvis anaeroba akrylatlimmer

Närvaro av fukt exempelvis polyuretaner.

Genom att höja temperaturen. 1K epoxilim

UV-härdning. UV-ljus aktiverar initiator i limmet.

Andra sätt som gör att material kan gå från flytande till fast form är genom
avsvalning och avdunstning.  Termoplast
2013-10-14
7
Limtyper
Exempel på vanligt förekommande lim
Epoxi…










finns både i flytande och i fast form.
finns både i 1- och 2-komponentsform.
kan härda både vid rumstemperatur och förhöjd temperatur.
härdtid varierar från några minuter till timmar.
härdtid halveras för varje 10 ˚C höjning av härdtemperaturen.
krymper minimalt vid härdning.
är anpassat för höga laster.
har låg brottöjning.
har god värmebeständighet.
är det mest kemiskt resistenta limmet.
2013-10-14
8
Limtyper
 Exempel på vanligt förekommande lim
Polyuretaner







finns både i 1- och 2-komponentsform.
härdar vid rumstemperatur
kan kräva fukt vid härdning
härdtid varierar från några minuter till timmar till dagar.
krymper minimalt vid härdning.
har hög brottöjning.
har god värmebeständighet.
2013-10-14
9
Limtyper
Exempel på vanligt förekommande lim
Akrylater MMA (metylmetakrylater)









finns 2-komponentsform.
härdar vid rumstemperatur
härdtid varierar från några minuter till en timme
exoterm reaktion
krymper vid härdning.
hög brottöjning
god spaltutfyllning
elastisk limfog med mycket bra skjuv-, riv- och slaghållfasthet.
luktar MYCKET!
2013-10-14
10
Mekaniska egenskaper hos olika limtyper
Tejp &
2013-10-14
Nomenklatur
Styrka skjuvhållfasthet
 STRUKTURLIM τ = 10-25 MPa (Akrylatlim, Epoxilim,
PUR-lim)
 Semistrukturella lim τ = 8-10 Mpa
(Akrylatlim,PUR-lim)
 Elastiska lim τ = 2-8 Mpa
(PUR-lim, 2-K MS-polymerer)
 Tape / Tätningar τ = 1-2 Mpa
(Pur-lim, 1-K MS-Polymerlim, Silikonlim)
2013-10-14
12
Glasomvandlingstemperatur Tg
Wet conditioned
6500
Dry Sample
0,25
6500
5500
0,2
5500
3500
0,15
4500
2500
0,1
1500
0,05
500
-500 -50
0
50
Temp (°C)
100
2500
0,1
0,05
500
150 0
-500 -50
0
50
100
150 0
Temp (°C)
0,2
4500
0,15
2500
0,1
E' [MPa]
3500
- Lim har inte konstanta egenskaper
över ett brett temp område.
- Påverkas av miljö och tid.
1500
0,05
500
2013-10-14
0,15
0,25
5500
-500 -50
3500
1500
Aged
6500
0,2
E' [MPa]
E' [MPa]
4500
0,25
0
50 (°C) 100
Temp
150 0
13
Varför tvätt och förbehandling?
 Avlägsnar oxider, smuts, oljor och släppmedel…
 Öka yt-energin…
 Yt-förstoring som i sin tur ger bättre vidhäftning…
 Korrosionsskydd…
2013-10-14
14
Olika typer av förbehandlingsmetoder
* Tvättning
- Avfettning (lösningsmedel) - Alkalisk tvätt
* Mekanisk förbehandling
- Borstning – Slipning - Blästring
* Våtkemisk förbehandling
- Betning - Etsning - Anodisering
* Torr lokal förbehandling
- Korona - Plasma - Flamma - Laser
2013-10-14
15
Vanliga förbehandlingsmetoder av vanliga material
Stål – Fosfatering
Aluminium – Betning + passivering
Rostfritt – Borstning, blästring, laser
Kompositer och plaster – Slipning, Corona, plasma
2013-10-14
Mekanisk
förbehandling:
Slipning, blästring, borstning.
- avlägsnar oxider och smuts
och släppmedel.
Metoderna ger en ytförstoring
som i sin tur ger bättre
vidhäftning.
Man måste tvätta ordentligt
innan annars kan man ”trycka
in” föroreningar i ytan.
Dessutom måste en ordentlig
rengöring ske efter
förbehandlingen för att avlägsna
fasta, lösa partiklar.
2013-10-14
Kemisk förbehandling
- Betning, etsning, anodisering.
Betning och etsning ger en ytförstoring, men på ett mer
kontrollerat sätt än den mekaniska förbehandlingen.
Skapa kontrollerade oxidskikt.
2013-10-14
Vad är Plasma?
•Plasma är materialtillstånd där molekylerna slagits sönder till
elektroner, radikaler och joner
•Elektronerna kan accelereras med elektrostatiska fält och bli en
slags kemisk bläster, det blir ett ”kallt plasma”
•Plasmabehandling kan ske antingen i vakuum eller vid
atmosfärstryck
•Koronabehandling är en sorts plasma
•Lysrör är plasma
2013-10-14
Olika plasmautrustningar
Vacuum Plasma
- Batch process.
- Hög energi och investeringskostnad
Atmosfärs Plasma (plasma jet)
- Luft plasma medium.
– Billig
– Ädel gas eller kvävgas som plasma
medium.
– Kostnad för gas
2013-10-14
Plasma Blaster
”Atmospheric Plasma Blaster MEF”
Utrustningen har effekten 200 W / munstycke bredd av 8 mm per
munstycke, ansluten till tryckluft, som utförts under ytan hastighet av
min 1,5 m / min och var placerad 1,5 cm ovanför ytan.
Ytan förändras både kemiskt och strukturellt. Energin i plasma är så
hög att den kan bryta upp CC bindningar
2013-10-14
Corona
Corona utrustning med rörligt bord S2V.
Den har urladdning med två keramiska elektrodstavarna på 400 W och
vardera. Hastighet på 2 m / min.
Typiska önskvärda grupper som bildas OCH CO och CC-OH.
2013-10-14
Resultat med plasmabehandling:
 Smutsen går att ta bort
 Ytenergin ökar
 C
 O
 Processparametrar och utrustning påverkar rengöringseffektiviteten
2013-10-14
23
Resultat PE
Obehandlad<slipad<Corona<Plasma
2013-10-14
24
Skillnad mellan lim under härdning?
Typ 1. Expanderar vid härdning
Typ 2. Krymper vid härdning
Gap
Gap
2000
200
100
1500
0
1000
Gap
-100
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
-200
500
-300
0
0
1000
2000
3000
-400
4000
Gap
Gap
200
2000
100
1500
0
1000
-100
Gap
-200
500
-300
-400
0
0
50
2013-10-14
100
150
200
25
0
50
100
150
200
Relevanta process egenskaper för lim
•
•
•
•
•
•
Krymp/expansion från ohärdat till härdat lim, Reometer
Förändring av viskositeten under härdning, Reometer
Youngs modul för härdad adhesiv, DMTA
Normalkraft under härdning, Reometer
Härdningstemperatur, ugn
Härdningshastighet, DSC
Verifiering mellan simulering och verkliga test.
Uthärdning
För att upp nå rätt uthärdning och
egenskaper måste…
- blandning
- miljö
-Temp
…vara enligt spec.
Differential scanning calorimetry
2013-10-14
27
Applicering
Eftersträva att få ett limförband likt det som finns på ritningen. 
ökad kvalité i förbandet
Faktorer som påverkar kvalitén på limfogen • Avstånd • Position
• Diameter • Reologi,
• Geometri • Temp.
• Hastighet
2013-10-14
28
Problem:
Limutträngning  Störning i process och på hälsa…
Lösning: Limfällor?
2013-10-14
29
Problem:
Luftfickor korrosion och hållfasthet
Lösning: Flatsträng, Swirl?
2013-10-14
30
Vad kan orsaka geometriförändringar?
Hur kan detta undvikas? Elastiskt lim, minimalkrypning, styva komponenter?
2013-10-14
31
Vad kan orsaka geometriförändringar?
Geometriförändringar
under Service life
•
•










α – Värmeutvidgningskoefficient
Materialkombinationer
Spänningar i materialet
Temperatur, härdningscykler
Temperatur, under service life
Styvhet i material / komponent
Fogutformning och typ av fogar,
Fogsekvenser och fogdelning
Styvhet i fogen (Tg Lim)
Etc
Geometriförändringar
under produktion
•
•
Local effekt
Global effekt
32
Elastisk deformation
Plastisk deformation
Fixturering eller / och Förhärdning
- Ugn
- 2K-lim
- Induktionsvärmning
- IR
-Kombinationsförband
-Glaskulor i lim (falsar)
2013-10-14
2013-10-14
33
Inspektionssystem
Vision-system är ett verktyg som lätt kan integreras och
ge en kvalitetssäker strängapplicering.
Fel som kan uppstå?
Orsakat av…
2013-10-14
35
2013-10-14
36
Arbete med Härdande system
AFS 2005:18
Styr hur arbetet får utföras.
Risk för exponering vid applicering
och vid heta arbeten.
 Nedbrytning till monomerer!
2013-10-14
37
Hälsoeffekter med att jobba med
Härdande lim
Symptom:
Snuva, rinnande ögon,astmatiska besvär samt kontaktexem
Exponering genom…
- Inandning
- Kontakt
- Förtäring
2013-10-14
38
Personligt skydd vid arbete med
härdande lim.
 Handskar, ej skinnhandskar
 Glasögon
 Overall, i annan färg än limmet
 Andningsmask vid behov
2013-10-14
39
Substitutionsprincipen
För användning av kemiska produkter är den så
kallade substitutionsprincipen central. Den anger
att en kemisk produkt ska undvikas om den kan
ersättas med en mindre farlig produkt. Om man
tillämpar denna princip på limning rekommenderas
följande ”trappa”, där ingen fogning är högst och
lim med stor hälsorisk lägst
prioriterat. Att de tekniska
kraven uppfylls inbegrips.
2013-10-14
40
Agenda Limning
Limning "Från Kontakt till funktion"
1h Ola Albinsson
Limning i produktutvecklingsprocessen
30min Tomas Luksepp
Att simulera en limfog
30min Fredrik Stig (Semcon)
Termiska effekter vid limning av multimaterial
1h Tomas Luksepp
Demonstration i verkstaden
1h 15min Termiskpåverkan, Akustiskemission, Ytbehandling och 2K-applicering