Klebeverbindung: Einführung, Gelenkdesign und Methoden

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, werden Sie Folgendes kennenlernen: - 1. Einführung in die Klebeverbindung 2. Art der Klebeverbindungen 3. Klebstoffe und ihre Klassifizierung 4. Verbindungsaufbau 5. Verbindungsfestigkeit 6. Methoden 7. Prüfung und Qualitätskontrolle 8. Anwendungen 9. Sicherheitsvorkehrungen.

Einführung in das adhäsive Bonding:

Beim Kleben handelt es sich um ein Verfahren zum Verbinden von Materialien, bei dem ein Klebstoff zwischen den Passflächen der als Haftmittel bezeichneten Komponenten angeordnet wird.

Das Kleben ist ähnlich dem Löten und Löten von Metallen insofern, als keine metallurgische Verbindung stattfindet, obwohl die zu verbindenden Oberflächen erhitzt werden können, aber nicht geschmolzen werden.

Ein Klebstoff kann ein Zement, ein Klebstoff, ein Schleim (klebrige Flüssigkeiten von Pflanzen) oder eine Paste sein. Obwohl natürliche Klebstoffe sowohl organischer als auch anorganischer Herkunft verfügbar sind, werden zum Verkleben von Metallen üblicherweise synthetische organische Polymere eingesetzt.

Ein Klebstoff in Form einer Flüssigkeit oder eines klebrigen Feststoffs wird zwischen den zu fügenden Oberflächen angeordnet, die dann zusammengefügt werden und Wärme oder Druck oder beides aufgebracht werden, um die Verbindung herzustellen.

Die Vorteile der Verklebung umfassen das Verkleben unterschiedlicher Materialien bei niedrigen Verarbeitungstemperaturen von 65 bis 175 ° C. Dünne Materialien können effektiv verklebt werden. Klebeverbindungen können thermische und elektrische Isolierungen mit glatter Oberfläche erzeugen, was zu einer gleichmäßigen Spannungsverteilung führt.

Eine gute Vibrations- und Schalldämpfung kann durch Verkleben erreicht werden. Klebeverbindungen führen zu erheblicher Gewichtseinsparung und Vereinfachung des Designs.

Einige Klebstoffe können bei Temperaturen arbeiten, die etwas höher sind als ihre Härtungstemperaturen, was bei Lötverbindungen nicht möglich ist.

Klebeverbindungen unterstützen jedoch keine hohen Abzugslasten über 120 ° C. Der Bedarf an aufwendigen Vorrichtungen und Vorrichtungen zum Zusammenbauen und Aushärten führt zu hohen Kosten für Ausrüstung und Werkzeuge. Auch Klebstoffe verschlechtern sich schnell bei hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur.

Art der Klebeverbindungen:

Eine Klebeverbindung wird durch die im Allgemeinen physikalische Anziehungskraft zwischen einem Klebstoff und dem Basismaterial beeinflusst. Die Klebeverbindung wird entweder durch die polaren Kräfte zwischen dem Klebstoff und einem relativ spröden Oxidfilm (Diepole-Bindung) oder durch Van-der-Waals-Kräfte zwischen dem Klebstoff und dem nicht gefilterten oder sauberen Metall verursacht.

Die Dipolbindung ist ein Paar gleicher und entgegengesetzter Kräfte, die zwei Atome zusammenhalten, und resultiert aus einer Energieabnahme, wenn zwei Atome nahe zusammengebracht werden. Die Van-der-Waal-Bindung ist definiert als eine sekundäre Bindung, die durch die schwankende Diepol-Natur eines Atoms verursacht wird, bei dem alle besetzten Elektronenhüllen gefüllt sind.

Wenn ein Klebstoff zwischen zwei Metalloberflächen platziert wird, werden die Klebstoffmoleküle sowohl von den benachbarten Molekülen als auch von den Metallatomen oder Fremdstoffen auf den Metalloberflächen angezogen. Wenn die Oberflächenenergie des Klebstoffs größer ist als die der anhaftenden Oberfläche, benetzt der Klebstoff diesen nicht.

Um eine Benetzung der Metalloberfläche durch den Klebstoff zu erreichen, muss die Oberflächenenergie des Metalls größer sein als die des Klebstoffs, und um dies zu erreichen, ist es unbedingt erforderlich, die Metalloberflächen gründlich zu reinigen. Öl und Fett auf der Oberfläche erniedrigen die Oberflächenenergie der Metalloberflächen ernsthaft und beeinträchtigen somit die Haftfestigkeit.

Die heutige Theorie besagt, dass die Adhäsion hauptsächlich auf eine chemische Affinität des Klebstoffs für das anhaftende Material zurückzuführen ist und dass die mechanische Wirkung, wenn überhaupt, nur zufällig ist. Eine schematische Darstellung einer Klebeverbindung zeigt Abb. 17.12.

Die mechanische Festigkeit einer Klebeverbindung hängt von der Verbindungskonfiguration, ihren Abmessungen, der Art des Klebstoffs und seiner Dicke zwischen den Klebeflächen ab. Im Allgemeinen nimmt die Festigkeit einer Überlappungsverbindung mit dem Überlappungsgrad zu (obwohl die Stärke pro Flächeneinheit abnimmt) und nimmt mit zunehmender Dicke des Klebstoffs ab. Zu den Faktoren, die die Festigkeit der Verbindung beeinflussen können, gehören der Kontaktwinkel zwischen Klebstoff und Metall, Restspannung und die Spannungskonzentration im Klebstoff.

Klebstoffe und ihre Klassifizierung:

Bei den meisten Klebstoffen gibt es drei Hauptverläufe, nämlich ein Kunstharzsystem, ein Elastomer oder Flexibilisator und anorganische Materialien.

Klebstoffe können in zwei große Gruppen unterteilt werden - strukturelle Klebstoffe und nichtstrukturelle Klebstoffe. Die Klebstoffe der ersten Gruppe weisen eine hohe Tragfähigkeit auf, während die nichtstrukturellen Klebstoffe, die auch als Klebstoffe oder Zemente bezeichnet werden, für Anwendungen mit geringer Belastung verwendet werden, beispielsweise wasserfeste Latexklebstoffe, die für Fliesenböden verwendet werden.

Da die Metallverklebung hauptsächlich mit Strukturklebstoffen erfolgt, werden nur diese in den folgenden Abschnitten erläutert:

1. Strukturklebstoffe:

Strukturklebstoffe wie Kunststoffe werden in zwei Gruppen eingeteilt: Thermoplast und Duroplast. Die Mitglieder der erstgenannten Gruppe können durch Hitze wiederholt erweicht werden, obwohl sie bei zu hoher Temperatur von ihren chemischen Strukturen bestimmt werden. Sie verlieren auch die Bindungsstärke durch Zersetzung.

2. Thermoplastische Klebstoffe:

Am häufigsten verwendete thermoplastische Klebstoffe sind die Polyamide, Vinyls und nicht vulkanisierenden Neopren-Kautschuk. Für strukturelle Anwendungen haben sich die Vinyls als sehr vielseitig erwiesen, zum Beispiel kann Polyvinylacetat verwendet werden, um starke Bindungen mit Metallen, Glas und porösen Materialien zu bilden.

3. Duroplastische Klebstoffe:

Duroplastische Harze sind die wichtigsten Materialien, aus denen Metallklebstoffe gebildet werden. Diese Klebstoffe härten oder härten durch chemische Reaktionen wie Polymerisation, Kondensation oder Vulkanisation. Nach dem Aushärten können diese Klebstoffe nicht wieder geschmolzen werden, und eine gebrochene Verbindung kann nicht durch Erhitzen zurückprallen. Duroplastische Klebstoffe sind im Allgemeinen für den Einsatz bei hohen Temperaturen bevorzugt.

Duroplastische Harze sind erhältlich, um starke, wasserdichte und hitzebeständige Verbindungen zu erhalten. Es gibt zwei allgemeine Typen von wärmehärtbaren Strukturklebstoffen, nämlich die Phenolharzbasis und die Klebstoffe auf Epoxidharzbasis. Die Phenolformaldehydharze haben sich als eines der besten Verbindungsmaterialien für wasserfestes Sperrholz erwiesen.

Resorcin-Formaldehyd-Harze ähneln Phenolharzen, haben jedoch den Vorteil, dass sie bei Raumtemperatur aushärten.

Epoxidharze gehören zu den neuesten wärmehärtbaren Harzen und werden weithin anerkannt, da sie die Eigenschaften exzellente Wirkung, geringe Schrumpfung, hohe Zugfestigkeit, Zähigkeit und chemische Inertheit miteinander verbinden. Sie können bei Raumtemperatur ohne flüchtige Nebenprodukte gehärtet werden und können Festigkeiten zwischen 15 und 30 MPa entwickeln. Zu den jüngsten Ereignissen auf der Bühne gehört das "ölige Metall" -Epoxid, das sich direkt an ölige Metalle bindet, wie sie mit einer normalen Schutzölschicht darauf aufgetragen werden.

Obwohl Klebstoffe auf Epoxidbasis hohe Scher- und Zugfestigkeiten entwickeln, sind die Kriech- und Schälfestigkeiten niedrig. Die Abziehfestigkeit von Epoxidklebstoffen kann jedoch verbessert werden, indem sie mit Nylon, Carboxyl-funktionellen und Nitril-Copolymerkautschuk modifiziert werden. Solche modifizierten Epoxidklebstoffe können bei hoher Schälfestigkeit eine Scherfestigkeit von mehr als 50 MPa entwickeln.

Andere wärmehärtbare Klebstoffe sind Melamin-Formaldehyd, Polyurethane, Polyster, Phenol-Kautschuk, Phenol-Vinyl und Buna sowie Neopren-Kautschuke.

Strukturklebstoffe werden auch aus Kombinationen von Kautschuken und synthetischen Harzen hergestellt, zum Beispiel kann eine Nitril-Kautschuk-Phenol-Kombination bei Raumtemperatur eine Scherfestigkeit von 15 bis 25 MPa entwickeln. Diese Klebstoffe kombinieren die Festigkeit der Phenolharze mit der Flexibilität und Elastizität von Kautschuken. Einige dieser Harze können bei Überlappungsverbindungen in Aluminium eine Zugfestigkeit von 20 bis 45 MPa bei Raumtemperatur entwickeln.

Strukturklebstoffe, die zur Herstellung einer hohen Festigkeit entwickelt wurden, bestehen im Allgemeinen aus synthetischen Harzen oder Kombinationen von synthetischen Harzen und Elastomeren. Übliche verwendete Kunstharze sind Epoxid, Harnstoff, Phenol und Resorcin.

Duroplastische Klebstoffe sind im Allgemeinen hart und steif, wenn sie vollständig ausgehärtet sind. Elastomerharzklebstoffe besitzen eine hohe Festigkeit, behalten aber auch nach dem Aushärten die Flexibilität in hohem Maße. Die Flexibilität von fast allen Klebstoffen kann durch die Formulierung kontrolliert werden. Beispielsweise können Epoxidharze durch Modifizierung mit Polysulfidkautschuk ziemlich flexibel gemacht werden.

Eine weitere Klasse hochtemperaturbeständiger Strukturklebstoffe wird aus Polybenzimidazol (PBI) und Polyimid (PI) formuliert, die erfolgreich für den Temperaturbereich von -220 ° C bis 540 ° C verwendet werden können. Es hat sich gezeigt, dass diese Klebstoffe hervorragende Ergebnisse beim Verbinden von Aluminium, rostfreien Stählen, Titan, Beryllium und verstärkten Kunststoffen ergeben.

Obwohl Strukturklebstoffe bereits seit mehreren Jahrzehnten erfolgreich zum Kleben in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet werden, wurden unter den Betriebsbedingungen Spannungskorrosionsprobleme festgestellt, die kontinuierliche oder zyklische Belastung und eine heiße, feuchte Atmosphäre umfassen. Bei Raumtemperatur gehärtete Klebstoffe werden in einer feindlichen Betriebsumgebung schneller abgebaut als heißgehärtete Klebstoffe.

Joint Design für adhäsive Verklebung:

Die wichtigste Überlegung beim Verbindungsdesign für das Verkleben ist die Art der Belastung oder Beanspruchung, der das Teil während des Betriebs ausgesetzt ist. Die vier Hauptbelastungsarten, die bei solchen Verbindungen auftreten, sind in Abb. 17.13 dargestellt. Das Design muss genügend Raum für den Klebstoff bieten, um dünne Verbindungslinien im Bereich von 0, 075 bis 0, 125 mm zu bilden, um eine hohe Verbindungsfestigkeit zu erreichen.

Für die Gestaltung einer Klebeverbindung sind drei wichtige Regeln zu beachten:

(i) Die Verbindung sollte vorzugsweise eher einer Scher- oder Zugbelastung als einer Spalt- oder Schälbelastung ausgesetzt werden.

(ii) Die statische Belastung der Verbindung sollte die plastische Verklebungsfähigkeit des Klebers nicht überschreiten.

(iii) Klebstoffverbindungen, die geringen zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, sollten mit ausreichender Überlappung versehen werden, um das Kriechen im Klebstoff zu minimieren.

Die wichtigsten Arten von Verbindungen, die zum Kleben verwendet werden, sind Überlappungsverbindungen und die Nut- und Federkonfiguration, die für Stoß-, Eck- oder Kehlverbindungen verwendet werden kann. Die Nut und der Zapfen werden für Eckverbindungen verwendet.

Auffallende Merkmale dieser Verbindungen werden in den folgenden Abschnitten beschrieben:

1. Überlappungen :

Eine Klebeverbindung ist am besten geeignet, wenn sie unter Scherung belastet wird, wie dies bei Überlappungsverbindungen der Fall ist - drei bekannte Arten davon sind in Abb. 17.14 dargestellt. In dünnen Metallbindungen können Verbindungsdesigns große Bindungsbereiche bieten. So ist es möglich, Fugen herzustellen, die so fest sind wie das Metall, das anhaftet.

Die Beziehung zwischen Überlappungslänge und Verbindungsfestigkeit für eine Doppelschubüberlappungsverbindung ist in Abb. 17.15 dargestellt, während Abb. 17.16 die Verteilung der Scherspannung über eine Überlappungsstoßstelle zeigt, die durch die Last P mit kurzen, mittleren und langen Überlappungen verursacht wird. Bei kurzer Überlappung, Abb. 17.16 (a), gibt es eine gleichmäßige Schubspannung im Gelenk, die unter Last zum Kriechen führen kann, was zu einem vorzeitigen Versagen führen kann.

Die Scherspannungsverteilung ändert sich, wenn die Überlappungslänge erhöht wird, so dass der Klebstoff an den Enden einen größeren Teil der Last trägt als der Klebstoff in der Mitte, wodurch das Kriechpotential minimiert wird. Die für ein minimales Kriechen erforderliche Verbindungsüberdeckung hängt von den mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls, den Klebeeigenschaften und seiner Dicke, der Art der Belastung und der Betriebsumgebung ab.

Beim Entwerfen einer Überlappungsverbindung für eine Spalt- oder Ablösebelastung können beträchtliche Schwierigkeiten auftreten, da dies dazu führt, dass am Rand des Klebstoffs ein Versagen ausgelöst wird, und es ist nur ein Bruchteil der Zugbelastung erforderlich, um die Verbindung des gleichen Bereichs aufzubrechen.

Die einfache Überlappungsverbindung ist der am häufigsten verwendete Typ und eignet sich für viele Anwendungen, aber die in Abb. 17.17 gezeigte abgeschrägte Überlappungsverbindung bietet eine geringere Konzentration an den Rändern der Verbindung und da sich dünne Kanten der Klebeflächen verformen, wenn sich die Verbindung unter dreht Last, die die Abziehaktion minimiert.

Wenn die Festigkeit der Verbindung kritisch ist und die Komponenten dünn genug sind, um sich unter Last zu biegen, ist eine geriffelte Überlappungsverbindung besser, da die Last quer zur Verbindung und parallel zur Bandebene ausgerichtet ist, wodurch die Möglichkeit einer Spaltbelastung minimiert wird.

2. ButtJoints:

Eine quadratische Stoßfuge ist für Klebstoffanwendungen aufgrund der geringen wirksamen Fläche und der hohen Spannungskonzentration schlecht. Es gibt jedoch mehrere Möglichkeiten, um die Kontaktfläche zwischen dem Klebstoff und der Klebefläche zu vergrößern. Dazu gehören die Vorbereitung von Schalkanten, doppelter Hintern, Einfachriemen, Doppelriemen, abgeschrägter Doppelriemen und zurückversetzter Doppelriemen, wie in Abb. 17.18 dargestellt.

Die in Abb. 17.19 gezeigten Nut- und Federgelenke richten die tragenden Grenzflächen nicht nur mit der Schubspannung aus, sondern bieten auch eine gute Biegefestigkeit. Die gelandete Nut-Feder-Verbindung ist nicht nur einfach herzustellen, sondern bietet auch eine Konfiguration, die automatisch ausgerichtet wird, wenn die Teile zusammengefügt werden. Es kontrolliert auch die Fugenlänge und bestimmt die Dicke des Klebstoffs. Es ist eine gute Konstruktion, da es unter hohen Druckbelastungen gut funktioniert und ein sauberes Erscheinungsbild bietet.

3. Filet oder T-Joint :

Wie die quadratische Stoßverbindung bietet die gemeinsame T-Verbindung möglicherweise keinen ausreichenden Biegungsbereich, daher werden verschiedene in Abb. 17.19 gezeigte Verbesserungsmethoden angewendet.

4. Eckverbindungen:

Die Eckverbindungen sind sowohl Abzieh- als auch Spaltbeanspruchungen ausgesetzt und die Verbindung ist relativ schwach, wenn die Belastung einer Eckverbindung rechtwinklig zum Klebstoff ist. Methoden zur Verstärkung der Eckverbindungen sind in Abb. 17.20 dargestellt.

5. Rohrverbindungen:

Klebeverbindung wird auch für Rohrverbindungen verwendet, von denen einige in Abb. 17.21 dargestellt sind. Große Klebeflächen ergeben starke Fugen mit einem sauberen Erscheinungsbild, die Verarbeitung kann jedoch bei einigen kompliziert sein, während die Kantenvorbereitung für einige andere teuer sein kann.

Verbindungsfestigkeit für adhäsive Verklebung:

Die in einer Klebeverbindung entwickelte Festigkeit hängt von der Verbindungskonstruktion, der Belastungsart, der Gebrauchstemperatur, dem anhaftenden Material usw. ab. Die relative Scherfestigkeit für Verbindungen mit unterschiedlichen Klebstoffen ist in Tabelle 17.3 angegeben.

Klebebindungsmethoden:

Bei der Herstellung von Klebeverbindungen gibt es im Wesentlichen drei Schritte, nämlich das Vorbereiten der Oberfläche, das Auftragen des Klebstoffs und das Aushärten der Verbindung.

Diese Schritte werden in den folgenden Abschnitten kurz beschrieben:

Vorbereiten der Oberfläche:

Die zu verklebenden Oberflächen sollten mit einem Verfahren gereinigt werden, das gewährleistet, dass die Verbindung zwischen dem Klebstoff und der Metalloberfläche so fest ist wie der Klebstoff selbst. Wenn ein Fehler auftritt, sollte dies im Klebstoff und nicht in der Verbindungslinie zwischen Klebstoff und Haftgrund liegen.

Metalloberflächen können durch chemisches Ätzen oder durch mechanischen Abrieb gereinigt werden. Stähle werden zuerst abgestrahlt, um Rost und Walzen zu entfernen, und anschließend entfettet. Zur Herstellung von Materialien mit hohem Chromgehalt kann ein chemisches Ätzen erforderlich sein.

Um maximale Festigkeit auf Aluminium zu erhalten, werden die Oberflächen durch Dampfentfetten vorbereitet und dann in ein Bad aus Chromsulfonsäure getaucht oder in Chromsäure eloxiert, anschließend mit klarem Wasser sorgfältig gespült und anschließend luftgetrocknet. Alternativ kann das Metall mit einem Schleifmittel aufgerauht werden, um die effektive Verbindungsfläche zu erhöhen. Schleifen, Feilen, Drahtbürsten, Schleifen und Strahlen sind einige der hierfür eingesetzten mechanischen Verfahren.

Bestimmte Arten von Kunststoffen, wie z. B. Fluorkohlenstoffisomer und Polyethylen, sind schwer zu verkleben und erfordern möglicherweise eine chemische Behandlung. Glas lässt sich leicht mit einer 30-prozentigen Wasserstoffperoxidlösung reinigen.

Die vorbereiteten Oberflächen werden üblicherweise durch ihre Benetzung mit Wasser benetzt. Es wird der Wasserbruchtest genannt. Die gleichmäßige Verteilung des Wassers ist ein Hinweis darauf, dass die Oberfläche chemisch sauber ist, während das Auffangen von Tröpfchen auf einen Ölfilm auf der Oberfläche hinweist.

Um die Möglichkeit einer Kontamination der vorbereiteten Oberfläche während der Lagerung zu vermeiden, ist es wünschenswert, sie innerhalb weniger Stunden zu verwenden. Wenn eine Lagerung unvermeidbar ist, sollte das Metall fest verschlossen oder in luftdichten Behältern aufbewahrt werden, um die Kontamination zu minimieren.

Die geätzte Oberfläche darf niemals mit bloßen Händen berührt werden. Der Bediener sollte saubere Baumwollhandschuhe tragen, um die vorbereiteten Oberflächen zu handhaben, da selbst ein Daumenabdruck auf einer ansonsten sauberen Oberfläche die Haftung beeinträchtigen kann.

Auftragen von Klebstoff auf die Oberfläche :

Auf die vorbereiteten Oberflächen können Klebstoffe durch Handbürsten, Spritzen, Walzen, Rakeln und Tauchen aufgebracht werden. Sie werden auch als Folie oder Pulver aufgetragen, im Allgemeinen auf einer vorbeschichteten Oberfläche. Klebstoffe vom Blatt- oder Bandtyp werden immer beliebter, da kein Mischen erforderlich ist und die Anwendung eine bekannte gleichmäßige Dicke aufweist.

Die Dicke des aufgebrachten Klebstoffs wird als "Ablage" bezeichnet, während die Enddicke nach dem Aufbringen von Druck und Aushärten als "Kleber" -Dicke bezeichnet wird, um beispielsweise eine Leimdicke von 25 bis 75 Mikron zu erreichen Es muss eine Schichtdicke von 0-125 bis 0-375 mm von 20 Prozent festem Nasskleber aufgebracht werden.

Der Klebstoff kann entweder in einer dicken Schicht auf einem der Teile oder in einer dünnen Schicht auf jeder der Oberflächen vor dem Zusammenfügen aufgebracht werden. Das letztere Verfahren wird bevorzugt, da es zu einer stärkeren Bindung mit einer längeren Lebensdauer der Haftfähigkeit führt.

Klebeverbindungen mit optimaler Verbindungsfestigkeit werden erreicht, wenn nach dem Verkleben von zwei glatten, flachen, parallelen Oberflächen 0-25 bis 0-75 Mikrometer lösungsmittelfreier Klebstoff verbleiben.

Die Schichtdicke hängt von der Porosität und der Glätte der zu verklebenden Oberflächen, dem Zusammenbau der Verbindung und der erforderlichen Festigkeit ab. Wenn die Oberfläche porös ist, muss man zulassen, dass das Ablagerungslösungsmittel von der Oberfläche absorbiert wird, um die gewünschte Dicke der Klebelinie zu erreichen. In ähnlicher Weise muss beim Beschichten von rauen Oberflächen eine Toleranz gegeben werden, um alle kleinen Vertiefungen aufzufüllen und die gewünschte Dicke der Klebelinie zu erreichen; Dies erfolgt normalerweise in einer einzigen Schicht.

Neben dem oben beschriebenen allgemeinen Verbindungsverfahren gibt es bestimmte etablierte Verfahren, um eine optimale Verbindungsfestigkeit für spezifische Anwendungen zu erreichen. Eine solche Technik wird Redux-Bonding genannt, bei der das Metall zuerst in einem geeigneten Lösungsmittel mit Phenolformaldehyd beschichtet wird und anschließend Polyvinylformaldehydpulver über die vorbeschichteten Oberflächen verteilt wird, bevor sie zusammengebracht und gehärtet werden. Obwohl Polyvinylharz der Hauptklebstoff ist, ist eine Vorbeschichtung mit Phenolformaldehyd unerlässlich, um es mit dem Metall zu verbinden. Das Redux-Bonding wird seit langem zur Herstellung von Klebeverbindungen für die Flugzeugherstellung verwendet.

Versammlung:

Da die Flussmenge für einen guten Klebstoff sehr gering ist, sollten die mit in Lösungsmittel dispergiertem flüssigen Klebstoff beschichteten Komponenten zusammengefügt werden, wenn sie klebrig und feucht genug sind, um aneinander zu haften. Das Ziel sollte sein, die Teile zusammenzubauen, wenn der aufgetragene Klebstoff eine optimale Konsistenz aufweist. Die Lösungsmittelverdampfungsrate kann durch mäßiges Erwärmen mit Infrarotlampen oder einem Heißluftofen erhöht werden.

Es sollten Vorkehrungen getroffen werden, um die Komponenten für das Zusammenfügen während des Aushärtens zu positionieren, und normalerweise werden hierfür Befestigungsvorrichtungen verwendet.

Es sollte darauf geachtet werden, die Teile vor dem Zusammenfügen genau auszurichten, da beim Zusammenbringen der beschichteten Oberflächen sofort eine starke Verbindung entsteht.

Die Montagevorrichtungen, die zur Positionierung verwendet werden, sollten für eine leichte Handhabung leicht sein. Eine schwere Vorrichtung ist nicht nur schwer zu handhaben, sie kann auch als Kühlkörper dienen, der die Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeit während des Aushärtens verlangsamen kann. Die Expansionsrate des Befestigungsmaterials sollte so nahe wie möglich an die Expansionsrate der Montage angepasst werden, um die Verformung der Komponenten und die anschließende Belastung des Klebstoffs zu minimieren.

Manchmal wird das Kleben mit Widerstandsschweißen oder mechanischer Befestigung kombiniert, um die Tragfähigkeit der Verbindung zu verbessern.

Sobald die Teile zusammengebaut sind, werden Druck und / oder Wärme angewendet, um sie auszuhärten oder zu fixieren.

Heilung des Gelenks:

Bei bestimmten Klebstoffen ist es wichtig, während des Aushärtens einen ausreichenden Druck aufzubringen und aufrechtzuerhalten. Der Druck sollte immer gleichmäßig über das gesamte Gelenk verteilt sein. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, einen so hohen Klemmdruck zu verwenden, wie die anhaftenden Teile aushalten können, ohne zusammengedrückt zu werden.

Einige Klebstoffe wie Epoxidharz können unter niedrigem Druck verklebt werden, während einige Phenolkautschukklebstoffe hohe Drücke erfordern, um einen ausreichenden Fluss sicherzustellen. Normalerweise ist ein mäßiger Druck von 0-1 bis 10 MPa, der in einer geeigneten Presse angelegt wird, gut geeignet. Komplexe Teile werden in einen Plastikbeutel gelegt, der dann evakuiert wird, damit der Atmosphärendruck die Klemmkraft aufbringen kann.

Nach dem Aufbringen von Druck wird der überschüssige Klebstoff durch den Kühlzyklus vorzugsweise in einem Ofen erhitzt, obwohl elektrische Heizkissen für große Komponenten verwendet werden können. Hydraulische Plattenpressen werden häufig verwendet, um flache Baugruppen mit Wärme und Druck zu beaufschlagen.

Eine typische Aushärtezeit beträgt 30 Minuten bei 145 ° C, wobei auch kürzere Zeiten bei höheren Temperaturen anwendbar sein können. (Die auf den Klebstoff übertragene Wärme hängt von der Wärmeleitfähigkeit der Klebefläche ab. Die Aushärtungstemperatur wird an der Kleberlinie gemessen.) Die Aushärtung der Limes kann auf Kosten der Bindungsstärke verringert werden, wenn dem Klebstoff ein Beschleuniger zugesetzt wird.

Die meisten Strukturklebstoffe auf Phenolbasis erfordern hohe Härtungstemperaturen im Bereich von 150 bis 205 ° C für Härtungszeiten von 30 Minuten bis 2 Stunden. Einige Epoxide können jedoch bereits bei einer Temperatur von 120 ° C gehärtet werden.

Extrem große Bauteile wie Flugzeugbaugruppen werden durch Platzieren in großen Autoklaven gehärtet. Der typische Betriebsbereich solcher Autoklaven ist ein Druck von bis zu 1 bis 4 MPa bei einer maximalen Temperatur von 175 ° C. Der Druck wird durch Druckluft bereitgestellt, während das Heizen durch dampfbeheizte Rohre oder elektrische Elemente erfolgt.

Prüfung und Qualitätskontrolle beim Verkleben:

Für die Beurteilung der Verbindungsqualität beim Verkleben ist der am häufigsten verwendete zerstörende Test der Überlappungsschertest, bei dem eine 25 mm breite Überlappungsverbindung mit einer Überlappung von 12, 5 mm entlang einer Linie parallel zur Ebene der Verbindung unter Spannung gesetzt wird. Ein solcher Test ist im Allgemeinen zufriedenstellend für die Kontrolle des Mischens, Grundierens und Klebens. Der Peel-Test wird empfohlen, um die Angemessenheit der Reinigungsverfahren zu überprüfen. alternativ kann die kürzlich entwickelte Rissverlängerungs- oder Keilprüfung verwendet werden.

Der Rissdehnungstest dient zur schnellen Bestimmung der Haltbarkeit der Klebeverbindung in einer Umgebung mit kontrollierter Feuchtigkeit und Temperatur. Der Prüfling und die Methode für die Verkeilung sind in Abb. 17.22 dargestellt. Die erforderliche Anzahl von Proben wird aus der verklebten Platte geschnitten.

Der Keil wird zwischen die Klebefläche an der Klebelinie gedrückt. Dies trennt den Klebstoff und erzeugt eine Spaltbelastung an der Spitzenöffnung. Die Position der Spitze der Bogentrennung wird aufgezeichnet. Die gekeilten Proben werden dann bei 49 ° C einer Umgebung von 95 bis 100 Prozent relativer Luftfeuchtigkeit für 60 bis 75 Minuten ausgesetzt. Die Entfernung, um die sich der Scheitelpunkt während der Belichtung bewegt, wird innerhalb von zwei Stunden nach der Belichtung gemessen.

Der Keiltest wird für die Oberflächenvorbereitung, Prozesskontrolle und Verfahren verwendet, indem die Testergebnisse mit einer maximal akzeptablen Zunahme der Haftrisslänge verglichen werden. Es wird auch zur Bestimmung der Haltbarkeitseigenschaften des Klebstoffs verwendet. Obwohl der Test ursprünglich für verklebtes Aluminium entwickelt wurde, kann er für andere Metalle mit Konstruktionsänderungen verwendet werden, um Unterschiede in der Steifigkeit und Streckgrenze zu berücksichtigen.

Anwendungen der Klebeverbindung:

Das Verkleben von Metall auf Metall macht weniger als 2% der gesamten Metallverbindungsanwendungen aus. Die Bindung von Metall an Nichtmetalle, insbesondere Kunststoffe, gewinnt jedoch an Bedeutung und ist die Hauptanwendung für das Kleben.

Die mit dem Flugzeug- und Automobilbau befassten Industrien sind die Hauptanwender beim Kleben von Metallen. Das Redux-Bonding wurde Anfang der 1940er Jahre als Alternative zum Nieten für Flugzeugstrukturen entwickelt und findet in dieser Branche nach wie vor breite Anwendung. Typische Anwendungen umfassen das Befestigen von Versteifungen an der Flugzeughaut und das Zusammenfügen von Wabenstrukturen, wobei der Wabenkern zwischen zwei Blechhäuten gebondet wird. Viele der Verbindungen, die bei der Herstellung von Flugzeugflügel- und Heckanordnungen hergestellt werden, werden durch Kleben hergestellt. Ein erhöhter Einsatz ist auch bei der Herstellung von Flugzeuginnenstrukturen sowie bei der Bereitstellung der erforderlichen glatten Oberflächen für Überschallflugzeuge erkennbar, wodurch komplexe Konstruktionen möglich werden.

Klebstoffgebundene Baugruppen können mehr als 50 Prozent der Gesamtfläche eines modernen Flugzeugs ausmachen. Sie umfassen etwa 400 Hauptbaugruppen, darunter 75 x 330 mm große Abschnitte, sich verjüngende Holmkappen mit einer Länge von mehr als 10 m und Paneele mit Abmessungen von 1 bis 3 m und 4 bis 8 m. Verklebte Versteifungen werden für einzelne Krümmungsplatten verwendet, die die Rumpfhaut bilden. In vielen dieser Fälle reduzieren sich die Herstellungskosten um 33 bis 75 Prozent.

In der Automobilindustrie werden Klebeverbindungen hauptsächlich zum Befestigen von Bremsbelägen an Schuhen, Automatikgetriebebändern sowie für Versteifungen und gefertigte Kastenteile verwendet. Doppelmantelplatten werden mit einem hochfesten Vinyl-Plastisol-Klebstoff verklebt. Klebeverbindung reduziert die Anzahl der Details der Unterbaugruppe um etwa 50 Prozent, bietet eine glatte Außenfläche, verringert den Geräuschpegel und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Andere Hauptanwendungen für das Kleben sind die Herstellung von Eisenbahnwaggons, Booten, Kühlschränken, Lagertanks und Mikrowellenreflektoren für die Radar- und Weltraumkommunikation.

Sicherheitsvorkehrungen beim adhäsiven Kleben:

Beim Verkleben werden in der Regel korrosive Materialien, brennbare Flüssigkeiten und giftige Substanzen verwendet. Daher müssen angemessene Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass geeignete Sicherheitsvorkehrungen, Schutzvorrichtungen und Schutzkleidung verwendet werden.

Schwere Haut- und Augenallergien können durch direkten Kontakt, Inhalation oder Einnahme von Phenol- und Epoxidharzen sowie den meisten Katalysatoren und Beschleunigern entstehen. Es ist daher unerlässlich, Kunststoff- oder Gummihandschuhe zu verwenden, um mit potenziell toxischen Klebstoffen umzugehen. Augen und Gesicht sollten vor Dämpfen und Spritzern geschützt werden. Diejenigen, die mit den Klebstoffen arbeiten, sollten stets Schutzkleidung tragen.

Ausreichende und wirksame Belüftung ist wichtig, um Erstickungsgefahr durch übermäßige Ansammlung giftiger Dämpfe zu vermeiden.

Eine strikte Überwachung ist zwingend erforderlich, um eine unbeabsichtigte Kontamination von Bereichen außerhalb des Betriebs zu verhindern, z. B. die Kontamination von Türknöpfen, Ventilen, Handläufen usw.