“La capacità degli adesivi e dei nastri sensibili alla pressione di aderire alla plastica dipende molto dalla loro energia superficiale”, sottolinea Kremer. “I materiali compositi, come la plastica rigida rinforzata con fibre, generalmente si legano bene negli assemblaggi con componenti metallici, e quindi sono spesso usati come sostituzioni leggere per parti metalliche come caschi da combattimento e veicoli ricreazionali.”
L’industria automobilistica è da tempo leader negli assemblaggi di materiali misti., Le applicazioni automobilistiche da plastica a metallo includono moduli front-end, pedaliere, pedali del freno, alloggiamenti per airbag conducente, padelle per sedili, pozzetti per ruote di scorta, coperture per manifold e travi per auto incrociate.
” dipende dall’applicazione e dalle condizioni in cui il materiale deve funzionare”, afferma Vasant Pedrekar, ingegnere senior presso il produttore di materie plastiche Lanxess Corp. “Ad esempio, il nylon viene tipicamente utilizzato dove sono necessari requisiti di temperatura più elevati o una maggiore durata .,”
Mentre le applicazioni da plastica a metallo sono popolari nell’industria automobilistica, i giunti tra i due materiali vengono utilizzati anche per assemblare elettrodomestici, beni di consumo, elettronica, dispositivi medici e turbine eoliche.
I produttori di elettronica si uniscono a componenti in plastica e metallo, come alloggiamenti interni ed esterni utilizzati negli smartphone e in altri dispositivi portatili. ” Spesso, la struttura di supporto interna è sottile in acciaio inossidabile o alluminio, e che è collegato a un pezzo più spesso di plastica, ” dice Jay McKenna, Global business manager per Micropem elementi di fissaggio a PennEngineering.,
Le barche sono un altro prodotto con assemblaggi di materiale misto. I produttori marini utilizzano da decenni materiali compositi per scafi, vani motore, alberi, timoni e altri componenti. Tali assemblaggi devono essere molto forti e spesso devono reggere in ambienti di acqua salata.
“Le parti metalliche sono sempre necessarie per assorbire carichi puntuali per le parti composite e fornire un punto di fissaggio meccanico, un punto di perno o distribuire un carico per la struttura composita”, osserva Andrew Rich, presidente di Element 6, una società di consulenza specializzata in compositi in fibra di carbonio per autoveicoli.,
Metodi di giunzione
Le parti in plastica o composito sono tipicamente unite a piastre metalliche o componenti strutturali con adesivi o elementi di fissaggio.
Unire la plastica ai metalli spesso comporta elementi di fissaggio meccanici, come rivetti o bulloni. Tuttavia, ciò richiede la perforazione del foro, che può essere costosa. Gli spessori del composito e del metallo devono essere aumentati complessivamente per accomodare le concentrazioni di sforzo ai carichi del punto del fermo e del foro, sacrificando il vantaggio del peso. Alcuni elementi di fissaggio comportano anche il rischio di ruggine e corrosione.,
Gli inserti filettati sono un modo per unire parti metalliche a parti in plastica utilizzando elementi di fissaggio filettati. ” L’applicazione più comune è la pressatura di inserti in ottone o acciaio in componenti in plastica, mediante lavorazione termica o ultrasonica”, afferma Marcus di EWI. “Ciò si ottiene fondendo il polimero in una zigrinatura sulla parte metallica, che agisce come un giunto meccanico una volta raffreddata la plastica.”
Un’altra opzione di fissaggio filettato per assemblaggi di materiali misti è il fissaggio auto-aggraffatura., In risposta al maggiore uso di plastica attaccata al metallo, PennEngineering ha recentemente sviluppato diversi nuovi prodotti.
“La maggior parte dei nostri elementi di fissaggio sono progettati per clinch in metallo, e in genere tenere due pannelli insieme,” McKenna sottolinea. “Abbiamo scoperto che un dispositivo di fissaggio che si estende attraverso il sottile pannello di metallo, e poi si infila nel pannello di plastica più spesso, offre i migliori risultati.
“L’azione di brocciatura si fa strada nella plastica non duttile e tiene insieme i due fogli”, spiega McKenna., “Questa può essere spesso una soluzione a filo sulle superfici superiore e inferiore dell’assemblaggio.”
Il legame adesivo supera molti dei problemi relativi all’utilizzo di elementi di fissaggio filettati per unire assemblaggi di materiali misti. L’intera superficie di contatto incollata partecipa alla gestione del carico. Inoltre, la combinazione di adesivo e primer isola una superficie da un’altra, riducendo i problemi derivanti dall’interazione galvanica.
Il legame adesivo fornisce una gestione del carico più efficiente, in modo da ridurre lo spessore e il peso di entrambi i materiali. E, non ci sono fori per perforare, allineare o sigillare.,
Tuttavia, gli adesivi non sono istantanei come gli elementi di fissaggio meccanici. A seconda della tecnologia, gli adesivi impiegano secondi, minuti e occasionalmente ore per fissarsi e infine curare. I produttori devono attendere il completamento del dispositivo prima di spostare le parti.
Il controllo è anche un fattore. La quantità di adesivo erogato, la posizione precisa dell’adesivo e la forza di serraggio applicata all’assemblaggio devono essere attentamente controllate o il legame sarà compromesso.
Mentre gli adesivi possono legare praticamente qualsiasi plastica a qualsiasi metallo, alcuni materiali funzionano meglio di altri., “Nylon e ABS sono in genere le materie plastiche più facili da unire ai metalli”, afferma Henkel’s Small. “La forza di legame con la plastica non è sempre ideale quando si lavora con materiali plastici estremamente lisci come il polipropilene o con plastiche difficili da legare come il polietilene. Ma i primer possono aumentare notevolmente la forza di adesione alla plastica.
“Quasi tutte le tecnologie adesive possono essere utilizzate per legare la plastica ai metalli”, aggiunge Small.
“Cianoacrilati, acrilici, epossidici, uretani, elastomeri e siliconi legano in modo affidabile la plastica ai metalli.,”
Una nuova tecnologia chiamata hybrid structural instant adhesive (introdotta questo autunno da Henkel) migliorerà le applicazioni di incollaggio plastica-metallo. Combina adesivi cianoacrilici a rapida polimerizzazione con tecnologie strutturali tradizionali, come l’epossidico o il metacrilato di metile.
“Questi sono adesivi a polimerizzazione a temperatura ambiente in due parti applicati utilizzando un dispenser a doppia cartuccia”, afferma Small. “Offrono le veloci velocità di fissaggio dei cianoacrilati con la durata della tecnologia strutturale.,
“Gli adesivi istantanei strutturali ibridi possono legare la maggior parte delle formulazioni plastiche, comprese le plastiche difficili da legare, ai substrati metallici”, afferma Small. “La chiave è che lo fanno più velocemente. La velocità del dispositivo differenzia l’ibrido dalla tecnologia strutturale pura. Ibridi apparecchio in meno di tre minuti.”
Anche se è attualmente impossibile saldare la plastica al metallo, diversi nuovi progetti R&D hanno un potenziale.,
Avraham Benatar, professore associato di ingegneria della scienza dei materiali presso l’Ohio State University, ha sviluppato un metodo per unire termoplastiche al metallo utilizzando uno strumento riscaldato. Il substrato metallico è strutturato con un motivo di zigrinatura fine e riscaldato per un tempo prestabilito premendolo contro uno strumento caldo che viene mantenuto ad alta temperatura. Quindi, la piastra calda viene retratta e il foglio termoplastico fresco viene premuto contro la superficie metallica calda per un tempo prestabilito.
Il metallo caldo fonde la superficie termoplastica, con conseguente flusso e bagnatura., La plastica fusa scorre nelle zigrinature, creando un giunto meccanicamente ad incastro quando la plastica si raffredda e si solidifica. L’aumento del tempo di riscaldamento aumenta generalmente la forza articolare fino a raggiungere un ottimale.
Secondo Benatar, i giunti in polietilene ad alta densità (HDPE)-acciaio che ha creato con la tecnica sono leggermente più resistenti e più coerenti rispetto ai giunti in HDPE-alluminio. Per un tempo di riscaldamento fisso, i giunti in policarbonato e HDPE – acciaio sono più resistenti dei giunti in polipropilene e acrilico-acciaio.,
Gli ingegneri del Joining and Welding Research Institute di Osaka, in Giappone, hanno sviluppato un nuovo processo chiamato friction lap welding. Recentemente hanno condotto un test che ha unito con successo parti in alluminio e nylon. Giunti a giro con elevata resistenza al taglio sono stati ottenuti su una vasta gamma di parametri di saldatura.
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