„zdolność klejów i taśm samoprzylepnych do przylegania do tworzyw sztucznych zależy w dużym stopniu od ich energii powierzchniowej”-podkreśla Kremer. „Materiały kompozytowe, takie jak sztywne tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem, na ogół dobrze łączą się w zespołach z elementami metalowymi, a zatem są często używane jako lekkie zamienniki części metalowych, takich jak kaski bojowe i pojazdy rekreacyjne.”
branża motoryzacyjna od dawna jest liderem w produkcji podzespołów z materiałów mieszanych., Zastosowania samochodowe z tworzywa sztucznego na metal obejmują Moduły przednie, skrzynie pedałów, Pedały Hamulca, obudowy poduszek powietrznych kierowcy, miski siedzeń, odwierty kół zapasowych, pokrywy kolektorów i belki poprzeczne.
” zależy od zastosowania i warunków, w których materiał musi działać”, mówi Vasant Pednekar, starszy inżynier w firmie Lanxess Corp. „na przykład, nylon jest zwykle używany tam, gdzie wymagane są wyższe wymagania temperaturowe lub wyższa trwałość.,”
podczas gdy zastosowania z tworzyw sztucznych do metalu są popularne w przemyśle samochodowym, połączenia między tymi dwoma materiałami są również używane do montażu urządzeń, towarów konsumpcyjnych, elektroniki, urządzeń medycznych i turbin wiatrowych.
producenci elektroniki łączą elementy plastikowe i metalowe, takie jak obudowy wewnętrzne i zewnętrzne stosowane w smartfonach i innych urządzeniach przenośnych. „Często wewnętrzna struktura nośna jest cienka ze stali nierdzewnej lub aluminium i jest połączona z grubszym kawałkiem plastiku”, mówi Jay McKenna, global business manager ds. elementów złącznych microPEM w PennEngineering.,
łodzie są kolejnym produktem z złożeniami z mieszanego materiału. Producenci statków od dziesięcioleci używają kompozytów do kadłubów, przedziałów silników, masztów, sterów i innych elementów. Takie zespoły muszą być bardzo silne i często muszą wytrzymać w środowisku słonej wody.
„części metalowe są zawsze potrzebne, aby przyjąć obciążenia punktowe dla części kompozytowych i zapewnić mechaniczny punkt mocowania, punkt obrotu lub rozłożenie obciążenia dla konstrukcji kompozytowej”, zauważa Andrew Rich, prezes Element 6, firmy konsultingowej specjalizującej się w kompozytach z włókna węglowego w przemyśle motoryzacyjnym.,
metody łączenia
części z tworzyw sztucznych lub kompozytów są zwykle łączone z metalowymi płytami lub elementami konstrukcyjnymi za pomocą klejów lub elementów złącznych.
łączenie tworzyw sztucznych z metalami często wiąże się z mechanicznymi elementami złącznymi, takimi jak nity lub śruby. Wymaga to jednak wiercenia otworów, które mogą być drogie. Grubość kompozytu i metalu musi zostać zwiększona, aby dostosować się do stężeń naprężeń w otworze i obciążeniach punktów mocowania, zmniejszając przewagę wagi. Niektóre elementy złączne stwarzają również ryzyko rdzy i korozji.,
Wkładki Gwintowane są jednym ze sposobów łączenia części metalowych z częściami plastikowymi za pomocą gwintowanych elementów złącznych. „Najczęstszym zastosowaniem jest tłoczenie wkładek mosiężnych lub stalowych w elementy z tworzyw sztucznych, poprzez obróbkę termiczną lub ultradźwiękową”, twierdzi Marcus firmy EWI. „Osiąga się to poprzez stopienie polimeru w radełku na części metalowej, która działa mechanicznie po ochłodzeniu tworzywa sztucznego.”
kolejną opcją gwintowanych elementów złącznych dla zespołów z mieszanych materiałów są samozaciskowe elementy złączne., W odpowiedzi na zwiększone wykorzystanie plastiku dołączonego do metalu, PennEngineering opracował ostatnio kilka nowych produktów.
„większość naszych elementów złącznych jest zaprojektowana tak, aby zaciskać się w metalu i zazwyczaj trzymać dwa panele razem”, podkreśla McKenna. „Odkryliśmy, że łącznik, który rozciąga się przez cienki Metalowy panel, a następnie przeciąga się do grubszego plastikowego panelu, oferuje najlepsze wyniki.
„działanie przeciągania przecina się w niedutylne tworzywo sztuczne i utrzymuje dwa arkusze razem”, wyjaśnia McKenna. , „Często może to być rozwiązanie, które jest równo na górnej i dolnej powierzchni zespołu.”
klejenie rozwiązuje wiele problemów związanych z używaniem gwintowanych elementów złącznych do łączenia zespołów z materiałów mieszanych. Cała połączona powierzchnia styku uczestniczy w zarządzaniu obciążeniem. Ponadto połączenie kleju i podkładu izoluje jedną powierzchnię od drugiej, co zmniejsza problemy związane z oddziaływaniem galwanicznym.
klejenie zapewnia bardziej efektywne zarządzanie obciążeniem, dzięki czemu można zmniejszyć grubość i wagę obu materiałów. Nie ma też otworów do wiercenia, wyrównywania lub uszczelniania.,
jednak kleje nie są błyskawiczne jak mechaniczne elementy złączne. W zależności od technologii, klejenie i utwardzanie klejów zajmuje sekundy, minuty, a czasami godziny. Producenci muszą czekać na Osprzęt do uzupełnienia przed ruchomymi częściami.
Kontrola jest również czynnikiem. Ilość dozowanego kleju, dokładne położenie kleju i siła zacisku przyłożona do zespołu muszą być dokładnie kontrolowane lub Wiązanie zostanie naruszone.
podczas gdy kleje mogą wiązać praktycznie każdy plastik z dowolnym metalem, niektóre materiały działają lepiej niż inne., „Nylon i ABS są zazwyczaj najłatwiejszymi tworzywami sztucznymi do łączenia z metalami” – mówi firma Henkel Small. „Siła wiązania z tworzywem sztucznym nie zawsze jest idealna, gdy pracujesz z wyjątkowo gładkimi materiałami z tworzyw sztucznych, takimi jak polipropylen lub z trudnymi do wiązania tworzywami sztucznymi, takimi jak polietylen. Ale podkłady mogą znacznie zwiększyć siłę wiązania z tworzywami sztucznymi.
„prawie wszystkie technologie klejenia mogą być stosowane do łączenia tworzyw sztucznych z metalami” – dodaje Small.
„Cyjanoakrylany, akryle, epoksydy, uretany, elastomery i silikony niezawodnie łączą Tworzywa sztuczne z metalami.,”
nowa technologia o nazwie Hybrid structural instant adhesive (wprowadzona jesienią tego roku przez firmę Henkel) usprawni łączenie tworzyw sztucznych z metalem. Łączy szybko utwardzane kleje cyjanoakrylowe z tradycyjnymi technologiami strukturalnymi, takimi jak epoksyd lub metakrylan metylu.
„są to dwuskładnikowe kleje utwardzające w temperaturze pokojowej nakładane przy użyciu dozownika z podwójnym wkładem”-mówi Small. „Oferują szybkie prędkości mocowania cyjanoakrylanów z trwałością technologii konstrukcyjnej.,
„Hybrydowe strukturalne kleje błyskawiczne mogą wiązać większość preparatów z tworzyw sztucznych, w tym trudne do wiązania Tworzywa sztuczne, z metalowymi podłożami”-twierdzi Small. „Najważniejsze jest to, że robią to szybciej. Prędkość mocowania odróżnia hybrydę od czystej technologii konstrukcyjnej. Hybrydy za niecałe trzy minuty.”
chociaż obecnie niemożliwe jest spawanie plastiku na metal, kilka nowych projektów R&D posiada potencjał.,
Avraham Benatar, profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej na Ohio State University, opracował metodę łączenia termoplastów z metalem za pomocą podgrzewanego narzędzia. Podłoże metalowe jest teksturowane z drobnym wzorem radełkowanym i podgrzewane przez zadany czas, naciskając go na gorące narzędzie, które jest utrzymywane w wysokiej temperaturze. Następnie płyta grzejna jest schowana, a chłodny arkusz termoplastyczny jest dociskany do gorącej powierzchni metalu przez określony czas.
gorący metal topi powierzchnię termoplastyczną, powodując przepływ i zwilżenie., Stopiony plastik wpada do radełek, tworząc mechanicznie blokujące połączenie, gdy plastik stygnie i zestali się. Zwiększenie czasu nagrzewania na ogół zwiększa wytrzymałość spoin, aż do osiągnięcia optymalnego.
według Benatar, połączenia polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) ze stalą, które stworzył techniką, są nieco mocniejsze i bardziej spójne niż połączenia HDPE z aluminium. W przypadku stałego czasu nagrzewania połączenia poliwęglanowe i HDPE ze stalą są mocniejsze niż połączenia polipropylenowe i akrylowe ze stalą.,
inżynierowie z Instytutu Badawczego łączenia i spawania w Osace, w Japonii, opracowali nowy proces o nazwie tarcie okrążenia spawania. Niedawno przeprowadzili test, który z powodzeniem połączył części aluminiowe i Nylonowe. Połączenia zakładkowe o wysokiej wytrzymałości na ścinanie uzyskano w szerokim zakresie parametrów spawania.
Leave a Reply