”förmågan hos lim och tryckkänsliga band att hålla sig till plast beror mycket på deras ytenergi”, påpekar Kremer. ”Kompositmaterial, såsom styv fiberförstärkt plast, binds i allmänhet bra i aggregat med metallkomponenter, och används därför ofta som lätta utbyten för metalldelar i som stridshjälmar och fritidsfordon.”
bilindustrin har länge varit ledande inom blandade materialmonteringar., Plast-till-metall automotive applikationer inkluderar front-end moduler, pedal lådor, bromspedaler, förare krockkudde Höljen, sits kokkärl, reservhjul brunnar, grenrör och tvärbil balkar.
” beror på applikationen och de förhållanden under vilka materialet måste utföra”, säger Vasant Pednekar, senior engineer på plasttillverkaren Lanxess corp. ” till exempel används nylon vanligtvis där högre temperaturkrav eller högre hållbarhet behövs .,”
medan plast-till-metall-applikationer är populära inom bilindustrin, används fogar mellan de två materialen också för att montera apparater, konsumtionsvaror, Elektronik, medicintekniska produkter och vindkraftverk.
elektroniska tillverkare går med i plast-och metallkomponenter, till exempel interna och externa höljen som används i smarta telefoner och andra bärbara enheter. ”Ofta är den interna stödstrukturen tunn rostfritt stål eller aluminium, och den är ansluten till en tjockare plastbit”, säger Jay McKenna, global business manager för microPEM-fästelement vid PennEngineering.,
båtar är en annan produkt med blandade materialsammansättningar. Marina tillverkare har använt kompositer för skrov, motorfack, Master, roder och andra komponenter i årtionden. Sådana aggregat måste vara mycket starka, och de måste ofta hålla sig i saltvattenmiljöer.
”metalldelar behövs alltid för att ta upp punktbelastningar för kompositdelar och ge en mekanisk fästpunkt, vridpunkt eller sprida en belastning för kompositstrukturen”, konstaterar Andrew Rich, ordförande för Element 6, ett konsultföretag som specialiserat sig på bilkolfiberkompositer.,
Sammanfogningsmetoder
plast-eller kompositdelar är vanligtvis förenade med metallplattor eller strukturella komponenter med antingen lim eller fästelement.
anslutning av plast till metaller innebär ofta mekaniska fästelement, såsom nitar eller bultar. Detta kräver dock hålborrning, vilket kan vara dyrt. Komposit – och metalltjockleken måste ökas totalt för att tillgodose stresskoncentrationerna vid hål-och fästpunktbelastningarna och offra viktfördelar. Vissa fästelement utgör också risken för rost och korrosion.,
gängade insatser är ett sätt att ansluta metalldelar till plastdelar med hjälp av gängade fästelement. ”Den vanligaste applikationen är pressning av mässing eller stålinsatser i plastkomponenter, antingen genom termisk eller ultraljudsbehandling”, hävdar EWI: s Marcus. ”Detta uppnås genom att smälta polymer i en knurl på metalldelen, som verkar en mekanisk ledning när plasten kyls.”
ett annat gängat fästelement för blandade materialmonteringar är självklinkande fästelement., Som svar på den ökade användningen av plast fäst vid metall, PennEngineering har nyligen utvecklat flera nya produkter.
”majoriteten av våra fästelement är utformade för att klinkera i metall och håller vanligtvis två paneler ihop”, påpekar McKenna. ”Vi har funnit att ett fästelement som sträcker sig genom den tunna metallpanelen, och sedan broaches in i den tjockare plastpanelen, erbjuder de bästa resultaten.
”broachingåtgärden skär sig in i den icke-reduktila plasten och håller ihop de två arken”, förklarar McKenna. , ”Detta kan ofta vara en lösning som är spola på toppen och bottenytorna på aggregatet.”
limbindning övervinner många av de problem som rör användning av gängade fästelement för att ansluta blandade materialenheter. Hela den bundna kontaktytan deltar i lasthantering. Dessutom isolerar lim-och primerkombinationen en yta från en annan, vilket minskar problem från galvanisk interaktion.
limbindning ger effektivare lasthantering, så tjockleken och vikten av båda materialen kan minskas. Och det finns inga hål att borra, justera eller försegla.,
lim är dock inte omedelbar som mekaniska fästelement. Beroende på tekniken tar lim sekunder, minuter och ibland timmar att fixa och slutligen bota. Tillverkarna måste vänta tills fixturen är klar innan rörliga delar.
kontroll är också en faktor. Mängden lim som dispenseras, den exakta platsen för limet och klämkraften som appliceras på enheten måste kontrolleras noggrant eller bindningen kommer att äventyras.
medan lim kan binda nästan vilken plast som helst till vilken metall som helst, fungerar vissa material bättre än andra., ”Nylon och ABS är vanligtvis den enklaste plasten att gå med i metaller”, säger Henkels lilla. ”Bond styrka till plasten är inte alltid perfekt när du arbetar med extremt släta plastmaterial som polypropen eller med hård-till-bond plast som polyeten. Men primers kan kraftigt öka bindningsstyrkan till plast.
”nästan all limteknik kan användas för att binda plast till metaller”, tillägger liten.
”Cyanoakrylater, akryl, epoxi, uretaner, elastomerer och silikoner alla tillförlitligt binda plast till metaller.,”
en ny teknik som kallas hybrid structural instant adhesive (introduceras i höst av Henkel) kommer att förbättra plast-till-metall bindningsapplikationer. Den kombinerar snabbhärdande cyanoakrylatlim med traditionell strukturell teknik, såsom epoxi eller metylmetakrylat.
”dessa är tvådelade, rumstemperaturhärdande lim applicerade med en dubbelpatrondispenser”, säger Small. ”De erbjuder de snabba fixturhastigheterna för cyanoakrylater med hållbarheten hos strukturell teknik.,
”Hybrid strukturella omedelbara lim kan binda de flesta plastformuleringar, inklusive hård-till-bond plast, till metallsubstrat,” hävdar små. ”Nyckeln är att de gör det snabbare. Fixturhastighet skiljer hybriden från den rena strukturella tekniken. Hybrider fixtur på mindre än tre minuter.”
även om det för närvarande är omöjligt att svetsa plast till metall, har flera nya r&D-projekt potential.,
Avraham Benatar, docent i materialvetenskap engineering vid Ohio State University, har utvecklat en metod för att ansluta termoplaster till metall med hjälp av ett uppvärmt verktyg. Metallsubstratet är texturerat med ett fint knurlmönster och upphettas under en förinställd tid genom att trycka den mot ett varmt verktyg som hålls vid hög temperatur. Därefter dras värmeplattan in och det kalla termoplastiska arket pressas mot den heta metallytan under en förinställd tid.
den heta metallen smälter termoplastytan, vilket resulterar i flöde och vätning., Den smälta plasten strömmar in i knogarna, vilket skapar en mekaniskt förreglande Fog när plasten svalnar och stelnar. Att öka uppvärmningstiden ökar i allmänhet ledstyrkan tills ett optimalt uppnås.
enligt Benatar är högdensitetspolyeten (HDPE)-till-stålfogar som han har skapat med tekniken något starkare och mer konsekventa än HDPE-till-aluminiumfogar. För en fast uppvärmningstid är polykarbonat-och HDPE-till – stålfogar starkare än polypropen-och akryl-till-stålfogar.,
Ingenjörer på att Gå och Svetsning Research Institute i Osaka, Japan, har utvecklat en ny process som kallas friktion varv svetsning. De genomförde nyligen ett test som framgångsrikt gick med i aluminium och nylondelar. Lap-fogar med hög skjuvstyrka erhölls över ett brett spektrum av svetsparametrar.
Leave a Reply