Структурные клеи становятся реальной альтернативой соединения металла

Рисунок 1: Акриловый клей может соединяться с чистый металлом в чистый металл, что делает его реальной альтернативой сваренным или склеенным соединениям. Здесь оператор использует пневматический пистолет для нанесения клея.

Структурные клеи способны дополнять другие процессы соединения металлов. Этот процесс не может заменить клепки и сварку, но может стать альтернативой при правильном применении.

Пневматический пистолет

Речь идет о клеевом жгуте. Он должен быть гладким и ровным вдоль всего пути. Применение слишком большого  или слишком маленького количества клея может привести к некачественной склейке и не эстетичному виду. В конечном счете, создание гладкого и ровного клеевого жгута дает наилучшие шансы на создание структурно-устойчивого соединения.

В наши дни структурные адгезивы могут выдерживать усилие в соединении до 4000 фунтов на квадратный дюйм. Деструктивные испытания показали, что адгезионные связки хорошо работают как в тонком, так и в толстом металле. Для плиты их жесткого материала было выявлено, что клей позволяет удерживать адгезионную связь очень хорошо. На тонколистовом металле область приклеивания может превышать прочность на растяжение металла. При раздельных испытаниях основной металл разрывается, в то время как площадь склеивания остается неповрежденной.

Склеивание металла не является решением для всех проблем, связанных с соединением металлов. Тонкие стыковые ребра не подходят для склеивания. Клеевое соединение в металле также не может подвергаться неразрушающему (ультразвуковому) контролю. Однако, склеивание для архитекторов и дизайнеров является прекрасной возможностью расширить возможности использования различных материалов и конструкций.

Хотя клея не могут заменить сварку и клепки, они могут дополнять эти процессы при создании конструкций (см. Рисунки 1 и 2). Каждая технология соединения имеет свои положительные и отрицательные свойства, это вотносится и к  механическому креплению, сварке и склеиванию. Последнее наименее известно, вероятно, потому, что структурные клеи являются одним из новых инструментов в наборе технологий для изготовления металлических изделий.

Типы клея

Старые структурные клеи не предлагают много возможностей для производителей, которые хотят соединить чистую металлическую поверхность к другой металлической части. Эпоксиды имеют самую большую историю, и в некоторых ситуациях они по-прежнему являются актуальными связующими. Экологически безопасные эпоксидные смолы также склонны противостоять химическим реакциям. Они играют важную роль в  аэрокосмических отраслях, в которых высокотемпературная химическая стойкость имеет первостепенное значение. Они могут адгезировать к пластиковым, покрытым и окрашенным металлам, а также к каучуку, но те, кому нужно соединять чистые металлические компоненты, должны искать иной продукт. То же самое касается полиуретановых клеев, которые, как и эпоксидные смолы, имеют множество других применений, таких как композитные и пластиковые соединения в автомобильной промышленности.

Акриловые клеи предлагают изготовителям наиболее подходящие варианты. В отличие от других адгезивов, акрилаты могут связывать чистый металл с чистым металлом и, следовательно, могут применяться к компонентам, которые в прошлом были сварены или приклеены. На молекулярном уровне чистый металл (и все поверхности до некоторой степени) имеет микроризованные бугры и канавки, и способность акрилла оседать в эти бугры и канавки с образованием полной связи, которая делает адгезив настолько хорошо работающим с чистым металлом (как и многие другие материалы). Это молекулярная привлекательность. Клейкие молекулы притягиваются к молекулам углерода чистого металла на поверхности, и это притяжение  связывает материал.

Рисунок 2: Структурный клей заполняет угловые швы

Анализ процесса

В отличии от пайке и сварке, при использовании адгезивов не происходит диффузии. Это склеивание, а не сварка, и четкая линия склеивания остается. Однако, в отличие от пайки или сварки, клейкое соединение не требует тепла. Во многих случаях адгезивная связь действительно может быть более сильной, чем паяное или сварное соединение.

Клеи требуют тесного контакта между поверхностями компонентов. Для многих компонентов контактная поверхность между ними должна быть не менее 0,5 дюйма в ширину, но точная ширина зависит от площади соприкосновения. Совместная конструкция должна обеспечивать так называемый эффект «выдавливания», который выдает крошечную бусину (наплыв), выдавливаемую между зажатыми, сопряженными поверхностями. Клеевое соединение должно иметь плотное контактное соединение панели или плоского листа с каркасом с квадратной трубой, например, или с перекрытием между двумя листами. Линия склеивания также должна быть зажата или удерживаться на месте в течение некоторого периода времени, чтобы клей мог «схватиться».

Оператор кладет лист с клеевым жгутом вниз, помещает другой лист сверху и сжимает два материала вместе. Бусина клея будет выжиматься из материала. Результирующая связь должна составлять от 0,010 до 0,020 дюйма, поэтому процесс требует тесного контакта между двумя материалами. Чем более устойчива форма выжимной бусины по длине сустава, тем лучше связь.

В этом отношении такое склеивание металлов напоминает сварку. Для сварных соединений достаточно металла шва, не больше и не меньше. Слишком маленький размер шва и соединение могут быть подвержены дефектам, таким как неполное соединение; Слишком много может вызвать избыточное искажение и другие дефекты из-за слишком высокой температуры. Клеевое соединение является холодным процессом и поэтому не подвержено дефектам, вызванным избыточным теплом. Тем не менее, работник по-прежнему должен контролировать выдавливаемый материал, чтобы обеспечить постоянную прочность удерживания. Это особенно заметно при соединении тонкого листа. Слишком много клеящего материала в одной области может вызвать несогласованность прочности связи; Слишком мало может обеспечить недостаточную силу.

Количество клея для применения зависит от работы. Поставщики клея должны предоставить калькуляторы для определения точного количества. За одну работу работник может нанести гранулу размером 0,125 дюйма внутри центра продольного перекрытия шириной 0,5 дюйма. После того, как два компонента сжимаются вместе с зажимами, этот маленький шарик должен распространяться на все 0,5 дюйма. В области соединения, показывая крошечную бусину, выжатую на стыках. Между двумя перекрывающимися компонентами должен быть очень тонкий слой клея — опять же, между 0,010 и 0,020 дюйма.

Помимо стыковых соединений, адгезивы хорошо работают с любой конфигурацией, которая приводит к тесному контакту между материалами, и это включает в себя самофиксирующиеся соединения, такие как конструкции с уголком и канавкой или с мостом. Фактически, самоподкрепляющиеся конструкции стыков могут упростить соединение, потому что материал не должен быть закреплен или удерживаться на месте во время требуемого отверждения.

Двухкомпонентность

Адгезивы зачастую представляют собой двухкомпонентные смеси, поэтому в пистолетах для клея имеются два картриджа (см. Рис. 1) или питающие трубки. Одна сторона — смола; Другой — затвердитель. Осажденная сама по себе смола не делает ничего, кроме создания слоя на поверхности материала. Однако при смешивании с соответствующим соотношением с затвердителем происходят химические реакции, которые вызывают склеивание.

Клеевые смесители перемешивают смолу и затвердитель несколькими способами, в зависимости от типа пистолета и количества применяемых клеящих веществ. Более длинные насадки часто используют статические смесители, в которых смолу и затвердитель вставляют в камеру с достаточным пространством для тщательного перемешивания двух материалов. Другие насадки имеют спиральный смеситель, в котором смола и ускоритель проталкиваются через спиральный проход и перекрываются вместе, смешивая их до того, как клей выходит из наконечника пистолета.

Некоторые затвердители могут установить первичное схватывание за несколько минут. Температура и влажность также могут влиять на время отверждения; Например, рабочие могут применять тепло после склеивания для ускорения отверждения. Но когда дело доходит до сокращения времени отверждения, запатентованные ингредиенты этих ускорителей оказывают наибольшее влияние.

Рисунок 3: В этом приложении рабочие используют акриловый клей, который подается через трубки, соединенные с централизованными балками.

Соотношение затрат

Что касается расходных материалов, затраты на сварочную проволоку и адгезию варьируются в зависимости от необходимого объема работ. По мере того, как объем увеличивается, цена за единицу падает. Себестоимость клея для металла в картриджах, вставляемых в пистолет, — больше, чем стоимость клея в объемных системах, в которых есть пистолеты, прикрепленные к центральному сливному резервуару (см. Рис. 3).

Если вы впервые используете клей для металла, компания должна приобрести оборудование для его применения. Использование электроэнергии — еще один фактор ROI; для сварки требуются источники электроэнергии и специальные аппараты преобразующие такую энергию в сварочную, в то время как пневматические системы для нанесения клея используют сжатый воздух. Кроме того, может возникнуть проблема с неправильной сваркой. Но, самое замечательное, что адгезивы устраняют весь процесс, связанный с ручным шлифованием.

Переход на клей для металла

При переходе к клеям производственниеи в первую очередь ищут выгоду, и простоту в инженерных работах, которые не требуют какого-либо перепроектирования и для которых адгезивы снижают стоимость при сохранении или улучшении качества. Так процесс склеивания в производстве лифтовых кабин не только уменьшает трудозатраты и время техпроцесса, но и дает дополнительную жесткость, ударопрочность и стойкость к вибрациям всей конструкции. Клеи будут прекрасной заменой. Только после решения всех вопросов менеджеры должны увидеть бизнес-выгоду только в том случае, если склеивание снижает затраты или улучшает качество продукта. Если сварка или механическое крепление остаются наиболее экономичным методом соединения, процесс следует оставить в покое.