Jos Sinke - TU Delft
-
Upload
themadagen -
Category
Documents
-
view
1.001 -
download
5
Transcript of Jos Sinke - TU Delft
![Page 1: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/1.jpg)
23-4-2012
Challenge the future
DelftUniversity ofTechnology
Het verbinden van kunststoffenThemadag - Microcentrum
Jos Sinke, Aerospace Engineering TU Delft
![Page 2: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/2.jpg)
2Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Overzicht
Inleiding
Verbindingsmethoden
Lijmen van kunststoffen
Afrondende opmerkingen
![Page 3: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/3.jpg)
3Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Inleiding
Verbinden van Kunststoffen centraal
Materiaalgroepen:- metalen- keramische materialen- kunststoffen of polymeren- vezelversterkte kunststoffen
![Page 4: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/4.jpg)
4Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Inleiding
Waarom verbindingen nodig?
Grootte van het produkt/constructie
Toegankelijkheid
Inspectie, reparatie, onderhoud
Gebruik – beweegbare onderdelen
Niet gelijksoortige materialen- metalen, kunststoffen, composieten
Andere redenen: Economisch
![Page 5: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/5.jpg)
5Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Inleiding
Welke eisen stellen aan verbindingen
Doorleiden van krachten en momenten – belastingweg creeren
Samenhang, stijfheid verzorgen
Voldoende sterk zijn (> dan sterkte van afzonderlijke delen)
Duurzaam – 5? tot 40 jaar (Vliegtuigen)
Andere eisen: Glad oppervlak, luchtdicht, losneembaar (t.b.v. hergebruik), ….
![Page 6: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/6.jpg)
6Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Inleiding
Voordelengenoemd bij het “Waarom” van verbindingen
Nadelen
• Toename van gewicht
• Verandering in materiaalgedrag (soms)
• Assembleren is erg tijdrovend/arbeidsintenief
![Page 7: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/7.jpg)
7Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Verbindingsmethoden
4 hoofdgroepen
• Pen-gat verbindingen
• Lijmverbindingen
• Lasverbindingen
• Verbinden door vervorming
![Page 8: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/8.jpg)
8Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Verbindingmethoden
Overdracht van krachten (bijv. Trekkracht):
Klinkverbinding:
Lasverbinding:
![Page 9: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/9.jpg)
9Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Verbindingsmethoden - lijmen
• Krachten doorleiden door afschuiving – niet door trek
• Twee delen verbinden door het maken van een overlap
• Gebruik van een polymeer – lage sterkte en stijfheid – grote
overlap maken
• Voorbehandelen van oppervlakken essentieel
![Page 10: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/10.jpg)
10Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
VerbindingsmethodenEen korte vergelijking
Kenmerk Pen-gat Lijmen Lassen Omvormen
Klinken Bouten
Gas en vloeistofdicht Nee Nee Ja Ja Nee
Losneembaar Beperkt Ja Nee Nee Nee
Spanningsconcen-traties
Ja Ja Gering Nee Ja
Verwerkbaarheid Goed Goed Moeilijk Voldoende Goed
Ongelijke materialen Ja Ja Ja Neeo Ja
![Page 11: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/11.jpg)
11Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van Kunststoffen
Lijmverbindingen (algemeen)
- Schoonmaken van het oppervlak – weghalen vervuling
- Bewerken van het oppervlak – w.o.
- Opruwen (vergroten oppervlak)
- Hechting te verbeteren door betere bevochtiging
- Door chemisch activeren van grenslaag
- Aanbrengen van de lijm
- Uitharden van de lijm
![Page 12: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/12.jpg)
12Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Oppervlaktebehandeling
Doelen:
- Schoonmaken van het oppervlak
- Zorgen voor een goede hechting (sterke verbinding) en -
optioneel - een duurzame verbinding (lange levensduur)
Methoden:
- Metalen: chemische processen
- Kunststoffen en Composieten: mechanische processen
(o.a. schuren)
- Thermoplasten: fysische methoden
Lijmen van kunststoffen
![Page 13: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/13.jpg)
13Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenbevochtiging - visueel
geheel geenbevochtiging
gedeeltelijkebevochtiging
vloeistof
oppervlak
volledige bevochtigingθ = 0º
Beeld door microscoop:
Randhoekmeter
![Page 14: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/14.jpg)
14Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenKritische oppervlaktespanning van enkele substraten
Een hypothetische vloeistof met
een oppervlaktespanning gelijk
aan de critische oppervlakte
spanning zal net over dat
oppervlak uitspreiden.
![Page 15: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/15.jpg)
15Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenmechanische oppervlaktebehandeling
ontvetten met oplosmiddelen
oppervlaktelaag verwijderen
stralen schuren
zand grit schuurpapier scotch brite
reinigen met oplosmiddelen
Zo snel mogelijk na de voorbehandeling de lijm of primer aanbrengen
![Page 16: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/16.jpg)
16Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenfysische oppervlaktebehandeling
ontvetten
activeren
chemische modificatie oppervlak
corona-ontlading
oxiderende vlam
lage-drukplasma
UV-ozon
laserbestraling
openlucht plasmaBinnen paar uur lijm of verf aanbrengen
![Page 17: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/17.jpg)
17Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffen1e Voorbeeld: Vlambehandeling
Vlam
Werkstuk
• Als gevolg van de warmtebehandeling vindt oxidatie van het
kunststof oppervlak plaats.
• Hierbij spelen ondermeer de werkstuk- snelheid en de
vlamtemperatuur een grote rol.
![Page 18: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/18.jpg)
18Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
shear stress vs platform speed of flame treatment for PE/MMA
0
0,2
0,4
0,6
0,81
1,2
1,4
1,6
1,8
0 10 20 30 40 50 60
speed (m/min)
shea
r st
ress
(M
Pa)
height=75cm height=78cm height=80cm height=86cm
De invloed van snelheid en afstand op de
uiteindelijke hechtsterkte
Lijmen van kunststoffenoppervlaktebehandeling - vlambehandeling
![Page 19: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/19.jpg)
19Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenVlambehandeling
Voordelen
• erg goedkoop in aanschaf
• snel
Nadelen
• moeilijk reproduceerbaar te krijgen
• vormbeperkingen
![Page 20: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/20.jpg)
20Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Twee principes:
Indirecte coronaDirecte corona
Tegen-electrode
Hoogspanning
Werkstuk
Hoogspanning
Perslucht
Werkstuk
Lijmen van kunststoffen2e voorbeeld: Corona behandeling
![Page 21: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/21.jpg)
21Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Invloed van corona dosis op oppervlakte energie van kunststoffen
[Bron: Tigres GMbH]
Lijmen van kunststoffen
Corona behandeling
![Page 22: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/22.jpg)
22Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenCorona behandeling
Voordelen
• snel
• niet erg duur
Nadelen
• vooral goed toepasbaar op vlakke of licht gekromde
oppervlakken
• moeilijk om in productieproces goed reproduceerbaar te
krijgen
![Page 23: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/23.jpg)
23Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenWelke lijm? - Specificatie van eisen
De keuze van de lijm moet gebaseerd zijn op te stellen eisen aan product en verbinding:
• Te verbinden materialen (kunststof/metaal, stijfheid, oppervlakte conditie, thermische uitzettingscoëfficient, temperatuur stabiliteit)
• Functie van de verbinding (structureel, fixering, afdichting, borging)
• Type verbinding (overlap, kopse verbinding, hoek verbinding, T-verbinding, enz.)
• Belasting op de verbinding (trek, druk, schuif, pel, statisch, continue, dynamisch)
• Omgevingscondities / gebruiksomstandigheden (temperatuur, vocht, corrosie, chemisch, UV, enz.)
• Specifieke eisen of functionaliteit (elektrische of thermische geleidbaarheid, geometrische stabiliteit, enz)
• Afmetingen en vorm (lijm oppervlak, vlakheid, toleranties, lijmlaagdikte)
• Productie aspecten
• Reparatie aspecten
![Page 24: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/24.jpg)
24Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenMogelijkheden – lijmen met fysische uitharding
![Page 25: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/25.jpg)
25Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenLijmen met chemische uitharding
![Page 26: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/26.jpg)
26Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffenHet aanbrengen van de lijm - Productie aspecten
Ontwerp en lijmkeuze wordt gebaseerd op de keuze van het productie proces
• Seriegrootte (bepaald investeringsniveau voor
lijmgereedschap/machines)
• Productietempo (eis t.a.v. uithardingsnelheid)
• Mate van automatisering (gerelateerd aan aantal producten)
• Gewenst productie proces
• Oppervlakte behandeling van lijmvlak
• Aanbrengmethode van lijmmateriaal
• Uithardingscondities
• Productie ruimte condities (buiten of ruimte met controle van
vochtigheid en temperatuur)
• Beschikbare productiemiddelen (van simpele lijmtang tot autoclaaf)
• Kwaliteitsbeheersing, borging
![Page 27: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/27.jpg)
27Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Lijmen van kunststoffen
In de volgende lezingen zullen een reeks van
voorbeelden en toepassingen worden getoond.
Tot slot nog enkele afsluitende opmerkingen
![Page 28: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/28.jpg)
28Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Afsluitende opmerkingen
Lijmverbinding is competitief
Voorbeeld:
• Lijmen met maximale afschuifsterkte 40-60 MPa (N/mm2)
• Overlap lengte van 30 – 50 mm
• Stel: gemiddelde spanning op 50%; knock-down factor voor
duurzaamheid op 50%
• Resuleert in sterkte van 400 – 750 N/mm
Opm: effectiviteit van lijm wordt minder bij dikke plaat
Nieuwe concepten mogelijk
Zoals sandwich panelen, laminaten
![Page 29: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/29.jpg)
29Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Afsluitende opmerkingen
Nieuwe concepten – hybride materialen: ARALL, GLARE,…
![Page 30: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/30.jpg)
30Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Afsluitende opmerkingen
Lijmen meest passende verbinding voor nieuwe
materialen?
Composieten, Keramische materialen
Verbinden ongelijke materialen?
![Page 31: Jos Sinke - TU Delft](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022013105/55860d8bd8b42a90638b4fa5/html5/thumbnails/31.jpg)
31Themadag Microcentrum – Verbinden van kunststoffen | 31
Afsluitende opmerkingen
Kernpunten voor een goede lijkmverbinding:• Goed ontwerp
• Juiste voorbehandeling• Juiste keuze van lijm en mogelijke tussenlagen
• Goede proces controle (incl. kwaliteitscontrole)