Samanføying av plast

I denne artikkelen skal vi sjå nærare på tre metodar for å føye saman plastmateriale og plast med andre materiale. Desse tre metodane er liming, mekanisk samanføying og sveising.

Vi kan oppnå vedheft mellom like og ulike materiale på tre måtar. Desse er mekanisk heft, termodynamisk heft og kjemisk sveising.

Mekanisk heft

Mekanisk heft får ein ved at eit limmateriale kryp inn i porene i materialoverflata og herdar der. Limet «grip seg fast» i overflatene og har liten eller ingen vedheft utanom. Denne typen limsamband kan ein oppnå dersom materialoverflata har porer eller er kraftig opprubba. Men sambandet er svakt, og metoden er lite i praktisk bruk ved liming av plast.

Termodynamisk heft

Termodynamisk binding er binding (tiltrekkingskrefter) mellom molekyla i lim og materiale. Det krev kort avstand mellom molekyla, og for å oppnå ei slik binding må limet krype heilt inn i materialoverflata. Føresetnaden for at limet skal trengje inn i og fukte overflata, er at det har lågare overflatespenning enn materialet det skal lime. Plastmateriala har relativt låg overflatespenning, og derfor er plastmateriale spesielt krevjande å lime. Val av riktig lim til plasttypen er veldig viktig.

Kjemisk sveising

Kjemisk sveising føregår ved at overflata til plastmateriala blir løyst opp og pressa saman, slik at materialoverflatene «blir blanda». Når løysingsmiddelet er dampa bort, synest ikkje det markerte grensesjiktet mellom dei to materiala – ein har fått tilnærma heilt gods.

Føresetnaden for eit godt samband er at løysingsmiddelet løyser opp plasten raskt, og at det fordampar så seint at flatene er løyste opp før dei blir føyde saman, men samtidig så raskt at ikkje ventetida som flatene må vere i ro, blir for lang. Det er òg viktig at det ikkje er for mykje løysingsmiddel på limflatene. Løysingsmiddelet må nemleg diffundere ut gjennom materialet/limfugen for at ein skal oppnå fullstyrkeliming.

Adhesjon og kohesjon

Det er to hovudomgrep knytte til lim og liming: adhesjon og kohesjon. Adhesjonsliming er samanføying av materiale ved hjelp av eit limstoff som «klistrar» materiala saman, altså termodynamisk heft. Fordelen med denne typen lim er at ulike materiale kan føyast saman, både ulike plasttypar og plast mot andre materiale. Vidare er det mogleg å oppnå fyllande og fleksible limfuger som både gir tette og haldbare samband.

Ulemper med desse limtypane er at dei i utgangspunktet ikkje har dei same eigenskapane som materiala som skal limast, og at dei derfor må veljast spesielt ut frå belastninga det aktuelle produktet skal utsetjast for.

Mange av limtypene er òg utsette for fukt, noko som kan føre til gradvis dårlegare vedheft eller ei hurtig svekking av limsambandet. Styrken i limsamband blir ikkje like stor som ved løysingsmiddelliming. Eit viktig kriterium for eit godt limsamband med denne typen lim er at det blir god vedheft mellom lim og materiale.

Kohesjon er samanbindingskreftene i sjølve limet – kreftene som held limet saman. For at limet skal verke, må det fukte det materialet det skal lime. Skal limet fukte eit materiale, må det ha lågare overflatespenning enn materialet. Dersom limet har lågast overflatespenning, vil det spreie seg utover og trengje inn i mikrosprekkar og dekkje heile overflata på materialet. Det er nødvendig for å få godt vedheng. Skal limet spreie seg på overflata, må det vere flytande.

Dei ulike limsortane kan vi dele inn i dei følgjande gruppene:

Kjemisk herdande lim

Kjemisk herdande lim finst både som einkomponent- og tokomponentlim. Tokomponentlimet herdar ved at to reaktive stoff blir blanda saman. Einkomponentlim kan utnytte fukta i lufta som herdar. Det kan herde ved oppvarming eller ved ein katalytisk påverknad frå materialet.

Fysisk tørkande lim

Fysisk tørkande lim klistrar seg fast ved at eit løysingsmiddel fordampar. Løysingsmiddelet kan vere vatn.

Fysisk storknande lim

Fysisk storknande lim må påførast medan det er smelta. Verknaden av limet kjem når limet storknar.

Forbehandling av limflatene kan delast inn i desse tre operasjonane:

Sliping

Sliping av overflata har til føremål å fjerne ureinskapar og oksidbelegg og auke kontaktflatene. Sliping er ein grov og radikal måte å omarbeide ei limflate på. Normalt bør ein bruke ei fin korning på slipeverktøyet eller finslipe flata før liming. Ei grov overflate gir ikkje betre heft enn ei finslipt – ho aukar berre limforbruket, då ein må påføre ei større mengd lim for å få dekt «toppane» av overflata.

Reingjering

Reingjering av limflata har til føremål å fjerne ureinskapar og feitt som kan hindre fukting og god kontakt mellom lim og plast. Vasking av flatene med ein klut eller ei fille fukta i løysingsmiddel er ikkje nokon god metode. Feitt og ureinskapar vil då berre bli tynna ut og så bli «fylte» ned i porene i materialet. Dypping av materialet i løysingsmiddel kan vere meir effektivt, men då vil det dannast ei hinne av laust feitthaldig smuss som vil setje seg på overflata og sørgje for dårleg heft.

Den beste metoden er truleg vasking av overflata i varmt vatn tilsett eit feittløysande vaskemiddel. Då losnar smusset frå overflata og kapslar det inn, slik at det kan skyljast av. Metoden krev at flatene må tørkast før lim kan påførast.

Overflatebehandling

Overflatebehandling av limflata har til føremål å gjere ho lettare å lime, til dømes ved å auke overflatespenninga og dermed sørgje for betre fukting. Etsing, flammebehandling eller elektronbombardering av overflata er behandlingsmetodar som aukar polariteten og overflatespenninga til plasten. Det er helst plastar med låg overflatespenning, til dømes PP, PEH og PVDF, som må behandlast på førehand for å lette limeprosessen.

Film frå YouTube som viser liming av plast

Skruesamband

Med skruesamband kan vi føye saman delar av ulike materialtypar, som to ulike termoplastar, termoplast og herdeplast, og plast og metall. Skruesambandet kan vere med gjennomgåande boltar eller med gjenge i plasten.

Gjennomgåande boltar

Når vi skal lage ei samanføying med gjennomgåande bolt, må vi ta omsyn til at plast har større utvidingskoeffisient enn stål eller metall. Det vil seie at holet ikkje må vere for trongt. Plast er, som vi veit, svakare enn stål. Derfor må vi fordele kreftene rundt hovud og mutter på ei større flate. Det gjer vi ved å bruke store skiver.

Vi må ikkje bruke skruar med senkehovud i plast. Dei sprengjer materialet. Dersom materialet har lita brotforlenging, slik det er med til dømes PMMA, kan vi få brot. Er det eit materiale med stor brotforlenging, vil det over tid gi etter, og sambandet losnar.

Gjengesamband

Samband med gjenge i plasten er mest aktuelt for små skruar, og selvgjengande skruar blir mest brukte. Dei kan delast inn i to grupper: gjengeskjerande og gjengeformande skruar.

Gjengeskjerende skruar er herda og utforma slik at dei skjer gjenga med enden av skruen. Dei krev liten tildragingskraft og gir liten sprengverknad og stuking av materialet rundt skrueholet. Gjengeskjerende skruar er mest nytta på herdeplast.

Gjengeformande skruar er herda og utforma slik at dei formar gjenget ved å trengje unna materialet rundt skrueholet. Desse skruane blir mest brukte til termoplast. Dei toler vanlegvis betre at materialet blir pressa unna rundt skrueholet. Tendensen til å losne er liten, og dei har òg mindre tendens til å øydeleggje gjenga når dei blir skrudde inn og ut fleire gonger. Større kraft må til når vi skrur inn desse skruane.

Generelt

Sveising av termoplast kan vi definere slik: å føye saman termoplastar ved å smelte kontaktflatene saman, med eller utan bruk av tilsatsmateriale eller sveisetråd.

Sveising er ein samanføyingsmetode der grunnmaterialet blir smelta i samanføyingsflatene. For at vi skal kunne sveise eit materiale, må vi derfor kunne smelte det. Termoplastane kan sveisast, medan herdeplastane ikkje kan sveisast.

I prinsippet kan alle termoplastar sveisast. Men molekylstorleiken og molekylstrukturen til materialet avgjer kor lett det lèt seg gjere i praksis.

Når vi sveisar, varmar vi materialet opp til smeltetemperatur eller til termoplastisk tilstand. Dette er eit generelt vilkår for sveising av alle materiale. Men det er to materialeigenskapar ved termoplast som skil plastsveising frå metallsveising.

1. På grunn av dei lange, trådforma molekyla er plasten seigtflytande i smelta tilstand.
2. Fordi plasten har dårleg varmeleidningsevne, smeltar vi berre eit tynt overflatesjikt, både på grunnmaterialet og sveisetråden.

På grunn av desse to eigenskapane bruker vi eit visst trykk når vi sveisar termoplast. Dette gjer vi for å få dei trådforma molekyla i grensesjiktet til å «filtre seg saman». For å få god sammenfiltring må materialet ha omtrent same viskositet.

I praksis vil det seie at dei delane vi vil sveise saman, må vere av same type. Men det finst mange variantar av det same materialet. Vi har derfor ingen garanti for å få ein god sveis sjølv om delane vi sveisar saman, begge er av til dømes PE. For å vere sikra ein god sveis må materialet ha omtrent same molekylvekt (smelteindeks, viskositet). Det gjeld sjølvsagt både grunnmaterialet og sveisetråden.

Vi har disse parametrane ved termoplastsveising:

1. Temperatur. Med riktig temperatur gir vi materialet den gunstigaste viskositeten.
2. Trykk. Med trykket filtrerer vi molekyla saman i grensesjiktet.
3. Tid. På grunn av at plast leier varme dårleg, storknar materialet seint. Vi må derfor halde sveisetrykket oppe ei tid.

Den generelle framgangsmåten ved sveising er å

• førebu sveisefuga i samsvar med den sveisemetoden vi skal nytte
• reingjere sveiseflatene, varme sveiseflatene til sveisetemperatur (eigentleg gi materialet rett viskositet)
• presse delane saman
• kjøle ned medan vi held trykket