Madame Lelica

Bei der Entwicklung eines Produkts für die Massenproduktion müssen Ingenieure Materialien berücksichtigen—nicht nur in Bezug auf Festigkeits-oder Gewichtsanforderungen, sondern auch aus Sicht der Montage. Die meisten hergestellten Komponenten bestehen heute aus Kunststoffharzen, Metall oder beidem. Wenn alle Teile in Ihrer Baugruppe aus demselben Material bestehen, kann die Auswahl einer Klebelösung relativ einfach sein: Finden Sie einfach „das beste Epoxid für Kunststoff“ oder den besten Klebstoff für Metall .,

Wenn Sie jedoch unterschiedliche Materialien wie Kunststoff und Metall verbinden müssen, wird der Entscheidungsprozess etwas nuancierter. Gewicht zu sparen war schon immer eine Priorität für Luft-und Raumfahrthersteller, aber mit dem zunehmenden Trend zur Leichtgewichtung in der Automobilindustrie ist die Nachfrage nach einer zuverlässigen Möglichkeit, Metall mit Kunststoff zu verbinden, umso dringlicher.,

Andere Anwendungen, die Metall zu Kunststoff verbinden, umfassen:

• Polypropylen zu Aluminium für Fahrzeugplatten
• Urethan zu Stahl für Dichtungen und Dichtungen
• Polycarbonat zu Aluminium für Batteriegehäuse

Multi-Material—Bonding-Herausforderungen

Es gibt viele Möglichkeiten, ähnliche Materialien zu verbinden-ob Kunststoff zu Kunststoff oder Metall zu Metall-aber die Auswahl für das Verbinden von Kunststoff zu Metall ist begrenzter. Kunststoffteile werden typischerweise mit Metallkomponenten unter Verwendung von Klebstoffen oder mechanischen Befestigungselementen verbunden., Da die letztere Option häufig Bohrungen erfordert—was teuer und zeitaufwendig sein kann -, sind Klebstoffe vorzuziehen, wenn Sie Zykluszeiten oder Stückkosten minimieren möchten.

Weitere Vorteile der Verklebung sind das Verteilen von Lasten auf die gesamte verklebte Oberfläche, anstatt sie an Befestigungspunkten zu konzentrieren, und das Wirken als Isolator zwischen den verklebten Oberflächen, um das Risiko unerwünschter galvanischer Wechselwirkungen zwischen Substraten und Befestigungselementen zu vermeiden., Durch ein effizienteres Lastmanagement kann die Verwendung eines Klebstoffs auch eine Verringerung der Dicke und des Gewichts der verklebten Materialien ermöglichen.

Obwohl Ihr Go-to-Klebstoff für Kunststoff in Kunststoff-zu-Kunststoff-Anwendungen bewundernswert funktionieren kann, ist es möglicherweise nicht der beste Kunststoff-zu-Metall-Klebstoff. Die Auswahl des besten Klebers für Kunststoff-Metall-Anwendungen bedeutet, mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Genauer gesagt müssen Ingenieure die relative Oberflächenenergie, den Elastizitätsmodul und die Wärmeausdehnung der Materialien berücksichtigen, die sie verkleben.,

Oberflächenenergie

Um das beste Epoxidharz für Kunststoff zu finden, müssen Sie wissen, ob der von Ihnen verwendete Kunststoff eine hohe Oberflächenenergie (HSE) oder eine niedrige Oberflächenenergie (LSE) aufweist. Bei HSE-Kunststoffen wie ABS oder Polycarbonat fließen Klebstoffe leichter und benetzen die Oberfläche zu einer starken Bindung. Im Gegensatz dazu haben die meisten Klebstoffe und Bänder eine harte Zeit kleben an LSE-Kunststoffen, wie Polyethylen oder Polypropylen.

Wenn Oberflächenenergie Ihr einziges Anliegen ist, sind HSE-Kunststoffe die offensichtliche Wahl; aber wie die meisten Ingenieure wissen, ist es unklug, ein Material auf der Grundlage einer einzigen Eigenschaft auszuwählen. Die Kosten sind immer ein Faktor in der Herstellung und leider kosten HSE-Kunststoffe tendenziell mehr als LSE.

Elastizitätsmodul

Auch als Elastizitätsmodul bezeichnet, stellt ein Elastizitätsmodul den Widerstand eines Materials dar, nicht dauerhaft unter Spannung verformt zu werden, definiert als die Steigung seiner Spannungs-Dehnungs-Kurve im elastischen Verformungsbereich., Je höher der Elastizitätsmodul, desto steifer das material.

Wenn Sie nur mit einem Klebstoff für Kunststoff oder Metall arbeiten, ist die Elastizität des Materials kein Problem, aber wenn Sie Kunststoff auf Metall kleben müssen, müssen Sie den Elastizitätsmodul beider Materialien berücksichtigen sowie den Zielwert für Ihren Kunststoff zu Metallkleber. Wenn Sie Metall mit Kunststoff verbinden müssen, sollten Sie normalerweise auf eine Bindung abzielen, die irgendwo zwischen dem Modul Ihrer beiden Materialien einen elastischen Modul aufweist.,

Wärmeausdehnung

Das Ausmaß, in dem sich Ihre Baugruppe—oder Teile davon—als Reaktion auf die Temperatur in Form, Fläche oder Volumen ändert, ist bei Produktdesign und-herstellung immer ein Problem, wird jedoch bei Mehrmaterial-Verklebungen noch verschärft. Metalle und Kunststoffe haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass der beste Kleber für die Kunststoff-Metall-Bindung diesen Unterschied ausgleicht.

Idealerweise wäre der Wärmeausdehnungskoeffizient für den Klebstoff selbst vernachlässigbar., Es kann jedoch eine Rolle bei der Leistung der Baugruppe spielen, wenn die Temperaturen schwanken. Zusätzlich zur Berücksichtigung des CTE des Klebstoffs wirkt sich die Flexibilität und Dehnung des Klebstoffs darauf aus, ob sich die Bindung mit den Substraten bewegt, wenn sie sich ausdehnen oder zusammenziehen.

Wie man unähnliche Materialien verbindet

Die Schlüsselfrage im Herzen jeder Klebstoffanwendung ist, wie viel Haftfestigkeit Sie benötigen.,

Ein typischer nicht struktureller Klebstoff hat eine Haftfestigkeit von weniger als 1.000 psi, während strukturelle oder tragende Klebstoffe Haftstärken von 1.000 psi und höher aufweisen.

Für nicht-strukturelle teile, wie membran schalter und instrument cluster, 3M Ultra-Clean Laminieren Klebstoff 502FL bindungen auf kontaktieren nach abwischen der substrate für staub. Die Laminierklebstoffe von 3M können LSE-Kunststoffe auch mit minimaler Oberflächenvorbereitung mit leicht geölten Metallen verkleben und Temperaturen von bis zu 350° F standhalten, wodurch sie sich gut für Anwendungen in der Elektronikmontage eignen.,

Bei Strukturklebstoffen handelt es sich bei 3M Scotch-Weld Strukturklebstoffen um zweiteilige Acrylstoffe, die LSE-und HSE-Kunststoffe mit Stärken verbinden, die die gebundenen Materialien übersteigen. Dies kann die zusätzlichen Schritte bei der Verwendung von Schrauben oder Nieten eliminieren und die Einschränkungen des Kunststoffschweißens vermeiden.

Eine weitere Klebeoption sind 3M VHB-Bänder, die stark genug sind, um Nieten und Schrauben für viele Anwendungen zu ersetzen., In der Lage, sowohl HSE-als auch LSE-Kunststoffe zu verkleben, kann der geschlossenzellige Acrylschaumträger Stöße, feuchte Vibrationen absorbieren und sich als Reaktion auf Wärmeausdehnung und-kontraktion biegen, was ihn zu einer guten Option als Kunststoff-Metall-Klebstoff macht.

Auswahl des besten Klebers für Kunststoff zu Metall

Wenn Sie Kunststoff auf Metall kleben möchten, müssen Sie den richtigen Klebstoff für den von Ihnen verwendeten Kunststoff auswählen.,

Polycarbonat und ABS sind typischerweise die am einfachsten zu verbindenden Kunststoffe zu Metallen, während extrem glatte oder LSE-Kunststoffe wie Polypropylen und Polyethylen eine größere Herausforderung darstellen. Grundierungen wie 3M Scotch-Weld Instant Adhesive Primer AC77 können einen großen Beitrag zur Erhöhung der Haftfestigkeit von Materialien mit geringer Oberflächenenergie leisten.

Bei der Multimaterialbindung geht es letztlich darum, einen Kompromiss zwischen den Eigenschaften von unterschiedlichen Materialien wie Kunststoff und Metall zu finden., Um unähnliche Materialien erfolgreich zu verbinden, müssen Sie deren relative Oberflächenenergie, Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungskoeffizienten berücksichtigen.

Wenn Sie sich nicht sicher sind, welcher Klebstoff die besten Kompromisse zwischen den Materialeigenschaften Ihrer Substrate macht, wenden Sie sich an einen Experten, der Ihnen bei der Identifizierung der besten Designlösungen helfen kann.

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Dieser post ist gesponsert von 3M. Alle Meinungen sind meiner. – Ian Wright

3M, Scotch-Weld und VHB sind Marken der 3M Company.