KURZUS: Járműfenntartás, diagnosztika

MODUL: II. modul: Gépjárművek üzemeltetése

16. lecke: Ragasztás technológiák alkalmazása a járműfenntartásban

| A lecke célja: a gépész- és járműmérnök hallgatók megismertetése a járműfenntartás területén alkalmazott ragasztás technológiák alapfogalmairól alkalmazás területéről és a hozzá kapcsolódó műszaki paraméterekről.
Követelmény: Az alapfogalmak megismerése és tartalmi elsajátítása.
A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 2×45 perc
A leckében előforduló kulcsfogalmak: adhézió, diffúzió, kontaktkorrózió, lefejtő igénybevétel, nyíróigénybevétel
A ragasztásról általában
A ragasztás fogalma
A ragasztás két azonos vagy különböző felépítésű szilárd anyag felülete között szilárd kötés létrehozása ragasztóanyag segítségével. A ragasztókötés a ragasztó és a ragasztandó anyagok határfelületén fellépő adhéziós erők hatására alakul ki, amely erők lehetnek elsődleges vagy másodlagos kémiai kötőerők. A kötési folyamat vagy az oldószer elpárolgása, vagy kémiai reakció során létrejövő térhálós szerkezetű kémiai kötések kialakulása, vagy halmaz-állapotváltozás, pl. ömledék megdermedése. A ragasztás folyamatát különböző tényezők befolyásolják, amelyek a következők:
a ragasztó felületi feszültsége, a ragasztandó felület polaritása, a ragasztandó felület felületi érdessége, a felület hidrofil, illetve hidrofób jellege, a ragasztóanyag fizikai tulajdonságai, a ragasztóanyag viszkozitása, a ragasztóanyag hőmérsékletfüggése, a térhálósodás sebessége, idegen anyagok és szennyeződések jelenléte.
A ragasztott kötés felépítése
1. ábra
A ragasztók funkciója
A ragasztók olyan termékek, melyek két anyagot kapcsolnak össze. A ragasztó viszi át az erőket az egyik felületről a másikra Ezt a funkcióját a meghatározott élettartama alatt meg is kell, hogy tartsa
Mi határozza meg a ragasztott kötés minőségét?
A ragasztóanyagok saját tulajdonságai. Az összekötésre kerülő anyagok tulajdonságai. A ragasztott rendszer tulajdonságai.
Milyen előnyöket adott a ragasztás technika járműiparnak?
Egyenletesebb terhelés átadás, ezért kedvezőbb nyúlás és nagyobb kifáradási határ Hidegen vagy kis melegítéssel elvégezhető, ezért kisebb maradó feszültségek Összeköthetők a különböző anyagok Formai szabadság Tömegcsökkenés A szerkezet merevségének növelése Jó villamos szigetelés Korrózió elleni védelem Jó lengéscsillapító hatás Akusztikai csillapítás Modulrendszerben történő gondolkodás Robottal történő szerelés (nagy szériák)
Melyek a ragasztott kötések hátrányai?
Némely ragasztóanyag nagy nyomást (>2MPa) és hőmérsékletet (150...190 °C) igényel Viszonylag kis fajlagos terhelhetőség, ezért aránylag nagy felület szükséges Általában hőhatásra érzékenyek Időjárási viszonyokra érzékenyek A ragasztás elvégzéséhez szükséges technológiák pontos betartása nagyon fontos
A ragasztás és a járműiparban alkalmazott hagyományos kötéstechnológiák összehasonlítása
A következő táblázat (1. táblázat) foglalja össze vázlatosan a különböző kötéstechnológiák összehasonlítását.
A járműiparban alkalmazott kötéstechnológiák összehasonlítása
1. táblázat
A táblázatban összefoglalt összehasonlítás mellett részletesebb vizsgálattal megállapítható, hogy az alkatrészek összekapcsolásához alkalmazott kötéstechnológiák közül a ragasztás az a technológia, ami a legkevesebb feszültséget viszi be az alkatrészekbe, és ennek a feszültségnek a ragasztás esetén a legegyenletesebb az eloszlása, ami a kifáradásos tönkremenetelek elkerülése szempontjából a leg kedvezőbb (2. ábra).
A járműipar szempontjából kulcs fontosságú az alkatrészek között kialakuló korróziós viselkedés, amely a hagyományos kötések esetén kedvezőtlen, mivel az alkatrészek között fémes kontaktus van, tehát rövidek a diffúziós úthosszak, tehát gyors a korrózió. A ragasztott kötés esetén viszont a ragasztó réteg villamosan szigetel, tehát elszigeteli egymástól a két alkatrészt, aminek köszönhetően a diffúziós úthossz több nagyságrenddel megnövekszik és ezáltal lelassul a korrózió folyamata (3. ábra).
A különböző kötéstechnológiák feszültségi viszonyai
2. ábra
A korrózió alakulása hagyományos kötéstechnológiák és a ragasztás esetén
3. ábra
A ragasztások konstrukciós kialakítása
Ahhoz, hogy megtudjuk határozni a ragasztás szempontjából kedvező konstrukciós kialakításokat első körben vizsgáljuk meg, hogy melyek azok az igénybevételek, amelyekre egy ragasztott kötés kedvezően reagál.
A leggyakoribb terheléstípusok és azok eloszlásai a ragasztási hézagban a következő ábrán (4. ábra) láthatók.
Az ábrán jól látható, hogy a feszültség eloszlás szempontjából a legkedvezőbb az egytengelyű húzó- és nyomóigénybevétel, mivel egyenletes feszültség eloszlást hoz létre a ragasztórétegben. A lefejtő és a nyíró igénybevétel esetén a ragasztási réteg két végén feszültségcsúcsok alakulnak ki. Ez az inhomogén feszültségi állapot a ragasztott kötés idő előtti tönkremenetelhez vezethet.
A különböző terhelés hatására kialakuló feszültségek a ragasztó rétegben
4. ábra
Kedvező konstrukciós kialakítások
Mint azt az előző fejezetben már tárgyaltuk, ragasztott kötések kedvezőtlen viselkedése miatt kerülni kell az olyan konstrukciós kialakításokat, ahol a ragasztott kötés lefejtő vagy nyíró igénybevételt kap. A következő ábrákon (5. ábra, 6. ábra) mutat néhány olyan konstrukciós kialakítást, amely alkalmazása esetén csökkenteni tudjuk egy adott terhelés által létrehozott lefejtő feszültség csúcsokat a ragasztott kötésben
A lefejtő feszültség csökkentését segítő konstrukciós megoldások
5. ábra
A lefejtő és nyíró feszültség csökkentését segítő konstrukciós megoldások
6. ábra
Konstrukciósan kerülni kell az egyszeresen átlapolt kötést, mert annak a deformációja az excentrikusan ható erők hatása miatt egyenetlen nyírófeszültség eloszlás hoz létre a ragasztó rétegben (7. ábra).
Az egyszeresen átlapolt ragasztott kötésben kialakul deformáció és annak hatása
7. ábra
Az excentrikus erők kialakulásából eredő problémák kiküszöbölésére mutat néhány példát a következő ábra (8. ábra)
Az excentrikus erők kiküszöbölésére szolgáló konstrukciós megoldások
8. ábra
A ragasztás szakitó terhelésének növelése
A ragasztás szélességének növelése
A szakítóterhelés a kötés szélességének növelésével arányosan növekszik (9. ábra). A tangenciális feszültség eloszlását ragasztási hézag szélesebbé tétele nem befolyásolja.
A szakítóterhelés és a kötés szélesség kapcsolata
9. ábra
A ragasztás átlapolás hosszának növelése
Az átlapolás hossz növelése a szakítóterhelés nem arányos növekedését okozza, ezért kell, az átlapolás hosszát optimalizálni.
A szakítóterhelés és az átlapolási hossz kapcsolata
(szaggatott vonal = átlagfeszültség, folyamatos vonal = valóságos feszültségeloszlás)
10. ábra
A ragasztóréteg vastagságának növelése
Nagyobb ragasztóanyag-rétegvastagsággal a ragasztott kötések a nyíró igénybevételekkel szemben rugalmasabb viselkedést mutatnak, mert a vastagabb ragasztóanyag-réteg a nyíróterhelést nagyobb területen osztja szét, ez a ragasztó kisebb fajlagos deformációját eredményezi ezért a feszültség csúcsok csökkenek. Ez hasonló egy kisebb E-modulussal rendelkező ragasztóanyag alkalmazásához.
A ragasztás szilárdságát meghatározó tényezők
A ragasztás terhelhetőségét meghatározza a:
az összeragasztott alkatrészek szilárdsága, a ragasztó belső szilárdsága, a határfelületen kialakuló tapadási erők
A terhelhetőséget meghatározó tényezők
11. ábra
A ragasztott kötéseket összetartó erők
Mechanikai kapcsolódás
Felületi egyenetlenségekből ered, ahová a ragasztó behatol és megszilárdul Függ:
felület érdességétől, a ragasztó viszkozitásától, és felületi feszültségtől,
Mikronos nagyságrendben játszódik le és jelentősen befolyásolja a ragasztási felületek tisztasága is.
Kémiai kötés
Vegyi reakció a ragasztó és a felület között = kémiai kapcsolódás: pl.: hidrogén-hidak.
Elektromos, elektrosztatikus kölcsönhatások
Poláros ragasztóknál és alapfelületeknél = Van der Waals, elektrosztatikus erők, a hőmérséklet növelésével csökkenő hatásúak.
Apoláros molekulák között diszperziós kölcsönhatás (Apoláris molekulák közt kialakuló gyenge másodrendű intermolekuláris kötés, mely az elektronfelhő pillanatnyi átmeneti torzulásának köszönhetően létrejött gyenge dipólusok között megjelenő elektrosztatikus vonzás. Az elsőrendű kötéseknél jóval (átlagosan százszor) gyengébb).
Diffúziós kötés
Egyes műanyagoknál, lakkoknál a molekuláris mozgásokon alapul. Nő a hőmérséklettel, és az érintkezési idővel. A ragasztóerő kialakulása és a tapadás felépülése egyszerre kell, hogy megtörténjen.
A bemutatott hatásmechanizmusokat a következő ábrán (12. ábra)lehet látni, ahol a kiemelt részletek:
1. | Fizikai erők (adszorbció),
2. | Vegyikötés,
3. | Fizikai kötés, mechanikai kapcsolat
A ragasztott kötéseket összetartó erők
12. ábra
A ragasztóanyagok csoportosítása
Alapanyagok (eredete) szerint
Természetes
Növényi (keményítő, kaucsuk, latex, gyanta, fenyőszurok, nyírfakéreg-kátrány) Állati (enyv, méhviasz) Ásványi (bitumen)
Szintetikus
Polikondenzációs: fenoplasztok, poliészterek Poliaddíciós: poliuretánok, epoxik Polimerizációs: polisztirol, poliakrilátok
Megkötési mód szerint
Kémiai (vegyi reakció eredménye) Poliszulfid, Epoxi, Szilikon, Poliuretán 1 K és 2 K Fizikai (száradás=oldószervesztés, lehűlés): Butylok, Akrilátok, zselésedő PVC Plasztizol Vegyes a tulajdonságok kombinálva vannak: Poliuretán hot melt technológia
Megjelenési forma szerint
Folyadék: egészen különböző viszkozitású lehet Szilárd: por, granulátum, fólia stb.
A ragasztó anyagok összetétele
A ragasztóanyagok fő komponense a kötőanyag. Ez hordozza a ragasztók fő tulajdonságait, de adalékokkal ragasztókompozíciókat hoznak létre. Az adalékokkal elérhető a ragasztóanyag feldolgozás technológiai sajátosságainak (kötési idő, viszkozitás, nedvesítés stb.) illetve a létrehozott kötés bizonyos tulajdonságainak (hőállóság, ütésállóság, szín stb.) módosítása. Az adalék olcsóbbá is teszi a terméket.
Adalék anyagok:
Oldószerek, Töltőanyagok, Pigmentek, Tapadásjavító additívek, Térhálósítók, Gyorsítók, Lágyítók stb.
A ragasztóanyagok fontos tulajdonságai
A gyárthatóság és a tulajdonságok megismételhetősége adja egy gyártó technológiai erejét
Viszkozitás, tixotrópia, sűrűség, Reaktivitás (kötésidő, fazékidő, bőrösödési idő), Tapadási tulajdonságok, Húzószilárdság, szakadási nyúlás, húzó-nyíró szilárdság, keménység( Shore A), modul Elektromos tulajdonságok, Öregedésállóság, Hatása a környezetre, Tárolhatóság,
A ragasztás irány technológiája
felülettisztítás, érdesítés (ha lehet), felülettisztítás, ragasztóanyag felvitele, az alkatrészek összeillesztése és rögzítése a megfelelő erővel, kikeményítés.
Ragasztott kötések vizsgálata
Húzó nyíró vizsgálat
A vizsgálat folyamán egy szabványos ragasztott szakítópróbát hoznak létre, amelyet elszakítva meghatározzák a ragasztás nyírószilárdságát a következő összefüggéssel:
τ= F A [Mpa]
F: a vizsgálat folyamán felvett szakítóerő [N], A: a ragasztás szabványos keresztmetszete (A=25*12=300mm2)
Szabványos húzó nyíró vizsgálat
13. ábra
Lefejtő szilárdsági vizsgálat
Ez is egy szabványos vizsgálat, amely folyamán meghatározzuk a ragasztás beszakadási és lefejtési ellenállását.
Beszakadási ellenállás: AB=(20*30) mm2
τ B = F B A B
Lefejtési ellenállás: Al=(60*30) mm2
τ l = F l A l
A vizsgálattal kapott eredmény a ragasztóanyagra jellemző!
Szabványos lefejtő szilárdsági vizsgálat
14. ábra
Példa
Fékpofa javítás technológiája
1. | Fékpofa tisztítás,
2. | Régi betét eltávolítása: készülékek segítségével, esetleg leégetéssel,
3. | A fékpofa ívességének ellenőrzése készülékben,
4. | Érdesítés,
5. | Fékbetét leszabása és érdesítése csiszoló vászonnal,
6. | Ragasztóanyag felvitele: Redux 64, kb. 0,1...0,15 mm rétegvastagságban
7. | Előszárítás: 20 °C-on,16h vagy 60 °C-on, 2h,
8. | Feszítő szerkezetbe történő helyezés: P = 2...3 N/mm2,
9. | Kikeményítés: 180 °C-on 5perc, összességében 45 perc 180 °C-ig,
10. | Levegőn történő kihűlés,
11. | Ellenőrzés: közvetett úton kiválasztással és lefejtéssel.
Fékpofa deformációs ellenőrzése készülékben
15. ábra
Menetes feszítőkészülék
16. ábra

| Teszt kérdések
1. Mi nem határozza meg a ragasztott kötés minőségét? válassza ki a megfelelő megoldást!
| A ragasztóanyagok saját tulajdonságai.
| Az alkalmazott ragasztás technológia.
| Az összekötésre kerülő anyagok tulajdonságai.
| A ragasztott rendszer tulajdonságai.
2. Milyen előnyöket nem adott a ragasztás technika járműiparnak? Válassza ki a megfelelő megoldást!
| A hegesztésnél és a csavarozásnál olcsóbb, de szilárdságilag velük egyenértékű kötéstechnológiát.
| Jó villamos szigetelés.
| Egyenletesebb terhelés átadást, ezért kedvezőbb nyúlást és nagyobb kifáradási határt.
| Formai szabadságot.
3. Milyen hatást gyakorol a ragasztás a kontaktkorrózióra? Válassza ki a helyes megoldást!
| A ragasztásnak nincs hatása a kontaktkorrózióra.
| A ragasztás gyorsítja a kontaktkorróziót, mivel lehetőséget ad az elektrolit tárolásra a ragasztás környezetében.
| Lassítja a kontaktkorróziót, mert villamosan szigetel.
| A ragasztás gyorsítja a kontaktkorróziót, mert nagy felületen érintkezik az alkatrésszel és ezen a felületen korrodálja azt.
4. Melyek a ragasztott kötések hátrányai? Válassza ki a helyes megoldásokat!
| Némely ragasztóanyag ragasztása nagy nyomást és hőmérsékletet igényel.
| Általában hőhatásra érzéketlen.
| Általában az időjárás viszonyokra érzéketlen.
| Viszonylag kis fajlagos terhelhetőség, ezért aránylag nagy felület szükséges a megfelelő szilárdság eléréséhez.
| A ragasztás elvégzéséhez szükséges technológiák pontos betartása nem annyira érzékeny.
5. Melyek a ragasztott kötések előnyei? Válassza ki a helyes megoldásokat!
| A ragasztás esetén a legegyenetlenebb a kötés feszültség eloszlása, ami a kifáradásos tönkremenetelek elkerülése szempontjából a leg kedvezőbb.
| A ragasztás az a technológia, ami a legkevesebb feszültséget viszi be az alkatrészekbe.
| A ragasztott kötés esetén az alkatrészek között fémes kontaktus van, tehát rövidek a diffúziós úthosszak, ezért lassú a korrózió.
| Olcsón és gyorsan kivitelezhetők.
| A kötés feszültségének a ragasztás esetén a legegyenletesebb az eloszlása.
6. Melyek azok a terhelés típusok, amelyek a leggyakrabban terhelik a ragasztást? Válassza ki a helyes megoldásokat!
| Húzó igénybevétel.
| Hajlító igénybevétel.
| Csavaró igénybevétel.
| Statikus igénybevétel.
| Nyíró igénybevétel.
7. Melyik az a konstrukciós megoldás, amely nem megfelelő a ragasztott kötés szilárdságának a növelésére? Válassza ki a megfelelő megoldást!
| A ragasztás szélességének a növelése.
| A ragasztás átlapolás hosszának a növelése.
| A ragasztóréteg vastagságának a növelése.
| Nagyobb E-modulusú ragasztó alkalmazásra.
8. Miért nem alkalmazzák a ragasztót kötés szilárdságának a növelésére az átlapolás hosszának a növelését? Válassza ki a megfelelő megoldást!
| Mert az átlapolás hosszának a növelése nagyon időigényes és költséges megoldás.
| Mert az átlapolás hosszának a növelésének nagy a helyigénye, mert megnő a ragasztási zóna.
| Mert az átlapolás hosszának a növelése a szakítóterhelés nem arányos növekedését okozza a ragasztott kötésben.
| Mert az átlapolás hosszának a növelése bizonytalan feszültségi állapotokat eredményez a ragasztott kötésben.
9. Melyik tényezők nem határozzák meg a ragasztás szilárdságát? Válassza ki a megfelelő válaszokat!
| A ragasztóban kialakuló belső feszültségek.
| Az összeragasztott alkatrészek szilárdsága.
| A ragasztott alkatrészek belső feszültségi állapota.
| A ragasztó belső szilárdsága.
| A határfelületen kialakuló tapadási erők
10. A ragasztók mechanikai kapcsolódása melyik tényezőktől függ? Válassza ki a megfelelő válaszokat!
| A hidrogén hidak kötés erejétől.
| A ragasztott felület felületi feszültségétől.
| A Van der Waals kötések minőségétől.
| A molekuláris mozgásoktól.
| A felületi érdességétől.