Limning

Limning

Med lim förstås ett material som applicerat mellan två andra material förmår dessa att sitta ihop. Limmet bildar alltså en fog som genom sin inre sammanhållning (kohesion) och sin vidhäftning (adhesion) får de sammanfogade materialen att bilda en enhet.

Det har funnits många teorier om hur ett lim fungerar d v s vad vidhäftning egentligen är. Idag anses limförmågan vara en fysikalisk mekanism, nämligen adsorbtion (ej att förväxla med absorbtion som betyder uppsugning). Adsorbtion innebär att molekyler dras till varandra av så kallade van der Waals krafter.

Dessa krafter är som störst när avståndet mellan molekylerna är i storleksordningen 3 – 4 Ångström ( en Ångström [Å] är lika med en tiomiljondels millimeter). När avståndet ökar till över 5 Å är kraften i princip obefintlig. I praktiken betyder detta att om det vore möjligt att pressa två ytor samman så tätt att avståndet blev under 5 Å, så skulle en fog uppstå. Så släta ytor finns emellertid inte.

En vätska däremot kan forma sig till underlaget och komma tillräckligt nära. Kan vätskan sedan överföras i fast form utan krympning så uppstår en limfog. En förutsättning för att vätskan (limmet) skall komma tillräckligt nära är att den har en ytspänning som är lägre än underlagets. Ytspänningen för epoxilimmer ligger i storleksordningen 35 – 45 mN / m.

God vätning kontra ingen vätning

God vätning kontra ingen vätning

Material som har lägre ytspänning än epoxi är mycket svårlimmade. Exempel på sådana material är Teflon med ytspänningen 18.5 mN / m och polyeten som ligger på 32 mN / m. Trä däremot med ytspänning omkring 200 mN / m och metaller som ligger mellan 200 och 2000 mN / m är lättlimmade.

Om limmets ytspänning ligger på rätt sida d v s lägre än underlagets säger man att limmet har förmåga att väta på underlaget. Denna vätförmåga har även med limmets konsistens att göra.

Behovet att foga samman olika saker har funnits sedan urminnes tider. I naturen finns en hel del klibbiga ämnen som kommit till användning, men hållfasthetsmässigt har de naturligtvis sina begränsningar.

Många andra sätt att foga samman material utvecklades t.ex. svetsning, lödning, nitning, skruvförband osv. Dessa metoder har också många nackdelar. Svetsning och lödning begränsas till att foga metaller, nitar och skruvförband är svåra att få täta, risken för galvaniska element och  korrosion föreligger alltid.

Det finns och har alltid funnits en viss skepsis mot limmer, detta grundar sig i att tidigare hade inte de vanliga limtyperna de rätta egenskaperna vad avser hållfasthet, utfyllning i fogen, åldringsbeständighet osv. I dag är förhållandet ett helt annat. Dels har limmer utvecklats som möter kraven, dels har limningstekniken utvecklats. Moderna epoxilimmer ersätter numera såväl svetsning som nitning i många fall.

För att kunna välja rätt lim till ett förband, är det viktigt att göra en kravanalys.

Exempel på kravfaktorer är

  • Vilka krafter kommer att påverka fogen
  • Inom vilka temperaturområden skall fogen fungera
  • Är materialen som skall fogas samman sugande
  • Behöver materialen förbehandlas före limning
  • Väter limmet materialet tillräckligt
  • Är fogen sådan att den skall utfyllas
  • Vilka härdningsförhållanden råder
  • Skall limmet blandas manuellt eller med maskin

En limfogs förmåga att överföra krafter, beror på hur krafterna skall överföras. I princip finns det fyra grundfall, nämligen dragkrafter, skjuvkrafter, fläkning och klyvning.

Olika krafter i limförband

Klyvning
Klyvning

 

Skjuvning
Skjuvning
Fläkning

Fläkning

 

Dragning
Dragning

 

Epoxilimmer har en mycket hög draghållfasthet och klarar därför drag och skjuvkrafter bra.

Motståndskraften för fläkning och klyvning är däremot mindre bra. Det är alltså viktigt att fogar utformas så att de i minsta möjliga utsträckning utsätts för fläkning och klyvning. Värmehärdade epoxilim av enkomponentstyp har generellt bättre fläkmotstånd än rumstemperaturhärdade.

Fogens arbetstemperatur är viktig att känna till. Alla limmer har temperaturbegränsningar. Ofta anges i limspecifikationen limmets HDT (Heat Deflection Temperature) eller Tg.

Vid HDT tappar limmet snabbt hållfasthet. Rumstemperaturhärdad epoxi har HDT mellan + 40° och + 70°C. I undantagsfall något högre.

Värmehärdade limmer kan klara temperaturer upp mot + 250°C.

Vidare bör man känna till skillnader i längdutvidgningskoefficient mellan limmet och de limmade ytorna. Är skillnaden stor måste limmet kunna ta upp den skjuvspänning som uppkommer vid temperaturvariationer.

Om materialen som skall limmas är sugande, d v s kan absorbera en vätska, måste hänsyn tas till detta vid val av lim.

Trä är ett exempel på sugande material. Ett lågvisköst lim med lång öppentid, kan helt försvinna in i trät och lämna fogen tom. Rätt typ av fyllnadsmedel kan eliminera den risken. I vissa fall är det nödvändigt att mätta trät med lim före den egentliga limningen.

Mycket ofta är det nödvändigt att förbehandla de material som skall limmas. Exempel på förbehandlingar kan vara avfettning, slipning, blästring, betning, primering och flamning. I slutet av detta kapitel ges ett antal förslag till förbehandlingar som kommit till användning.

Ytvätningen är direkt kopplad till förbehandlingen som till stor del går ut på att ta bort föroreningar från ytorna som skall limmas. Utöver detta ligger limmets begränsning i dess ytspänning i förhållande till underlagets ytspänning. När ojämna ytor skall limmas, måste limmet kunna fylla den fog som uppstår utan att rinna bort. Exempel är limning av stålplåt mot betong. Här kan limspalten uppgå till flera millimeter.

Limmets konsistens, eller dess rheologi, är mycket viktig. Vid appliceringen av limmet skall konsistensen vara sådan att limmet väter ytan. Efter applicering och fixering av materialen skall limmet snabbt bygga upp en tixotrop konsistens för att inte rinna ur fogen.

Vad gäller härdningsbetingelser kan sägas att lim avsett för rumstemperaturhärdning bör tillåtas härda vid +20° C. Vid denna temperatur är det lätt att åstadkomma rimliga härdningstider, samtidigt som man kan ha en någorlunda lång potlife. Epoxi kan fås att härda ner till temperaturer omkring ±0° C. Men när det gäller limmer bör gränsen sättas till c:a +10° C. Alla kemiska reaktioner är temperaturberoende, för epoxi gäller ungefär att en förhöjning av temperaturen med 10°C fördubblar reaktionshastigheten.

En efterhärdning vid förhöjd temperatur (+50 – +100°C) är ofta att föredraga. Det är nämligen så att vid rumstemperatur sker polymerisation i det närmaste linjärt dvs. med få tvärbindningar. Vid förhöjd temperatur kompletteras reaktionen med fler tvärbindningar och slutresultatet blir ett starkare lim.

Värmehärdade lim är oftast av enkomponenttyp med lång potlife vid rumstemperatur. Dessa limmer härdas som regel vid temperaturer mellan + 150°C och + 180°C. Ibland fordras en härdningscykel med vissa tider i bestämda temperaturer. Vid kontinuerlig limning används ofta maskinell utrustning för så väl blandning som dosering av komponenterna. Det är viktigt att sådana limmer tages fram i nära samarbete med limproducenten för att slutegenskaperna skall bli optimala.