Czy można złożyć samochód na klej?

Wielu producentów samochodów, w tym BMW, używa samochodowych klejów konstrukcyjnych zamiast śrub lub spawów do mocowania plastikowych okładzin do pojazdów. Zobacz naszą galerię zdjęć silników samochodowych. Johannes Simon / Getty Images

Kiedy wyobrażasz sobie linię montażową w fabryce au-to, prawdopodobnie wyobrażasz sobie spawarki, nity, śruby i wkręty łączące ze sobą wszystkie części samochodu. Możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że wielu producentów samochodów używa kleju do łączenia niektórych części w nowoczesnych pojazdach. To nie jest rodzaj kleju, który znajdziesz w plecaku szkolnego dziecka, ani rodzaj kleju samochodowego, którego możesz użyć do złożenia modelu z tworzywa sztucznego - kleje konstrukcyjne do samochodów to zaawansowane materiały zwane epoksydami, które można dostosować do wiązania prawie na każdej powierzchni i wytrzymują szeroki zakres ekstremalnych temperatur.

Używanie kleju w produkcji samochodów nie jest sposobem na pójście na skróty lub stworzenie gorszego samochodu. Nowoczesne kleje oferują wiele zalet technicznych w porównaniu z tradycyjnymi metodami łączenia dwóch części razem. W rzeczywistości kleje zwykle tworzą mocniejsze wiązanie niż materiały, które łączą. Kleje mogą być kluczem do budowy lżejszych, bardziej wydajnych samochodów, a gdy stosowane są nowe materiały, takie jak kompozyty węglowe, kleje mogą być jedynym sposobem ich połączenia, ponieważ paneli z włókna węglowego nie można spawać ze sobą.

Oczywiście kleje samochodowe nie są idealne - jest kilka problemów środowiskowych i niektórych zastosowań, w których po prostu nie działają zbyt dobrze. Które kleje najlepiej sprawdzają się w wielu różnych częściach samochodu? A jak stosowanie klejów zmieni przemysł samochodowy? Czy w rezultacie zobaczymy tańsze samochody? Jeśli tak, czy będą bezpieczne? Czytaj dalej aby się dowiedzieć.

To tylne okno zostanie pokryte klejem, zanim zostanie umieszczone na Dodge Caliber. Mary Knox Merrill / The Christian Science Monitor / Getty Images

Nakładanie kleju w produkcji samochodów jest nieco bardziej skomplikowanym procesem niż zwykłe posmarowanie go klejem i trzymanie razem dwóch części. Po pierwsze, samochodowe kleje strukturalne są wytwarzane z chemikaliów tzw epoksydy. Żywica epoksydowa składa się z dwóch części: żywicy i katalizatora. Kiedy oba składniki są połączone, katalizator zapoczątkowuje reakcję chemiczną w żywicy, a żywica rozwija swoje właściwości wiążące w miarę utwardzania mieszaniny. Czas utwardzania żywicy epoksydowej może wynosić od kilku minut do jednego dnia lub nawet dłużej. W niektórych przypadkach utwardzanie może być wspomagane przez pieczenie lub inną formę przykładanego ciepła. Niektóre epoksydy utwardzają się nawet pod wpływem światła ultrafioletowego.

Istnieją dwa powszechnie stosowane typy epoksydów: epoksydy poliuretanowe i epoksydy z matrycą szklistą. Epoksydy o szklistej matrycy są niezwykle mocne i sztywne oraz są odporne strzyżenie -- boczne oddzielenie klejonych części - przy bardzo dużych siłach. Epoksydy poliuretanowe są bardziej elastyczne, ale pękają pod wpływem sił ścinających przy znacznie niższych poziomach siły niż epoksydy z osnową szklistą. Nowszy dwustopniowy proces aplikacji o nazwie synergiczne wzmacnianie gumy nadaje epoksydom o dużej wytrzymałości większą elastyczność, dzięki czemu są mniej podatne na pękanie pod wpływem stresu [źródło: Smock].

Dodatkowym utrudnieniem procesu nakładania kleju są wyjątkowe potrzeby linii produkcyjnej w branży motoryzacyjnej. W niektórych przypadkach kleje należy nakładać na całą część samochodu w jednej partii. Po przymocowaniu i sklejeniu dodatkowych części, sekcja może wymagać czyszczenia i malowania, zanim zostaną zamocowane ostatnie elementy. Klej musi pozostawać na swoim miejscu podczas wtryskiwania cieczy w sprayu, osadzania elektrolitycznego i innych procesów montażowych. Aby uniknąć stosowania drogich pieców do wstępnego utwardzania, ta zdolność utwardzania może być wbudowana w klej, ale wymaga to wielu testów i imponującej chemii.

Najlepszym miejscem do zastosowania kleju strukturalnego jest miejsce, w którym występują również siły podstawowe kompresja, gdzie połączone elementy są zsuwane razem lub ścinanie, gdzie siła próbuje zsunąć połączone powierzchnie względem siebie, na przykład ściskając dłonie i próbując je rozdzielić.

Kleje strukturalne zwykle nie są dobre w użyciu, jeśli siła działająca na złącze rozdzieliłaby dwa elementy, ponieważ większość klejów ma słabe wytrzymałość na odrywanie. Inną złą lokalizacją dla kleju strukturalnego byłoby takie, w którym występują siły, które zginają złącze, co może pozwolić na rozerwanie, a następnie zerwanie połączenia [źródło: Gilles].

Oprócz epoksydów, pianki uretanowe są również używane w niektórych obszarach samochodu. Chociaż mają właściwości adhezyjne, pianki te są używane bardziej ze względu na ich właściwości jako szczeliwa niż jako konstrukcyjne elementy złączne.

Klej automatyczny

Dla wielu osób klej samochodowy na panelach karoserii pojazdu może nie brzmieć, ale co z klejeniem silnika? Czy klej samochodowy może wytrzymać ciepło i ciśnienie, które są w stanie wytworzyć silniki? Tak, kleje mogą być - i obecnie są - stosowane w silnikach. W rzeczywistości osłony zaworów, kolektory dolotowe i miski olejowe są zwykle mocowane za pomocą zaledwie kilku śrub i materiału klejącego, który tworzy szczelną lub nieprzepuszczającą powietrza uszczelkę lub uszczelkę.

Tata Nano wykorzystuje kleje samochodowe do mocowania paneli karoserii - i do zmniejszenia masy. FABRICE COFFRINI / AFP / Getty Images

Stosowanie klejów ma kilka głównych zalet w porównaniu z innymi metodami mocowania. Klej rozkłada obciążenia lepiej niż zgrzew punktowy lub nit. Wyobraź sobie dwa panele nadwozia, które są przymocowane kilkoma punktowymi spoinami. Za każdym razem, gdy samochód uderza w nierówność, siła uderzenia przechodzi przez samochód. Kiedy przechodzi przez te dwa panele nadwozia, spoiny punktowe przenoszą całą siłę. Prowadzi to do pęknięć naprężeniowych w okolicy spoin. Klej umożliwiłby zamocowanie paneli na większej powierzchni, rozprowadzając siłę w bardziej efektywny sposób. Dobra spoina zapewniłaby to samo, z wyjątkiem tego, że spoiny są tak sztywne, że nie przenoszą zbyt dobrze siły. Kleje, zwłaszcza epoksydy poliuretanowe, mają zdolność zginania i pochłaniania części siły, a pozostałą część równomiernie przenoszą na powierzchnię. To jeden z powodów, dla których producenci samolotów od lat stosują kleje.

Kleje pozwalają również na użycie lżejszych materiałów konstrukcyjnych. Spoiny i śruby wymagają grubych, ciężkich elementów stalowych do ich zakotwienia. Dzięki klejowi można zastosować cieńszą stal lub producent może przejść na alternatywne materiały, takie jak kompozyty aluminiowe lub węglowe. Tych materiałów nie można spawać tak, jak stal, więc kleje są często najlepszą opcją. Indyjski producent samochodów Tata zmniejszył wagę swojego ultrakompaktowego Nano po części poprzez zastosowanie klejów do mocowania niektórych paneli nadwozia.

Temperatura ma wpływ na kleje, ale epoksydy używane do montażu samochodów nie topią się, dopóki nie zostaną podgrzane do 400 stopni Fahrenheita (204,4 stopni Celsjusza) lub więcej, i nie pękają, dopóki nie zostaną schłodzone do -40 stopni Fahrenheita (-40 stopnie Celsjusza). Oczywiście są to ekstremalne różnice temperatur, których większość ludzi nigdy nie spotkałaby w swoim życiu. Dla przeciętnego kierowcy temperatura nie jest zmartwieniem.

Nie oznacza to, że kleje są pozbawione wad. Przemysł samochodowy nie ma wielu długoterminowych danych na temat stosowania klejów, a niektórzy kwestionują ich zdolność do wytrzymania do 10 lub 20 lat użytkowania. Kleje strukturalne są używane przez europejskich producentów od kilku lat, więc zaufanie do ich trwałości rośnie.

Istnieje jeden potencjalny negatywny efekt uboczny stosowania kleju - droższe naprawy. Jeśli klejona część konstrukcyjna pęknie, większość warsztatów naprawczych nie będzie dysponować urządzeniami niezbędnymi do ponownego przyklejenia kleju. Zamiast tego musieliby użyć wstępnie sklejonego elementu przesłanego przez producenta, być może zmuszając właściciela samochodu do zapłacenia za coś więcej niż tylko zepsutą część. Dobry warsztat blacharski może sobie poradzić z naprawą kosmetyczną, odcinając uszkodzony fragment i łatając nową część za pomocą klejów specjalnie zaprojektowanych do tego celu.

Chociaż kleje zyskują coraz szersze zastosowanie - obecnie ich zastosowanie w montażu samochodowym nie jest niczym nowym. Szyby samochodowe są utrzymywane na miejscu przez epoksydy poliuretanowe od dziesięcioleci, aw ciągu ostatnich dziesięciu lat producenci tacy jak Saturn, a nawet BMW mocowali plastikowe okładziny do swoich samochodów za pomocą klejów zamiast śrub lub spawów. Gdy projektanci samochodów badają nowe technologie i nowe materiały, możemy zauważyć, że użycie klejów gwałtownie wzrośnie w ciągu najbliższych kilku lat. Mimo to pewnie zawsze znajdzie się miejsce na linii montażowej dla spawacza.

Powiązane artykuły

• Co sprawia, że ​​super glue jest taki super?
• Jaki jest najtańszy samochód na świecie?
• Jak działają samoloty
• Czy włókno węglowe może rozwiązać kryzys naftowy??
• Kleje uniwersalne
• Spawalniczy

Więcej świetnych linków

• Przemysł klejów i uszczelniaczy
• Magazyn spawalniczy
• Dow Automotive

Źródła

• Przemysł klejów i uszczelniaczy. „Kleje strukturalne dla zaawansowanej produkcji samochodowej”. 1 września 2007 r. (7 sierpnia 2008 r.) Http://www.adhesivesmag.com/Articles/Cover_Story/BNP_GUID_ 9-5-2006_A_10000000000000161632
• Gilles, Kimberley. „Wykonywanie połączeń za pomocą klejów konstrukcyjnych”. Magazyn spawalniczy. (7 sierpnia 2008) http://weldingmag.com/processes/news/wdf_38771/
• Sabatini, Jeff. „Czy można skleić samochód razem?” Projektowanie i produkcja samochodów. Sierpień 1999. (8 sierpnia 2008) http://www.autofieldguide.com/articles/089903.html
• Smock, Doug. „GM będzie intensywnie wykorzystywać nowe kleje strukturalne”. Design News. 24 marca 2008 r. (8 sierpnia 2008 r.) Http://www.designnews.com/blog/Engineering_Materials/858-GM_Will_Use_ -New_Structural_Adhesives_Extensively.php