Spájanie materiálov môžeme realizovať rôznymi spôsobmi. Vždy treba zobrať do úvahy, aké materiály chceme spojiť a a aký typ spoja chceme vytvoriť. Pre trvalé spoje sa dajú využiť metódy ako zváranie či spájkovanie (letovanie), pre spojenie rôznych materiálov je vhodné zváranie za studena alebo lepenie. Rozoberateľné spoje docielime použitím lepiacich pások, suchých zipsov, klincov alebo skrutiek. Každej z metód je potrebné prispôsobiť aj samotný postup a a byť si istý, že metóda, ktorú sme zvolili, je pre daný materiál vhodná.
Ako si správne vybrať typ spoja?
Základnou otázkou pri spájaní materiálov je, či chceme, aby bol spoj pevný a trvácny alebo s ním chceme v budúcnosti variovať a potrebujeme jeho flexibilnosť. Na základe tohto kritéria delíme spoje na:
- permanentné (nerozoberateľné),
- rozoberateľné
Trvácny spoj (zvar) a rozoberateľný spoj (obojstranný suchý zips Dual Lock)
Nerozoberateľné spoje
Permanentné spoje (trvácne) slúžia hlavne k zaisteniu čo najlepšieho vzájomného pôsobenia prvkov. Tiež minimalizujú namáhanie materiálu v mieste spoja. Za permanentné považujeme spoje, ktoré nie sú jednoducho rozoberateľné. Veľmi dôležité pre výber metódy je okrem typu spoja aj to, z akých materiálov sú spájané povrchy a aké sú ich vlastnosti.
V závislosti od materiálu sú na vytvorenie permanentných spojov používané najmä:
- lepenie
- zváranie
- zváranie za studena
- spájkovanie
Poznáme aj ďalšie metódy na spájanie materiálov, ktorým sa však podrobnejšie v tomto blogu venovať nebudeme:
- drážkovanie spojené s lepením
- nitovanie
- lisovanie
Lepenie
Pomocou lepenia je možné k sebe spojiť materiály s odlišnými vlastnosťami. Výhodou lepenia je možnosť vytvorenia homogénnej a veľmi pevnej spojovacej plochy väčších rozmerov. Lepenie je možné použiť na širokú škálu materiálov, aplikácií alebo podkladov v priemyselných odvetviach i v bežných domácich podmienkach. Táto metóda sa dá dobre využiť aj pri spájaní kovov. Najmä vtedy, keď zváranie nie je možnou, či ideálnou alternatívou.
Lepenie rôznych materiálov (skla a plastu) pomocou lepidla 3M
Obe spomínané techniky sú založené na vytvorení špeciálnej medzivrstvy kompatibilnej so všetkými spojovanými prvkami (či už z rovnakých alebo rozdielnych materiálov).
Výhody lepenia kovov oproti iným metódam spájania
- Nenarušuje materiál - nemusíme robiť otvory a deformovať materiál
- Umožňuje spájať dohromady rôzne kovy - napríklad oceľ s nerezovými trubkami, hliník s oceľou a podobne
- Umožňuje lepenie tenkostenných materiálov - nemusíme sa báť o prepálenie alebo tepelné ovplyvnenie materiálu, čo by mohlo viesť aj ku strate jeho mechanických vlastností, na čo sú tenkostenné materiály viac citlivé
- Nedochádza k tepelnému ovplyvneniu materiálu - tiež nedochádza k následným deformáciám a zafarbeniam materiálu v okolí zvaru
- Lepené spoje sú samotesniace - nie je potrebné používať ďalšie tesnenia alebo tesniace materiály
- Nie je potrebné špeciálne vybavenie – na lepenie kovov častokrát stačí lepiaca pištoľ s tryskou a ochranné rukavice. Nepotrebujeme ďalšie vybavenie dielne (napr. letovačky, zváračky, spájky, drôty, horáky, fľaše s plynyom...), ako pri iných metódach
Epoxidové lepidlá na kovy
Pre vytvorenie trvácnych spojov sa častokrát používajú epoxidové lepidlá. Rozoznávame dvojzložkové (vytvrdzujú po zmiešaní dvoch zložiek lepidla) a jednozložkové lepidlá (vytvrdzujú teplotou). Podrobnejšie sme sa iným typom lepidiel na lepenie kovov venovali v tomto blogu.
Dvojzložkové epoxidové lepidlo Scotch-Weld DP490 3M
Kvôli tomu, že dvojzložkové lepidlá majú vysokú pevnosť, odolnosť voči vysokým teplotám, rozpúšťadlám aj poveternostným vplyvom, vo veľa prípadoch nahrádzajú mechanické spojovacie prvky - skrutky, nity a bodové zvary. Majú veľmi dobrú priľnavosť k rôznym povrchom - napríklad ku kovom, drevu a betónu. Pružné epoxidové lepidlá zlepia aj niektoré plasty a gumy.
Dôležitým parametrom pri dvojzložkových epoxidových lepidlách je aj doba spracovateľnosti (otvorená doba). Ide o dobu, kedy po zmiešaní zložiek lepidla ešte môžete zmes použiť na lepenie. Lepidlo musí mať dostatočnú otvorenú dobu, aby bolo možné premiešanie, nanesenie a spojenie lepených dielov. Pre menšie úkony a lepenie menej komponentov sa odporúčajú rýchlejšie vytvrdzujúce lepidlá s dobou spracovateľnosti 5 minút a menej. Naopak väčšie a komplikovanejšie projekty, ktoré si vyžadujú veľa lepenia, budú pravdepodobne potrebovať dobu spracovateľnosti 20 minút a viac.
Výhody epoxidových lepidiel
- Použitie pre rôzne materiály - lepenie kovov, dreva, betónu, kameňa, plastov
- Dobré mechanické vlastnosti - po vytvrdnutí veľmi vysoká pevnosť, trvanlivosť a odolnosť voči extrémnym vplyvom prostredia (teplotám, otrasom, nárazom, vibráciám)
- Výnimočná priľnavosť (adhézia) na väčšinu materiálov
- Dlhšia doba spracovateľnosti (otvorená doba) - doba spotrebovania od otvorenia lepidla. Vyššia je vhodná najmä pre komplikovanejšie lepenie
- Jednoduchá aplikácia
Epoxidové lepidlá zvyčajne vyžadujú čisté, obrúsené povrchy, aby sa dosiahla maximálna pevnosť spoja.
Príprava povrchu pred lepením
Pred aplikáciou lepidla je jedným z najdôležitejších krokov očistiť povrch. Práve správna príprava lepenej plochy zabezpečí, že lepený spoj bude pevný a lepené časti k sebe dobre priľnú.
Pre rôzne materiály sa príprava povrchu môže líšiť, avšak postup je podobný (napríklad sklo neprebrusujeme):
- Pri lepení kovov najskôr očistíme povrch (napr. Acetónom a čistou handričkou). Ak lepíme kovy môže sa častokrát stať, že na povrchu sú zbytky olejov alebo nečistôt z ich predchádzajúceho spracovávania. Preto je niekedy potrebné začať použitím silnejšieho odmasťovacieho prostriedku (napríklad 3M čistič určený na prípravu povrchov pred lepením)
- Keď máme povrch očistený, zľahka ho obrúsime brúsnym papierom s jemným zrnom (môžeme použiť napríklad brúsny hárok Scotch-Brite 7447 3M s veľmi jemnou zrnitosťou ). Pokiaľ je to možné, povrch brúsime v jednom smere, aby sa z vybrúsených drážok následne dali dobre vyčistiť nečistoty.
Príprava povrchu pred lepením pomocou brúsneho hárku 3M
- Po zbrúsení povrchu je dôležité ho otrieť od nečistôt - napríklad handričkou s izopropyl alkoholom. Povrch je dobré čistiť handričkou až do doby pokiaľ na nej nie sú žiadne nové nečistoty a zbytky.
- Vždy pred nanesením lepidla je potrebné nechať vypariť rozpúšťadlá a chemikálie, ak sme ich pri príprave povrchu použili
Postup lepenia s dvojzložkovým epoxidovým lepidlom a aplikačnou pištoľou
Ak využívame dvojzložkové lepidlá, je potrebné zmiešať obe zložky v správnom pomere. Dvojzložkové lepidlá 3M sú dodávané v kartušiach s dvomi komorami, pričom v každej komore je jedna zložka lepidla. Pre použitie dvojzložkového lepidla sa používa ručný aplikátor (pištoľ) so zmiešavacími tryskami.
Aplikátor so zmiešavacími tryskami, lepidlom na kov DP490 a brúsnym hárkom 7447 3M
- V prvom kroku do pištole vložíme kartušu s lepidlom. Ak už sme lepidlo použili pri predchádzajúcom lepení a máme v kartuši zasunutú pôvodnú zmiešavaciu trysku, je nutné ju pootočením a odobratím vymeniť). Trysku je po lepení dobré nechať v lepidle, aby nedošlo k zatuhnutiu lepidla vo vnútri kartuše a dalo sa použiť pri ďalšom lepení.
Poskladanie aplikačnej pištole a nasadenie kartuše s lepidlom
- Pri manipuláciou s lepidlom odporúčame najskôr nasadiť si ochranné rukavice
- Pred vytlačením lepidla na lepené materiály je potrebné naplniť zmiešavaciu trysku, takže odporúčame vytlačiť kúsok lepidla mimo. V tryske je vidieť, ako sa lepidlo premiešava - z trysky už vyteká správne namiešané lepidlo pripravené na lepenie
- Na lepený povrch aplikujeme lepidlo. Vždy je dobré aplikovať trochu viac lepidla, aby sme mali istotu, že spoje sú dobre prepojené. Po zatuhnutí je možné zbytky lepidla očistiť.
Aplikácia dvojzložkového lepidla DP490 3M na lepený povrch
- Rýchlosť aplikácie a tiež tvrdnutie závisí od receptúry lepidla, a tiež času potrebného na úplne vytvrdnutie (je uvedený na obale alebo v technickom liste). Chemické reakcie prebiehajú rýchlejšie pri vyšších teplotách, ako pri nižších teplotách. Po vytvrdnutí vzniká veľmi silné lepidlo, ktoré sa veľmi ťažko odstraňuje, nedá sa rozpustiť chemicky, iba mechanicky.
Ďalšie metódy na vytvorenie trvácnych spojov
Zváranie
Zváraním sa tvoria pevné permanentné spoje kovov alebo polymérov – štandardne sa jedná o jednodruhové spájanie. Pri zváraní sa nataví vrstva kovu vysokou teplotou - to sa tradične robí elektrickým oblúkom, ale do praxi sa stále viac objavuje tavenie svetlom - laserové zváranie. Zváranie je spoľahlivým a mechanicky odolným spôsobom spájania materiálov, no môže sa stať, že pri spájaní produktov vyrobených z rozličných kovov sa nie vždy dá aplikovať - napríklad pri spájaní výrobkov z ocele a hliníka.
Výsledok zvárania skla s kovom – sklo sa zvárať nedá (skúšali sme to :) )
Zváranie za studena
Zváranie za studena (nazývané aj kontaktné zváranie) patrí, možno prekvapivo, medzi najstaršie metódy spájania kovov. Zváraním za studena je možné spojiť aj rozdielne kovy bez použitia významného množstva tepla, čo ho odlišuje od tradičných zvráracích techník. Aj preto si mnohokrát ľudia túto metódu mýlia s lepením kovov, ktoré chybne nazývajú aj zváraním za studena.
Zváranie za studena vyžaduje veľmi čisté a hladké povrchy, medzi ktorými sa vytvorí spoj pôsobením vysokého tlaku. Princípom je priblíženie povrchov zváraných materiálov až do bodu, kedy dochádza k interakcii medzi atómami kovu, ktoré nedokážu rozlíšiť, že sú súčasťou rôzynch kusov. Tým je umožnený vznik pevnej kovovej väzby. Počas zvárania za studena nedochádza k topeniu kovov, ani ku jeho nahrievaniu na povšimnuteľnú teplotu.
Zváranie tlakom za studena sa využíva hlavne pri spájaní rôznorodých kovov, alebo v prípade, že je potrebný veľmi silný zvar. Zvárané plochy musia byť rovné, mechanicky aj chemicky očistené. Po očistení sa kovy môžu zlisovať, ale materiály musia byť tvárne a nemali by prejsť silným kalením. Práve preto sa na zváranie za studena hodia mäkšie kovy (napríklad hliník, mosadzné zliatiny, meď, zinok, striebro a jeho zliatiny, nikel, zlato...). Na zváranie za studena sa teda využívajú lisy, valcovacie zariadenia a podobne.
Spájkovanie (letovanie)
Spájkovanie (inak nazývané aj letovanie) je proces spájania kovových aj nekovových dielov roztavenou spájkou. Častokrát sa pri ňom na očistenie spájkovaných plôch od nečistôt a zoxidovaných kovov, tzv. oxidov používa tavivo. Tavivo chráni materiály od oxidov už existujúcich aj vznikajúcich pri spájkovaní (reoxidácia) - materiály teda chráni pred ďalšou oxidáciou aj počas samotného spájkovania.Na roztavenie spájky sa používajú spájkovačky alebo plameň (plameňové horáky).
Letovanie je vhodným spôsobom spájania kovov - napríklad drôtov. Na rozdiel od zvárania, ktoré vyžaduje aspoň základné zváračské vybavenie a tiež úspešne zložené zváračské skúšky, letovanie sa dá zvládnuť aj bez väčších nárokov na vybavenie dielne, zručnosti alebo na materiál.
Spájkovanie vo všeobecnosti poznáme:
- mäkké,
- tvrdé.
Mäkké spájkovanie je pri teplote okolo 300 stupňov Celzia. Tvrdé spájkovanie je pri teplote okolo 700 stupňov Celzia. Kedy sú vhodnejšie tvrdé a kedy mäkké spájky sa dočítate aj v našom blogu.
Rozoberateľné spoje
Rozoberateľné spoje vytvárajú dostatočne pevnú zostavu, ktorá je však na rozdiel od permanentných jednoducho rozložiteľná. Rozoberateľné spoje sa nezakladajú na vytváraní adhéznej medzivrstvy. Sú najčastejšie využívané pri aplikácii tesárskych spojov či inštalácii spojovacích prvkov. Rozoberateľné spoje sa často používajú na prvkoch z masívneho dreva alebo drevených lepených kompozitoch.
Vytvorenie rozoberateľného spoja môžeme dosiahnuť pomocou:
- spojovacích prvkov – skrutiek, matíc, podložiek, kolíkov, čapov, klinov, klincov...,
- jednostranných či obojstranných lepiacich pások a suchých zipsov
Pri spájaní materiálov by sme mali vopred zvážiť statické požiadavky a konštrukčné vlastnosti spájaných materiálov.
Rozoberateľné spoje kovov s lepiacou páskou
Okrem použitia kvalitných lepidiel 3M vhodných na rôzne materiály s cieľom permanentných spojov, môžeme využiť širokú škálu jednostranných, obojstranných pások, či suchých zipsov na spoje rozoberateľné.
Špecifickými sú obojstranné suché zipsy série Dual Lock 3M, ktoré fungujú na princípe do seba zapadajúcich hlavičiek v tvare hríbiku.
Obojstranný suchý zips Dual Lock pre rozoberateľné spoje
Suchý zips jednoducho spojíte a v prípade potreby rozpojíte. Perfektne nahrádzajú skrutky, svorky, západky a nity. Veľkou výhodou je, aj to, že je možné viacnásobne spoj spojiť a rozpojiť a to bez poškodenia podkladu.
Príklad použitia obojstranného suchého zipsu Dual Lock 3M
Jednostranné a obojstranné lepiace pásky na pohodlné spájanie materiálov
Na výber tiež máme pomerne široký sortiment baliacich, označovacích, maskovacích, duct tapes pások, penových či VHB (vysokopevnostných) akrylových pások.
Obojstranné lepiace pásky s ľahkosťou zvládnu spojiť nielen kovové materiály, ale aj poskytnú dokonalé spojenie s primeranou mechanickou odolnosťou spojov.
Určite jednou z najväčších výhod lepidiel a lepiacich pások je eliminácia vŕtania otvorov a jednoduchá aplikácia aj v miestach s problematickým prístupom. Ak je pre vás dôležité nielen materiály spoľahlivo spojiť, ale aj dobre utesniť, zvoľte obojstranné lepiace pásky. Ak chcete zároveň vyplniť nežiaduce medzery, vhodné budú tekuté lepidlá. Lepiace pásky môžete využiť nielen na lepenie. Napríklad elektroizolačné pásky rôznych farieb môžeme okrem základnej funkcie použiť napríklad aj na prehľadné označenie káblov alebo potrubí.
Použitie jednostranných pások na označovanie potrubí
Lepidlá aj lepiace pásky od 3M zvládnu akýkoľvek materiál. Okrem spoľahlivého a dlhotrvajúceho lepenia kovov, ukážu svoju kvalitu aj pri materiáloch, ako sú drevo, kameň, textil či koža. Pokojne ich však môžete použiť aj na lepenie klasických tvrdých technických plastov, na spájanie výrobkov z plastov s nízkou povrchovou energiou (LSE) či výrobkov vyrobených z polypropylénu, polyetylénu či polystyrénu.
Obojstranná vysokopevnostná páska VHB
Ako na spájanie rôznych materiálov?
Pri spájaní materiálov sa vždy najskôr treba rozhodnúť či výsledkom bude nerozoberateľný alebo rozoberateľný spoj. Pre spájanie rozdielnych materiálov sú vhodné metódy ako lepenie alebo zváranie za studena. Zváraním je možné docieliť zväčša iba jednodruhové spájanie - preto je vhodné pre trvácne spoje rovnakých kovov. Zváranie za studena sa dá použiť aj pri spájaní rôznych kovov, avšak sú naň potrebné špeciálne zariadenia. Vhodnou alternatívou tam, kde sa nedá využiť zváranie, je lepenie. Pre vytvorenie permanentného spoja sú vhodné dvojzložkové lepidlá s výnimočnou priľnavosťou na mnoho povrchov (kovy, kovy so sklom, kompozitmi a podobne). Ak potrebujeme rozoberateľný spoj, môžeme siahnuť po suchých zipsoch, ktoré zabezpečia viacnásobné spojenie a rozpojenie a to aj bez poškodenia základného povrchu.
Jana B.
