Inledning

När man limmar så tillför man ett material, limmet, vilket utgör det sammanbindande materialet mellan två ytor. Limning med organiskt material innebär enkelt uttryckt att man svetsar eller löder, med den skillnaden att tillsatsmaterialet oftast är plast i stället för metall. När man svetsar eller löder krävs värme för att få tillsatsmaterialet flytande. Det behövs oftast inte för organisk limning då tillsatsmaterialet som regel flyter ändå - utom när man använder sig av smältlim. Även vid oorganisk fogning kan påföringen ske utan uppvärmning. Någon gång under ett lims liv kommer det dock att vara i flytande form, om inte förr så vid själva stelningen/härdningen, (några få undantag finns dock). Alla lim kan vid appliceringsögonblicket klassificeras som antingen organiska eller oorganiska material. Dessa grupper kan sedan delas in i undergrupper, se denna bild.

limtyp organisk naturlig blod djurdelar stärkelse sybtetisk epoxi polyuretan fenol polyester vinyl akrylat imid imidazol dubbelhäftande tape tejp häftämne oorganisk cement portland aluminat fosfat sorel etylsilikat lera kaolin lod glas glaskeram keramik aktivt lod keramiska lim baserade på oorganiska bindemedelepoxy

Översikt över olika limgrupper

En nordisk + engelsk ordlista med vanliga limtermer finns här.

Limtyper

Teknisk kemi är ekonomisk kemi. Det hjälper inte att göra världens bästa lim om priset gör det omöjligt att sälja det. Å andra sidan hjälper det inte om ett lim är billigt, om det inte uppfyller funktionskraven. Vid formulering av ett lim strävar man alltid efter att uppfylla sex huvudkrav:

  • Lagringsbeständighet. Det är många egenskaper som kan förändras vid lagring.

  • Limmet skall kunna påföras med avsedd metod. Det är stora skillnader på manuella och automatiserade metoder.

  • Limmet skall ge en tillfredsställande vidhäftning.

  • Limmet skall stelna/härda på ett riktigt sätt.

  • Limmet skall medföra minsta möjliga hälsorisk.

  • Priset på limmet bör vara så lågt som möjligt.

Råvarukostnaden utgör en stor del av limmets pris. Det är väsentligt att komma ihåg att de flesta råvarors pris anges per kilo. De flesta lim säljs dock efter volym. Det är alltså literpriset och ej kilopriset som är viktigt. Även produktionssättet har inverkan på priset, enbart blandning kostar mindre än t ex dispergering. Man brukar säga att priset per liter lim eller per kvadratmeter limmad yta ej är avgörande, speciellt inte om appliceringskostnaderna är inräknade. Viktigast för kunden är priset per kvadratmeter per bruksår, dvs att man tar hänsyn även till långtidsegenskaperna.

På marknaden finns en mängd olika limtyper. När det gäller organiska lim finns 100-talet basplaster och 1000-tals olika lim från olika leverantörer. Dessa levereras i tunnor, patroner, flaskor och tuber etc, se denna bild.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

Det finns en mängd olika typer/formuleringar av limtyper. Klicka på bilden för att se en förstoring!

Genom en grovsållning kan man dock få en överblick av de olika limtyperna genom att dela in limmen efter hur de övergår från flytande till fast form. Denna övergång kan ske antingen genom fysiskt eller kemiskt stelnande.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

limtyp fysiskt stelnande kemiskt stelnande härdning torkande avsvalnande torkning från vatten lösningsmedel lim silikat soler vattenglas grön styrka lim silikat etylsilikat avsvalning varmt lim kallt material varmt lim varmt material limapplicering stelning värmeaktivering smältlim lod härdning genom härdare katalysatortillsats tvåkomponentslim sorel cement fosfat uppvärmning enkomponentslim silikat vattenglas slutstyrka soler lera kaolin etylsilikat keramiska lim inverkan av miljö hydrolisering karbonatisering fukt strålning cement portland aluminat gips kalk enkomponentslim cyanoakrylatlim PUR-lim fukt anaeroba lim frånvaro av fukt IV IR härdande lim strålning

En grovsållning av limmen fås genom att dela in dem efter hur de övergår från flytande till fast form. Detta ger samtidigt en fingervisning om limmets produktionsmöjligheter och hållfasthetsegenskaper. Klicka på bilden för att se en förstoring! Bilden kan ses som ett dynamiskt träd här.

Om bilden utvecklas ytterligare fås en mer specificerad uppdelning. De organiska limtyperna markeras med --- linje.

Här följer en mer ingående beskrivning av några olika limtyper.

Torkande lim

I de torkande limmen föreligger limbindemedlet löst i lösningsmedel eller dispergerat i vatten. Genom avdunstning eller torkning övergår limmet till fast form. På grund av de hälsorisker som är förknippade med lösningsmedelsbaserade lim sker en övergång från dessa till vattenbaserade typer. De vattenbaserade limmen har dock ofta ej lika god hållfasthet. Det tar dessutom längre tid för vattnet att avgå än för lösningsmedlet. Vattenhalten är oftast högre än lösningsmedelshalten, 50 % respektive 20-30 %.

Inom gjuteriindustrin används silikater som bindemedel. Etylsilikat som är lösningsmedelsbaserad med 80 % alkohol ersätts i dag allt mer med kiselsyrasoler, vilka är vattenbaserade. Samma gäller här som för de organiska limmen, att hälsorisker, brandfara etc minskar. Avgångstiden för vatten är längre.

Någon av adherenterna måste vara genomsläpplig för avgående lösningsmedel respektive vatten. Instängda flyktiga beståndsdelar försvagar annars fogen. Det gör att man får vara försiktig att nyttja denna limtyp för täta material.

Eventuellt kan dock kontaktlimning användas. Limmet appliceras då på båda ytorna varefter det mesta av lösningsmedlet avdunstar innan ytorna pressas samman.

Avsvalnande lim

Organiska lim i denna grupp benämns ofta smältlim eller hot melts (Anm. engelsk beteckning). Dessa lim är baserade på termoplaster, vilket gör att övergången från fast till flytande form är reversibel. Appliceringstemperaturen måste vara högre än användningstemperaturen, vilket kan innebära att limning av exempelvis plast ibland kan vara omöjligt. Vissa smältande lim såsom polyamid- och polyesterlim kan även oxidera i smältan, varför skyddsgas måste användas. Då organiska smältlim kyls fort vid kontakt med fogytan finns risk för att limmet stelnar innan en färdig fog hunnit bildas. Detta kan avhjälpas genom att förvärma fogytan eller att använda ”skummat” smältlim. Inblandning av gas, normalt kväve eller koldioxid, ger ett lim som har längre öppettid då värmen bevaras längre, samtidigt som värmeenergin överförs till en större yta.

Smältlimmet kan även appliceras för att stelna och sedan åter värmas strax före sammanfogningen. Smältlim som påförs i fast form förekommer också.

Smältlimmet har många fördelar ur applicerings- och miljösynpunkt, då oftast inga lösningsmedel ingår. Oftast är dock hållfastheten och temperaturbeständigheten otillräcklig.

Idealet är ett ” strukturellt” smältlim som kan appliceras som ett smältlim men härdar. Smältlimmets appliceringsfördelar kombineras då med funktionsfördelarna hos ett kemiskt reaktivt lim. Sådana polyuretan- och epoxibaserade lim har nu framtagits. När detta reaktiva smältlim appliceras fungerar det som ett vanligt smältlim och ger snabbt initial limeffekt. Styrkan i limfogen fortsätter emellertid att växa genom en härdning som för polyuretanlimmets del utlöses av omgivande fukt.epoxy

Härdande lim

I denna grupp inbegrips de lim som vi i projektet kallar strukturlim. Hållfastheten samt motståndet mot kallflytning, värme och kemikalier är hos denna grupp i allmänhet bättre än hos andra limtyper.

Övergången från flytande till fast form sker genom en kemisk reaktion. Detta är den mest kvalificerade gruppen lim och den är i huvudsak lämpad för fogning av påkända komponenter.

Nedan följer en kort sammanfatt-ning av olika härdande limtyper. Limmen beskrivs i kapitel 10 ”Hälsorisker/ arbetarskydd” också ingående vad gäller arbetsmiljö.

Klicka på bilden för att se en förstoring!
epoxilim enkomponent seg värmehärdad tvåkomponent seg RT-härdad tvåkomponent snabb RT-härdad tvåkomponent hård värmehärdad enkomponent hård värmehärdad tvåkomponent hård RT-härdad epoxy

Skjuvhållfastheten som funktion av temperaturen för olika epoxilim. Beroende på härdtemperaturen kan olika slutegenskaper fås på limmet, se limtyp med streckmarkering. Klicka på bilden för att se en förstoring! epoxy

Epoxilim

Epoxilim är den mest spridda limtypen bland härdlimmen och betraktas som ett ” allround”-lim. Epoxilim är tillgängligt både i flytande och fast form och som en- respektive tvåkomponentslim. Adhesionen är god mot de flesta material. Krympningen är minimal då ingående ämnen åtgår vid härdningen. Vissa epoxiprodukter kan orsaka hudirritation och allergi som kontakteksem, varför epoxi ofta anses vara ett problem ur arbetshygienisk synpunkt. epoxy

Värmebeständigheten är relativt god. Sortimentet är stort varför man i princip kan få ett ” skräddarsytt” lim med önskad skjuvhållfasthet. Detta värde är dock beroende av temperaturen. Limmet bör värmehärdas för att erhålla bästa slutegenskaper.

Polyuretanlim

Polyuretan i limsammanhang är av relativt sent datum. Denna limtyp är tillgänglig både i en- och tvåkomponentsform och bildar liksom epoxi starka och hållbara fogar mellan många material. Härdande polyuretanlim är vanligen av tvåkomponentstyp, men även enkomponents fukthärdande lim börjar få större användning. Polyuretan karakteriseras av bättre fläkhållfasthet och köldbeständighet samtidigt som adhesionsförmågan mot många organiska material oftast är bättre än för epoxilim.

MS-polymerlim

MS-polymerlim har sitt ursprung i Japan och utvecklades av det japanska företaget Kanegafuchi på 1970-talet. Förutom att vara ett bra lim till jordbävningsområden, utvecklades det för att kunna vara ett alternativ till silikonlim, som kan ha problem med övermålningsbarhet, och PUR-lim, som kan vara känsliga för UV-ljus.

MS-polymerlim bygger på en härdningskemi som inte innehåller några isocyanater. MS-polymer är en reaktiv polymer som består av PPO, polypropylenoxid och dimetoxisilyl som funktionell ändgrupp på molekylkedjan.

Limmet finns i en- och tvåkomponentsform och härdas liksom polyuretanlim vid rumsteperatur.

Cyanoakrylatlim

Detta är ett enkomponentslim, vilket härdar med hjälp av fukten på de ytor som skall limmas samman. Limningen sker på sekunder i rumstem-peratur. Limmet har god vidhäftningsförmåga mot de flesta material. Cyanoakrylatlim används främst för fogning av mindre ytor i nära kon-takt. Värme- och miljöbeständigheten hos limfogen är dock begränsad.

Till gruppen cyanoakrylater hör de så kallade superlimmen. Genom att låta formaldehyd och alkyl-2-cyanoakrylat reagera fås ett lim som efter applicering snabbt polymeriseras. För härdning räcker den fukt som finns på huden för att limmet ska härda sekundsnabbt, varför man bör handskas försiktigt med den om man vill undvika ihoplimmade fingrar.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

Recept på cyanoakrylatlim, (”superlim”). Klicka på bilden för att se en förstoring!

Akrylatlim (SGA - Second Generation Acrylics)

Detta är ett lim av tvåkomponentstyp vilket kan separatappliceras. Blandning av harts och härdare behöver alltså ej ske innan applicering. Modifierade lim klarar av att foga samman ytor som ej är helt rengjorda från olja. Härdtiden är några minuter. Värme- och miljöbeständigheten är god. Limmet är dock ej lämpligt för fyllande fogar. Nya akrylatlim har dock tagits fram som gör fogfyllnad möjlig.

Anaeroba lim

Detta är ett enkomponentslim, ofta av akrylattyp, som i frånvaro av luft härdar på några minuter. Denna limtyp kräver oftast rena ytor. Vanligtvis förekommer anaeroba lim vid olika typer av monteringsarbeten.

Metylmetakrylatlim

Metylmetakrylatlim är kemiskt nära besläktade med metakrylatlim. Deras främsta användningsområde är ursprungligen limning av polymetakrylatplast (PMMA). För konstruktionslimning används tvåkomponent härdlim.

Silikonlim

Detta lim finns både som en- och tvåkomponentstyp. Mest känd är silikon som härdar med fukt och som vid härdningen avspaltar ättiksyra. Hållfastheten är relativt låg. Beständigheten mot värme (250-300 o C) och kyla är däremot mycket god, liksom miljöbeständigheten. Priset är relativt högt samtidigt som härdtiden är relativt lång. Hög fuktighet och förhöjd temperatur ger dock kortare härdningstid. Silikonlim är baserat på kisel. Silikoner är mjukhållfasta och behåller sin elasticitet även vid låg temperatur. Vid fogning av glas är silikon en av de få limtyper som ger långvarig hållfasthet.

PVC-plastisollim

Denna limtyp används framför allt i bilindustrin för limning/tätning av karosseridetaljer och för förstyvning av bagageluckor och motorhuvar.Plastisolen är en dispersion av PVC-partiklar i en mjukgörare, som vid uppvärmning gelar till en fog av mjukgjord PVC.

Fenollim

Fenollim används både inom flyg-och bilindustrin för påkända konstruktioner, t ex för bromsbelägg, vilka kommer att utsättas för värme. Jämfört med t ex epoxi är limtypen något spröd. Ofta kombineras fenollimmet med en annan limtyp, exempelvis epoxi eller resorcinol. Fenollimmet är värmebeständigt och tål kortvarigt temperaturer på 250-300 °C.

Polyimidlim

Polyimidlim är härdande lim med mycket god värmebeständighet (350 °C). Det finns både som lösningsmedelsbaserade lim, pastor och i filmform. Priset är högt och härdningsprocessen kan vara omständlig.

Polyimidazollim

Denna limtyp som är termoplastbaserad, är den som i dag har bäst värmebeständighet (350 °C). Den är dock än mer svårhanterlig än polyimidlimmen och bibehåller inte sin hållfasthet under lika lång tid.

Det är viktigt att ha i åtanke att de så kallade högtemperaturlimmen har framställts främst för att motstå höga temperaturer. Detta sker på bekostnad av andra egenskaper; så är t ex hållfastheten vid rumstemperatur ofta lägre för dessa lim än många andra konstruktionslim.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

Jämförelse av hållfastheten mellan ett polyimidazol- och ett polyimidlim under åldring. Klicka på bilden för att se en förstoring!

Oorganiska lim

Denna handbok/rettingsvisare presenterar främst organiska, härdande lim, men för att få en komplett bild av tillgängliga limtyper följer en kort sammanfattning av olika härdande oorganiska limtyper.

Silikater (alkali/etyl) och soler återfinns i bild 3 både i gruppen för torkande och härdande lim. Detta beror på att de genomgår en första torkande fas innan den slutliga härdningen. De kan alltså inte enbart skrivas in i en av grupperna utan återfinns i båda.

Cementbindemedel

Renodlade oorganiska cement kan klassas i tre huvudtyper utifrån deras härdningsbeteende enligt nedan. Även om blandningar av olika typer av härdningsbeteende kan förekomma kan de tre typerna nedan tjäna som vägledning för olika oorganiska bindesystem. En av nedanstående tre typer får anses som dominerande för varje typ av oorganiskt bindesystem.

Reaktion:

MO + H3PO4 -> M(HPO4) + H2O

Utfällning:

n[Si(OH)4] -> [SiO(OH)2]n + nH2O

Hydraulisk:

3CaO•SiO2 + H2O -> Ca(OH)2 + xCaO•ySiO2•aq (generell formel)

2(3CaO•SiO2) + 6H2O -> 3Ca(OH)2 + 3CaO•2SiO2•3H2O (fullständig hydratisering)

Den första gruppen, reaktionsbindning, omfattar t ex olika typer av fosforsyra och fosfatbindemedel.

Till den andra gruppen, utfällningsbindning, som innebär att det bildas geler vid torkning eller förändring av syra-basförhållandet (pH) hör alkalisilikater, soler och kiselsyraestrar, dvs etylsilikat.

Den sista gruppen, hydraulisk bindning, innebär att bindemedlen ifråga kan vara mycket lite lösliga i vatten men reagerar med vatten till nya strukturer. De hydrauliska systemen har också förmågan att binda vid vattenöverskott, t ex härdar betong under vatten. I den här gruppen hamnar portlandcement, aluminatcement samt en del mindre vanligen använda, puzzolancement, slaggcement etc. Kalkbaserade system har inslag av hydratisering, men även av reaktioner med t ex karbonater ur luften. I denna bild visas hur hydratisering av cement går till. För organiska lim har PVC-plastisoler ett liknande beteende.

Klicka på bilden för att se en förstoring!
cementkorn vatten luddiga gelpartiklar växer hydratiseringen ofullständig gelen fyller ej ut varför kapillärporer bildas hydratiseringen total

Bildandet av cement. Vct anger vatten/cement-talet, dvs viktförhållandet vatten:cement. Beteckningen V/C förekommer också. Klicka på bilden för att se en förstoring!

Gips hör också till gruppen cementbindemedel. Gips skiljer sig från andra hydrauliska cement genom att en högkristallin produkt bildas direkt. För hydrauliska cement blir slutprodukten aldrig helt kristallin. Gips har dessutom avsevärt lägre styrka än silikat- och aluminiumbaserad cement och måste fyllas med olika fillermaterial för att kunna bära någon last. Dessutom är fuktbeständigheten liksom temperaturbeständigheten begränsad på grund av sönderdelning av dihydrat, CaSO4 x 2H2O, vid temperaturer över ca 50-60 °C.

De olika cementen ger bindning, isolering och tätning inom ett brett temperaturintervall från rumstemperatur upp till temperaturer motsvarande eldfasta material. Vid rumstemperatur svarar adhesion för bindning och vid ökande temperatur blir kemiska bindningar och/eller reaktioner mellan bindemedel och adherenter dominerande. Cementen är fullständigt oorganiska och har bra vätning, nötningsmotstånd, elektrisk isolering etc.

Till gruppen cement hör också fosfaterna. Dessa erhålls genom reaktioner mellan fosforsyra och andra föreningar såsom natriumsilikat, vissa metalloxider eller metallhydroxider. Ett mycket vanligt fosfatcement är baserat på aluminiumfosfat men även andra metalloxider, t ex magnesium, krom och zirkonium förekommer. Vid upphettning till ca 300 °C eller mer sker olika typer av reaktioner i fosfatet. Fosfaterna kan sägas ha bra bindningsegenskaper från ca 300 °C och uppåt. Den övre gränsen beror på vilka material som fogas samman. Fosfatet själv börjar dock sönderdelas vid ca 1 500 °C. Fosfater kan i princip användas för fogning av keram till metall. Man måste dock beakta att sura fosfater korroderar, t ex järn och zink. Förbehandling av metallytan krävs i så fall. Fosfaterna är inte brand- och explosionsfarliga, men är korrosiva mot hud och ögon. Vid spill på hud etc måste denna sköljas i rikligt med vatten och läkare bör därefter kontaktas, framför allt vid stänk i ögonen.

Sorelcement är ett basiskt cement baserat på magnesiumoxiklorid. Cementet levereras normalt i två komponenter; MgO respektive MgCl2, vilka blandas med vatten vid applikationen. Sorelcement har bättre kemisk såväl som högtemperaturresistens än portlandcement och normalt även bättre mekanisk hållfasthet. I början av 60-talet utvecklades ett självpolymeriserande bencement av Charnley. Detta cement var baserat på PMMA - polymetylmetakrylat. Dessvärre har det visat sig att cementet har haft brister både i den mekaniska styrkan såväl som i vävnadsvänligheten. Detta har inneburit att t ex vissa höftleder i dag fixeras utan använd-ning av något cement alls.

Silikat

De silikattyper som beskrivs här är alkalisilikater (vattenglas) och etylsilikat. Andra lösliga silikater inkluderande ammonium och amin kan tillverkas, men deras användning torde vara mycket begränsad. Intorkade lösningar finns att tillgå av vissa sammansättningar. Dessa har främst sin användning inom eldfasta tillämp-ningar.

Alkalisilikater - i dagligt tal vattenglas, bestående av natrium-(Na), kalium-(K) eller litium-(Li) silikat är färglösa och billiga material. Alkalisilikaternas sammansättning redovisas ofta som ration (förhållandet) SiO2:M2O i mol eller vikt (M = Na, K, Li). Ett vattenglas med högt ratio (hög SiO2-halt) har bättre temperaturtålighet. Alkalisilikater lämpade för limning anges ofta ha ration inom området 2.8 - 3.2, dvs är relativt högratioglas. Dessa silikater härdar redan vid liten vattenförlust, vilket innebär snabb övergång från flytande till fastare fas. I alkalisilikaterna finns Si-O-Na-grupper som inte är så benägna att binda till varandra utan mer till omgivningen. Bindningen främjas genom utbildning av kovalenta, elektrostatiska eller van der Waals krafter. Vätebindningar med Si-OH-grupper kan även förekomma. Andelen fria Si-OH-grupper, som gärna reagerar med varandra till permanenta bindningar, är låg i alkalisilikater och därför har inte denna bindningstyp så stort inflytande.

I ett första steg torkas alkalisilikatfogen vid en temperatur av 450- 500 °C. Att torktemperaturen är såpass hög beror på att vatten till viss del kan bindas upp i silikatstrukturen. När det gäller Na-silikater får man vara försiktig med alltför snabba torkhastigheter då silikaten annars kan skumma. Genom inblandning av lera eller talk kan skumningsproblemet reduceras. För K-silikat är risken för skumning betydligt mindre.

Innan fogen reagerat med koldioxid (CO2) är den torkade alkalisilikaten spröd och fuktkänslig. Fogen kan då under fuktiga förhållande helt eller delvis lösas upp i vatten. Liksom solerna har silikaterna normalt liten ”klibbning” och fogen måste fixeras under härdningen.

Alkalisilikaterna är normalt resistenta mot temperaturer upp till ca 1 000 °C, i vissa fall mot ännu högre temperaturer. Eftersom det är ett helt oorganiskt material är risken för mögel- och bakterieangrepp liten. Undersökningar av bindning mellan vattenglas och metall visar att starka bindningar kan utbildas.

Etylsilikat består av SiO2 löst i alkohol. Bildningen av en limfog i etylsilikat påminner mycket om den för kiselsyrasoler. Den största fördelen med etylsilikat är den snabbare torkningen på grund av alkoholens snabba förångning. Nackdelar är stor brandfara och hälsoaspekter i samband med höga alkoholhalter (normalt ca 80 %) samt högt pris. Etylsilikater har i dag stor användning som bindemedel vid tillverkning av gjutskal inom precisionsgjuterier, men en allt större övergång till de vattenbaserade solerna sker i dag. Härav pågår utveckling av mer snabbtorkande/härdande soler genom modifieringar och tillsatser.

Användning av etylsilikat som bindemedel i bl a zink innehållande skyddsfärger för stål rapporteras. Förmodligen finns även andra skyddsfärger som kan ha etylsilikat som bindemedel.

Soler

Soler består av kolloidala partiklar (nanometer stora) i vatten. Solpartiklarna är amorfa och för kiselsyrasoler perfekt sfäriska. Solerna kan vara monodispersa eller ha flera storleksfördelningar. För SiO2-soler, som är den vanligaste, finns ett antal produkter med olika solpartikelstorlek och torrhalt. Normala värden är t ex 5 nm och 30 % torrhalt. Viskositeten på en sådan sol ligger i närheten av vattens. Solerna är normalt mycket dåliga bindemedel vid låga temperaturer. Limningsförmågan är liten och en fog måste fixeras innan härdning skett. Under åldring reagerar de reaktiva hydroxylgrupperna med varandra till permanenta bindningar under vattenavspjälkning. Reaktionen innebär molekylviktsökning och minskad möjlighet för Si-OH-grupperna att binda till andra grupper. Under torkningen sker krympning, vilken kan vara besvärlig och ge upphov till sprickbildning. Solfilmen krymper och spricker upp på grund av att solpartiklarna har mycket liten bindningsstyrka till varandra. Under en sols polymerisation kan man särskilja mellan tillväxt till större solpartiklar genom att små partiklar smälter samman till en större partikel eller uppbyggnad av tredimensionella gelnätverk där ett stort antal solpartiklar länkas samman i rymden. Vilken typ av polymerisation man får styrs i varje enskilt fall av pH och salthalt, vilket schematiskt visas i denna bild.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

Polymerisation av kiselsyrapartikel. Om salt saknas, B, tillväxer partikeln till en större solpartikel. Finns däremot salt närvarande, A, fås en gel i form av ett tredimensionellt nätverk. Klicka på bilden för att se en förstoring!

 

Den egentliga bindningen inträffar då solpartiklarna börjar sintra samman och ökar normalt med temperaturen upp mot ca 1 400 °C innan partiell mjukning sker. Ren SiO2 smälter vid ca 1 700 °C, men de flesta soler innehåller några tiondels % alkali, vilket sänker smältpunkten ganska avsevärt. Jämfört med alkalisilikaterna är solerna ett mera HT-bindemedel. För ökad högtemperaturtålighet kan kiselsyrasoler stabiliseras med t ex ammonium istället för alkali eller modifieras med Al2O3 så att mullitbildande soler erhålls. Förutom SiO2-soler, som är de vanligaste, finns i dag även modifierade SiO2-soler, Al2O3-soler, Y2O3-soler, ZrO2-soler etc. De två senare typerna är avsevärt dyrare och har begränsad användning.

Keramiska lim och pastor

I jakten mot allt högre arbetstemperaturer har man kommit över till tanken på att använda helt oorganiska lim. En utgångspunkt är den sedan länge kända emaljeringstekniken, vilken ger starka skikt på metaller.

Keramiska lim, vilka finns i ett antal produktnamn, består huvudsakligen av ett keramiskt pulver (oxid), t ex Al2O3, SiO2, MgO eller ZrO2, som dispergerats i ett oorganiskt alternativt organiskt media. I vissa fall kan metalliska fyllmedel liksom grafit användas. Arbeten pågår att ta fram keramiska limsystem som är baserade på t ex SiC, BN, TiB2, AlN, Si3N4 etc som fyllmedel.

Ett keramiskt lim kan generellt bestå av

  • ett fyllmaterial
  • vätmedel
  • anti-skum medel
  • flytmedel
  • aktivator (bindemedel som kan vara organiskt eller oorganiskt)

Genom att variera en eller flera av dessa parametrar kan olika lim för olika applikationer och med olika egenskaper tas fram. Keramiska lim ersätter organiska lim vid temperatureröver ca 350-375 °C då de senare inte längre är temperaturstabila.

Keramiska lim ger inte alltid vakuumtäta fogar om inte extra tätning utförs. Flertalet keramiska lim har utmärkt elektrisk isolationsförmåga och bra kemisk resistens mot vatten, oljor, de flesta syror (undantaget HF (fluorvätesyra) för lim innehållande SiO2), aggressiva gaser och lösningsmedel.

Efter fullständig härdning är flertalet fogar av keramiska lim fortfarande något porösa. Detta kan innebära problem med vattenabsorption. Genom att t ex förändra härdtemperaturen kan fogen göras mer vattenbeständig. Andra sätt att åstadkomma detta kan vara att impregnera fogen med t ex silikon eller att lägga på ett tätt keramiskt skikt, en så kallad primer.

Lod

Inom området glaslod kan man särskilja tre typer

A Stabila glaslod som uppför sig som normala glas
B Kristalliserande glaslod som delvis kristalliserar under värmebehandlingen - glaskeramlod
C Kompositlod som är ett glaslod där den termiska expansionen påverkats genom tillsats av inerta fyllmaterial

 

 

 

Glaslodets sammansättning bestämmer dess användningstemperatur. Den kemiska beständigheten är att jämföra med ett normalt glas med liknande sammansättning.

Förutom nämnda lågsmältande glaslodsystem kan andra mer tekniska glassammansättningar användas. Aktuella fognings- och användningstemperaturer beror på använd glassammansättning. Även icke glasbildande oxider (kristallina oxider) kan användas för att foga samman keram och metall. Beroende på använd oxid blir både fognings- och användningstemperaturen högre än för renodlade glaslod.

Glaskeramlod klarar högre användningstemperatur än rena glaslod. Glaskeramerna har även klart bättre krypresistens jämfört med rena glaslod. Den termiska expansionen kan vidare varieras inom ett brett område genom olika sammansättning. Sammansättningar med termisk expansion inom området 3-12 x 10-6 / °C rapporteras i litteraturen.

Det finns flera varianter på temat keramiska lim. Boeing Airplane Co har arbetat med en kombination av lödmetall i folieform och keramiska glaslim. Glaslimmet skyddar dessutom metallytorna mot oxidation.

Andra företag arbetar med kombinationen keramiskt lim - metall. Metallen som här är i pulverform blandas i limmet. Den keramiska massan pressas vid bränningen ut ur fogen och endast metallen blir kvar som fog.

Båda dessa förfaringssätt är dock att likna mer vid lödning än vid limning.

Vid användning av oorganiska lim är temperaturbeständigheten i kombination med hållfastheten en viktig parameter. Värdet för i det här fallet skjuvhållfastheten är inte absolut utan beroende av temperaturen. I denna bild visas temperaturens inverkan på skjuvhållfastheten för några olika limtyper som går att använda vid hög temperatur.

Klicka på bilden för att se en förstoring!

Skjuvhållfastheten som funktion av temperaturen för några olika limtyper. Klicka på bilden för att se en förstoring!

Limformer

Resultat av Demo-Lim-projektet