Voor en nadelen van gelijmde verbindingen

Lijmen is een verbindingsproces waarbij een lijm wordt aangebracht tussen aanliggende oppervlakken en vervolgens uithardt tot een blijvende verbinding. Aluminiumlegeringen die vaak worden gelijmd zijn onder andere 2024(T3, T6 en T8), de legeringen uit de 3xxx-reeks, 5052-H39, 5056-H39 en 7075-T6. Deze legeringen kunnen met zichzelf worden verbonden, met andere metalen, en tal van niet-metalen uiteenlopend van papier, isolatiekarton, spaanplaat tot gipsplaat, fiberglas en diverse polymeren en composietmateriaal.

A.J. Schornagel

Mechanische bevestiging

De voornaamste functie van lijm is mechanische bevestiging. Omdat een lijm belastingen kan doorgeven van het ene gedeelte van een verbinding naar de andere staat het een gelijkmatigere verdeling van de spanningen toe dan kan worden verkregen met mechanische bevestigingsmiddelen (schroeven, bouten e.d.). Met lijm kunnen dus constructies worden gerealiseerd die mechanisch gelijk en niet zelden superieur zijn aan met conventionele middelen gebouwde constructies, tegen vaak lagere kosten en met besparing van gewicht. Zo kan met lijm een verbinding tot stand worden gebracht tussen dunwandig materiaal en dikwandig materiaal, zodat de volledige sterkte van de dunwandige sectie wordt benut. Met conventionele mechanische bevestiging of puntlassen wordt er een constructie verkregen waarvan de sterkte wordt begrensd door die delen van de dunwandige sectie waarmee de bevestigingsmiddelen of lassen contact maken. Daar komt nog bij dat in geval van lichte metalen, zoals aluminium, met lijm verbindingen kunnen worden verkregen met hoge sterkte, stijfheid en maatnauwkeurigheid, die anders nadelig zouden worden beïnvloed door lassen.

Afdichten en isoleren

Omdat een zorgvuldig bereide verbinding volledig contact biedt met de aanliggende oppervlakken, vormt de lijm een barrière voor vloeistoffen zodat die geen corrosie kunnen veroorzaken. De lijm kan aldus dienen als elektrische of thermische isolatie in een verbinding. Het thermische isolerende effect kan nog worden vergroot door de lijm in de vorm van schuim aan te brengen. Het tegengestelde is ook mogelijk. Door metallische deeltjes aan de lijm toe te voegen kunnen de elektrische en de thermische geleidbaarheid juist worden vergroot. Oxide-vulmiddelen, zoals alumina, verhogen alleen de thermische geleidbaarheid. Elektrisch geleidende lijm, gevuld met zilverplaatjes, is leverbaar met soortelijke weerstanden die 50 keer lager zijn dan massief zilver. 

Weerstand tegen corrosie en trillingen

Lijm kan zoals gezegd een barrière vormen tegen elektrochemische corrosie in geval van verbindingen tussen ongelijke metalen. Lijm kan verder ook als trillingsdemper fungeren. De mechanische dempingskarakteristieken kunnen worden aangepast door middel van de formulering van de lijm. Verandering van een dergelijke eigenschap van een lijmsoort wijzigt doorgaans ook de andere eigenschappen, zoals de treksterkte of afschuifsterkte, rek of afpelweerstand van de verbinding.



Afbeelding 1 Enkele kenmerkende lijmverbindingstypen: a) huidplaatsplitsen; b) verstijver uitloper; c) gelijmde vu/platen; d) schuifklem.

Vermoeiingsweerstand

Een weerstand die enigszins samenhangt met het vermogen om trillingen te dempen is de vermoeiingsweerstand. Een juist gekozen lijm kan in het algemeen herhaalde spanningen weerstaan die het gevolg zijn cyclische belasting, zonder dat er zich breukvormende scheuren voordoen.

Afronden van omtrekken

Lijm verandert gewoonlijk de omtrek van de te verbinden onderdelen niet. In tegenstelling tot schroeven, nieten, of bouten, veroorzaakt lijm weinig of geen zichtbaar uitwendig bewijs van zijn aanwezigheid. Lijm wordt gehruikt om bekledingen op vliegtuigframes te bevestigen waardoor het mogelijk is om vleugels, rompen, stabilo's en andere zaken te verkrijgen die gladder zijn dan overeenkomstige langs conventionele weg gefabriceerde onderdelen, die als gevolg daarvan beschikken over betere aerodynamische eigenschappen.

Deze constructies bezitten ook over een hoger lastdragend vermogen en een hogere weerstand tegen verfoeiing dan conventioneel gefabriceerde constructies. Rotorbladen van helikopters worden nu geheel bij elkaar gehouden door lijm en ze zijn veel duurzamer dan hun mechanisch geschroefde voorgangers. Sommige van de problemen die met andere verbindingsmetbodes samenhingen hebben aanleiding gegeven tot een groeiend gebruik van lijm. De relatieve kosten deden vaak de keus vallen op lijm. Mechanisch verbinden met schroeven, bouten of nieten waren de populairste verbindingen vanwege de lage kosten en de eenvoudige gereedschappen die hiervoor nodig zijn. Het is echter lastig om innige mechanische verbindingen tot stand te brengen waarbij spanningen gelijkmatig worden verdeeld en de verbinding afsluiten voor corrosie. Daar komt nog de tijd bij die heen gaat met het boren vari gaten en het uitlijnen van de te verbinden delen, die deze methodes verre van goedkoop maken.

Het zachtsolderen van aluminiumlegeringen gaat soms gepaard met elektrolytische corrosie ter plaatse van de soldeerverbinding als gevolg van het verwijderen van het fluxmiddeL Bovendien kan er met solderen geen directe verbinding tot stand worden gebracht met nietmetallisch materiaal. Hardsolderen resulteert in het algemeen in een verbinding met hogere weerstand tegen corrosie dan bij zachtsolderen . De hoge temperaturen die voor hardsolderen nodig zijn alsmede de nauwkeurige beheersing van deze temperaturen
vereisen gespecialiseerde en dure apparatuur, hetgeen het gebruik beperkt. Lassen is een populaire vorm van verbinden van aluminiumlegeringen vanweg~ de innige verbinding die wordt verkregen en het goede gedrag ervan in het merendeel van de gebruiksomgevingen. De laswarmte kan echter de eigenschappen van het moedermetaal in de buurt van de las nadelig beïnvloeden. Het lassen van aluminium aan andere metalen levert moeilijkheden die vaak speciale en complexe technieken vereisen. Deze ongelijksoortige metaalverbindingen zijn vaak bros en elektrolytische corrosie kan soms aanzienlijk zijn in vochtige milieus. Aluminium kan niet door middel van lassen met een niet-metaal worden verbonden.

Beperkingen en voordelen

Beperkingen van lijmverbindingen zijn:
- Afpel- en kerfslagsterkte hebben vaak een beperkendere invloed dan de treksterkte. Elastomere lijmsoorten met een hoge afpelsterkte zijn gewoonlijk te gebruiken tot 150°C; epoxy-polyamide en epoxyfenol systemen zijn te gebruiken tot 750°C. 
- Voor de beste resultaten is een intense reiningsprocedure vereist en de gereinigde oppervlakken moeten worden beschermd tegen verontreiniging totdat de verbinding een feit is. Dit geldt echter ook voor lassen.
- Lijmverbindingen kunnen niet worden geopend voor inspectie zonder de verbinding te vernielen. Ook dit geldt eveneens voor lassen.
- Dure inklemmaatregelen kunnen nodig zijn als warmte, druk en tijd nodig zijn voor het uitharden van de lijm.
- De houdbaarheid van lijm in opslag varieert sterk en kan opvallend kort blijken te zijn.
- Het uitharden van lijmverbindingen boven 150°C kan leiden tot verhoogde gevoeligheid voor interkristallijne corrosie van een aantal aluminiumlegeringen. Dit geldt met name voor lijm die bij hoge temperatuur uitharden zoals polyimiden, die uitharden bij een temperatuur van maar liefst 350°C.

Uitgesproken voordelen van lijmverbindingen zijn:
- De verbinding is nagenoeg onzichtbaar, waardoor het uiterlijk van het product er beter op wordt.
- Belasting van de verbinding wordt gelijkmatig verdeeld.
- De verbinding kan zodanig worden ontworpen dat deze de sterkte van het moedermetaal evenaart.
- De lijm kan behulpzaam zijn bij het tegengaan van galvanische corrosie die normaal optreedt als ongelijksoortige metalen worden verbonden en vervolgens in aanraking komen met een elektrolyt.
- Er kan een verbinding tot stand worden gebracht tussen metalen en niet-metalen die vroeger alleen met mechanische middelen kon worden gerealiseerd.
- Er kan een verbinding tot stand worden gebracht tussen dezelfde of verschillende metalen die aanzienlijk in dikte verschillen.
- Er kan een verbinding tot stand worden gebracht tussen dunne aluminium plaat en dunne niet-metallische films.
- Er kunnen gewichtsbesparingen worden gerealiseerd door middel van het gebruik van dunwandiger aluminium, omdat bij lijmverbindingen het bovenoppervlak vollediger kan worden belast dan bij andere verbindingsmethodes. Aluminium of papieren honingraatpanelen zijn voorbeelden van gewichtsbesparing. De honingraat zelf is een gelijmde constructie.
- Met lijmverbindingen kan de oorspronkelijke ontwerpsterkte van het aluminium behouden blijven, ook in geval van warmtebehandelde aluminiumlegeringen.
- Lijmverbindingen zijn superieur in hun weerstand tegen geluidstrillingen (levensduur 10 x langer) in vergelijking tot enige andere standaardconstructie.
- Vermoeiingskarakteristieken van lijmverbindingen zijn superieur aan die van andere verbindingsmethodes.
- Conventionele structuren die moeilijk verspaanbaar zijn kunnen vaak eenvoudiger worden gefabriceerd in de vorm van een laminaatstructuur.
- Lijm maakt dikwijls aanzienlijke vereenvoudigingen in het ontwerp mogelijk.