Evaluation of new surface treatments used for the manufacture of sheet metal body parts

Poděkování

Chtěl bych na tomto místě poděkovat především paní Ing. Michaele Kolnerové, Ph.D. za trpělivost při vedení mé bakalářské práce a za její připomínky a rady ohledně zpracování.

Dále bych rád poděkoval panu Ing. Pavlu Doubkovi, Ph.D. za odbornou pomoc při experimentálním měření a za cenné rady ke zpracování naměřených výsledků.

Také bych chtěl poděkovat rodičům za jejich podporu a trpělivost v průběhu celého mého studia a dále mým přátelům za psychickou a morální podporu.

Hodnocení nových úprav povrchů plechů používaných pro výrobu dílů karoserie

Evaluation of new surface treatments used for the manufacture of sheet metal body parts

Anotace

Bakalářská práce se zabývá experimentálním porovnáním různých povrchových úprav plechů a jejich vlivu na pevnost lepeného spoje. Byl vybrán materiál běžně používaný v automobilovém průmyslu při výrobě dílů karoserie, a to ve dvou variantách; bez povrchové úpravy a se dvěmi povrchovými úpravami. Pro experiment byla použita čtyři lepidla, na kterých byla ověřena pevnost lepeného spoje.

Klíčová slova: Povlak, adherend, lepidlo, plech, povrchová, úprava, pevnost

Annotation

The bachelor thesis deals with an experimental comparison of different surface treatments and their influence on the bonding strength. It was selected material commonly used in the automotive industry in the manufacture of body parts, in two variants; without surface treatments and with two surface treatments. For the experiment were used four adhesives on which was verified bonding strength of bondet joint.

Key words: Coating, adherend, adhesive, sheet, surface, treatment, strength

7

Obsah

Seznam použitých zkratek a symbolů ... 9

1 Úvod... 10

2 Teoretická část ... 11

2.1 Teorie lepených spojů v automobilovém průmyslu ... 11

2.1.1 Teorie adheze... 11

2.1.1.1 Vybrané teorie adheze ... 12

2.1.2 Teorie koheze ... 13

2.1.3 Vlastnosti lepených spojů ... 14

2.1.3.1 Výhody lepených spojů ... 14

2.1.3.2 Nevýhody lepených spojů ... 16

2.1.4 Dělení lepidel podle principu tuhnutí ve spoji ... 17

2.1.5 Rozdělení konstrukce lepených spojů ... 18

2.1.6 Faktory ovlivňující pevnost lepeného spoje ... 19

2.1.6.1 Povrch adherendu ... 19

2.1.6.2 Tloušťka lepeného spoje ... 21

2.1.6.3 Typ zatěžování ... 22

2.1.6.4 Vady ve vrstvách lepidla ... 23

2.1.6.5 Výběr vhodného lepidla ... 24

2.2 Zkoušky lepených spojů ... 25

2.2.1 Hodnocení porušení lepeného spoje ... 27

3 Experimentální část ... 28

3.1 Cíl experimentu ... 28

3.2 Příprava vzorku ... 28

3.2.1 Adherendy použité na vzorky ... 28

3.2.2 Nastříhání vzorků ... 31

3.2.3 Očištění a odmaštění vzorků ... 32

3.2.4 Označení vzorků ... 33

3.2.5 Nanesení maziva ... 33

3.3 Vlastní lepení ... 35

3.3.1 Použitá lepidla ... 35

8

3.3.2 Nanesení lepidla ... 37

3.3.3 Vytvrzení lepidel ... 38

3.4 Zkoušky vzorků ... 39

3.4.1 Hodnocení pevnosti lepeného spoje... 39

3.4.2 Hodnocení porušení lepeného spoje ... 41

4 Vyhodnocení výsledků ... 43

4.1 Hodnocení lepidel versus adherend ... 44

4.2 Hodnocení adherendů versus lepidlo ... 44

5 Závěr ... 48

6 Literatura ... 50

7 Seznam příloh ... 52

9

Seznam použitých zkratek a symbolů

Označení Jednotky Význam

CF Kohezní porušení

AF Adhezní porušení

SCF Speciální kohezní porušení

Fsab [N/mm] Střední pevnost v odlupování

Fs [N] Střední síla v odlupu

B [mm] Šířka zkoušeného vzorku

̅̅̅̅̅̅

̅̅̅̅̅̅ [N/mm] Průměrná hodnota pevnosti v odlupu

Fsabi [N/mm] Pevnost v odlupu jednotlivých vzorků

N Počet kusů

S Směrodatná odchylka

R_p0,2 [MPa] Smluvní mez v kluzu

R_m [MPa] Pevnost v tahu

r₉₀ Součinitel plastické anizotropie

BH Bake Hardening

A₈₀ [%] Tažnost

EG Elektroliticky pozinkovaný plech

HDG Žárově pozinkovaný plech

C Uhlík

Mg Hořčík

Mn Mangan

Nb Niob

P Fosfor

S Síra

Si Křemík

Ti Titan

Zn Zinek

10

1 Úvod

Lepení je v posledních letech velice se rozvíjející technologií spojování materiálů, kterou můžeme nalézt téměř ve všech průmyslových odvětvích a nejen v nich.

Lepení čím dál víc proniká do automobilového průmyslu, kde nahrazuje starší způsoby spojování ocelových nebo i jiných konstrukčních prvků karoserie automobilu. Z důvodu vysoké bezpečnosti, které musí být u automobilů dosaženo, jsou na lepidla kladeny velké požadavky. Vzhledem k tomu, že lepením není tepelně ani chemicky ovlivňován spojovaný materiál, nahrazuje lepení především technologii svařování. Lepením se výrazně snižuje hmotnost celkové konstrukce. Mezi další výhody lepení patří těsnost spoje, na rozdíl od šroubového nebo nýtovaného spojení není třeba lepený spoj jakkoliv následně utěsňovat. Velice dobrou vlastností lepeného spoje je i tlumení rázů a zvuková izolace. Kvůli vysoké finanční nákladnosti je však požadováno lepidlo, které dokáže vytvořit kvalitní spoj bez nutnosti odmašťovat lepené plochy.

Cílem bakalářské práce je provést hodnocení pevnosti lepených spojů opatřených novými úpravami povrchů plechů používaných pro výrobu dílů karosérie a jejich vzájemného porovnání. Byly vybrány čtyři různá lepidla, které se běžně používají v automobilovém průmyslu. K hodnocení kvality lepeného spoje byla použita zkouška pevnosti v odlupu podle ISO 11 339.

11

2 Teoretická část

2.1 Teorie lepených spojů v automobilovém průmyslu

Lepení je proces spojování dvou stejných nebo různých materiálů (adherendů), při kterém se dosahuje trvalého (nerozebíratelného) spojení prostřednictvím lepidel. V dnešní době má technologie lepení veliké zastoupení v průmyslu leteckém, chemickém, potravinářském a elektrotechnickém.

V automobilovém průmyslu je lepení rovněž zastoupeno stále větší měrou.

Celková délka lepených spojů v jednom osobním automobilu dosahuje několika stovek metrů.

2.1.1 Teorie adheze

Adheze neboli přilnavost je schopnost lepidla přilnout k povrchu lepeného materiálu a vytvořit tak nerozebíratelný spoj. Základní předpoklad pro úspěšné slepení dvou částí je správně fungující adheze. K dosažení pevného spojení je potřeba, aby lepidlo proniklo do nerovností v povrchu lepeného spoje a tudíž ho dobře smáčelo. Smáčivost lepidel se zkouší tzv. kapkovou metou (obr. 1), kdy se na zkoušený materiál kápne kapička vody a hodnotí se krajový úhel, který svírá okraj kapky s povrchem zkoušeného materiálu. Důvodem používání vody k provedení této zkoušky je skutečnost, že voda má největší povrchové napětí a proto lze konstatovat, že kterýkoliv materiál, který je dobře smáčen vodou, bude dobře smáčen i lepidlem. [1]

12

Obr. 1: Kapková metoda zkoušení smáčivosti [12]

2.1.1.1 Vybrané teorie adheze

Chemická teorie

Teorie je založena na vytváření primárních chemických vazeb napříč rozhraním u vzájemně spojovaných materiálů. Takovéto vazby vznikají ale výjimečně.

Lepení totiž probíhá v takových termodynamických podmínkách, které vznik chemických vazeb neumožňují. Není však prokázáno, že takovéto vazby zvyšují pevnost spoje. [1]

Difuzní teorie

Základem této teorie je tvrzení, že některé látky mohou mezi sebou vzájemně difundovat napříč rozhraním. Pevnost spoje závisí na průběhu difuze a ta závisí hlavně na čase, teplotě a viskozitě. Tato teorie ale nevysvětluje spojení materiálů, které spolu nedifundují, ale normálně se lepí jako například kov – sklo. [1]

Mechanická teorie

Tato teorie je založena na představě, že lepidlo pronikne do trhlin a nerovností v povrchu lepeného materiálu kde zatuhne a působí jako klín. Tato teorie není v dnešní době téměř vůbec využívána, uvádí se jen ve specifických případech,

13

jako je například adheze pryžových směsí k textilním vláknům či výroba překližek. [1]

Elektrostatická teorie

Podstatou této teorie je, že ve spoji se vytváří dvojvrstva, která je vytvořena dotykem jedné hraniční vrstvy s více elektrony a druhou s méně elektrony. Spoj se mění na kondenzátor, u kterého se rozdílně nabité přitahují. Při oddálení se vzniklý potenciálový rozdíl buď vybije, nebo vyzáří jako elektronová emise. [1]

Molekulová teorie

Vychází z jevů smáčení, absorpce a adheze. Definuje, že základem adheze je vzájemné působení molekul adherendu a lepidla. Oba druhy molekul musí mít polárně funkční skupiny schopné vzájemného působení. Proces vzniku adhezního spoje se dělí na dvě stadia:

 Přenos molekul lepidla k povrchu adherendu

 Po přiblížení molekul lepidla na vzdálenost menší než 0.5nm nastane vzájemné působení mezimolekulárních sil neboli tzv. Van der Waalsových sil. Toto trvá až do dosažení absorpční rovnováhy. [1]

2.1.2 Teorie koheze

Koheze je soudržnost lepidla, někdy je také nazývaná jako vnitřní adheze.

Jestliže se spojený materiál při zatížení roztrhne ve vrstvě lepidla, lze konstatovat, že vybrané lepidlo nemá pro naše dané podmínky dostatečnou kohezi a je třeba zvolit lepidlo jiné, které dané namáhání vydrží. Velikost koheze udává tzv. kohezní energie, která představuje velikost energie potřebné k odtržení jedné částečky od ostatních. [1]

Kohezní a adhezní síly jsou znázorněny na obrázku 2.

14

Obr. 2: Kohezní a adhezní síly v lepeném spoji [2]

2.1.3 Vlastnosti lepených spojů

Při vhodné volbě lepidla a správné přípravě lepených povrchů lze dosáhnout nejen vzhledově dobré spojení, ale i spoj, který se vyznačuje výbornými mechanickými vlastnostmi jako je vysoká pevnost, těsnost spoje či odolnost vůči korozi, dále také spoj s velmi dobrou tepelnou, zvukovou a elektrickou izolací. Lepení dává také možnost navzájem spojovat různé materiály (např.

kombinace ocel – plast, ocel – sklo atd.) Technologie lepení v dnešní době v mnoha případech nahrazuje technologii svařování. Je dosaženo stejné pevnosti spoje bez tepelně narušené oblasti, jak se to děje u technologie svařování. Z tohoto důvodu lze lepení úspěšně používat při spojování tenkých kovových materiálů.

2.1.3.1 Výhody lepených spojů

Rovnoměrné rozložení napětí

Při lepení nedochází ke změně průřezu spojovaného materiálu. Například při spojení dílů pomocí šroubů nebo nýtů je nutné do součásti vyvrtat díry, které pak působí jako koncentrátory napětí, protože zmenší zatěžovaný průřez a spojené části jsou tak náchylnější k porušení právě v místě otvoru. [1,4,13]

15 Neměnná struktura materiálu

Na rozdíl od svařování nedochází při lepení k tepelnému namáhání v oblasti spoje a tím ani ke změně struktury a deformaci materiálu. Spoj pak může být křehčí a náchylnější k poškození. Lepením nedochází k žádnému ovlivnění vlastností spojovaných materiálů. [1,4,13]

Izolace a možnost kombinace různých materiálů

Svařováním nelze spojovat různé materiály jako například kov – sklo nebo kov – plast. Takové materiály je možné pouze sešroubovat nebo snýtovat.

V některých případech však dochází ke kovovému styku dvou různých materiálů s různým chemickým potenciálem a v nevhodném korozním prostředí vzniká tzv. galvanický článek, kdy součást s nižším potenciálem se začne rozpouštět. Při použití lepidla tento problém odpadá. [1,4,13]

Utěsnění spoje, útlum vibrací, rázu a snížení hlučnosti

Lepením se spoj utěsní natolik, že již není potřeba žádného dalšího utěsňování, jako je tomu u technologie šroubování nebo nýtování. Toho se využívá například u palivových nádrží automobilů. Vrstva lepidla zde působí jako izolant a odděluje obě části. U plechů pak nedojde ke klepání a přenosu vibrací, čímž se sníží hlučnost. Lepením je spoj současně chráněn proti korozi a proti působení chemicky agresivních látek. [1,4,13]

Snížení počtu součástí a hmotnosti

Při použití technologie lepení již není třeba používat další součástky na spojování. Při lepení není třeba již používat například šrouby, nýty nebo kolíky čímž dochází ke snížení celkové hmotnosti konstrukce. Hmotnost je ovlivňována také snížením tloušťky plechů díky možnosti plošného slepení. [1,4,13]

Lepší vzhled výrobku

Spoje vytvořené lepením jsou bez otřepů a okují. Mohou být průhledné, hladké a v případě požadavků zákazníka i různě barevné. Odpadají také nákladné operace na začištění spoje. [1,4,13]

16

2.1.3.2 Nevýhody lepených spojů

Vytvrzovací podmínky

Lepidlo nevytvoří lepená spoj ihned po nanesení a je třeba jej dále zpracovat, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností. Aby lepidlo dosáhlo požadovaných vlastností, je třeba jej vytvrdit. Vytvrzování probíhá v pecích za výrobcem stanové teploty, času a tlaku. Jedná se o podmínky vytvrzování laku karoserie. Pro správné vytvrzení je třeba přesně dodržet podmínky dané výrobcem. [1,4,13]

Malá odolnost proti namáhání v odlupování

Odlup je nejméně příznivý způsob, jakým můžeme namáhat lepený spoj. Aby nedošlo k odlupu je třeba konstrukci upravit tak, aby byl spoj namáhaný na smyk, proti kterému je lepený spoj odolnější. [1,4,13]

Nutnost očištění lepených ploch před lepením

Většina lepidel vyžaduje očištění lepených ploch před samotným lepením.

Z povrchu se musí odstranit drobné nečistoty, mastnota a prach. Každá tato nečistota může ve výsledném spoji působit jako základ pro jeho porušení. [1,4,13]

Omezená odolnost proti vyšším teplotám

Pokud není lepidlo konstruováno pro použití ve vysokých teplotách, ztrácí při jejich působení své vlastnosti. Při statickém zatížení a delším vystavení vyšším teplotám může dojít ke creepu. [1,4,13]

Lepením vzniká nerozebíratelný spoj

Na rozdíl od spojení dvou sílu karoserie šroubem, vzniká po spojení dvou částí lepidlem spoj nerozebíratelný a nelze jej už dále nijak upravovat. [1,4,13]

17

2.1.4 Dělení lepidel podle principu tuhnutí ve spoji

Metod dělení lepidel je mnoho, vzhledem k širokému spektru a škále lepidel má téměř každý výrobce lepidel má své způsoby rozdělení. Níže uvedené rozdělení sice není nejpodrobnější, avšak pro potřeby této práce vystačí.

Lepidla roztoková, tuhnoucí vsáknutím a odpařením vody

Nános těchto lepidel tuhne vsáknutím a odpařením vody použité jako rozpouštědlo. Pro správné slepení je třeba, aby spojovaný materiál měl dobrou poréznost a byl propustný pro plyny. Lepidla z důvodu malého obsahu sušiny vytvářejí po vysušení velmi tenký film. [2]

Lepidla roztoková, tuhnoucí odtěkáním organických rozpouštědel

Mnoho termoplastických polymerů a kopolymerů jsou rozpustné v organických rozpouštědlech. Tvoří s nimi viskózní roztoky vyznačující se dobrou adhezí k mnoha materiálům. Spoj vzniká vsáknutím a odpařením rozpouštědla.

Vzhledem k potřebné roztékavosti mohou mít roztoková lepidla nízký obsah sušiny a proto vytvářejí po vysušení velmi tenký film. [2]

Lepidla reaktivní, tuhnoucí po přidání tvrdidel

Lepidla tohoto druhu se skládají ze dvou složek. Vyrábí se zvlášť pojivo a zvlášť tvrdidlo. Díky tomu, že se obě složky vyrábí a dodávají odděleně, má lepidlo mnohem delší životnost než lepidlo jednosložkové. Jejich příprava na lepení je založena na chemické reakci pojiva a tvrdidla kdy se obě směsi smíchají a aplikují na místo spoje. [2]

Jedná se o lepidla:

 Epoxidová

 Fenolformaldehydová

 Močovinoformaldehydová

 Polyesterová

 Polymethakrylátová

 Polyurethanová [2]

18

Lepidla reaktivní, tuhnoucí vlivem zvýšené teploty

Některé druhy syntetických pryskyřic nebo lepidel lze vytvrdit bez použití tvrdidel změnou vnějších podmínek. Nejvýznamnějším postupem takovéhoto vytvrzování je vytvrzování za zvýšené teploty, používané v rozsáhlém měřítku při zpracování fenolických a melaninových pojiv. [2]

Lepidla tavná

Skupina lepidel označovaných jako tavná se svým složením a především technologií zpracování liší od předchozích typů. Za běžné teploty to jsou pevné látky termoplastického charakteru. Zpracovávají se tak, že se na krátkou dobu ohřejí na teplotu, při které se roztaví, zkapalní a stanou se lepivými. Lepený spoj se při lepení zatíží na několik sekund mírným tlakem. [2]

Tavná lepidla jsou vhodná ke spojování tradičních i plastických materiálů.

Vyrábějí se hlavně jako jednoúčelové, víceúčelové jsou jen některé typy. [2]

2.1.5 Rozdělení konstrukce lepených spojů

Lepené spoje jsou mechanicky namáhány v tahu, tlaku, ve smyku, v odlupu apod. Lepidla však nejsou schopna všem těmto vlivům odolat. Z tohoto důvodu je třeba upravit konstrukci lepeného spoje tak, aby byl co nejméně namáhán především na odlup a kroucení, což jsou dva nejméně příznivé způsoby namáhání lepeného spoje. Úpravami dojde ke zvětšení povrchu dotykových ploch a dosažení takového rozložení sil, aby spoj byl namáhán převážně ve smyku. [4,5,13]

Různé úpravy konstrukce jsou znázorněny na obrázcích 3 a 4. Na pozicích 1, 2, 4, 5, 6 obrázku 3 lze vidět zvětšené lepené plochy, tak aby nebyl spoj lepený na tupo. Na dalších pozicích je znázorněno různé použití příložek, které jsou do spoje přidávány. Na obrázku 4 je zobrazeno konstrukční řešení pro koutové spoje. [5]

19

Obr. 3: ešení konstrukce lepených plochých spojů [3]

Obr. 4: ešení konstrukce lepených koutových spojů [3]

2.1.6 Faktory ovlivňující pevnost lepeného spoje

2.1.6.1 Povrch adherendu

Úprava lepených ploch byla dříve považována za zbytečnou. Nebylo zcela jasné, jakou měrou se podílí úprava lepených ploch na výsledné pevnosti spoje.

Bylo provedeno mnoho experimentů s řadou adherendů při různých povrchových úpravách. Z výsledků těchto experimentů vyplývá, že nevhodná úprava lepeného povrchu může naprosto znehodnotit lepený spoj. Rozdíl v pevnosti lepeného spoje namáhaného na smyk, při použití téhož adherendu a stejného lepidla, může dosahovat až 90 %. [13]

Nanášení nových povlaků na adherendy se provádí pro technologii tažení, kde zlepšují tribologické vlastnosti taženého materiálu. V této bakalářské práci je testován vliv povlaků na následující operaci – lepení. [13]

20

Plechy se nejčastěji opatřují povrchem, který dokáže chránit ocel proti korozi a zároveň vytvořit takový povrch, který zlepšuje tribologické vlastnosti při tvářecích operacích. Jde především o žárové a galvanické nanášení zinku.

Princip metod nanášení zinku je vysvětlen dále. [13]

Žárové nanášení zinku (HDG)

Tento proces spočívá v namáčení ocelových dílů nebo plechů do lázně roztaveného zinku, která se pohybuje v rozmezí teplot 430 až 740 °C.

Ponořením do lázně vzniká na povrchu, díky vzájemné reakci zinku a oceli, povlak o tloušťce 7 až 200 µm. Rozložení vrstvy zinku pro žárové nanášení je ukázáno na obrázku 5. [13]

Obr. 5: Rozložení Zinku při žárovém pokovení [13]

Galvanické nanášení zinku (EG)

Při elektrolytickém způsobu pozinkování mívá dosažená vrstva zinkovaného plechu běžně tloušťku 7 až 10 µm. Na rozdíl od žárového zinkování nedochází při galvanickém nanášení zinku ke změnám mechanických vlastností (např.

hlubokotažnost). Tento způsob nanášení zinku nabízí možnost přípravy i pouze jednostranně zinkovaných plechů. Rozležení zinku pro galvanické nanášení je znázorněno na obrázku 6. [13]

21

Obr. 6: Rozložení zinku při elektrolytickém pokovení [13]

2.1.6.2 Tloušťka lepeného spoje

Neexistuje ideální tloušťka lepené vrstvy vhodná pro všechna lepidla. Každá kombinace lepidlo – povrchová úprava spojovaných ploch má rozdílnou optimální tloušťku lepené vrstvy. Pro vymezení tloušťky lepidel se používají takzvaná distanční tělíska. V této práci mají podobu drátku o průměru 0,2 mm (pro konstrukční lepidla) a kuličky o průměru 2 mm (pro lepidla výplňová).

Rozložení napětí v různých tloušťkách lepidla je znázorněno na obrázku 7. [6]

Obr. 7: Rozložení napětí při různých tloušťkách lepidla [6]

Obecně nelze doporučit ideální tloušťku vrstvy lepidla, a proto bychom se při konstrukci lepeného spoje měli držet tloušťky lepidla předepsané výrobcem, nebo určené na základě experimentů. V případě nedodržení optimální tloušťky adheziva může dojít k výraznému snížení pevnosti lepeného spoje. [6]

22

2.1.6.3 Typ zatěžování

Lepidla mohou být zatěžována staticky nebo dynamicky a jejich materiálové vlastnosti jsou určovány především pro tři charakteristické zatěžovací stavy:

tah, smyk a odlup (obr. 8). Únosnost lepeného spoje v tlaku je nesrovnatelně vyšší než u ostatních typů namáhání a jen těžko jí bývá dosaženo, a proto se tlak neuvádí. [4]

Obr. 8: Typy namáhání lepených spojů [4]

Odlup je specifický zatěžovací stav, kdy lepený spoj bývá zatěžován kombinovaným namáháním; smyk a ohyb. V praxi bývají lepené spoje zpravidla konstruovány tak, aby byly namáhány na smyk, protože tak spoje vykazují nejvyšší únosnost. Nejhorší únosnost vykazuje lepený spoj při namáhání na odlup a proto je vhodné upravit konstrukci lepeného spoje tak, aby byla omezena ohybová složka namáhání a přitom byla zachována dostatečná plocha spoje (viz obr. 9). [4]

23

Obr. 9: Konstrukce lepených spojů [4]

V případě, že námi navržený spoj nesplňuje požadované pevnostní a bezpečnostní nároky, je třeba přistoupit k jeho konstrukční úpravě nebo použit jinou technologii jako je např. svařování a nýtování. [4]

2.1.6.4 Vady ve vrstvách lepidla

Při lepení je důležité dodržet postup udávaný výrobcem. Dodržením tohoto postupu dosáhneme nejen námi požadovaných a výrobcem deklarovaných mechanických vlastností spoje, ale také předejdeme vzniku nežádoucích vad.

I malý defekt působí jako koncentrátor napětí a může významným způsobem změnit rozložení napětí ve spoji. Je proto nezbytně nutné očistit lepený povrch a odstranit z něj veškeré nečistoty jako je prach nebo jiné mechanické částečky, které by mohly sloužit jako zdroj pro popraskání a odtržení lepidla.

Ke zjišťování defektů se nejčastěji užívá vizuální kontrola nebo různé fyzikální metody (měření akustických emisí, skenování ultrazvukem a infračerveným zářením). Nejčastějšími vadami jsou: vzduchová bublina, pórovitost lepidla, nečistoty v lepeném spoji, nedostatečné zesíťovaní lepidla a trhliny (viz obr. 10).

24

Obr. 10: Typy defektů v lepeném spoji [4]

2.1.6.5 Výběr vhodného lepidla

V dnešní době existuje mnoho různých lepidel s velkým rozsahem cen, ale především materiálových vlastností. Faktory, které je nutno brát v úvahu při výběru lepidla, jsou:

 Povrch, pórovitost a tvrdost lepeného materiálu

 Požadované mechanické vlastnosti výsledného spojení

 Teplota potřebná k vytvrzení lepidla

 Teplota vhodná k jeho užívání

 Odolnost vůči chemikáliím, povětrnostním vlivům, UV záření

 Estetické nároky – barva, lesk

 Cena

25

2.2 Zkoušky lepených spojů

Zkoušky lepených spojů slouží ke zjištění mechanických hodnot a vlastností pro různé druhy namáhání. Z výsledků je pak možné určit vhodnost lepidla pro určitou aplikaci. Testování lepených spojů se dělí na dvě skupiny, a to destruktivní a nedestruktivní zkoušky. [4,12]

Mezi destruktivní patří:

 Statické zkoušky

o Pevnost v odlupování o Pevnost ve smyku o Pevnost v tahu a tlaku o Zkouška lámavosti

 Dynamické zkoušky o Rázová pevnost

o Zkouška na únavu lepených spojů

Dále lze k destruktivním zkouškám zařadit i zkoušky tepelné odolnosti nebo životnosti. [4,12]

V této bakalářské práci jsou zkoušené lepené spoje zatěžovány odlupem a zkoušeny podle normy ISO 11 339.

Zkouška pro zjištění pevnosti v odlupování podle ISO 11 339

Norma ISO 11 339 udává podmínky zkoušky pevnosti v odlupování pro zkoušení pružných materiálů, které se dají ohnout o libovolný úhel až 90° bez porušení a popraskání. Při zkoušce v odlupování je testovaný vzorek namáhán tahovou silou ve směru kolmém na spoj rychlostí 100 mm/min, která je obecně preferována pro kovové adherendy nebo 10mm/min pro ostatní adherendy.

Vzorky pro tuto zkoušku jsou nejprve nastříhány na rozměry dle obrázku 11 a následně konce vzorku ohnuty pod úhlem 90° z důvodu upnutí do čelistí zkušebního zařízení. Na takto připravený vzorek se aplikuje v podobě

„housenky“ lepidlo a na něj se položí distanční tělíska (drátky, plíšky a kuličky), zajišťující dodržení rovnoměrné tloušťky lepidla po celé délce spoje při jeho

26

zafixování. Následuje přitlačení vzorků k sobě a zpevnění vzorků svorkami.

Dalším postupem je vytvrzení lepidel dle určeného technologického postupu a pak 24 hodin chladnout, tzv. kondicionace. Teprve takto připravené vzorky je možné podrobit zkoušce v odlupování. [14]

Střední pevnost v odlupování Fsab [N/mm] je udávána sílou Fs [N] působící na šířku vzorku b [mm]. Střední pevnost v odlupování se získá dle vztahu: (1)

(1)

Obr. 11: Rozměry vzorku pro pevnost v odlupu podle ISO 11 339

V případech, kdy nelze zkoušený lepený spoj zničit, nebo jakýmkoli destruktivním způsobem poškodit se používají tzv. nedestruktivní zkoušky.

Tyto zkoušky jsou založené na prozařování (rentgenové záření), akustických metodách (zvuk, ultrazvuk), magnetismu a elektrických metodách (elektromagnetické, indukční, kapacitní). Jejich úkolem je zjistit vady a spoj neporušit. [4,12]

27

2.2.1 Hodnocení porušení lepeného spoje

Provedenou zkouškou v odlupu se získají číselné hodnoty pevnosti v odlupování. Kromě získání těchto hodnot je třeba také vyhodnotit, o jaký druh porušení se jedná. Základní typy porušení se dělí na kohezní, adhezní a speciální kohezní poruchu (viz obr. 12.), jak nám udává norma ČSN ISO 10 365. [4]

Kohezní porušení (CF)

K lomu dojde uprostřed lepidla, což z hlediska porušení je nejpříznivější výsledek. Kohezní lom je nejlepší z daných porušení, kterého je možné dosáhnout. [4]

Adhezní porušení (AF)

Lepidlo po přerušení spoje zůstane na jedné straně vzorku a druhá strana je čistá a lesklá. Takovéto lepidlo se hodnotí jako nevyhovující a pro daný účel je třeba použit lepidlo jiné. [4]

Speciální kohezní porucha (SCF)

K porušení spoje dojde na rozhraní adherendu a lepidla, ale nikoliv uprostřed.

Jedná se v praxi o nejběžnější jev porušení. [4]

Obr. 12: Základní typy porušení [4]

28

3 Experimentální část

3.1 Cíl experimentu

Cílem bakalářské práce je provést hodnocení pevnosti lepených spojů u adherendů opatřených novými úpravami povrchů pro výrobu dílů karosérie a jejich vzájemného porovnání. Ve spolupráci s firmou ŠKODA AUTO a.s.

Mladá Boleslav byla vybrána čtyři různá lepidla, které se běžně používají v automobilovém průmyslu. Dále bylo zvoleno mazivo a tři substráty, na kterých byl proveden experiment. K hodnocení kvality lepeného spoje byla použita zkouška pevnosti v odlupu podle ISO 11 339 (viz. kapitola 2.2).

3.2 Příprava vzorku

3.2.1 Adherendy použité na vzorky

Pro zjištění vlivu povrchových úprav plechů na pevnost lepeného spoje byly jako adherendy zvoleny ocelové plechy s označením HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO a HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + NIT. Dále pak plech s experimentální povrchovou úpravou HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + Bonderit. Jejich vlastnosti a specifikace jsou popsány dále.

HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO

Adherend s tímto označením je ocelový plech s maximálním množstvím 0,1 % C, obsahující další prvky jako Si, Mn, P, S, Al, Nb a Ti, který je žárově pozinkovaný (100 g/m²) a určený k tvářené za studena a zejména pro hluboké tažení. Písmeno B v označení plechu znamená, že tyto oceli vykazují BH efekt, což je stárnutí, kdy vzroste mez kluzu. Mikroskopický snímek povrchu tohoto plechu je na obrázku 13. Příklad použití této hlubokotažné oceli je na obrázku 14.

29

Obr. 13: Struktura povrchu plechu HX180BD Z100 MCO Z100 MCO+NIT (zvětšeno 10x)

Obr. 14: Příklad využití hlubokotažné oceli [15]

HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + NIT

Tento adherend se od předešlého materiálu liší svou povrchovou úpravou.

Povrchová úprava NIT (New Inorgatic Treatment), je anorganická úprava, kdy je na povrch plechu nástřikem aplikován heptahydrát síranu zinečnatého (bílá skalice) v množství cca 20 mg/m². NIT povrch je nanášen pro zlepšení vlastností při operaci tažení (snižuje koeficient tření), bez ohledu na způsob pokovení ocelového plechu. Na obrázku 15 je zobrazena struktura povrchu adherendu s NIT zaznamenána elektronovým mikroskopem.

30

Obr. 15: Struktura povrchu plechu HX180BD Z100 MCO Z100 MCO+NIT (zvětšeno 20x)

Tabulka 1: Mechanické vlastnosti plechu HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + NIT

Smluvní mez kluzu Rp0,2 [MPa] 180 – 240

Pevnost v tahu R_m [MPa] 290 – 360

Tažnost A80mm [%] min. 34

Tloušťka materiálu [mm] 0,7

HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + Bonderit

Povrchová úprava Bonderit je ve fázi experimentu a výrobce neposkytl žádné bližší údaje. Ze vzorku, který byl pro tuto práci poskytnut, byly měřením zjištěny materiálové hodnoty, které jsou uvedeny pod textem v tabulce. Na obrázku 16 je zobrazený povrch adherendu s povlakem Bonderit, tak jak ho zachytil elektronový mikroskop.

31

Obr. 16: Struktura povrchu plechu HX 180 BD Z100 MCO Z100 MCO + Bonderit (zvětšeno 10x)

Tabulka 2: Mechanické vlastnosti plechu HX 180BD Z100 MCO Z100 MCO + Bonderit

Smluvní mez kluzu Rp0,2 [MPa] 230

Pevnost v tahu Rm [MPa] 330

Tažnost A80mm [%] 35

Tloušťka materiálu [mm] 0,7

3.2.2 Nastříhání vzorků

Vzorky byly nastříhány na tabulových nůžkách MS 2504 v laboratoři KSP na rozměry dle normy ISO 11339, viz obr. 17.

Norma ISO 11339 udává počet vzorků (5), který se má nastříhat na daný rozměr 200mm x 25mm podle obrázku 11. Nastříhané vzorky byly ohnuty na ohraňovacím lisu APHS 2104 x 60 (obr. 18) o úhel 90° a ve vzdálenosti 50mm od okraje z důvodu možnosti uchycení vzorků na trhacím zařízení.

32

Obr. 17: Tabulové nůžky MS 2504 Obr. 18: Ohraňovací lis APHS2104x60

3.2.3 Očištění a odmaštění vzorků

Vzorky adherendu byly následně očištěny od původních konzervačních maziv a zbaveny mechanických nečistot, které by mohly způsobit znehodnocení celého experimentu.

Nastříhané vzorky byly zbaveny nečistot a mastnoty v profesionální myčce vyobrazené na obrázku 19 přípravkem D – SOL 100.

Odmašťovací přípravek D – SOL 100

D – SOL 100 je kapalina směsí syntetických uhlovodíků bez obsahu halogenů, který se používá k bezoplachovému odmašťování a čištění dílů za studena.

D – SOL 100 má vynikající odmašťovací schopnosti a účinkuje na většinu typů vazelín, olejů, tuků a vosků. Nepoškozuje čištěný povrch a nezpůsobuje jeho korozi. Je ideální k čištění hliníku, ocelí, zinku, mědi a titanu. Jeho bod vzplanutí je 58°C a třída hořivosti je III. Další parametry lze vyčíst z technického listu v příloze číslo 1. [7]

33

Obr. 19: Profesionální čistící vana

3.2.4 Označení vzorků

Před zahájením nanášení maziva byly vzorky očíslovány nesmazatelným lihovým fixem, čímž bylo zamezeno případné záměně adherendů a lepidel.

3.2.5 Nanesení maziva

Lepení v automobilovém průmyslu je odlišné od klasického lepení, kdy se lepidlo nanáší na již předem očištěný povrch zbavený veškerých nečistot.

V automobilovém průmyslu jsou plochy pro konstrukci karoserie opatřeny mazivem, které je nanášeno hlavně pro úspěšné provedení operace tažení.

Slouží ale také jako konzervant a chrání plochy proti korozi. Odmaštění hotového výlisku je příliš nákladná a časově náročná operace a proto se volí taková lepidla, která dokáží zajistit kvalitní spoj i bez odmaštění lepených ploch. [8]

Pro lepení bylo použito mazivo ANTICORIT PL 3802 – 39 LV, které bylo naneseno na obě lepené plochy v množství 3g/m². Toto množství bylo zkontrolováno pomocí speciálního přístroje pro měření množství maziva na povrchu plechu. [8]

34

Mazivo ANTICORIT PL 3802 – 39 LV je nízkoviskózní olej typu prelube – prací a ochranný antikorozní olej s tvářecími vlastnostmi bez obsahu baria. Poskytuje velmi dobrou odolnost při skladování venku pod střechou. Je snadno odstranitelný neutrálními a alkalickými prostředky. Používá se zejména pro konzervaci a čištění ocelí válcovaných za studena. Při hmotnosti filmu cca 2g/m²mohou být tvářecí operace prováděny bez dalších přídavných maziv.

Další charakteristiky lze nalézt v příloze číslo 2.

Tabulka 3: Charakteristiky použitého maziva

Vlastnost Údaj Zkouška dle

zápach [-] Mírný -

hustota [kg/m³] 890 DIN 51757

viskozita při 40°C [mm²/s] 17 DIN 51562

bod vzplanutí [°C] 150 DIN ISO 2592

Zařízení na měření množství maziva

Jedná se ruční přenosné zařízení (viz obrázek 20 a 21) k jednoduchému zjišťování hmotnosti oleje na kovovém povrchu. Zařízení je poskládáno z hliníkového obalu, potaženého pryží, který obsahuje osvětlovací systém, filtrové kolo, detektor, referenční mechaniku, baterie a elektroniku. Měření tloušťky maziva je založeno na infračervené – filtrovací technice a je vyvinuto speciálně pro použití v průmyslovém prostředí. Konstrukce umožňuje snímat infračerveným paprskem povrch materiálu a zaznamenávat množství maziva naneseného na kontrolované ploše. Z jednotlivých měření je pak vypočtena průměrná hodnota měřené vrstvy maziva, která se zobrazí na LCD displeji.

Zařízení je schopno měřit vrstvy maziv v rozsahu hodnot 0,2 do 6 g/m². [11]

35

Obr. 21: Detail měřícího zařízení [11]

Obr. 20: Měřící aparát pro kontrolu naneseného množství maziva firmy Fuchs [11]

3.3 Vlastní lepení

3.3.1 Použitá lepidla

Betamate 1440

Jednosložkové epoxidové lepidlo, které se používá pro lepení karosářských plechů a to za účelem zvýšení únavové pevnosti, stabilitě při nárazu a zvýšení tuhosti vozidla. Má výbornou přilnavost na olejem potřené plochy. Je určeno také pro těsnění spojů i ochranu při bodovém svařování. Více podrobností lze vyčíst z přílohy číslo 5. [10]

Tabulka 4: Stručná charakteristika lepidla Batamate 440

Báze Epoxidová pryskyřice

Barva Zelená

Hustota 23°C [g/cm³] 1,24

Pevnost v tahu [MPa] 31

Pevnost v odlupu [N/mm] 9,4

Standartní vytvrzení 30 minut / 180°C

Forma pasta

36 Corasel ZEB 643

Corasel ZEB 643 je výplňové lepidlo bez obsahu rozpouštědel. Vytváří kvalitní spoj na materiálech opatřených mazivem nebo pozinkovanou vrstvou. Slouží pro spojení málo zatěžovaných částí karoserie, kde nedochází k velikému namáhání spoje. Další podrobnosti a informace o lepidle Corasel ZEB lze naleznout v příloze číslo 6.

Tabulka 5: Stručná charakteristika lepidla Corasel ZEB 643 Báze

Barva

Kaučuk Černá

Pevnost ve smyku [MPa] 0,15 ± 0,04

Hustota při 20°C [g/cm³] 1,37 ± 0,03

Vytvrzovací podmínky 30 min / 175 až 200 °C

Forma Pasta

Betaguard RB 214 BV

Betaguard RB 214 BV je lepidlo na bázi syntetického kaučuku s dobrými vlastnostmi a s vysokou pevností. Je používáno v případech, kdy těsnící schopnost lepidla je kombinovaná s bodovým svařováním. Má dobrou přilnavost k povrchům opatřených mazivem, které se běžně používají v automobilovém průmyslu. Více informací lze nalézt v příloze číslo 3. [10]

Tabulka 6: Stručná charakteristika lepidla Bataguard RB 214 BV

Báze Syntetický kaučuk

Barva Šedočerná

Hustota 23°C [g/cm³] 1,4 ± 0,05

Pevnost ve smyku [MPa] 3 – 5

Podmínky vytvrzení max. 30 minut / 205°C

Forma Pasta

37 Sikapower 492G

Sikapower 492G je jednosložkové lepidlo na bázi epoxidové pryskyřice, bez obsahu rozpouštědel. Lepidlo je teplem vytvrzující s dobrou přilnavostí na povrchy opatřené mazivem a je vhodné pro spojování různých kovů.

Po vytvrzení dosahuje lepidlo vysoké pevnosti a má dobrou korozní odolnost.

Další podrobnosti lze nalézt v příloze číslo 4. [10]

Tabulka 7: Stručná charakteristika lepidla Sikapower 492G

Báze Epoxid - hybrid

Barva Černá

Hustota [kg/m³] 1300

Pevnost ve smyku [MPa] (-30°/+80°C) 22/15

Pevnost v odlupu [N/mm] cca 9

Podmínky vytvrzení 20 minut / 175°C

Forma pasta

3.3.2 Nanesení lepidla

Na připravené adherendy bylo vytlačovací pistolí naneseno lepidlo v podobě housenky, která se nanáší pouze na jednu stranu vzorku opatřené mazivem (obr. 21). Po nanesení lepidla byla do lepidla přidána distanční tělíska, která zajistila dodržení správné vrstvy lepidla. U konstrukčních lepidel má tělísko podobu drátku o průměru 0,2 mm a u výplňového lepidla mají tělíska podobu kuliček a průměru 2 mm. Umístění distančních tělísek je znázorněno na obrázku 22. Po nanesení lepidla a vložení distančních tělísek byly vzorky přitlačeny k sobě a zafixovány pomocí svorek (obr. 23), aby nedošlo ke vzájemnému pohybu.

38

Obr. 22: Umístění distančních tělísek

Obr. 23: Zafixování vzorků

3.3.3 Vytvrzení lepidel

Připravené vzorky byly vloženy do sušárny Venticell 222 s nucenou cirkulací vzduchu a rozsahem teplot 20 až 250 °C (viz obrázek č. 24). Vytvrzovací doba a teplota byla nastavena dle hodnot používaných při vytvrzování laku karoserie. V tomto případě vytvrzování trvalo 20 minut při teplotě 180 °C což

39

simulovalo reálné podmínky vytvrzování laku karoserie. Následně probíhalo chladnutí a kondicionace vzorků po dobu 24 hodin při pokojové teplotě.

Obr. 24: Sušárna Venticel 222

3.4 Zkoušky vzorků

3.4.1 Hodnocení pevnosti lepeného spoje

Před samotnou zkouškou bylo třeba vzorky odsvorkovat a odstranit přetoky zatuhlého lepidla.

Testování vzorků bylo provedeno dle předpisů normy ISO 11 339 tak, jak je popsáno v kapitole 2.2. Zkouška byla provedena na trhacím zařízení TIRAtest 2300 (obrázek 25) za podmínek stanovených normou. Na obrázku 26 je vyobrazen zatěžovaný vzorek upnutý v čelistích.

TIRAtest 2300

Měření bylo prováděno na univerzálním trhacím přístroji TIRAtest 2300, který slouží pro zjišťování například mechanických hodnot materiálů v tlaku, tahu a ohybu. K měření byla použita siloměrná hlava s rozsahem 10 kN. K přístroji je připojen počítač, na kterém je nainstalován software LabNet, který

40

zaznamenává hodnoty měření a dále je vyhodnocuje a vytváří zkouškové protokoly.

Obr. 25: Trhací zařízení TIRAtest 2300 Obr. 26: Zkoušený vzorek Zkouška pevnosti v odlupování ISO 11 339

Nejprve se zkoušený vzorek upne za ohnuté konce do čelistí zkoušecího zařízení TIRAtest 2300. Spustí se zkouška, kdy se čelisti začnou od sebe vzdalovat rychlostí 100 mm/min. Lepený spoj je zatěžován odlupující silou až do úplného roztržení vzorku. Průběh zkoušky se zaznamenává v programu LabNet, který je pro tuto zkoušku určen. Ve výsledném protokolu lze vyčíst, jaké bylo testováno lepidlo a jaký byl použit adherend. Dále zde lze nalézt použité mazivo, střední hodnotu pevnosti v odlupu a její směrodatnou odchylku.

Zároveň je v protokolu uveden pro názornost jeden průběh zatěžující síly pro každé lepidlo. Průběhy zkoušek u každého lepidla lze nalézt v přílohách 7 až 9 této práce.

Pro každý vzorek se vypočítá střední pevnost v odlupu podle vzorce 2, jak je uvedeno v kapitole 2.2. Z hlediska kvalitativního ukazatele se z naměřených hodnot vypočítá průměrná hodnota v odlupu Fsab ze vztahu:

̅̅̅̅̅̅

∑

,

⁽²⁾

41

kde je ̅̅̅̅̅̅ [N/mm] průměrná hodnota pevnosti v odlupu z n vzorků, F sabi

[N/mm] pevnost v odlupu jednotlivých vzorků a n [-] počet vzorků.

Z hlediska statistického je v protokolech uvedena střední směrodatná odchylka pro vypočtený průměr, která se vypočítá ze vztahu 3. Směrodatná odchylka udává referenci o tom, jak moc se liší hodnoty naměřené od vypočítané průměrné hodnoty.

√

^∑

,

⁽³⁾

kde je s [N/mm] střední směrodatná odchylka, ̅̅̅̅̅̅ [N/mm] průměrná hodnota

pevnosti v odlupu z n vzorků, Fsabi [N/mm] pevnost v odlupu jednotlivých vzorků a n [-] počet vzorků.

3.4.2 Hodnocení porušení lepeného spoje

Velice důležité jako je vyhodnocení zkoušených vzorků z hlediska pevnosti v odlupu, je důležité vyhodnocení typu porušení lepeného spoje tak, jak je popsáno v kapitole 2.2.1. Porušení lepeného spoje je kohezní (CF), adhezní (AF) a smíšené (SCF). Pro hodnocení se vybírá vždy jeden vzorek z pěti zkoušených a to ani nejhorší a ani nejlepší ze získaných výsledků. Provede se vizuální kontrola u obou částí vzorku a procentuálně se vyjádří typ porušení.

Vizuální kontrola je subjektivní a její výsledky se mohou lišit podle toho, kdo kontrolu provádí. Výsledná hodnota po sečtení všech porušení na vzorku musí být 100 %. Zjištěný typ porušení se zanese do protokolu.

V naprosté většině případů byla zjištěna kohezní (CF) porucha. To znamená, že se lepený spoj porušil ve vrstvě lepidla, což je nejpříznivější možný výsledek.

Pouze ve třech případech převládala porucha smíšená (SCF) a jen v jednom případě byla zjištěna porucha adhezní (AF). Hodnocené vzorky jsou zobrazeny na obrázku 27.

42

BETAMATE 1440 CORASEL ZEB 643

BETAGUARD 214 BV SIKAPOWER 492G

Obr. 27: Hodnocení porušení lepeného spoje

43

4 Vyhodnocení výsledků

V tabulkách 7 až 9 jsou zaznamenány pevnostní hodnoty testovaných vzorků.

Každá tabulka obsahuje souhrn hodnot čtyř testovaných lepidel na jednom adherendu, kde je F_sab [N/mm] střední pevnost v odlupování s [N/mm]

směrodatná odchylka pro střední pevnost v odlupování, CF [%] kohezní porušení, AF [%] adhezní porušení a SCF [%] speciální kohezní porušení.

Tabulka 7: Výsledky souboru vzorků pro plech HX 180 BD Z100 MCO Lepidlo F_sab

[N/mm]

S [N/mm]

Typ porušení

CF [%] AF [%] SCF [%]

Betamate 1440 9,40 0,40 20 20 60

Corasel ZEB 643 1,76 0,26 100 0 0

Betaguard RB214BV 4,39 0,13 100 0 0

Sikapower 492G 9,94 0,21 85 0 15

Tabulka 8: Výsledky souboru vzorků pro plech HX 180 + Bonderit Lepidlo Fsab

[N/mm]

S [N/mm]

Typ porušení

CF [%] AF [%] SCF [%]

Betamate 1440 7,79 0,63 90 5 5

Corasel ZEB 643 0,32 0,06 100 0 0

Betaguard RB214BV 6,00 0,29 95 0 5

Sikapower 492G 10,54 0,16 90 0 10

Tabulka 9: Výsledky souboru vzorků pro plech HX 180 + NIT Lepidlo Fsab

[N/mm]

S [N/mm]

Typ porušení

CF [%] AF [%] SCF [%]

Betamate 1440 7,67 0,47 10 0 90

Corasel ZEB 643 2,07 0,08 100 0 0

Betaguard RB214BV 4,24 0,14 100 0 0

Sikapower 492G 6,97 0,42 10 3 87

44

4.1 Hodnocení lepidel versus adherend

Nelze porovnat lepidla vzájemně proti sobě, protože byly testovány různé druhy lepidel (kaučukovité, epoxidové a jejich hybridy). Tři lepidla jsou pro konstrukční účely a jedno lepidlo je výplňové. Obecně mají konstrukční lepidla (Betamate 1440, Betaguard RB214BV, Sikapower 492G) vyšší pevnost než lepidla výplňová (Corasel ZEB 643), což bylo potvrzeno měřením v této bakalářské práci. Takovýmto porovnáním by nebyl dostatečně dobře vidět vliv povrchové úpravy na kvalitu lepeného spoje, a proto jsou v této bakalářské práci lepidla porovnávána z hlediska adherendů versus lepidlo, kde je dobře vidět vliv povrchové úpravy na kvalitu lepeného spoje.

4.2 Hodnocení adherendů versus lepidlo

V této kapitole je vždy porovnáno jedno lepidlo a jeho střední pevnost v odlupu na všech třech adherendech. Jako referenční vzorek byl zvolen adherend HX 180 BD Z100 MCO, ke kterému jsou vztahovány výsledky ostatních dvou adherendů.

Obr. 28: Graf středních hodnot pevností v odlupu pro lepidlo Betamate 1440

45

Pro epoxidové lepidlo Betamate 1440 je z grafu (obrázek 28) patrné, že nejvyšší pevnosti v odlupu je dosaženo u referenčního adherendu HX 180 BD Z100 MCO a nejnižší hodnota pevnosti v odlupu byla zaznamenána u adherendu HX 180 BD Z100 MCO + NIT, kde pokles pevnosti činil 18,4%

(1,73 N/mm). U adherendu HX 180 BD Z100 MCO + Bonderit byl naměřený pokles pevnosti v odlupu 17,1% (1,61 N/mm).

Obr. 29: Graf středních hodnot pevností v odlupu pro lepidlo Betaguard RB214BV

Pro syntetické kaučukovité lepidlo Betaguard RB214BV je z grafu (obrázek 29) patrné, že nejvyšší pevnost v odlupu byla naměřena pro adherend HX 180 BD Z100 MCO + Bonderit. Proti referenčnímu adherendu HX 180 BD Z100 MCO vzrostla pevnost o 26,8% (1,61 N/mm). U adherendu HX 180 BD Z100 MCO + NIT klesla pevnost proti referenčnímu vzorku o 3,4% (0,15 N/mm). Z výsledků je zjevné, že povrchová úprava Bonderit zvyšuje pevnost v odlupování u lepidla Betaguard RB214BV téměř o 27%.

46

Obr. 30: Graf středních hodnot pevností v odlupování pro lepidlo Sikapower 492G Porovnáním výsledků z grafu (obr. 30) je zjevné, že pro epoxidové - hybridové lepidlo Sikapower 492G je nejoptimálnější úprava povrchu plechu Bonderit, kdy pevnost v odlupu vzrostla oproti referenčnímu vzorku o 5,69 % (0,6 N/mm).

Nejnižší pevnost byla naměřena u adherendu HX 180 BD Z100 MCO + NIT, kde oproti referenčnímu vzorku klesla pevnost v odlupu o 29,88 % (2,97 N/mm).

Obr. 31: Graf středních hodnot pevností v odlupování pro lepidlo Corasel ZEB 643

47

Pro kaučukovité lepidlo Corasel ZEB 643 je z grafu (obrázek 31) patrné že nejvyšší pevnosti v odlupu je dosaženo u adherendu HX 180 BD Z100 MCO + NIT kdy pevnost vzrostla oproti referenčnímu vzorku HX 180 BD Z100 MCO o 17,6 % (0,31 N/mm). Nejnižší zaznamenaná pevnost byla u adherendu HX 180 BD Z100 MCO + Bonderit kde hodnota pevnosti v odlupu klesla oproti referenčnímu vzorku o 81,8 % (1,44 N/mm)..

48

5 Závěr

Cílem této bakalářské práce bylo zjistit vliv povrchových úprav plechů na pevnost lepeného spoje. Za tímto účelem byly ve spolupráci s firmou Škoda Auto a.s. Mladá Boleslav vybrány 3 adherendy, na kterých byl experiment proveden.

Základním neboli referenčním adherendem byl zvolen v automobilovém průmyslu běžně používaný žárově pozinkovaný plech HX 180 BD Z100 MCO.

Další dva adherendy jsou ze stejného ocelového plechu, avšak liší se různou povrchovou úpravou (povlakem). Ke zvoleným plechům byla vybrána lepidla:

Betamate 1440, Corasel ZEB 643, Sikapower 492G a lepidlo Betaguard RB214BV používaná v automobilovém průmyslu pro lepení dílů karoserie. Tato lepidla dokáží vytvořit kvalitní spoj i v případě, že je spojovaný materiál opatřený mazivem, které bylo použito v předešlé tvářecí operaci – jedná se o operaci tažení plechů, při kterém se mazivo používá, aby nedošlo k poškození materiálu během tažení. Na základě požadavků z praxe bylo zvoleno mazivo Anticorit PL 3802-39 LV. Je to mazivo typu prelube – prací olej, které se používá při tažení ocelových plechů a při jejich konzervování. Mazivo bylo naneseno na připravené adherendy v množství 3 g/m².

Nejhorší možný způsob zatížení lepeného spoje je odlup, kde spoj vykazuje menší únosnost, než například při namáhání na smyk. Proto byla pro posouzení kvality lepeného spoje vybrána zkouška pevnosti v odlupu dle normy ISO 11 339.

Z naměřených výsledků prezentovaných v grafech (obrázek 26 až 29) vyplývá, že u lepidla Betaguard RB214BV byla nejvyšší hodnota pevnosti v odlupu dosažena u adherendu HX 180 BD Z100 MCO + Bonderit a to 6,00 N/mm. Tato pevnost byla o 26,8 % vyšší, než u referenčního vzorku. U adherendu s povrchovou úpravou NIT byla naměřena pevnost nižší o 3,4 %, než u vzorku referenčního. Lze tedy říci, že pro lepidlo Betaguard RB214BV je vhodná povrchová úprava Bonderit. Povrchová úprava NIT dosáhla horších výdledků než dosáhl referenční vzorek.

49

U lepidla Sikapower 492G byla naměřena nejvyšší pevnost v odlupu pro adherend HX 180 BD Z100 MOC + Bonderit a to 10,54 N/mm což je o 5,69 % vyšší pevnost, než u vzorku referenčního. U adherendu s povrchovou úpravou NIT byla naměřena pevnost 6,97 N/mm a to je o 29,88 % nižší pevnost, než u vzorku referenčnímu. Na základě provedené zkoušky lze konstatovat, že pro lepidlo Sikapower 492G je vhodné použít povrchovou úpravu Bonderit na rozdíl od povrchové úpravy NIT, u které vyšla pevnost nižší než u referenčního vzorku.

Pro lepidlo Betamate 1440 bylo dosaženo nejvyšší pevnosti v odlupu u referenčního vzorku a to 9,40 N/mm. U dalších adherendů byla naměřená pevnost v odlupu nižší o 17,1 % u adherendu opatřeného povrchovou úpravou Bonderit a o 18,4 % nižší u adherendu opatřeného povrchovou úpravou NIT.

Lze tedy konstatovat, že pro lepidlo Betaguard 1440 je nejvhodnějí používat referenční vzorek kde pevnost lepeného spoje dosahuje lepších výsledků než u adherendů s povrchovými úpravami Bonderit a NIT.

U lepidla Corasel ZEB 643 byla naměřena nejvyšší hodnota pevnosti v odlupu u adherednu HX 180 BD Z100 MCO + NIT a to 2,07 N/mm, což je o 17,6 % vyšší pevnost než byla naměřena u vzorku referenčního (1,76 N/mm). Nejnižší pevnost byla naměřena u adherendu opatřeného povrchovou úpravou Bonderit a to 0,32 N/mm což je o 81,8 % nižší pevnost než u vzorku referenčního.

Pro lepidlo Corasel ZEB 643 lze tedy doporučit použití adherendu s povrchovou úpravou NIT. Naopak povrchovou úpravu Bonderit doporučit nelze.

Vzhledem k tomu, že tato práce je jen částí výzkumu vlivu povrchových úprav adherendu na pevnost lepeného spoje, nelze jasně říci, které lepidlo je nejlepší a které nejhorší. Každé lepidlo je založeno na jiné bázi, a proto je nelze srovnávat navzájem. V této práci je vždy porovnáváno jedno lepidlo na jednom adherendu a jejich výsledky jsou zaneseny do tabulek a grafů. Tato bakalářská práce byla zadána Technickou univerzitou v Liberci ve spolupráci s firmou Škoda auto a.s. Mladá Boleslav. Je zcela na zpracovateli experimentu jak s naměřenými výsledky naloží. V tento moment lze pouze doporučit provedení dalších zkoušek s dalšími lepidly na adherendech použitých v této práci.

50

6 Literatura

1.

Technologie lepení v automobilovém průmyslu. In: Oddělení tváření kovů a plastů [online]. 2008 [cit. 2014-06-14]. Dostupné z: http://www.ksp.tul.cz/

2.

HRÁDEK, Zbyněk. Metodika modelování lepených spojů v automobilovém průmyslu [online]. Brno, 2010 [cit. 2014-06-16]. Dostupné z: http://www.vutbr.cz/. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně.

Vedoucí práce Ing. Pavel Ramík.

3.

BEDNA ÍK, Martin. Lepení polymerů [online]. Zlín, 2011 [cit. 2014-06-13].

Dostupné z: https://dspace.k.utb.cz/. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Vedoucí práce Ing. David Maňas, Ph.D.

4.

PETERKA, Jindřich. Lepení konstrukčních materiálů ve strojírenství. 1.

vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1980, 788 s. ISBN neuvedeno.

5.

HAVELKA, Štěpán. Optimalizace lepení střešních dílů autobusů - SOR Libchavy [online]. Pardubice, 2013 [cit. 2014-07-05]. Dostupné z: http://dspace.upce.cz/. Diplomová práce. Univerzita Pardubice. Vedoucí práce doc. Ing. Pavel Švanda, Ph.D.

6.

MÜLLER, Miroslav. Vliv tloušťky lepené vrstvy na pevnost lepených spojů.

Praha: SDSM, 2003, 67 s. ISBN neuvedeno.

7.

QTS CZ s.r.o. Odmašťovací kapaliny při první dodávce k novému zařízení D-sol 100 160l. QTS CZ s.r.o. mycí stoly, odmašťovací zařízení, odmašťování, odmašťovací kapaliny, montážní vozíky, pracovní stoly [online]. [cit. 2014-06-17]. Dostupné z: http://www.qts.cz/

8.

Technicky list Anticorit PL 3802-39 LV [online]. [cit. 2014-06-17]. Dostupné z: http://www.hazmioil.cz/PI/PI3-4200.pdf

9.

ČSN EN 10346 (420110). Kontinuálně žárově ponorem povlakované ocelové ploché výrobky - Technické dodací podmínky. Praha: SAGIT, 2009.

10.

Technické listy lepidel: Dow Automotive GmbH, Henkel ČR s.r.o., Revocoat S.A.S, Sika automotive GmbH.

51

11.

Firemní materiály měřícího zařízení: Fuchs-Europe Schmierstoffe GmbH&Co.KG

12.

KOVAČIČ, Ĺudomír. Lepenie kovov a plastov. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1984, 398 s. ISBN neuvedeno.

13.

KOLNEROVÁ, Michaela. Vliv technologických podmínek na vznik zadírání pozinkovaných plechů při tažení. Liberec, 2005. Disertační práce.

Technická univerzita v Liberci.

14.

ISO 11 339. Lepidla – T-zkouška v odlupování lepených sestav z ohebných adherendů. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2010.

15.

Hluboké tahy. Hluboké tahy [online]. 2013 [cit. 2014-07-07]. Dostupné z:http://www.belis.eu/automotive/hluboke_tahy/

52

7 Seznam příloh

Příloha číslo:

1. Materiálový list odmašťovacího přípravku D – SOL 100 2. Materiálový list maziva Anticorit PL 3802-39 LV

3. Materiálový list lepidla Betaguard RB 214BV 4. Materiálový list lepidla Sikapower 492G 5. Materiálový list lepidla Betamate 1440 6. Materiálový list lepidla Corasel ZEB 643

7. Zkouškové protokoly pevnosti v odlupu pro adherend HX 180 BD Z100 MCO 8. Zkouškové protokoly pevnosti v odlupu pro adherend HX 180 BD Z100

MCO + NIT

9. Zkouškové protokoly pevnosti v odlupu pro adherend HX 180 BD Z100 MCO + Bonderit

Příloha č. 1

Příloha č. 2

Příloha č. 3

Příloha č. 3

Příloha č. 4

Příloha č. 4

Příloha č. 5

Příloha č. 5

Příloha č. 5

Příloha č. 6

Příloha č. 7

ZKOUŠKA V ODLUPU DLE ISO 11339

Vstupní hodnoty

Testované lepidlo: : BETAMATE 1440 Testovaný substrát: : HX180BD Testované mazivo: : Anticorit PL 3802-39LV Množství maziva: : 3g/m2

Rychlost zatěžování: : 100 mm/min.

Vypracoval: : Vojtěch Růžička

Příprava vzorků: Nanensení maziva. 60 min. kondicionace. Slepení vzorků.

Vytvrzeno 180°C 20 min.

Test při RT

VÝSLEDKY

CF: : 20 SCF: : 60 AF: : 20

Číslo zkoušky

Fmax N

Fsab N/mm 1 393.12 9.66 2 501.60 8.69 3 555.18 9.58 4 419.80 9.61 5 478.84 9.47

Statistická hodnota

Fmax N

Fsab N/mm

Počet zkoušek 5 5

Průměrná hodnota 469.71 9.40 Směrodatná odchýlka 64.74 0.40

Kanál síly / pevnosti [MPa]

5 10 15 20

Kanál dráhy příčníku [mm]

100 200 300

Fmax

LmezLaFsab

Lb

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Oddělení tváření kovů a plastů

Studentska 2, 461 17, Liberec 1, CZ http://www.ksp.tul.cz

Příloha č. 7

ZKOUŠKA V ODLUPU DLE ISO 11339

Vstupní hodnoty

Testované lepidlo: : Coraseal ZEB 643 Testovaný substrát: : HX180BD Testované mazivo: : Anticorit PL 3802-39LV Množství maziva: : 3g/m2

Rychlost zatěžování: : 100 mm/min.

Vypracoval: : Vojtěch Růžička

Příprava vzorků: Nanensení maziva. 60 min. kondicionace. Slepení vzorků.

Vytvrzeno 180°C 20 min.

Test při RT

VÝSLEDKY

CF: : 100 SCF: : AF: :

Číslo zkoušky

Fmax N

Fsab N/mm 1 59.68 1.89 2 126.54 1.41 3 102.46 1.65 4 100.50 2.11 5 132.74 1.73

Statistická hodnota

Fmax N

Fsab N/mm

Počet zkoušek 5 5

Průměrná hodnota 104.38 1.76 Směrodatná odchýlka 28.78 0.26

Kanál síly / pevnosti [MPa]

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00

0.00

Kanál dráhy příčníku [mm]

50 100 150 200 250

Fmax

LmezLaFsab

Lb

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Oddělení tváření kovů a plastů

Studentska 2, 461 17, Liberec 1, CZ http://www.ksp.tul.cz