Deze NLT-module gaat over het gebruik van lijm en hoe je het beste verschillende voorwerpen aan elkaar kunt hechten. Je zult zien dat lijm een heel belangrijke functie inneemt in veel hedendaagse producten en dat veel producten zonder lijm niet eens gemaakt zouden kunnen worden. Het gekke is eigenlijk dat iedereen heeft leren plakken met lijm in groep 0 of 1 en later nooit meer iets heeft bijgeleerd. Dit zou kunnen betekenen dat het erg eenvoudig is of dat wij lijmen niet serieus nemen. Na afloop van deze module mag je zelf het antwoord geven.
Op de website is een groot aantal PDF documenten (via een link) opgenomen. Om te kunnen zoeken in de PDF bestanden zijn ze samengevoegd (in 3 grote bestanden). Die kun je downloaden en via Adobe Reader doorzoeken voor het maken van de zoek-opdrachten uit de module Lijmen en Hechting.
Om precies te weten wat je allemaal in deze NLT-module kunt doen met de website is het aan te raden om eerstde website instructie te bekijken.
Veel van onze gebruiksvoorwerpen zijn gemaakt door heel goed naar de natuur te kijken. Met name allerlei manieren om verschillende voorwerpen aan elkaar te bevestigen. Zo komt het idee voor klittenband voor onze sportschoenen en kleding van de zaaddozen van de klis, een distelachtige plant. In het volgende filmpje zijn veel verschillende verbindingsmethodes opgenomen. Zo kijken we momenteel met veel belangstelling hoe een Gekko langs de muur en het plafond loopt en dienen mosselen tegenwoordig als voorbeeld bij onderzoek naar een nieuwe lijmsoort. Een ingewikkelde botbreuk bijvoorbeeld of een geperforeerde darm zijn tot nu toe niet met lijm te repareren. De huidige medische lijmsoorten zijn niet bruikbaar in het waterige en zoute milieu van het lichaam. Wetenschappers zijn nu bezig om de lijm te onderzoeken die de blauwe mossel produceert om zichzelf in zee (waterige zoute omgeving) te kunnen vastmaken. Het resultaat zou kunnen zijn dat er op den duur een lijmsoort(bijvoorbeeld gebaseerd op wormenlijm) wordt uitgevonden die het mogelijk maakt om botbreuken, inwendige kwetsuren en wonden weer vast te plakken.
Dat lijm in veel apparaten tegenwoordig een prominente rol inneemt en ook essentieel is, is goed te zien in de volgende uitzending vanHet Klokhuis. Dichter bij huis, bijvoorbeeld bij het sporten, zijn ook veel voorbeelden te zien van lijmverbindingen.
Chemische binding is de verzamelnaam voor de kracht(en) die tussen atomen (bijvoorbeeld in moleculen), of tussen ionen (bijvoorbeeld in zoutkristallen) of tussen moleculen (bijvoorbeeld in een vaste stof of vloeistof) werkzaam zijn. Het zal duidelijk zijn dat de werking van lijmen alleen begrepen kan worden als je weet welke krachten op atomair en moleculair niveau een rol kunnen spelen. In dit kader wordt alleen een korte beschrijving gegeven van de diverse types chemische binding; voor een uitgebreidere beschrijving kun je beter je lesboek voor scheikunde raadplegen. In hoofdstuk 4 vind je beschrijvingen van de werking van lijm op atomair en moleculair niveau.
Binding tussen atomen is in het algemeen terug te voeren naar verschillen in electronegativiteit (ook wel elektronenaffiniteit genoemd) tussen de verschillende soorten atomen. Kort gezegd: elke atoomsoort heeft een bepaalde aantrekkingskracht op elektronen; atomen van dezelfde soort trekken even hard aan een elektron, twee atomen van verschillende soort trekken elektronen met niet dezelfde kracht aan. Het grootste verschil is te vinden tussen metaal-atomen (trekken elektronen weinig aan) en niet-metaal-atomen (trekken elektronen juist hard aan) (BINAS 40A).
Dit leidt tot de volgende
hoofdgroepen van binding tussen atomen (intra-moleculaire krachten):
in metalen en legeringen werkt de metaalbinding:elektronen horen niet bij één bepaald metaalatoom maar bewegen zich vrij van het ene naar het andere metaalatoom in het metaalrooster
in moleculaire stoffen werkt de covalente binding* (ook wel atoom- bindinggenoemd): elektronen vormen elektronenparen die tussen twee niet-metaal- atomen voor binding zorgen. De elektronenparen horen specifiek bij de twee atomen waar ze tussen in zitten.
in zouten ofwel ionaire stoffen werkt de ionbinding: er is sprake van positieve (meestal metaal-)ionen en negatieve (meestal niet-metaal- )ionen. Ze zijn ontstaan door verhuizing van één of meer elektronen vanaf het (metaal)-atoom dat als positief ion in het zout zit naar het (niet-metaal- )atoom dat het negatieve ion wordt. Tussen de ionen zijn elektrostatische krachten werkzaam.
*) de polair-covalente binding is een variant die ontstaat als er covalente bindingen tussen niet-metaalatomen van verschillende electronegativiteit ontstaan; het gevormde elektronenpaar ‘schuift op’ naar de meest electronegatieve atoomsoort waardoor kleine ladingsverschillen (‘polen’) ontstaan.
In zouten en in metalen verklaart het bindingstype ook de diverse eigenschappen van deze stoffen (geleiding van warmte en stroom, hoogte van het kook- en smeltpunt enz.)
Voor de moleculaire stoffen zijn, naast de (polair-) covalente bindingen die de atomen in de moleculen bij elkaar houden, ook de krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen van belang. De sterkte van de (polair-) covalente bindingen (intra-moleculaire krachten) bepaalt de sterkte van de moleculen en dus bijvoorbeeld de ontledingstemperatuur van de stof. De krachten die de moleculen op elkaar uitoefenen (inter-moleculaire krachten) bepalen de hoogte van bijvoorbeeld het kook- en smeltpunt (en –deels- ook de kracht van een lijm!).
Naast de krachten die in het molecuul aanwezig zijn, zijn er ook krachten tussen verschillende moleculen (inter-moleculaire krachten):
tussen alle deeltjes werkt de van der Waals-kracht:deze is afhankelijk van de massa en de vorm van de deeltjes. De vdWaals- kracht is verwaarloosbaar klein t.o.v. de intra- moleculaire krachten van hiervoor. De vdWaals-kracht is wèl van belang als kracht die moleculen in een vaste stof (bijvoorbeeld jodium, I2(s)) of een vloeistof (bijvoorbeeld benzine C8H18(l)) bij elkaar houdt. Het zal duidelijk zijn dat in macromoleculaire stoffen (eiwitten, kunststoffen, cellulose, zetmeel e.d.) de vdWaals-krachten vanwege de hoge molecuulmassa’s een vooraanstaande rol spelen!
vdWaals-krachten krijgen soms hulp van andere krachten. Hiertoe behoort o.a. de dipool-dipool-interactie die het gevolg kan zijn van de aanwezigheid van polair- covalente bindingen in een molecuul. Raadpleeg hierover je scheikunde tekstboek. De bijdrage van de dipool -dipool- interactie aan de intermoleculaire kracht is meestal niet erg sterk.
Bij stoffen die één of meer OH- en/of NH-groep(en) bevatten treden zgn.waterstofbruggen (H-bruggen) op. Het effect van de H- brug als intermoleculaire kracht kan spectaculair zijn!
Meer informatie en/of wetenswaardigheden is te vinden in het verhaal over het
Binding tussen twee atomen door het delen van elektronen. Organische moleculen bevatten doorgaans atoombindingen. Ze worden voorgesteld in een structuurformule met een streepje.
Een duidelijker beeld krijg je in het volgende filmpje
2.2 Covalente binding
2.2 Covalente binding
Is een andere benaming voor een atoombinding. Kijk maar eens naar dit filmpje
2.3 Polaire binding
2.3 Polaire binding
Een polaire binding is een covalente binding waarbij de bindende elektronen niet gelijkelijk over beide atomen zijn verdeeld. Een binding tussen twee atomen van ongelijke elektronegativiteit is gepolariseerd in de richting van het meest elektronegatieve atoom, d.w.z. dat de elektronen meer naar dat atoom worden toegetrokken. Dit geeft aanleiding tot een geringe ladingsscheiding waardoor een dipoolmoment ontstaat. Deze scheiding van lading is veel kleiner dan in ionvormige verbindingen.
Polaire binding
2.4 v.d. Waals binding
2.4 v.d. Waalsbinding
Dit zijn intermoleculaire aantrekkingskrachten die aanzienlijk zwakker zijn dan chemische bindingen. Deze van der Waalskrachten wordt veroorzaakt door zwakke elektrostatische interacties tussen de moleculen (de energie is vaak minder dan 1 J/mol)
Ook al is deze kracht erg klein ten opzichte van de intra-moleculaire krachten als er maar genoeg van zijn kan het toch een heel groot effect geven. Een mooi voorbeeld hiervan is klittenband, een klein haakje zit niet erg vast maar alle haakjes samen zorgt ervoor dat er een grote kracht nodig is. Enkele voorbeelden van wat allemaal mogelijk is met "van der Waalsbindingen" is o.a. te zien bij supersterke vezels(link stuk) en de kleefkracht van Gekko's
2.5 Dipoolbinding
2.5 Dipoolbinding
Er zijn 2 soorten dipoolbindingen te onderscheiden
1. Een dipool-dipoolbinding die bestaat uit een positieve en een (gelijkwaardige) negatieve pool, die op een bepaalde afstand van elkaar staan.
2. Een moleculaire dipool die ontstaat doordat er polarisatie in het molecuul optreedt.
2.6 Waterstofbruggen
2.6 Waterstof bruggen
Een binding tussen moleculen waarin waterstof is gebonden aan een sterk elektronegatief element. Polarisatie van de binding door het elektronegatieve element leidt tot een positieve lading op het op het waterstof-atoom. De waterstofbruggen komen met name voor tussen O- H en N-H bindingen of combinaties hiervan.
In de onderstaande figuur zijn de waterstofbruggen niet weergegeven maar als je goed kijkt kun je ze wel zien.
2.7 Ionbinding
2.7 Ionbinding
Dit is de binding tussen ionen in verbindingen waarbij de ionen gevormd worden door de volledige overdracht van elektronen van het ene element aan het andere. Bijvoorbeeld Na+ en Cl-. De ionbinding ontstaat doordat de aantrekkingskracht tussen ionen van tegengestelde lading groter is dan de afstotende kracht tussen ionen van gelijke lading.
2.8 Chemisch woordenboek
2.8 Chemisch woordenboek
Mocht je nog vragen hebben over de gebruikte chemische termen dan kun je hier (link stuk) terecht.
3. Verbindingstechnieken
In dit hoofdstuk maak je kennis met allerlei technieken om voorwerpen (onderdelen) aan elkaar te verbinden. In het volgende filmpje krijg je een mooi overzicht van verbindingstechnieken die we dagelijks toepassen. De verschillende verbindingstechnieken als volgt onder te verdelen
Thermisch
Fysisch mechanisch
Mechanisch
Hybride
De verschillende technieken zullen achtereenvolgens behandeld worden en als praktijkvoorbeeld zal gekeken worden naar de technieken die de houtindustrie gebruikt en die geheel anders zijn dan de technieken die de metaalindustrietoepast
3.1 Thermisch
3.1 Thermisch
Bij het thermisch verbinden van materialen moet je vooral denken aan processen als lassen en solderen van metalen
Veel minder bekend is het lassen van kunststoffen maar wel een steeds meer gebruikte methode
3.2 Fysisch chemisch
3.2 Fysisch Chemisch
Het bekendste fysisch chemische proces is natuurlijk het verlijmen van voorwerpen. Bijna alle materialen zijn tegenwoordig wel te verlijmen, Belangrijk hierbij is wel de manier waarop de lijmverbinding is ontworpen voorbeelden zijn
Lijmen van schoenzolen
Houtlijmen
Behangen
Het verlijmen van vloertegels
Het verlijmen van gevelstenen bij een huis
3.3 Mechanisch
3.3 Mechanisch
Er zijn verschillende manieren om mechanisch 2 (of meer) voorwerpen aan elkaar te verbinden
3.4 Hybride
3.4 Hybride
Bij hybride verbinding worden twee verbindingsmethoden gecombineerd waardoor de voordelen van beide methoden naar voren komen. Erg bekend is de methode om bij het verlijmen van moeilijke materialen een soort opstaande rand te maken waardoor de materialen ten opzichte van elkaar niet kunnen verschuiven en de lijm rustig kan uitharden zodat een maximale sterkte kan worden verkregen.
3.5 Houtindustrie
3.5 Houtindustrie
Er zijn zeer veel manieren bekend om houten voorwerpen aan elkaar te verbinden.
Omdat hout al sinds mensenheugenis wordt gebruikt om mee te bouwen of te construeren is het natuurlijk ook niet vreemd dat houtlijm de eerste echte lijmsoort was. Tegenwoordig maken wij de meest uiteenlopende constructies met hout en lijm => voor werpen die anders niet te maken waren.
Elke constructie vereist een andere manier van verwerken, als voorbeeld is o.a. een powerpoint-presentatie van de firma "De Groot" toegevoegd die gespecialiseerd is in grote houten constructies. De overige links geven een goed voorbeeld van de houtverwerkende industrie en de producten die ze maken.
Lijm is een stof waarmee voorwerpen aan elkaar kunnen worden bevestigd.
Er bestaan tallozelijmsoorten. Een aantal groepen zijn:
dierlijke lijm, (beenderlijm, vislijm) bestaande uit colloidale eiwitten verkregen door het langdurig koken van dierlijk bindweefsel (pezen, hoeven). Dit waren de eerste soorten lijm.
houtlijm, een emulsie van plasticpartikeltjes in water
lijm op basis van synthetische rubbers
plantaardige lijmen, vaak op basis van gom en koolhydraten
epoxylijm, van kunsthars met als tweede component een verharder
smeltlijmen die bestaan uit gesmolten plastics
knutsellijm bestaand uit in vluchtige oplosmiddelen opgeloste plastics
secondenlijm, vooral gemaakt van cyanoacrylaten
Deze indeling is niet de enig mogelijke;lijmen kunnen op veel manieren worden ingedeeld. Zo zijn er indelingen naar herkomst, naar chemische structuur, naar het te lijmen materiaal, of naar oplosmiddel.
4.1 Geschiedenis
4.1 Geschiedenis
De ontdekking van twee met bitumen aan elkaar gelijmde stenen van tenminste 36.000 jaar oud bewijst (volgens Eric Boeda, Universiteit Parijs) dat het gebruik van lijm waarschijnlijk zo oud als de mensheid is. De volgende mijlpalen zijn bekend;
4000 B.C. Archeologen vinden met plantaardige lijm aan elkaar gelijmde vazen. Ze ontdekken ook dat in Babylon, in standbeelden de ivoren ogen met lijm vast zitten.
2.000 B.C. In de literatuur wordt voor het eerst melding gemaakt van ontdekte dierlijke lijm- toepassingen.
1500-1000 B.C. De in deze periode ontdekte voorwerpen, schilderingen en stucwerk, vertonen sporen van lijm. De graftombe van Tut (Tutankhamun) was met lijm afgedicht.
0 – 1500 Door de Grieken en de Romeinen wordt lijm toegepast bij inlegwerk, bij het fineeren en bij het waterdicht maken van schepen.
1000 Het leger van Genghis Khan gebruikte met lijm gelamineerde handbogen.
1644-1737 Antonio Stradivari gebruikte, bij het lamineerproces speciale lijm, bij het bouwen van zijn wereldberoemde violen.
1700 Werd de eerste dierenlijm fabrieksmatig in Nederland vervaardigd.
1750 Werd het eerste patent in Engeland op een vislijm uitgeschreven.
1900+ Werd de lijm op verschilde plaatsen in de wereld industrieel geproduceerd.
1910+ Werd cellulosenitraat (celluloid) gebruikt als vervanger voor de ivoren biljartballen en werd het bakeliet op de markt gebracht.
1920+ Werden de synthetisch vervaardigde lijmen ontdekt.
1951 is het cyanoacrylaat (10 secondenlijm) ontdekt door Fred Joyner.
Een van de bekendste lijmen is nog steeds Bisonkit, de geschiedenis van dit product kun je hier vinden.
4.2 Polymeren
4.2 Polymeren
Het principe van veel lijmsoorten is dat een vloeibare substantie uithard (polymerisatie reactie) en een soort polymeer-structuur (een soort groot netwerk) vormt. Wil je iets over een lijmsoort kunnen voorspellen dan moet je kennis hebben van de chemie van het uitharden en de structuur van het uitgeharde materiaal.
Een voorbeeld van een uithardingsproces is de bekende 10 secondenlijm.
Het uithardingsproces van deze 10 secondenlijm (op basis van cyanoacrylaten) kan als volgt worden beschreven:
Een zure stabilisator voorkomt dat de moleculen gaan reageren, waardoor de lijm vloeibaar blijft (1)
Na aanbrengen neutraliseert de oppervlakvochtigheid de stabilisator (2)
Vervolgens start het polymerisatieproces (de kettingreactie) (3)
Er worden een groot aantal polymeerketens gevormd, die onderling verbonden zijn (een groot netwerk) (4)
Meer informatie over polymeren is natuurlijk te vinden op Wikipedia
Het bewerken van de ondergrond (oppervlakte behandeling)
Het aanbrengen van de lijm
De verschillende soorten lijm
Het faalmechanisme
De voor en nadelen van lijm
Enkele overzichtsverhalen zijn (1) hier, (2) hier en (3) hier te vinden.
Reinigingstechnieken
Het doel van de reinigingstechnieken is om “vreemde”stoffen (vuil of roest) van het substraat (ondergrond) te verwijderen. Deze vreemde stoffen hebben een negatieve invloed op de hechting van de lijm aan het substraat.
De reinigingstechnieken zijn onder te verdelen in:
Mechanische reiniging;
Stralen: straalgrid (metalen kogeltjes) wordt met grote snelheid op het substraat geschoten. Hierdoor wordt het vuil mechanisch verwijderd. Vroeger werd zand als straalmedium gebruikt. Vanwege het gevaar op asbestose (stoflongen) is zand als straalmiddel verboden.
Waterhogedruk: (warm) water waar soms zeep aan toegevoegd is wordt met hoge druk op het substraat gespoten.
Schuren: met behulp van schuurpapier kan mechanisch het vuil van het substraat worden verwijderd. Bij deze reinigingsmethode bestaat het gevaar dat het vuil in de poriën wordt (uit)gesmeerd. Daarom is het aan te bevelen om voor het schuren eerst het substraat (chemisch) te reinigen.
Chemische reiniging (pas op uw gezondheid)
Oplosmiddelen: met behulp van een oplosmiddel wordt het vuil in oplossing gebracht waarna het mechanisch (met een doek) kan werden verwijderd. Oplosmiddelen kunnen bestaan uit koolwaterstoffen, alcoholen, esters of ketonen. (Verfafbijt is een oplosmiddel). Voorbeelden van oplosmiddelen zijn M.E.K., thinner, terpetine, xyleen, aceton, wasbenzine, chlorotheen.
Tensiden:tensiden zijn oppervlakteactieve stoffen met moleculen waaraan aan een zijde water en aan de ander zijde vet of olie zich kan hechten. Als deze tensie op het substaat worden aangebracht dan hechten deze aan het vet of olie. De vuildeeltjes weken zich dan los waarna ze gemakkelijk met water kunnen worden weggespoeld.
Alkaliën: alkaliën zijn logen die een chemische reactie aangaan met (plantaardige) vetten. Uit de reactie ontstaat zeep (organisch zout). Doordat de zeep oplosbaar in water is kan het vuil gemakkelijk mat water worden weggespoeld.
Zuren: een zuur reageert met een mineraal (oxide of kalk). Met het beitsproces wordt door het opbrengen van een verzwakt (verdund) zuur het mineraal dat op het substraat aanwezig chemisch omgezet in een gas.
Geschikt maken van de ondergrond
Geschikt maken van de ondergrond: niet elke schone ondergrond is geschikt om daarop direct de lijm op aan te brengen. Metalen (staal en aluminium) moeten eerst tegen corrosie (oxidatie) beschermd worden. Bij kunststoffen kunnen hulpstoffen (lossingsmiddelen) aan het oppervlak aanwezig zijn, om het kunststof gemakkelijker uit het gereedschap te laten komen, die eerst verwijderd dienen te worden. Ook is het noodzakelijk om bij sommige kunststoffen ((polypropyleen (PP), polyethyleen (PE), polytetrafluorethyleen (PTFE), polyoxymethyleen (POM), silicone en thermoplastische elastomeren (TPE’s)) het oppervlak te ioniseren om een betere hechting van de lijm mogelijk te maken. Deze materialen hebben een (te) hoge oppervlakte spanning waardoor de lijm niet op het oppervlak uit kan (uit)vloeien.
De ondergrond kan geschikt gemaakt worden voor het lijmen door de ondergrondvoor te behandelen met;
Primer : primers zijn vaak verdunde lijmen die goed in de poriën van het materiaal kunnen dringen om voor een goede hechting te zorgen. Vaak worden hechtverbeteraars en corrosiewerende bestanddelen aan de primers toegevoegd. Voor meer informatie zieprimers.
Plasma: een gas wordt door een radio- of hoogfrequent veld geëxciteerd tot een plasma. Dit plasma zal het oppervlak beschadigen (verbreken van de buitenste C-H bindingen van de polymeren) om een betere hechting met de lijm mogelijk te maken.
Mechanisch verruwen: met het mechanisch verruwen wordt het hechtoppervlak vergroot waardoor de lijm zich beter mechanisch kan verankeren. Omdat de lijmkracht hoofdzakelijk door de v/d Waals- krachten tot stand komen is deze methode weinig effectief.
Bevlammen: door met een vlam over het oppervlak te gaan wordt de oppervlakte beschadigd. De polymeren worden op deze manier opengebroken om een betere hechting met de lijm mogelijk te maken.
Corona behandeling: corona ontstaat als bij voldoende hoge spanning tussen twee geleiders het omringende gas geïoniseerd raakt. Deze ionisatie zorgt ervoor dat het substraat gemakkelijker een verbinding met de lijm aangaat. Het oppervlak wordt als het ware geactiveerd. Deze techniek wordt veel toegepast bij folies.
Galvaniseren: bij het galvaniseren wordt het substraat bedekt met een dun laagje metaal. Dit laagje voorkomt het oxideren (roesten) van het metaal.
Lakken: het lakken van het substraat wordt veel toegepast om te voorkomen dat de substraten tussentijds gaan oxideren. Het lijmproces kan op deze manier later plaats vinden.
Het effect van het behandelen van oppervlakken is goed te zien in de volgendefilm
Bij dit type lijmen vindt er geen chemische reactie plaats.
De fysische reacties zijn weer onder te verdelen in;
Verlies van oplosmiddel: men laat gedurende een bepaalde tijd het oplosmiddel verdampen en vervolgens worden de oppervlakken pas tegen elkaar gedrukt. Voorbeelden van deze lijmsoorten zijn; bandenplaklijm, houtlijm en papierlijm.
Uitharding door afkoelen: bij dit type lijmen wordt de lijmmassa als een hete vloeistof op het te lijmen oppervlak aangebracht. Door afkoeling ontstaat er een hechting. Voorbeelden van deze lijmsoorten zijn; thermoplasten zoals EVA, PA en Polyerester.
Kleeflijmen: bij dit type lijmen is de lijmmassa rubberachtig en is de kleefkracht blijvend.
Smeltlijmen: bij dit type lijmen smelten de componenten samen.
Chemisch
Het kenmerk van deze lijmen is dat er meerdere componenten aanwezig zijn die nadat ze samen zijn gevoegd een chemische reactie (polymerisatie reactie) tot stand brengen.
De chemische reacties zijn weer onder te verdelen in;
Tweecomponentenlijmen: de reactie vindt plaats doordat de componenten onderling met elkaar reageren. Voorbeelden van deze lijmen met chemische reacties zijn: epoxy-, fenolische-, acrylaat-, cyanoacrylaat- en polyurethaanlijmen.
Reactie door vocht: het kenmerk van deze lijmen is dat de tweede component die noodzakelijk is voor de chemische reactie in de omgeving aanwezig is. Voorbeelden van lijmen die de tweede component uit de omgeving halen zijn. urethanen-, siliconen- en cementlijm.
Anaerobische reactie: het kenmerk van deze lijmen is dat bij uitsluiting van zuurstof de lijm reageert.
UV of elektronenstraling uithardende: het kenmerk van deze lijmen is dat door de UV- of elektronenstraling de lijmreactie (polymerisatie) op gang brengt.
No mix: het kenmerk van de no mix-lijmen is dat elke component apart op het substraat (ondergrond) wordt aangebracht. De uitharding van de lijm vindt pas plaats als de te delen lijmen met elkaar in contact komen.
Faalmechanisme
De meeste oorzaken van een falende lijmverbinding zijn te wijten aan adhesivebreuken. Voor meer informatie zie lijmfaalmechanismen.
Voor en nadelen
De voordelen van een lijmverbinding zijn;
Een gelijkmatige spanningsverdeling in de verbinding. In tegenstelling tot een boutverbinding draagt het gehele lijmvlak bij in de krachtenoverdracht ervan. Hierdoor wordt de spanning in en op de verbinding gelijkmatig op het oppervlak verdeeld.
Geen structuurverandering: de materiaalstructuur van de te lijmen materialen wordt, in tegenstelling tot die bij het lassen of solderen, niet veranderd of beschadigd. Bij het lassen of solderen wordt de structuur van het materiaal veranderd.
Gewichtsbesparing: doordat in tegenstelling tot een boutverbinding het gehele oppervak bijdraagt in de krachtoverdracht kan per saldo de constructie lichter worden uitgevoerd.
Gasdicht: in tegenstelling tot een boutverbinding is een lijmverbinding gasdicht.
Verschillende materialen zijn verlijmbaar. Materialen zoals glas en aluminium kunnen met elkaar verbonden worden.
De verbinding is losneembaar zonder het verlijmde materiaal te beschadigen. In veel gevallen kan de lijmverbinding eenvoudig ongedaan gemaakt worden.
Contactcorrosie vrij: doordat de materialen van elkaar gescheiden zijn treedt er geen contact (galvanische) corrosie op.
Verlijming van grote oppervlakten is vrij eenvoudig mogelijk.
Lijmverbindingen zijn in beperkte mate elastisch waardoor ze trillingen dempen.
De nadelen van een lijmverbinding zijn;
De lijmkeuze is afhankelijk van het soort materiaal, de toepassing en de omgeving waarin het gebruikt wordt. Het lijmproces is door haar vele processtappen complex.
Beperkt inzetbaar: de beïnvloeding van statische en dynamische krachten, chemische (vochtigheid, oplosmiddelen, schoonmaakmiddelen, zouten, zuren,...), en fysische (temperatuur, trilling, UV- en andere straling) processen hebben een nadelige invloed op de levensduur van de lijmverbinding. Een juiste lijmkeuze is daarom zeer belangrijk.
Vooraf niet controleerbaar op sterkte: een lijmverbinding is niet vooraf, zonder deze te stuk te maken, controleerbaar op sterkte. Door het lijmproces te controleren is het waarschijnlijk dat de lijmverbinding de vereiste kwaliteit bereikt.
Constructieve niet overal inzetbaar: doordat de lijmverbinding een beperkte kracht kan overbrengen is een relatief groot lijmoppervlak noodzakelijk om de vereiste krachten over te brengen. Een lijmverbinding is niet bestand tegen afpelkrachten.
4.4 Lijmwijzer en productbladen
Hieronder een aantal verschillende lijmfabrikanten die allemaal hun eigen lijmwijzer uitgeven (let op soms moet je nog een keer verder klikken). Een van de meest volledige overzichten op het gebied van welke lijm je voor welke toepassing nodig hebt kun je hier vinden.
Er zijn zoveel commerciële lijmproducten te koop, voor zulke uiteenlopende toepassingen, dat de meeste fabrikanten tegenwoordig dikke handboeken hebben waarin alle gegevens staan van de verschillende lijmen. Een mooi voorbeeld daarvan is te vinden bij Loctite
Met de juiste ingrediënten is het heel eenvoudig om zelf een lijm te maken. In het overzicht dat staat in paragraaf 4.1 is te zien dat pas sinds de vorige eeuw lijmen worden gemaakt van chemicaliën die je niet zo makkelijk te krijgen zijn, tot die tijd gebruikte men allerlei natuurlijke ingrediënten.
Enkele bekende lijmsoorten die men zelf kan maken zijn:
Lijm wordt toegepast in veel verschillende produkten, sommige voorbeelden zijn zeer bekend zoals bijvoorbeeld in de verwerking van hout (houtlijm), bij een prittstift (papierlijm) of bij plakband (alleslijm). Maar ook in een moderne auto of bus, bij een operatie in het ziekenhuis of tijdens de Dakar Rally. Voor bijna elke toepassing is er wel een lijm. Dat lijm overal om ons heen gebruikt wordt kun je goed zien in lijmverbindingen in de sport. Omdat er echter zoveel verschillende materialen te gebruiken zijn kun je niet zomaar elke lijm gebruiken, lees het volgende verhaal maar eens.
4.7.1 Houtindustrie
Een van de oudste lijmverbindingen is tussen twee houten voorwerpen met behulp van houtlijm. Hierbij kan het gaan om veel verschillende constructies zoals:
Elke constructie vereist een andere manier van verwerken, als voorbeeld is o.a. een powerpoint-presentatie van de firma "De Groot" toegevoegd die gespecialiseerd is in grote houten constructies. De overige links geven een goed voorbeeld van de houtverwerkende industrie en de producten die ze maken.
Een industrie tak die de laatste jaren steeds meer lijm gebruikt is de auto-industrie niet alleen bij personenauto's maar ook bij de productie van bussen en vrachtwagens. Dit komt vooral doordat er steeds meer gebruik wordt gemaakt van verschillende materialen zoals metaal, vele soorten kunststof, glas, textiel en hout.
Een ander mooi voorbeeld van de toepassing van lijm in de automobiel industrie is te vinden bij de deelname van Loctite aan de Dakar Rally.
Voorbeelden van lijmapplicaties tijdens de Dakar Rally 2005 (door Loctite)
Loctite en Teroson op weg naar Dakar 2006
Op 31 december 2005 ging de 28ste editie van de Rally Dakar van start in het mooie Lissabon. Na een eerste succesvolle deelname in januari 2005, zijn Loctite en Teroson in dat jaar opnieuw aangetreden als Official Supplier. Henkel wil de kwaliteit van haar Loctite en Teroson producten immers niet enkel claimen maar ook daadwerkelijk aantonen en waar kan dit beter dan in de Rally Dakar. Niet alleen ontving elke piloot bij aanvang een pakket met Loctite en Teroson producten voor noodreparaties, ook werd er een technisch platform gerealiseerd waar 2 experts de onfortuinlijke deelnemers gedurende de volledige race bijstonden met raad en daad. Zo hebben Loctite en Teroson ook dat jaar de kandidaten geholpen bij hun ultieme droom: na 2 helse weken moe maar voldaan het Lac Rose bereiken.
4.7.3 Vliegtuigindustrie
GLARE: een nieuw vliegtuigmateriaal
Materialen vormen een belangrijk onderdeel van de luchtvaart- en ruimtevaartindustrie. Tegenwoordig is, bij de bouw van vliegtuigen, aluminium het meest gebruikte materiaal. De meeste vliegtuigen worden gemaakt van aluminium platen met een dikte van ongeveer een millimeter. Helaas heeft aluminium, naast haar goede eigenschappen, ook enkele minder wenselijke eigenschappen. Daarom heeft de faculteit een nieuw materiaal ontworpen: GLARE.
GLARE ziet er hetzelfde uit als aluminium platen, maar het bestaat uit verschillende lagen. Eerst een dunne laag aluminium, dan een dunne laag van sterke glasvezels en dan weer een laag aluminium. Dit zou een soort 'metaaltriplex' genoemd kunnen worden: een sandwich van dunne, samengelijmde platen van elk ongeveer een derde millimeter dik. Enkele van de bijzondere voordelen van dit materiaal zijn dat het meer bescherming biedt in geval van brand, beter bestand is tegen schade, en minder gevoelig is voor vermoeiing. Een variant van GLARE wordt gebruikt voor het vrachtluik van de C-17, Amerika`s nieuwste transporttoestel.
Het onderzoek van de faculteit is van belang bij de bouw van het grootste passagiersvliegtuig, de A380 van Airbus. Airbus gebruikt GLARE als het primaire materiaal voor het casco, het eerste vliegtuig met een romp, die geheel van GLARE gemaakt is!
Plakband is een artikel waarmee allerlei dingen vast kunnen worden gemaakt, permanent of tijdelijk. Het is voor ons een standaardproduct maar bedenk maar eens hoe het gemaakt moet worden en dan denken wij alleen nog maar aan de simpele rolletjes plakband maar het is een steeds meer toegepaste manier om voorwerpen aan elkaar vast te zetten en ook nog steeds in ontwikkeling.
Enkelzijdige plakband heeft aan één zijde een plakkende laag, en is bedoeld om twee (overlappende) materialen (bijvoorbeeld papier) aan elkaar te plakken. Dubbelzijdige plakband heeft aan twee zijden een plakkende laag, en is bedoeld om dingen op elkaar te plakken.
Afhankelijk van de toepassing kan de breedte van een rol plakband variëren, en ook de kleur en het materiaal van de rol kunnen verschillen.
Soorten plakband
Enkelzijdig
Dubbelzijdig
Toepassings gebieden:
Papierplakband (voor tijdelijk vastmaken)
Afdekplakband (voor schilderwerk)
Verpakkingsplakband (voor dozen)
Isolatieplakband (elektronica)
Duct tape
Lastape in de papierindustrie
4.7.5 Natuurlijke lijm
In de natuur zijn veel voorbeelden van natuurlijke lijmsystemen te vinden en enkelen daarvan hebben uitzonderlijke sterktes. Op dit moment wordt er veel onderzoek gedaan naar de precieze samenstelling van deze lijmen en gekeken waar wij ze zouden kunnen toepassen.
De beste "natuurlijke" superlijm volgens filmmakers
Op dit moment vindt er veel onderzoek plaats naar de mogelijkheden van het gebruik van lijmen binnen de medische wereld. Heel bekend is natuurlijk het gebruik van UV uithardende lijm bij de tandarts, zonder het gebruik van deze snel uithardende lijm zou het plaatsen van een beugel bijna niet mogelijk zijn.
Andere nieuwe ontwikkelingen zijn bijvoorbeeld de pleisterspray die gebruikt wordt om kleine wonden dicht te lijmen maar ook bij grote medische ingrepen gebruikt men steeds vaker een lijm in plaats van hechtingen.
Een andere bijzondere wereld is die van de nano-technologie. Met name de combinatie van lijmtechnologie en nanotechnologie zorgt voor nieuwe ontwikkelingen. Een mooi overzichtsartikel is hier te vinden.
4.7.7 Glas
Een bijzonder materiaal om te lijmen is glas. Er zijn veel verschillende soorten glas en het kan op verschillende manieren gemaakt worden maar het hoofdbestanddeel is altijd gelijk. Glas heeft altijd een belangrijke rol gespeeld in de geschiedenis, een mooi overzicht hiervan is hier te vinden
Uiteraard is niet alleen de kracht van de gebruikte verbindingstechniek bepalend voor de sterkte van het totaal. Ook de sterkte van de gebruikte materialen voor bijvoorbeeld de vleugels van een vliegtuig spelen een rol. Van zeer veel invloed is de manier waarop de krachten die werkzaam zijn op bijvoorbeeld een gebouw of een brug worden verdeeld over de diverse onderdelen (= de constructie). Stevigheid en duurzaamheid van een bouwwerk worden door al deze factoren samen bepaald!
Vandaar dit hoofdstuk met een stuk theorie over de krachtenleer (statica) en diverse voorbeelden van constructies van bruggen. Een aardig overzicht van een volkomen uit de hand gelopen hobby vind je in hoofdstuk 4.3; veel plezier met dit onderdeel van de voorbereiding op de hoofdopdracht.
5.1 Algemeen
Het ontwerpen en bouwen van constructies is een vak apart. Over het algemeen gebeuren er geen vreemde dingen omdat de constructies volledig worden doorgerekend maar af en toe zijn de omstandigheden zo extreem dat het toch mis gaat. Het nadeel hierbij is vaak dat de mensen denken veilig te zijn in een dergelijke constructie terwijl een combinatie van omstandigheden kan leiden tot fatale situaties.
Een voorbeeld hiervan is het onderstaande persbericht (uit de winter van 2006) en natuurlijk het instorten van de Twin Towers tijdens de aanslag van 11 september 2001.
Persbericht
Zwakke lijm oorzaak van instorting ijspiste
BAD REICHENHALL - Zwakke lijm zou aan de basis liggen van de instorting van het dak van een schaatsbaan in het Duitse Bad Reichenhall eerder deze week. Dat stelt ingenieur Walthari Fuchs in een gesprek met het blad Der Spiegel. Het drama kostte het leven aan twaalf kinderen en drie volwassenen.
Volgens ingenieur Fuchs, die enkele uren na het ongeval de site bezocht, was de lijm de zwakke plek in de constructie van het dak dat bezweek onder de dikke lagen sneeuw. Het dak steunde immers op grote balken die samengesteld waren uit verschillende houtlagen die met lijm aan elkaar waren vastgehecht. Fuchs stelde vast dat bij minstens vijf van de twintig geknapte balken de houtlagen volledig waren losgeraakt.
De ingenieur deed zijn verhaal in de editie van Der Spiegel die maandag in de winkels ligt. Het definitieve onderzoek naar de oorzaak van de ramp zal allicht pas in april worden afgerond.
Zaterdag hebben honderden rouwenden in een kerk in Bad Reichenhall een oecumenische herdenkingsplechtigheid bijgewoond. De politie hield de media op een afstand. Onder meer de Beierse minister- president Edmund Stoiber woonde de sobere plechtigheid bij. ((dpa)07/01/2006)
5.2 Bruggen
De software voor het ontwerpen van een brug is te downloaden via: https://www.cesdb.com/west-point-bridge-designer.html. Kies het besturingssysteem (zoals Windows, MacOS) uit de lijst en installeer de software. De screenshots hieronder kunnen afwijken van de nieuwste versie.
Volg de instructies op het scherm. In de module zijn de stappen te zien die bij het ontwerp van een nieuw project gevolgd moeten worden.
Ook al worden alle mogelijke situaties tijdens het ontwerpen meegenomen in de berekeningen er kunnen zich altijd situaties voordoen die niet te voorzien waren. Het bekendste voorbeeld hiervan is wel de Tacoma bridge in de jaren 40 van de vorige eeuw.
Maar zelfs de Erasmusbrug in Rotterdam blijkt van hetzelfde probleem last te hebben.
Dat het bouwen van bruggen ook uitdagend kan zijn blijkt wel uit de volgende links
Veel mensen maken voor hun werk en/of hobby gebruik van allerlei constructies. Zo gebruikt een architect al zijn kennis voor het ontwerpen van een nieuw huis of pand en moet de aannemer het vervolgens proberen te bouwen. Ook veel amateurs bijvoorbeeld modelbouwers maken gebruik van constructies om hun schaal modellen te verwezenlijken. Vaak doen zij dit door gebruik te maken van hout en lijm => twee ideale materialen om mee te werken. Dat het soms een beetje uit de hand kan lopen is mooi te zien bij dit voorbeeld.
Er is veel theorie te vinden over krachten die een rol spelen in constructies hieronder een kleine opsomming die van belang is voor de te bouwen bruggen.
Kracht F in Newton (N)
Kracht is een vector; heeft grootte en richting (kan je niet altijd zomaar optellen)
Zwaartekracht Fz in (N)
Aantrekkingskracht van de aarde op een voorwerp. Als een voorwerp stil staat geldt Fz = Gewicht.
In Nederland geldt:
Fz = 9,81 x massa (in kilogram)
Werklijn is de lijn waarop een kracht ligt. bijv.
Moment M in Newtonmeter (N.m)
Moment is de oorzaak dat een voorwerp om een scharnierpunt (punt dat stil blijft staan en waarom voorwerp kan draaien)
Moment hangt af van de kracht F en de arm r (dit is de loodrechte afstand van het scharnierpunt en de werklijn van de kracht). zie tekening
M = F x r. (en niet M = F x \(\ell\) !)
Een moment heeft twee mogelijke draairichtingen :
een moment waarbij de draaiing rechtsom (klok) gaat MR; en
een moment waarbij de draaiing linksom (tegen klok) gaat ML.
Statica Hiermee duiden we de situaties aan waarbij een voorwerp
in rust is.
een constante (draai-) snelheid heeft.
Bij statica is er een evenwichtssituatie voor krachten en momenten.
Krachtenevenwicht De resulterende kracht (het resultaat van alle op dat voorwerp werkende krachten) is dan ook nul; Kort: FR = 0 N
Momentenevenwicht Het resulterend moment (het resultaat van alle op dat voorwerp werkende momenten) is nul; Dat betekent dat alle momenten rechtsom samen even groot zijn als alle momenten linksom: ∑MRechts = ∑MLinks
Spanning σ in Newton per vierkantemeter (N/m2)
(schuif/trek)
Spanning is de grootheid die de kracht per oppervlakte aangeeft. Men onderscheidt o.a. schuif- en trekspanning. Bij trekspanning staat de kracht loodrecht op het oppervlak; bij schuifspanning is de kracht evenwijdig aan het oppervlak. (vergelijk § 4.4 tensile is trek- en shear is schuifspanning)
σ = F/A
5.5 Testmethodes
Je kunt op verschillende manieren lijmverbindingen testen. Het is natuurlijk van groot belang dat je de lijmnaad test via een methode die het meest lijkt op de manier waarop er tijdens het gebruik krachten op uitgeoefend worden.
4 verschillende manieren voor het testen van een lijmverbinding
Een belangrijk punt van aandacht is dat na uitharden in een lijmnaad spanningen aanwezig kunnen zijn. Deze spanningen zijn het meest kwetsbaar en vaak ook het begin van een scheur.
Overzicht van stres in een lijmnaad
5.6 Toolbox
Startpagina NLT Toolbox op Vaklokaal-nlt.nl
De NLT-toolbox bevat documenten die bij verschillende NLT-modules van belang zijn.
Bijvoorbeeld over het schrijven van een werkplan, het uitvoeren van een technisch ontwerp of het bijhouden van een portfolio. Iedereen kan deze documenten downloaden en gebruiken.
In gecertificeerde NLT-modules wordt regelmatig naar deze toolbox verwezen.
Klik hier om de NLT-toolbox te openen.
6. Gezondheid en Milieu
Aan het gebruik van lijm zitten natuurlijk veel voordelen maar ook wel nadelen. In dit hoofdstuk gaan we verder in op "Gezondheid" en "Milieu" in de meest ruime zin van het woord. Dat lijmen een heel bijzondere plek innemen in ons dagelijks leven is te zien in een aantal van de volgende links.
6.1 Gezondheid
Er zijn steeds meer toepassingen van lijm in de medische wereld. Denk maar eens aan pleisterspray (dat natuurlijk niets anders is dan een dun laagje lijm dat je op de wond spuit).
Of de lijm die een tandarts gebruikt om je beugel vast te zetten, om een afgebroken tand weer opnieuw op te bouwen of om een etsbrug te plaatsen.
Dat lijm en milieu niet altijd een goede combinatie is kun je lezen in de volgende lezen in de volgende verhalen. Sommige voorbeelden lijken absurd maar als je de wetgeving echt toepast en het milieu serieus neemt moet je echt dit soort regels opstellen.
Het arrangement Lijmen en hechting is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteurs
Digitaal Redacteur
Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
Laatst gewijzigd
2019-07-01 12:13:29
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Rondleiding door de site en instructie over zoeken in PDF bestanden met Adobe Reader
