Experimental study of the adhesive flow in injection bonding
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2011
Department
Major/Subject
Lentotekniikka
Mcode
Kul-34
Degree programme
Language
en
Pages
vii + 73 s. + liitt. 16
Series
Abstract
The main goal of the thesis is to study the adhesive flow in a new structural bonding method, injection bonding, through experimental testing. In addition, the goal is to estimate the applicability of the method as a respectable alternative for the commonly used adhesive pastes and films. Moreover, the aim is to develop a numerical model to estimate the pressure difference between the ends of a joint gap and further to develop a program that estimates adhesive filling times using the obtained pressure difference values. In injection bonding, liquid adhesive is injected between two adherends using vacuum pressure. The joint gap is kept open using either spacers or a joint material. The thesis investigates the effect of joint thickness, injection pressure, adhesive viscosity, joint material and surface roughness on the adhesive flow and filling time. The failure mode and strength of injection bonded specimens are examined by means of tension tests. The viscous nature of the adhesives is determined by measuring the viscosity curves using rotational rheometer. The use of injection bonding in a composite bridge application is examined by assuming built-in feeding and suction trails. Experimental injection tests showed that injection bonding provides fast spreading and uniform bond line. The method is applicable with adhesives having a viscosity lower than or around 80 Pas at a shear rate of 0.2 1/s. The use of a joint material provided more advantageous flow pattern than did the metallic spacers. The tension tests showed that the failure mode was completely interfacial with peel ply treated specimens thus suggesting incomplete wetting, whereas, a cohesive failure of an adherend was observed with the grit blasted specimens. These results suggested that the failure strength of a bond is not dependent on the studied bonding method if adequate surface pre-treatment is used. The results obtained from the numerical model did not correlate well with the experimental injection test results. Therefore, it was decided not to further develop the program to estimate the adhesive filling times.Työn päätavoite on tutkia kokeellisesti liiman virtaavuutta uudessa rakenneliimaukseen käytettävässä menetelmässä, injektioliimauksessa, ja edelleen arvioida menetelmän soveltuvuutta vaihtoehtona pasta- ja kalvoliimaukselle. Työn tavoitteena on myös kehittää numeerinen malli, jonka avulla pystytään arvioimaan paine-eroa liimasauman päiden välillä ja edelleen kehittää ohjelma, joka arvioi sauman täyttymisaikoja edellä mainittujen paine-erojen avulla. Injektioliimauksessa liima injektoidaan kahden pinnan väliin alipaineella. Liimasauma pidetään auki joko käyttämällä ohuita lankoja tai saumamateriaalia. Tässä työssä tutkitaan sauman paksuuden, injektiopaineen. liiman viskositeetin, saumamateriaalin ja pinnanlaadun vaikutusta liiman virtaavuuteen ja täyttymisaikaan. Injektoimalla valmistettujen koekappaleiden murtumismoodia ja murtumisjännitystä arvioidaan vetokokeilla. Liiman viskoosinen luonne selvitetään mittaamalla viskositeettikäyrät rotaatioreometrilla. Injektioliimausmenetelmän soveltamista komposiittisillassa kuvataan olettaen syöttö- ja imukanavat sisäänrakennetuiksi. Injektiokokeet osoittivat, että injektioliimaus mahdollistaa nopean levittämisen ja tasaisen liimasauman. Menetelmä soveltuu käytettäväksi liimoilla, joiden viskositeetti 0,2 1/s leikkausnopeudella on alhaisempi kuin tai noin 80 Pas. Saumamateriaalilla saavutettiin paremman muotoinen virtaus kuin langoilla. Vetokoetulokset osoittivat, että karhennuskankaalla käsiteltyjen koekappaleiden murtuminen tapahtui liiman ja laminaatin rajapinnassa kun taas oksidipuhallutetuilla koekappaleilla murtuminen tapahtui laminaatin sisällä. Nämä tulokset osoittivat, että sauman murtumisjännitys ei ollut riippuvainen käytetystä liimausmenetelmästä, kun riittävää pintakäsittelymenetelmää oli käytetty. Numeerisesta mallista saadut tulokset eivät vastanneet kokeellisesti määritettyjä tuloksia. Tästä syystä ohjelmaa täyttymisajan arvioimiseksi ei kehitetty.Description
Supervisor
Saarela, OlliKeywords
adhesively bonded joint, liimaliitos, adhesive flow, liiman virtaavuus, filling time, täyttymisaika, viscosity, viskositeetti, joint-material, saumamateriaali