Nowy zderzak Forda został wykonany z nowego tworzywa Xenoy, produkowanego przez GE Plastic. To tworzywo zostało zaprojektowane jako odporne na uderzenia, znakomitą odporność na warunki atmosferyczne, łatwe malowanie i pełną zdolność do recyklingu. Spełniło wszystkie wymagania trwałości i zostało wybrane do tego zadania. Jedno krytyczne żądanie było oczywiste: zderzak musiał wytrzymać bez awarii zderzenie w -40°C przy 8 km/h. Było to ważne zarówno dla tworzywa jak i dla kleju, by utrzymać charakterystykę absorpcji energii w tej temperaturze bez pęknięcia. W rezultacie zderzaki z Xenoyu spisały się znakomicie, a nawet były mniej uszkodzone niż ich metalowe odpowiedniki. Do dziś ponad 4 miliony termoplastycznych zderzaków zostało sklejonych przez Forda za pomocą wzmocnionego kleju metakrylowego bez jednej nawet awarii w czasie ich użytkowania.
Naprawy polowe i recykling.
Historia zderzaków Forda rzuciła światło na jeszcze dwa inne aspekty, które spowodowały zwiększone zainteresowanie i wzrost częstotliwości zastosowań klejenia konstrukcyjnego. Pierwszą jest żądanie od systemu klejenia by ułatwiał naprawy polowe. Ponieważ zastosowania klejenia konstrukcyjnego angażują części, które są generalnie bardzo duże i cenne, możliwość ich napraw w polu jest podstawowa.
Po drugie, coraz więcej i więcej producentów, zwłaszcza samochodowych wybiera systemy klejenia które można poddać recyklingowi. To dotyczy również większości klejów termoplastycznych i eliminuje większość klejów chemoutwardzalnych. Jeśli klej może być poddany recyklingowi oznacza to, że część sklejona może być w całości pocięta i poddana przeformowaniu bez konieczności kosztownego i czasochłonnego wycinania linii klejowej z elementu odzyskiwanego. Metakrylowe kleje wybrane dla Forda do klejenia ich termoplastów spełniają oba te wymagania.
Studium przypadku: Wyścigowe łodzie żaglowe Vanguarda.
Firma Vanguard produkuje regatowe łodzie żaglowe wysokiej klasy wykonane z włókna szklanego, wykorzystywane w klubach i programach uniwersyteckich. Najpopularniejsza łódź w ofercie firmy, Club 420, została wprowadzona do produkcji ponad 20 lat temu. Od tego czasu sprzedano ponad 1800 tych łódek. Są używane przez wszystkie główne szkoły, uniwersytety i klu-by jachtowe w Stanach. Łodzie te zostały zaprojektowane tak, by wytrzymały wszystkie trudne sytuacje powodowane przez niedoświadczonych żeglarzy, jak zderzenia z keją lub inną łodzią, strandowanie (wpłynięcie na brzeg - MB) oraz wywrotki i zatapianie.
Patrick Muglia, kierownik produkcji w Vanguard, stwierdza: "Sprzedajemy dla rynku instytucjonalnego, nasi klienci żądają trwałości, Niektóre z tych szkół, jak Coast Guard i szkoły morskie trzymają te łódki na wodzie przez siedem dni w tygodniu. Zderzają się one więc bez przerwy, także z bojami w czasie manewrów."
Analiza spostrzeżeń klientów oraz napraw gwarancyjnych doprowadziła do wniosku, że nieproporcjonalny udział powoduje montaż za pomocą szpachlówek stosowanych do łączenia kadłuba z pokładem oraz innych elementów wykonanych z włókna szklanego. Po czasie szpachlówki te stawały się kruche i pękały, powodując przecieki i osłabienie konstrukcji łodzi.
Przed wyborem kleju mającego zastąpić szpachlówkę poliestrową, Vanguard zapytał nas o porównanie metakrylowych klejów do poliuretanów, stosowanych powszechnie w budowie jachtów, jak również o porównanie do powszechnie stosowanej metody, jaką jest łączenie za pomocą maty szklanej przesycanej żywicą poliestrową (Rysunek 4).
Rysunek 4 pokazuje porównanie cyklicznych testów zmęczeniowych porównujących zarówno stosowany w marynistyce klej / uszczelniacz poliuretanowy i znany klej metakrylowy. Testy zostały przeprowadzone w dwu różnych warunkach obciążeń. Widać jasno, że poliuretan nie jest odpowiedni do tego zadania. Sprawdza się lepiej jako uszczelniacz, niż jako klej konstrukcyjny.
Odwrotnie, klej metakrylowy daje wyniki przekraczające możliwości żywicy poliestrowej. Jak to możliwe? Lekko-elastyczny klej pozwala na niewielkie odkształcenia, inaczej niż sztywna żywica, a energia odkształcenia zamienia się w ciepło.
Po bliższym przyjrzeniu się, Vanguard znalazł też inne problemy związane z dotychczas stosowanymi technikami produkcji za pomocą szpachlówek. Przed zastosowaniem szpachlówki cała powierzchnia przeznaczona pod klejenie musiała być gruntownie przeszlifowana lub piaskowana, by polepszyć adhezję. Zadanie to jest czasochłonne, pracochłonne i na dodatek wprowadzało duży stopień rozrzutu, uważanego wręcz za normalną cechę technologii.
Szlifowanie powoduje powstawanie pyłu włókna szklanego, szkodliwego dla zdrowia i powodującego choroby przez wdychanie. W konsekwencji pracownicy muszą nosić gogle, maski pyłochłonne, odpowiednie ubrania ochronne i rękawice w czasie wykonywania tej operacji. Uwaga pana Muglia: "Ludzie serdecznie nienawidzą tej czynności. Muszą się przebrać, pocą się w tym ubraniu, gogle zaparowują... prawdę mówiąc, nikt nie chce wykonywać tej roboty."
Pierwsze porównanie w Vanguard przyniosło wynik finansowy, który mówił, że koszty wytwarzania łodzi Club 420 podniosą się o 60$. Pan Chip Johns, prezes Vanguarda: " Na początku porównaliśmy jedynie koszty materiałów. Ale naprawdę to nie dało całkowitego obrazu sytuacji. Uzyskaliśmy oszczędności robocizny, wyeliminowaliśmy proces szlifowania, materiały, jak papier ścierny i znacznie zmniejszyliśmy koszty reklamacji.
Kiedy skończono porównanie kosztów, wydajności produkcji i napraw gwarancyjnych, Vanguard był naprawdę zdumiony. Pomimo faktu, że kleje metakrylowe są znacznie droższe niż szpachlówki poliestrowe, ogólne koszty produkcji zdecydowanie spadły.
Pat Muglia podsumował tak to swoje doświadczenie z klejami: "Od kiedy zastosowaliśmy kleje konstrukcyjne do produkcji, produkujemy łodzie lepszej jakości, obniżyliśmy koszty, ludzie są szczęśliwsi, a ja na dodatek nie muszę się martwić o naprawy gwarancyjne".
Chip John: "Nasze łodzie miały jeden zdecydowanie słaby punkt - było nim łączenie pokładu z kadłubem. Szpachlówka była słabym ogniwem całego systemu. Teraz, ten sam węzeł jest najsilniejszym miejscem naszej konstrukcji. Łódź jest jakby zrobiona w jednym kawałku, to przenosi nasz produkt na wyższy poziom jakości."
ISO 9000 i sprzęt dozujący do klejów.
Filozofia systemu ISO 9000 polega na ciągłej budowie i ulepszaniu pisanego standardu określającego cały proces klejenia strukturalnego. Opisywanie każdego kroku w procesie właściwego montażu, a także określenie przerw w pracy na utrzymanie urządzeń pomaga upewnić się, że robota została wykonana prawidłowo. Wiele operacji klejenia obejmuje kompleksowo również system dozowania i nakładania kleju. Nieodpowiednie utrzymywanie sprzętu może powodować brak powtarzalności łączenia. Jeden ze znaczących producentów łodzi wziął sobie do serca filozofię ISO 9000. Każda maszyna podająca klej ma tu plan działań serwisowych i kartę pracy na stałe zamocowaną do maszyny. Korzyści wynikające z systemu ISO 9000 są ogromne, gdy są w pełni wprowadzone w fabryce stosującej klejenie.
Kleje redukują emisję substancji lotnych.
Innym przymusem, z którym muszą się borykać producenci, jest prawo na poziomie federalnym, stanowym i lokalnym dotyczące poziomu emisji substancji lotnych. Jest to bardzo częstym przypadkiem, że nowa technologia klejenia może zastąpić dotychczasowe metody i zredukować emisję. W innym studium przypadku, producent łodzi uzyskał obniżenie emisji ciał lotnych o około 60%, wprowadzając klejenie kompozytowych wzdłużników w montażu liniowców. W tym przypadku oznaczało to spadek emisji o około dwa tysiące kilogramów rocznie.
Podsumowanie.
Przykład zderzaków Forda pokazuje korzyści odpowiedniego zdefiniowania wymagań trwałości montażu opartego na klejeniu konstrukcyjnym na początku budowania procesu technologicznego. Ponad cztery miliony zderzaków zostały sklejone bez jednej reklamacji ani błędu. Przykład Vanguarda pokazuje, jak wymagania trwałościowe ciągle ewoluują w czasie. Używanie szpachlówek poliestrowych w łączeniu kadłuba łodzi z pokładem było odpowiednie dla stanu wiedzy 10 lat temu. Jednak to, co było akceptowalne w poprzedniej dekadzie, dziś jest jedynie niższym standardem. Dlatego Vanguard zweryfikował swoje wymagania co do trwałości swoich łodzi i odkrył, że wzmocnione kleje konstrukcyjne znacznie poprawiły ten parametr. Jak zauważył Chip Jones, projekt odniósł sukces, ponieważ skoncentrowano się na oczekiwaniach co do trwałości końcowego produktu, a nie jedynie na kosztach materiałowych.