Metināt, urbt, skrūvēt – kam tas viss? 21. gadsimtā ar pilnu jaudu tiek līmēts gan mašīnbūvē, gan lidaparātu rūpnīcās, gan pat operāciju zālēs.
Lipīgā nākotne: līmes evolūcija (12)
Lūdzu, ņemiet vērā, ka raksts ir vairāk nekā piecus gadus vecs un ir pārvietots uz mūsu arhīvu. Mēs neatjauninām arhīvu saturu, tāpēc var būt nepieciešams meklēt jaunākus avotus.
Nav jau tā, ka Reiners Josts nesaprastu skeptiķus. Savas karjeras sākumā arī viņam, izdzirdot vārdu „līmēt”, vienīgās asociācijas bija ar nokritušiem dvieļu āķīšiem, iekaltušām tūbiņām un salipinātām kafijas tasītēm, kuras mazgājot atkal sadalījās gabalos. Līmēšana kā tāds pagaidu variants, un dažkārt arī riska faktors. Daudzi inženieri tā domā joprojām. Taču Reiners Josts, kurš šobrīd vada Līmēšanas grupu Daimler koncerna izejvielu nodaļā, apgalvo:
„Bez līmēšanas tehnikas mēs nevarētu tik viegli uzbūvēt stabilas un drošas automašīnas, pie kādām esam pieraduši.”
No līmēšanas skeptiķa par šīs tehnoloģijas pionieri viņš kļuva 90. gadu sākumā. Uzņēmums tolaik plānoja laist tirgū jaunu, Daimler standartiem netipiski mazu modeli – vieglu, ekonomisku un kompaktu īso distanču automobili ar daudz izdevīgākām ražošanas izmaksām nekā visas līdzšinējās līnijas, taču noteikti tikpat drošu.
Josts un viņa kolēģi veica eksperimentus ar alumīniju un magnēziju, izmēģināja jaunas plūdlīniju formas un piedziņas mehānismus. Ap šo laiku pie viņiem vizītē ieradās kāda ķīmijas uzņēmuma pārstāvis: vīrs izvilka no somas divas pamīšus kopā salīmētas metāla loksnes. Tādi parasti izskatās līmvielu testa paraugi. „Es nespēju noticēt tam, ko ieraudzīju,” atceras Josts. Inženieri spriegoja metāla daļas testa iekārtās, centās tās atdalīt ar vairāku tonnu smaguma spēku – velkot, graizot un plēšot. Rezultāts bija nemainīgs: līmējuma vieta turējās, bet metāls lūza.
Josts satikās ar kolēģiem no aviorūpniecības. Viņi stāstīja par pasažieru lidmašīnām ar līmētu korpusu, kuras bez mazākajiem starpgadījumiem ik dienas lido apkārt pasaulei jau trīsdesmit gadus. Josta priekšstatus par neizturīgajiem dvieļu āķīšiem pamazām nomainīja jauna mašīnbūves laikmeta vīzija. Ja jau sen tiek līmēti automašīnu diski un bremžu kluči, kāpēc lai nākotnē to nevarētu darīt arī ar nesošās virsbūves daļām? Vēlāk, pēc neskaitāmiem laboratoriskiem un trieciena testiem, pie tirgotājiem nonāca pirmie “Mercedes” A klases auto.
Šodien jaunā tehnoloģija aptvērusi arī “premium” marku – S klasi: Zindelfingenas rūpnīcā robota roka satver automašīnas sānu daļu un pārceļ to uz blakus iekārtu. Tā savukārt pieskaras metālam ar savu tērauda roku, taču dzirksteles te nešķīst. Gar tērauda detaļas malu glīti tiek uzklāta sarkana viela – tā ir triecienizturīga līme, bez kuras neiztiek vairs neviena moderna luksusa klases automašīna. S klases modeļa virsbūves līmes šuvju kopgarums ir 180 metri. Kaut arī joprojām tiek izmantota arī metināšanas metode, to lieto tikai atsevišķās vietās. Dažos punktos metinājumam jāsatur kopā auto detaļas, kamēr līmviela sacietē. Mūsdienās būs grūti sastapt auto ražotāju, kurš neizmantotu šo daudzveidīgo savienošanas tehnoloģiju. Tās priekšrocības ir neapstrīdamas. Līmēta virsbūve ir ievērojami stingrāka nekā vienkārši metināta, jo slodze vienmērīgi sadalās pa visu kontakta virsmu, nevis tikai pa konkrētiem punktiem vai šuvēm.
Līdzīgus stabilizēšanas paņēmienus jau pagājušā gadsimta 60. gados izmantoja Vācijas Demokrātiskās Republikas autoinženieri. Automobilim “Trabant” līmēti tika gan dubļu sargi, gan durvis un jumts. Jau 1963. gadā kāda amerikāņu uzņēmuma inženieri veica atklājumu: ja priekšējais un aizmugurējais logs tiek auto karkasam pielīmēts, nevis vienkārši iestiprināts gumijas blīvēs, stikls kļūst tikpat stingrs kā skapja aizmugures siena. Šādi konstruēti auto bija vismaz par trešdaļu stabilāki.
Modernie līmētie automobiļi trieciena testos uzrāda labākus rezultātus nekā pilnībā metinātie, turklāt līmētie savienojumi amortizē vibrācijas, apslāpē skaņu un saudzē materiālus. Metinot vai skrūvējot materiāli tiek traumēti. Šo trūkumu novērš, piemēram, izvēloties daudz biezākas metāla detaļas, nekā patiesībā būtu nepieciešams. Tas savukārt palielina auto svaru un degvielas patēriņu. Līmvielas savieno materiālus, tos elektriski izolējot, un tādējādi novērš korozijas veidošanos.
Jauns laikmets ir aizsācies gandrīz visās industriālajās nozarēs, tikai mēs to pat nenojaušam. Vilcieni, kuģi un lidmašīnas, vēja ģeneratori un mikroshēmas tiek līmēti, nevis metināti, lodēti vai kniedēti. Pa lielceļiem traucas kravas mašīnas ar gigantiskiem saldēšanas konteineriem, kuru karkass kopā turas, tikai pateicoties izturīgiem sintētiskajiem sveķiem; arī kravas fiksāžas siksnas turas pie līmētām stiprinājuma līstēm. Izrādās, līmēšanas idejai ir sena vēsture. Jau agrīnajā akmens laikmetā cilvēki izmantoja brīnumaino adhēzijas spēku vienādu vai atšķirīgu materiālu plakano virsmu sastiprināšanai. Mednieki ar bērza sveķiem un bišu vasku piestiprināja koka kātam cirvja asmeni vai šķēpa uzgali. Šumeri līmi vārīja no dzīvnieku ādām un akmeņus nostiprināja ar asfaltu.
20. gs. gados arheologi ēģiptiešu faraona Tutanhamona kapenēs atrada līmi, kas bija gandrīz identiska tai, kādu plaši izmantoja vēl izrakumu veikšanas laikā. Romieši zināja, ka java kļūst sīkstāka, noturīgāka un salizturīgāka, ja tai piemaisa organiskas vielas – lopu asinis, urīnu vai piena olbaltumu kazeīnu. Šis proteīns vēl 20. gadsimta sākumā saturēja kopā lidmašīnu koka karkasu un līdz pat šodienai notur papīra etiķetes pie stikla pudelēm.
„Pati līme gadsimtu gaitā ir maz mainījusies,” saka Valters Brokmanis, kurš ir viens no vadošajiem šīs jomas pētniekiem Vācijā. Strauja attīstība sākās tikai tad, kad ķīmiķi ap 1930. gadu izgudroja tādas sintētiskas vielas kā fenolsveķus, bet desmit gadus vēlāk – epoksīdsveķus un poliuretānu.
Šodien tirdzniecībā pieejami apmēram 250 000 līmvielu. Daudzi no tiem radušies Vācijas lielpilsētas Diseldorfas pievārtē – milzīgajā „Henkel” rūpnīcu impērijā.
Te jūtamā veļaspulvera smarža uzreiz atgādina par produkciju, ar kuru uzņēmums kļuvis slavens. Taču tikai retais zina, ka firma jau sen ir viens no lielākajiem līmes ražošanas koncerniem pasaulē.
Šobrīd uzņēmuma peļņa ir vairāk nekā septiņi miljardi eiro gadā, apmēram pusi apgrozījuma aizņem līmvielu tehnoloģiju produkti, tai skaitā tādas plaša patēriņa preces kā tapešu līme un līmes zīmuļi. Vietējie zinātnieki turpina attīstīt arvien jaunas metodes. Viņi, piemēram, strādā pie tādas mikroshēmu līmes, kas vadītu elektrību tikai vienā virzienā; viņi attīsta momentlīmi ādas traumām. Un testē pārtikas plēvi, kura sastāv no četriem dažādu materiālu slāņiem un kuru var karsēt mikroviļņu krāsnī, nebaidoties, ka tā uzsprāgs, zaudēs krāsu vai – pats svarīgākais – atstās ēdienā indīgas vielas.
Atsevišķa nodaļa pievērsusies modeļu būvētāju un amatnieku tradicionālajam palīgam: komandas vadītājs Tore Podola rāda biezu masu, ar kuru vienā mirklī pie gludas vertikālas virsmas var pielīmēt ķieģeli. Novietojuma kļūdu vajadzības gadījumā iespējams pielabot ar roku vēl vairākas minūtes. Tad rodas loģisks jautājums – kāpēc vannasistabas āķīši joprojām neturas kā nākas? Tore Podola skaidro, ka šādiem āķīšiem bieži vien tiek izmantota abpusējā līmlente, kuras līmvielā ir viens plastisks komponents. Citiem vārdiem sakot, līme tā arī līdz galam nesacietē un augstā temperatūrā sāk slīdēt, tāpēc āķis vienkārši nokrīt. „Ar divu komponentu līmi jums šādu problēmu nebūtu. Vienīgi, ja kādreiz sadomāsiet tikt no āķīša vaļā, aplīmēto flīzi nāksies sabojāt.”
Podolas laboratorijas plauktos rindojas dučiem kārbiņu, tūbiņu un pudelīšu: līmes zīmuļi un līmes rokdarbiem; noturīgas līmes ar un bez šķīdinātājiem; momentlīmes stiklam vai plastmasai; silikona masa akmens flīžu šuvēm. „Līmes iespējas ir milzīgas,” Podola saka, „ja vien izvēlas katrai situācijai atbilstošo produktu. Nekad netiks izgudrota universāla līme visiem dzīves gadījumiem.”
Aizsākums šodienas līmēšanas bumam meklējams aviorūpniecībā. Vēl 20. gs. 30. gados lidmašīnas tika būvētas pārsvarā no koka detaļām, kuras sākumā sastiprināja ar urīnvielas un formaldehīda maisījumu, bet vēlāk – arī ar sintētiskajiem fenolsveķiem. Drīz vien noskaidrojās, ka tie tikpat stingri un droši salīmē arī metālu, tāpēc pirmie Eiropas rūpnieki arvien biežāk kniedes sāka aizstāt ar līmes savienojumiem.
Visdrosmīgākie izrādījās “Fokker” firmas konstruktori: 1955. gadā viņi lika pacelties gaisā pirmajai divu motoru propellerlidmašīnai, kuras alumīnija korpuss un spārni par divām trešdaļām bija līmēti. Modelis F-27 kļuva slavens ar savu nesalaužamo izturību. Īpaši nozīmīgu revolūciju līmēšanas vēsturē izraisīja kāda problēma lidmašīnu būvē: pirmajiem “Airbus” A300 eksemplāriem sevišķi noslogotās līmējuma vietās metālā parādījās korozija. Laboratorijās meklējot tās cēloņus, speciālisti rūpīgi izpētīja un izprata novecošanas procesus līmes savienojumos – iepriekš inženieri un lidmašīnu konstruktori bija strādājuši, vienīgi balstoties uz savu pieredzi.
Helmuts Šēfers šajos pētījumos bija iesaistījies jau 20. gs. 80. gados. Viņš tikai nesen beidza darbu līmēšanas tehnoloģiju un virsmu nodaļas vadītāja postenī Fraunhofas Ražošanas tehnoloģiju un materiālu lietišķo pētījumu institūtā (IFAM). Ziemeļvācijas pilsētā Brēmenē esošais IFAM ir lielākā neatkarīgā šāda veida pētniecības organizācija Eiropā. Nodaļā strādā vairāk nekā 190 darbinieki, kas attīsta ar augstas frekvences elektriskā lauka palīdzību „ieslēdzamu un izslēdzamu” nanolīmi, atveido līmes molekulas datorā, simulē to uzvedību uz dažādām virsmām un cenšas sasniegt augstāko mērķi – panākt, lai līmes savienojumu uzvedību būtu iespējams paredzēt un aprēķināt.
Tas ir ambiciozs uzdevums, jo atšķirībā no metāliem, kuru atomi sakārtojas ar apskaužamu regularitāti, līmvielās valda garu molekulu ķēžu haoss. Tas apgrūtina zinātnieku apņēmību formulēt universālus materiālu uzvedības likumus. Taču ir vēl kāds izaicinājums. Pat vislabākā līme neko nedos, ja līmējamo priekšmetu dizains nebūs piemērots savienošanai vai ja to virsma nebūs pienācīgi sagatavota. Materiāla ārējais slānis nereti satur pavisam citas vielas, nekā mēs domājam. „Parasti jūs līmējat nevis tieši uz metāla, bet gan uz dažādu veidu adsorbentiem. Citiem vārdiem – uz netīrumiem,” skaidro Šēfers.
Taču, ņemot vērā materiāla virsmas īpašības, iespējams panākt neticamo. IFAM pētnieki piedalījās kādas metodes izveidē, ar kuras palīdzību automobiļu ražotāji varētu salīmēt metālu, necenšoties notīrīt pirms tam bagātīgi uzklāto eļļu aizsardzībai pret koroziju. Īpašā līme sacietējot ietver eļļas molekulas savā struktūrā. Eļļainu virsmu līmēšana – „tas bija pretrunā ar tā laika pieņēmumiem,” saka Helmuts Šēfers.
Fraunhofas institūtā jau sen strādā ne vien inženieri, fiziķi un ķīmiķi, bet arī biologi. Jo, skatoties līmēšanas tehnoloģiju nākotnē, pētnieki meklē paraugus dabā. Galu galā tās pieredze mērāma miljardos gadu. Ingo Grunvalda birojā atrodas neliels akvārijs ar gliemenēm, kuras viņš atvedis no ceļojuma uz Dāniju. Ik reizi, kad kāds dzīvnieks rāpjas augšup pa stāvo stikla sienu, zinātnieks to aizrautīgi vēro. Ar sekrēta šķiedru, kuru dēvē par „byssus”, moluski spēj piestiprināties pie visdažādākajām virsmām – pie zemūdens klintīm, kuģu dibena. Laboratorijas eksperimentos atklāts, ka tie pieķeras pat pie teflona, ko izmanto nepiedegošā slāņa radīšanai cepampannās.
Kopā ar citu institūtu zinātniekiem IFAM pētnieki tagad mēģina šos pieķeršanās mehānismus atdarināt, lai varētu tos lietot, piemēram, medicīnā. Viņu uzdevums nav no vieglajiem: atsevišķās vietās – piemēram, aknās un liesā – parasta šuve audus saplēš, tāpēc ārsti izvēlas līmi no fibrīna. Tā ir organiska viela, kas ļauj sarecēt asinīm. Tomēr ražošana izmaksā dārgi, jo līmi iegūst no asins plazmas un tai ir jābūt sterilai. Turklāt arī tās izturība ir salīdzinoši vāja. Kaut arī labi zināmās momentlīmes aģents ciānakrilāts noslēdz arī cilvēka brūces, no tā organismā var nokļūt indīgi noārdīšanās produkti, tāpēc ārsti to lielākoties lieto tikai ārēju brūču šuvēm. Tāpēc gliemeņu šķiedrai līdzīga audu līme mediķiem būtu ļoti noderīga. Ar to varētu salīmēt lauztus kaulus, zobu implantātus savienot ar smaganām un kādu dienu varbūt pat piestiprināt sirds vārstuļus, lai tos pie jutīgā orgāna nevajadzētu šūt.
Neatkarīgi no tā, kad medicīnā parādīsies gliemeņu atdarinātājlīme, mēs jau tagad dzīvojam līmēšanas laikmetā. Auto ražotāji tic, ka kaut kad krāsotās auto virsbūves daļas varēs vienkārši salīmēt un, „nospiežot pogu”, atkal izjaukt. Autodarbnīcā tad varētu ērti nomainīt atsevišķas detaļas, bet, kad mašīnas būtu savu nokalpojušas, tās varētu vienkārši pārstrādāt. Kad tas varētu notikt? Zinātnieki ir piesardzīgi ar prognozēm, jo atlīmēšanās nekādā ziņā nedrīkstētu notikt nepareizajā brīdī. Tad viss pārliecināšanas darbs par līmēšanas lieliskajām īpašībām būtu vējā.