طبقه بندی چسب ها (2)

روش انجام واکنش

یکی دیگر از تمایزهای موجود میان چسب ها، روشی است که آنها واکنش می دهند و صلب می شوند. چندین روش وجود دارد که بواسطه ی آنها چسب ها، سخت می شوند:
• با واکنش شیمیایی (شامل واکنش میان یک هاردنر یا واکنش با منابع انرژی خارجی مانند حرارت، تابش، کاتالیست سطحی و ...).
• با اتلاف و از دست دادن حلال
• با از دست دادن آب
• با سرد کردن از حالت مذاب
همانگونه که در جدول 1 مشاهده می شود، برخی چسب ها به سادگی و با از دست دادن حلال، سخت می شوند در حالی که بقیه در جریان فعال سازی گرمایی و یا ایجاد واکنش های شیمیایی، سخت می شوند. برخی سیستم ها ممکن است نیازمند مکانیزم های اضافی برای سخت شدن، هستند. برای مثال، چسب های بر پایه ی حلال ترموست، نیازمند این هستند که ابتدا حلال از آنها تبخیر شود و سپس با انجام واکنش پیوند عرضی، چسب حالت صلب پیدا کند. چسب های فشاری و یا حساس به تماس ، معمولا به صورت محلول بر روی زیرلایه ها، اعمال می شوند. وقتی حلال موجود در این چسب ها، تبخیر می شوند، قطعه محکم می شود و فشار موجب می شود تا چسب به خوبی جریان پیدا کند. سپس پیوند پایدار می شود و دیگر نیاز به اعمال فشار نخواهد بود. روشی که بوسیله ی آن، چسب، عمل آوری می شود، ممکن است یک فاکتور مهم در انتخاب چسب باشد. روشی که عمل آوری انجام می شود، به طور قابل توجهی محدود به ویژگی های چسب و نوع کاربرد می باشد.
برای مثال، اگر الزامات فرایندی تنها نیازمند دمایی در محدوده ی دمای اتاق باشد، این سیستم می تواند به سهولت استفاده شود و نیازی به دمای بالا نیست. چسب های اندکی وجود دارند که دمای عمل آوری آنها دمای اتاق باشد. علت این مسئله این است که ایجاد پیوندهای عرضی و در نتیجه سخت شدن چسب، نیازمند دمای بالا می باشد. مهندس مونتاژ اغلب مقید است تا چسبی را انتخاب کند که موجب تسهیل فرایند اتصال، افزایش سرعت تولید، کاهش هزینه ها و بهبود سایر فاکتورهای تجاری شود. شرایط عمل آوری مورد نیاز برای اکثر چسب ها و مواد آب بندی در جدول 2 آورده شده است. اگر گروه بندی بر اساس نوع واکنش انجام شود، چسب ها می توانند بر اساس نوع و یا نحوه ی استفاده نیز طبقه بندی شوند. برای مثال، در گروهی که با استفاده از واکنش شیمیایی عمل آوری می شوند، سیستم هایی وجود دارد که با استفاده از واکنش هاردنر، سخت می شوند. همچنین گروه هایی وجود دارد که با واکنش با رطوبت، تابش و یا واکنش با یون های سطح زیرلایه، سخت می شود. این مورد در شکل موارد زیر بیان شده است:
1. چسب هایی که با واکنش شیمیایی سخت می شوند:
• سیستم های دو جزئی
• سیستم های تک جزئی که از طریق کاتالیست و یا هاردنر سخت می شوند
• چسب هایی که با رطوبت عمل آوری می شوند.
• چسب هایی که با تابش (فرابنفش، نور، باریکه ی الکترونی و ...) عمل اوری می شوند.
• چسب های که بواسطه ی خاصیت کاتالیستی سطح زیرلایه سخت می شوند.
• چسب هایی که در شکل جامد هستند (نوار، فیلم، پودر و ...).
2. چسب هایی که بوسیله ی خروج و تبخیر حلال و یا آب سخت می شوند:
• چسب های تماسی
• چسب های حساس به فشار
• چسب های با خاصیت فعال شدن
• جسب های صمغی
3. چسب هایی که با سرد شدن از حالت مذاب، سخت می شوند:
• چسب های ذوب شونده با حرارت
• چسب های ذوب شونده با حرارت که به فشار حساس هستند و چسب های ترموست
در ادامه، سیستم های چسبی را توصیف می کنیم که در هر یک از این گروه ها، واقع شده اند.

واکنش شیمیایی

بیشتر چسب هاب ترموست با دو واکنش شیمیایی اصلی، پیوند عرضی می دهند و عمل آوری می شوند.
1. آنهایی که با واکنش تراکمی تشکیل می شوند که معمولا این واکنش در داخل آب انجام می شود. این آب محصول فرعی واکنش می باشد. این گروه شامل رزین های فنولیکی و آمینی هستند که قدیمی ترین چسب های مصنوعی محسوب می شوند. عموماً این ضروری است که فشار بر روی این چسب ها اعمال شود تا بدین صورت، اثرات منفی مواد فرار فرعی، از بین رود.
2. آنهایی که با پلیمریزاسیون افزایشی و بدون تشکیل محصول فرعی، انجام می شود. در میان این گروه، پلی استرها، اپوکسی ها، یوریتان ها، سیانواکریلات ها، بی هوازی ها و پلیمرهای عمل آوری شده با تابش، قرار دارند. بیشتر الاستومرها و اکریلیک ها نیز در این گروه قرار دارند. تنها فشار تماسی برای این چسب ها کافی است به نحوی که آنها برای بسیاری از کاربردها، مناسب هستند.
به منظور ایجاد عمل آوری در این سیستم های چسبی، یک عامل عمل آوری و یا کاتالیست، ضروی است. واکنش عمل آوری سپس در دمای اتاق و یا در دماهای بالا انجام می شود که این مسئله به طبیعت واکنش، وابسته می باشد. در برخی موارد، این چسب ها بوسیله ی تابش عمل آوری می شوند. چسب های بی هوازی نیز بوسیله ی یون های فلزی موجود در سطح زیرلایه کاتالیست می شوند و عمل آوری آنها به سرعت و پس از این اتفاق می افتد که هوا از سطح اتصال، حذف شود. برخی از چسب های یوریتانی و سیلیکونی با انجام واکنش با رطوبت موجود در هوا، عمل اوری می شوند.
مزیت اصلی چسب هایی که بوسیله ی واکنش های شیمیایی عمل آوری می شود، این است که این چسب ها می توانند برای مساحت های بزرگتری استفاده شوند. با فرمولاسیون عمل آروی در دمای اتاق، یک آون و یا یک پرس مورد نیاز می باشد. به دلیل اینکه این مواد طبیعت ترموست دارند، این چسب ها، همچنین یک میزان بالاتری از استحکام پیوستگی دارند. همچنین این چسب ها، دارای مقاومت در برابر دما و مقاومت خوب در برابر محیط هستند. چسب هایی که به صورت شیمیایی فعال سازی می شوند، می توانند همچنین به دو گروه تقسیم بندی شوند:
• سیستم های تک جزئی و حساس به رطوبت، فعال شده با حرارت و عمل آوری شده با رادیکال های آزاد
• سیستم های چند جزئی که به صورت مخلوط در یک بسته و یا در دو بسته، وجود دارد.
این چسب ها در کاربردهای ساختاری و غیر ساختاری، استفاده می شود. متداول ترین چسب هایی که با واکنش شیمیایی فعال می شوند، عبارتند از چسب های اپوکسی، پلی یوریتانی، اکریلیک اصلاح شده، سیانواکریلات و سیستم های بی هوازی. جدول 3 مزیت ها و محدودیت های مربوط به این 5 چسب را نشان می دهد. کاربردهای نمونه وار و خواص نهایی این محصولات نیز در این جدول آورده شده است.

سیستم های چسب چند جزئی

سیستم های چسب چند جزئی شامل دو و یا چند جزء می باشند که باید پیش از زمان اعمال، جدا نگه داشته شوند. این اجزا باید با نسبت مشخص با هم مخلوط شوند و سپس بر روی اتصال اعمال شوند. وقتی این چسب ها بر اساس دستورالعمل تولیدکننده، مخلوط می شوند، این چسب ها، عمر کاری محدودی خواهند داشت. این عمر کاری به نوع چسب، واکنش های شیمیایی اتفاق افتاده، شرایط موجود در محیط پیوند و همچنان شرایط محیطی از جمله دما، وابسته می باشد.
عمر کاری می توانند از چند دقیقه تا چند ساعت متغیر باشد. بنابراین، عمر کاری می توانند یک فاکتور قابل توجه در برنامه ریزی تولید باشد.
چسب های اپوکسی، پلی یوریتانی، اکریلیکی، فنولیکی و سیلیکونی مثال هایی از سیستم های چسب متداول است که به صورت سیستم های چند جزئی، وجود دارند. بیشتر این چسب ها، در دمای اتاق عمل آوری می شوند و حرارت می تواند موجب تسریع عملیات عمل آوری شود. فرمولاسیون چسب های چند جزئی باید به گونه ای باشد که عمل آوری در دماهای بالا انجام شود.
چسب های ترموست خاصی دارای مزیت خاصی هستند. آنها سیستم های چند جزئی هستند که نیاز به مخلوط کردن ندارند. چسب های چند جزئی بدون نیاز به مخلوط شدن، در واقع نیاز به مخلوط شدن کامل ندارند. بخش A (مثلا رزین) چسب می تواند بر روی زیرلایه اعمال شود و بخش B (بخش کاتالیست) بر زیرلایه ی دیگر اعمال می شود. عمل آوری در دمای اتاق و زمانی انجام می شود که زیرلایه های پوشش داده شده، جفت می شوند. عمل آوری می تواند همچنین بوسیله ی پوشش دهی زیرلایه ها با استفاده از یک شتاب دهنده/ پرایمر، انجام شود. وقتی پوشش کاری انجام می شود، زیرلایه ها می توانند برای یک دوره ی زمانی طولانی، ذخیره سازی شوند. وقتی اتصال مورد نیاز باشد، زیرلایه ها ذخیره سازی نمی شوند و تنها جزء رزینی منفرد باید بر روی زیرلایه اعمال شود. وقتی رزین بر روی زیرلایه های پرایمردار، اعمال شوند، پلیمریزاسیون رادیکال آزاد شروع می شود. بنابراین، برای مثال، ما یک چسب تک جزئی داریم که نیازمند یک پرایمر برای عمل آوری می باشد. شکل 1 نشاندهنده ی یک "عمل اوری شتاب داده شده" و یک عمل اوری متفاوت است که بوسیله ی اجزای A و B و در زیرلایه های مختلف انجام می شود. مزیت های اصلی این چسب های اکریلیکی ترموست، سهولت استفاده از آنها و ویژگی های گیرش سریع نسبت به چسب های اپوکسی و پلی یوریتانی می باشد. عمل اوری در اینجا در دمای اتاق و بسته به طبیعت فرمولاسیون چسب خاص، انجام می شود. در واقع عمل آوری کامل می تواند در چند دقیقه و یا چند ساعت انجام شود. عمل اوری می تواند با حرارت تشدید شود.
سیستم های تک جزئی که از طریق هاردنر و یا کاتالیست، عمل اوری می شوند
بیشتر سیستم های تک جزئی، شامل دو یا چند جزء ترکیب شده می باشد. عامل عمل آوری و یا هاردنر با رزین پایه و سایر پرکننده ها و افزودنی ها، واکنش می دهد. این مسئله موجب می شود تا فرایند مخلوط کردنی که برای سیستم های دو جزئی، مورد نیاز است، حذف شود. استحکام همچنین بهتر در مورد سیستم های تک جزئی، بهتر است. به هر حال، شرایط ذخیره سازی در یخچال، ممکن است مورد نیاز باشد و این چسب ها، دارای عمر کاری محدودی هستند.
چسب های تک جزئی که به صورت حرارتی عمل اوری می شود، حاوی یک عامل عمل آوری و یا هاردنر در فرمولاسیون آنها می باشد. این هاردنر، حرارت فعال می شوند و سپس حرارت دهی پیوسته موجب می شود تا رزین پایه با هاردنر واکنش داده و موجب ایجاد ساختار مولکولی ترموست شود.
اپوکسی های تک جزئی متداول که در دمای 250 درجه ی فارنهایت و در مدت زمان 60 دقیقه عمل آوری می شوند، مثال هایی از این نوع چسب ها، هستند. هاردنر این مواد اغلب از نوع دی سیان دی آمید است که در واقع یک جامد پودری است و تنها نیازمند این هستیم که چند درصد از آنها در داخل چسب وارد شود. سایر چسب های تک جزئی که بوسیله ی حرارت عمل آوری می شوند، عبارتند از چسب های اپوکسی، هیبریدهای اپوکسی، پلی یوریتان، پلی ایمیدها، پلی بنزیمیدازول، فنولیک و هیبریدهای فنولیکی.
چسب های عمل آوری شده با رطوبت
این چسب ها در واقع از رطوبت هوا استفاده می کنند و سخت می شوند. بخار رطوبت به داخل چسب نفوذ می کند و با واکنش با مولکول، موجب تشکیل یک ساختار جامد می شود. بنابراین، این مهم است که این چسب ها با هوا در تماس باشند. در مورد زیرلایه های متخلخل، این چسب ها ممکن است تنها در لبه های اتصال عمل اوری شوند که با هوا برخورد می کنند. ناحیه ی مرکزی این اتصال ها، ممکن است هیچگاه رطوبت مناسبی دریافت نکنند و از این رو، عمل آوری در انها صورت نگیرد. وقتی لبه ی این اتصال ها، عمل اوری شوند، رطوبت دیگر نمی تواند به داخل اتصال انتقال یابد و از این رو، بخش داخلی این اتصال ها، عمل اوری نمی شوند.
چسب های عمل اوری شده با رطوبت عموماً می توانند در دمای اتاق، به طور کامل، عمل آوری شوند. نرخ عمل آوری در این حالت، به پلیمر پایه و شیمی واکنش آنها و همچنین رطوبت محیط عمل آوری، وابسته می باشد. عموماً چسب های عمل آوری شده با رطوبت آهسته تر از چسب های دو جزئی، عمل آوری می شوند. چسب های عمل اوری شده با رطوبت، می توانند با عمل آوری در یک محفظه ی دارای رطوبت بالا، عمل آوری شوند. برخی از این چسب ها، با اعمال حرارت، نرخ عمل آوری بالاتری دارند.
پلی یوریتان و سیلکون ها متداول ترین چسب های تک جزئی هستند که با واکنش با رطوبت محیط عمل آوری می شوند. این چسب ها، به صورت خمیری و مایع موجود می باشند. برای کاربردهای معین که نیازمند استحکام پیوند بالا و زمان کاری بالا هستیم، چسب های ذوب شونده ی پلی یوریتان فعال توسعه یافته اند. این سیستم ها، مانند سیستم های چسب ذوبی، اعمال می شوند و با استفاده از این چسب ها، می توان قطعات را به سرعت اتصال داد. به عنوان یک چسب ذوبی، این چسب ها، دارای میزان بالایی از استحکام اولیه هستند. ویژگی های منحصربفرد این مواد، این است که این چسب ها با واکنش با رطوبت هوا به مرور عمل آوری و سخت می شوند به نحوی که وقتی این مواد به طور کامل عمل اوری شدند، آنها دارای استحکام و دوامی هستند که در بیشتر چسب ها مشاهده می شود.
چسب های عمل اوری شده با اشعه ی فرابنفش و یا نور
چسب هایی که با برخورد اشعه ی فرابنفش و یا نور عمل آوری می شوند، برای بسیاری از عملیات های مونتاژ ضروری می باشند مخصوصا در جاهایی که نیازمند توان سخت شدن بالا هستیم. ویژگی ها و مزیت های عمل آوری با UV در جدول 4 آورده شده است. این چسب ها نیازمند تابش نورها و اشعه ی UV با طول موج مناسب می باشند. چسب هایی که با عمل آوری نوری و یا فرابنفش، سخت می شوند، از تابش به منظور فعال سازی رادیکال آزاد استفاده می شود. رادیکال های آزاد تشکیل شده بوسیله ی تابش، قادرند تا با سایر اجزا پیوند دهند. چسب هایی که به صورت مستقیم با نور یا تابش فرابنفش برخورد نکرده اند، عمل آوری نمی شوند. بنابراین، این روش عموماً محدود به زیرلایه های شفاف می باشند. شکل 2 نشاندهنده ی جوانب اتصال است که در انها UV موجب عمل اوری چسب شده است. چسب های اکریلیکی بی هوازی، عموماً در کاربردهای عمل آوری با UV استفاده می شوند. این چسب ها می توانند بوسیله برخورد مستقیم با UV و یا با استفاده از یک فعال سازی پیش اعمال شده به زیرلایه، عمل آوری شوند. شکل 2 نشاندهنده ی این است که عمل آوری کامل با استفاده از فعال سازی های پیش اعمال شده، نیازمند 24 تا 48 ساعت عمل آوری در دمای اتاق می باشد. به هر حال، عمل آوری با UV به گونه ای است که استحکام تنها در چند ثانیه ایجاد می شود. رزین های خاصی وجود دارد که به صورت سینرژیک و با ترکیب نور UV و نور مرئی، عمل آوری می شوند. این محصولات همچنین دارای عمل آوری سریع و عمیقی می باشد. این چسب ها قابلیت عمل آوری تا عمق یک چهارم اینچ را دارا می باشند. لایه های موجب می شوند تا پیوندهای با استحکام ساختاری تشکیل شود.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie