نویسنده:
منبع:راسخون
 

روش های آزمون استاندارد برای اتصال های آب بندی

بسیاری از آزمون های استاندارد برای چسب ها که در بخش های قبل توصیف شد، برای مواد آب بندی نیز استفاده می شوند، مخصوصاً در صورتی که نیاز باشد ویژگی های چسبندگی ماده ی آب بندی مشخص شود. آزمون خواص اساسی مورد استفاده برای اندازه گیری استحکام و یا ویژگی های کارپذیری چسب ها که پیش از قرارگیری چسب در محل اتصال انجام می شود، برای مواد آب بندی نیز استفاده می شوند. به هر حال، مواد آب بندی با کارایی بالا عموماً نیازمند روش های آزمونی هستند که نسبت به روش های مورد استفاده برای چسب ها، متفاوت است.
بسیاری از آزمون های مربوط به مواد آب بندی، بوسیله ی صنایع خاص مانند صنعت اتومبیل و ساختمان، توسعه یافته اند. سازمان های تخصصی و صنعتی مختلفی وجود دارند که در تلاش هستند که تعدادی از آزمون های مربوط به مواد آب بندی را استانداردسازی کنند. سازمان استاندارد بین المللی (ISO) روش های آزمونی را ثبت کرده است که در واقع به صورت جهانی، مورد استفاده قرار می گیرد. مشابه با اتصال های چسبی، بسیاری از آزمون های متداول برای مواد آب بندی، در ASTM ثبت شده اند. خواص و روش های مهم مربوط به مواد آب بندی در ادامه مورد بررسی قرار خواهد گرفت. برخلاف روش های آزمون مورد استفاده برای چسب ها که در واقع اسنادی جدا دارند، مشخصات مربوط به مواد آب بندی در واقع بوسیله ی ترکیبی از چند روش آزمون، بدست می آید. انی روش ها مقادیر مینیممی را برای مواد آب بندی، ارائه می دهد. استاندارد ASTM C 920 یک سند کامل در این زمینه می باشد. این استاندارد خواص مینیمم مورد قبول را توصیف می کند که باید در این زمینه، در نظر گرفته شود.
ظرفیت حرکتی
ظرفیت حرکت مربوط به یک اتصال آب بندی شاید یکی از مهم ترین ویژگی های این ماده می باشد. در یک حالت مینیمم، اتصال آب بندی با تغییرات فصلی و هر روزه ای روبروست که به دلیل تغییرات دمایی ایجاد می شود. این ظرفیت حرکتی بوسیله ی هندسه ی نمونه و میزان ضریب انبساط گرمایی زیرلایه، تعیین می شود.
ظرفیت حرکتی همواره به صورت درصد نشان داده می شود و میزان تلورانس آن نیز به صورت درصد بیان می شود و این نشاندهنده ی میزان حرکتی است که ماده ی آب بندی می تواند در حالت فشاری و کششی تحمل کند. ظرفیت حرکتی باید با توجه به محیط و طول زمان برخورد در نظر گرفته شود.
استاندارد ASTM C 719 یک رویه ی بررسی ماده ی آب بندی است که شرایطی را تعریف می کند که ماده ی آب بندی باید در حالت فشاری و کششی داشته باشد. این آزمون شامل سیکل هایی است که اتصال آب بندی در یک نرخ حرکتی 0.125 اینج بر ساعت، تغییر می کند. این شرایط در جدول 1 نشان داده شده است. در واقع هندسته ی نمونه نیز در شکل 1 نشان داده شده است. کمیته ی ISO در زمینه ی ساختمان، نیز یک روش آزمون مشابه ارائه کرده است که تا حدودی از استاندارد ASTM C 719 متفاوت است. این استاندارد نیازمند دوره های برخورد بسط داده شده در یک ازدیاد طول پایدار است (جدول 2). یک تعداد از گروه های ظرفیت حرکتی وجود دارد که در این آزمون در نظر گرفته شده است مثلا ±5 %، ±10 %، ±12.5 %، ±25 %، ±50 %.
استاندارد ASTM C 920 یک آزمون پیوستگی پیوند را با استفاده از نمونه های مشابه استاندارد ASTM C 719 توصیف می کند. این آزمون استحکام چسبندگی اولیه و سیکلی را بعد از فشار و در زمان غوطه وری در داخل آب، اندازه گیری می کند. یکی دیگر از آزمون ها شامل سیکل هایی است که پس از برخورد نور UV انجام می شود. شکست به عنوان یک جدایش چسبندگی و یا پیوستگی به میزان یک دهم اینچ، تعریف می شود. مقادیر می تواند برای انبساط های مختلف بدست آید. استحکام های اندازه گیری شده ی برابر با 5-10 piw برای مواد آب بندی با مدول پایین و انبساط کمتر از 100 %، حاصل می شود. این مقدار برای مواد آب بندی با مدول متوسط در حدود 15-30 psi و برای مواد آب بندی با مدول بالا، بین 25 -50 psi می باشد.
چسبندگی پوسته ای
آزمون چسبندگی پوسته ای به همراه آزمون چسبندگی کششی که در بالا بدان اشاره شد، شاخصی خوب برای این مسئله است که آیا یک ماده ی آب بندی ممکن است در شرایط سرویس دهی خوب کار کند یا نه؟ نمونه های پوسته ای از یک زیرلایه از ماده ی مورد نظر و یک ماده ی آب بندی تشکیل شده است که با استفاده از یک پارچه ی پنبه ای و یا یک توری فولادی، تقویت شده است. وقتی عمل آوری انجام می شود، ساختار پارچه ای یا توری فولادی به میزان 180 درجه تا می شود و با سرعت 2 اینچ بر دقیقه پوسته ای می شود (شکل 2). این بار به صورت پوند بر عرض گزارش می شود. این آزمون معمولاً بعدد از این اجرا می شود که نمونه های آزمایش در داخل آب و به مدت 3 هفته، غوطه ور شوند.
این روش یک روش سریع و ساده برای تعیین چسبندگی به صورت آزمایشگاهی و در محل کار می باشد. مقادیر مینیمم 5 piw بر اساس استاندارد ASTM C 920 مورد تأیید می باشد.

استحکام پارگی

استحکام پارگی یک ماده ی آب بندی مورد بسیار مهم می باشد زیرا اغلب ماده ی آب بندی باید در برابر سایش مقاومت کند. در حقیقت سایش می تواند از منابع خارجی ایجاد شود مانند تایر اتومبیل که به صورت پیوسته بر روی مواد آب بندی مورد استفاده در ساختار بتونی، حرکت می کند. سایش می تواند همچنین از منابع داخلی ایجاد شود مثلا وقتی ذرات کثیفی در داخل یک ماده ی آب بندی به دام افتد. این ذرات سپس موجب سایش در زمان های انبساط و انقباض می شود.
استحکام پارگی بوسیله ی استاندارد ASTM D 624 اندازه گیری می شود. این استاندارد در واقع میزانی از تافنس و مقاومت به سایش ماده ی آب بندی است. به هر حال، این آزمایش یک ایده ی کلی در مورد استحکام پارگی به ما می دهد.

مقاومت فشاری و خزش

برای آزمایش مقاومت فشاری و آزاد سازی تنش، دو صفحه ی موازی یک قطعه از ماده ی آب بندی را در حالت فشاری نگه می دارند. بازیابی خوب، از جمله مزیت های چسب های با کارایی بالا می باشد.
ویژگی های فشاری بوسیله ی قرار دادن یک نمونه ی آزمایش تحت بارگذاری در یک دوره ی زمانی معین و یک دمای معین اندازه گیری می شود. سپس نمونه تحت آزمون سیکلی قرار می گیرد. یک چنین روش آزمونی در استاندارد ASTM C 719 و C 920 ASTM بیان شده است. با استفاده از مواد آب بندی خاص مانند پلی سولفیدها، این مشخص شده است که استحکام فشاری اغلب منجر به شکست در حالت کششی می شود.
آزمون آزادسازی تنش بوسیله ی کشش یک ماده ی آب بندی در ماشین آزمون کشش، انجام می شود. نمونه ها سپس در داخل موقعیتی با تغییر شکل ثابت، قرار داده می شوند. آزاد شدن تنش ممکن است به صورت یک نمودار ترسیم شود (شکل 3). استاندارد ASTM C 920 شامل سیکل های فشاری یک قطعه در آزمایش می یابد.
به طور مشابه، خواص خزشی همچنین می تواند اندازه گیری شود. خزش یک ماده ی آب بندی، عموماً به عنوان نموداری تغییر شکل نسبت به زمان و تحت بارگذاری ثابت، گزارش می شود (شکل 4).

آزمون های محیطی

بسییاری از آزمون های محیطی مورد استفاده برای مواد آب بندی، در صنعت ساختمانی، استفاده می شود زیرا در این صنعت، مواد آب بندی به وفور استفاده می شوند. غوطه وری نمونه ها در آب، پیش از آزمون، انجام می شود زیرا آب یا رطوبت عموماً در جاهایی مشاهده می شود که مواد آب بندی، استفاده می شوند. زمان سه هفته ای دوره ی زمانی پیشنهاد شده برای آزمون غوطه وری در آب می باشد.
ازون و تابش اشعه ی فرابنفش (UV) فاکتورهایی هستند که در بسیاری از محیط ها، وجود دارند. در بیشتر شهرهای امروزی، اتمسفر حاوی 50 pphm ازون می باشد که این میزان در سطح ازون مورد استفاده در آزمون ازون می باشد. این میزان از ازون می تواند موجب ترک خوردن سطحی ماده ی آب بندی شود. اشعه ی UV به طور مشابه موجب می شوند تا ماده ی آب بندی سخت شود و این مسئله در برخی موارد، موجب از بین رفتن چسبندگی نمونه می شود. اشعه ی فرابنفش یکی از دغدغه های مهم است که در زمینه ی کاربردهای شیشه، با آن روبرو هستیم. مقاومت در برابر تخریب سطحی بعد از چند ساعت قرارگیری در برابر تابش، شاخصی است از کارایی خوب ماده ی آب بندی.
مقاومت در برابر حلال ها و مواد شیمیایی یک الزام استاندارد برای مواد آب بندی نیست. به هر حال، این آزمون ها، به سهولت اجرا می شون و بیشتر تولیدکننده های مواد آب بندی، داده های مربوطه را گزارش می دهند. زمان غوطه وری بسیار مهم می باشد و باید این تشخیص داده شود که جذب مواد شیمیایی در مواد آب بندی سریع است یا نه؟
اثر پیرشدگی حرارتی در دماهای متوسط بر روی مواد آب بندی، عموماً از طریق اتلاف پلاستیسایزر فرار بررسی می شود. دماهای بالاتر موجب می شود تا پیوندهای عرضی ماده تخریب شود و پیرولیز ماده ی آب بندی رخ دهد. این مسئله در واقع موجب می شود تا سختی افزایش یافته و ظرفیت حرکتی کاهش یابد. استاندارد ASTM C 920 درصد ماکزیمم اتلاف وزن را بین 10 تا 12 % پیشنهاد داده است. این میزان پس از پیرسازی به مدت دو هفته در دمای 158 فارنهایت، اندازه گیری می شود. تنظیم این ویژگی ها عموماً موجب می شود تا انتظار از این مواد در حین سرویس دهی، برطرف شود. برای مثال، تعداد کل ساعت های سرویس دهی در دمای 200 فارنهایت، به عنوان عمر یک ماده ی آب بندی تخمین زده می شود و این مسئله در روش آزمون، لحاظ شده است. این جاهلانه به نظر می رسد که تلاش کنیم تا آزمون را با افزایش دما، تسریع کنیم. در حقیقت در دماهای بالاتر، مکانیزم های واکنشی اضافه ای ممکن است فعال شوند که موجب حرکت گرمایی مولکول ها در داخل ماده ی آب بندی شوند.
روش های نمونه ی آزمایشی و روش های غیر استاندارد
این باید مد نظر قرار گیرد که محصول نهای هیچگاه نمونه ی آزمون پوسته ای T و یا نمونه ی آزمون برشی لبه روی لبه، نمی شود. آزمون های استاندارد ASTM و سایر استانداردها، نیز آزمون های خوبی برای انجام مقایسه میان دو چسب و یا شرایط پیوند می باشد. این آزمون ها، اطلاعات ارزشمندی در مورد مقایسه ی چسب ها، ارائه می دهند. به هر حال، ممکن است راه های بهتری برای بدست آوردن اطلاعات در مورد پیش بینی کارایی اتصال های واقعی در شرایط سرویس دهی، وجود داشته باشد. روش های آزمون موجود در استانداردها، به خوبی تعریف شده اند و بنابراین، شرایط حاصله، به خوبی تحت کنترل می باشد. به هر حال، رابطه ی آنها و کارایی محصول باید به با سعی و خطا و یا تجزیه و تحلیل، مورد ارزیابی قرار گیرد.
روش انجام آزمون و برنامه های ارزیابی نیازمند تفکر دقیق در مورد این مسائل است. یک ویژگی حیاتی این است که آزمون ها باید یک رابطه ی شناخته شده با محصول نهایی داشته باشند. اغلب این مورد نیازمند خلاقیتی است که در آزمون ها مشاهده نمی شود، از این رو، آزمون های غیر استاندارد شاخص بهتری برای بررسی ویژگی های ماده در شرایط واقعی می باشند. همچنین می تواند نمونه های آزمایشی تهیه کرد و آنها را مورد آزمایش قرار داد. این نمونه های آزمایشی در حقیقت در شرایط مشابه شرایط سرویس دهی، مورد آزمایش قرار می گیرند. قرارگیری در یک چنین محیطی می تواند موجب تسریع کار و کاهش زمان آزمایش شود. باید مراقبت دقیق انجام داده تا این تسریع بر روی مکانیزم های دخیل، اثرگذار نباشد و موجب انحراف نتایج نشود. این روش های آزمون غیر استاندارد باید به نحوی کنترل شود که آزمون قابلیت تکرارپذیری داشته باشد. در میان متغیرهای واضح که نیاز به کنترل دارند، تمیزی سطحی، هندسه ی اتصال، روش و نحوه ی مخلوط شدن مواد، روش اعمال، اتصالات مورد استفاده و شرایط عمل آوری، اهمیت بیشتری دارند.
برای توسعه ی یک اتصال با طول عمر مفید کافی و حاشیه ی امنیت مناسب، استفاده از آزمون سلسله مراتبی پیشنهاد می شود. در این فرایند که در شکل 5 نشان داده شده است، آزمون از حالت ساده شروع می شود و به حالت استاندارد می رسد. بسته به کاربرد و یا نوع اطلاعات موجود از روند مورد استفاده، نیاز به آزمون های پیچیده تر ممکن است از بین رود و یا کاهش یابد. به هر حال، نیاز به یادگیری کامل آزمون های ساده تر، یک مسئله ی اجباری است. شکست هایی غیرقابل انتظار در شرایط سرویس دهی، اغلب مربوط به فقدان آگاهی در مورد اثرات شرایط محیطی بر روی خواص اساسی و یا فقدان آگاهی در مورد متغیرهای آزمون می باشد.
مشکل ترین وضعیت شکست از لحاظ پیش بینی، آن دسته از مشکلاتی است که از اثرات واکنش های داخلی منتج می شوند. بنابراین، این مهم است که اتصال های چسبی و یا آب بندی را به عنوان یک سیستم در نظر بگیریم. یک سری فرایندهای استدلالی وجود دارد که به مهدسین در بررسی و حصول اطلاعات سیستماتیک، کمک می کند.
تعریف متغیرهای شرایط محیطی
تشخیص حالت یا حالت های شکست
تعیین نرخ تخریب برای هر حالت شکست در شرایط سرویس دهی بحرانی
تعیین حالت شکست بحرانی
تعیین حد تحمل سیستم
تعیین قابلیت اطمینان برای مقادیر حد تحمل
برنامه ریزی در مورد حاشیه ی امنیت در طراحی مهندسی از حد تحمل تعیین شده
آزمون های انجام شده و تعیین ویژگی های مربوط به چسب ها و مواد آب بندی یک جنبه ی کلیدی در کاربردهای موفق می باشد. به هر حال، آزمون باید با فهم اصول مربوط به چسبندگی و فرایندهای متعددی همراه باشد که در این بین به وقوع می پیوندد.

ویژگی ها و استانداردها

یک چسب و یا ویژگی های یک ماده ی آب بندی، مشابه تمام مواد، در واقع سندی است که در آن، مقادیر ویژه ی مربوط به خاصیت های مختلف به همراه محدودیت ها و روش های مورد استفاده در تعیین این مقادیر، آورده شده است. مشخصه های متعددی از چسب ها و مواد آب بندی وجود دارد و از بین این مشخصه ها، مشخصه های دولتی و صنعتی، که به صورت مشخصات فیزیکی و فنی و یا الزامات مربوط به کارایی می باشند، از اهمیت بیشتری برخوردارند. متداول ترین منابع استاندارد و مشخصات مربوط به چسب ها و مواد آب بندی، عبارتند از:
انجمن آزمون و مواد آمریکا (ASTM)
سازمان بین المللی استاندارد (ISO)
وزارت دفاع آمریکا (مشخصات نظامی و فدرال و استانداردهای مربوطه)
سازمان ملی هوانوردی و فضایی (NASA)
انجمن مهندسی اتومبیل (SAE)
انجمن فنی صنعت کاغد و مقوا (TAPPI)
مشخصات مربوط به ASTM و استانداردهای آن با شماره های خاصی بیان می شود که می توان با داشتن شماره ی آنها، به متن اصلی دسترسی داشت. یک سری از مشخصات نظامی و فدرال برای چسب ها نیز توسعه یافته است. مشخصات دولتی در جدول 3 آورده شده است. جدول 4 نیز چندین منبع از مشخصات مربوط به چسب ها و مواد آب بندی و همچنین اداوت مربوطه را نشان می دهد.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie