مترجم: حبیب الله علیخانی

 

مقدمه

این مقاله فرایند انتخاب یک چسب برای یک کاربرد خاص را مورد بررسی قرار می دهد. این مسئله کار راحتی نیست. برای حصول کارایی بهینه در زمانی اتصال دو ماده، باید برنامه ی دقیقی برای هر مرحله ی فرایند اتصال داشت. انتخاب یک چسب، یک فاکتور حیاتی است که بر هر مرحله، اثرگذار است. انتخاب چسب، به عوامل زیر وابسته می باشد:
• نوع و طبیعت زیرلایه هایی که می خواهیم آنها را به هم متصل کنیم.
• روش عمل آوری موجود و روش کاربردی عمل آوری
• محیط مورد انتظار و تنش هایی که اتصال در زمان سرویس دهی، با آنها روبروست
فرایند انتخاب چسب فرایند سخت است زیرا بسیاری از فاکتورها باید در این انتخاب، در نظر گرفته شود. در حقیقت، هیچ چسبی وجود ندارد که بتواند برای هر کاربردی، استفاده شود. این معمولاً ضروری است که در زمان انتخاب سیستم های چسب، به طور مناسب فاکتورهای اثرگذار را مورد بررسی قرار داد. برخی از خواص و ویژگی هایی که مطلوب تر می باشند، مهم تر از سایر فاکتورها به نظر می رسند و در انتخاب یک چسب، باید اولویت آنها را در نظر گرفت. ابتدا باید یک چسب را انتخاب کرد که بتواند نیازهای و الزامات دارای اولویت ما را برای کاربرد خاص، ارضا کند. الزامات با اولویت کمتر ممکن استس سپس سبک و سنگین شوند و بهترین تطابق ایجاد گردد.
این نیاز وجود دارد که کل فرایند اتصال دهی را بهینه سازی کنیم و این فرایند، فرایندی تک بخشی نیست. ملاحظات مورد نیاز برای زیرلایه ها، طراحی اتصال ها، عمل آوری سطحی اولیه، کنترل کیفیت، کاربرد، روش عمل آوری و سایر فرایندها، باید در نظر گرفته شود. به ندرت همه ی این موارد وجود دارد به جز اتصال درست چسب. در اغلب موارد، هیچ چیز به سختی تطابق داده می شوند و همین چیز بستگی به مهندس طراحی پیدا می کند که نه تنها چسب را انتخاب می کند، بلکه در مورد تمام فرایندهای بعدی نیز تصمیم گیری می کند. زیرلایه ها، فرایندها و ... باید همواره در نظر گرفته شوند. برای مثال، یک تغییر اندک در روش های استفاده، موجب می شود تا ملاحظات زیادی در مورد کل یک خانواده از چسب، ایجاد گردد.
این مقاله برخی از سنجش های حیاتی را ارائه کرده است که برای یک چنین مقایسه هایی، ضروری می باشد. این نشان داده خواهد شد که چگونه انتخاب موارد زیر:
• زیرلایه
• طراحی اتصال
• فرایندهای تولید
• الزامات مربوط به سرویس دهی
بر روی انتخاب چسب مناسب، مؤثر است. یک فرایند برنامه ریزی، برای پیدا کردن یک سیستم چسب بهینه، پیشنهاد شده است که منجر به ساخته شدن یک اتصال مناسب با حداقل هزینه می شود.

برنامه ریزی برای فرایند اتصال دهی

در انتخاب یک چسب مناسب و توسعه ی یک فرایند اتصال دهی مطلوب، چندین تصمیم گیری حیاتی وجود دارد که باید در مورد آنها توجه خاص به عمل آوریم (شکل 1). هر یک از مراحل مانند انتخاب زیرلایه و طراحی اتصال، باید بهینه سازی و آنالیز شود. این بهینه سازی و آنالیز با توجه به اثر آنها بر روی محصول نهایی، انجام می شود. یک مسئله ی قابل توجه در این زمینه، این است که هر یک از این تصمیم گیری ها، نمی تواند به صورت مستقیم اتخاذ گردد.
برای مثال انتخاب زیرلایه ممکن است بر روی شرایط فرایند و طراحی اتصال اثرگذار باشد. بنابراین، انتخاب چسب باید با در نظر گرفتن تمام این پارامترها، انجام شود.
چه مسئله را باید ابتدا در نظر گرفت؟ اگر شما یک چسب را بر اساس ماکزیمم چسبندگی به زیرلایه ی انتخاب شده، در نظر بگیرید، شما ممکن است خود را به طور قابل توجهی در زمینه ی فرایندهای عمل آوری و یا ملاحظات مربوط به مقاومت محیطی، محدود کنید. علاوه بر این، اگر شما یک چسب را تنها بر اساس مقاومت آن به شرایط محیطی، انتخاب کنید، شما ممکن است مجبور به طراحی مجدد اتصال باشید و یا به این مسئله برسید که زیرلایه ی مد نظر، قابلیت اتصال با این چسب را ندارد. این مسئله موجب می شود تا انتخاب منفرد سیستم چسب با مسئله ی دشواری مواجه شود. در اینجا، این سوال که چه ویژگی مهم می باشد؟ و این مسئله که چگونه یک چسب مناسب از طریق فرایند انتخاب بدست می آید؟، مطرح می شود.
برای حصول نتایج بهینه، هر مرحله از فرایند اتصال دهی، باید به خوبی برنامه ریزی و طراحی گردد. بعد از این آنالیز، اگر این به نظر برسد که تخمین استحکام، دوام و هزینه ها، حاشیه ی ایمنی مناسبی ندارد، سپس باید به ابتدای فرایند باز گردیم و رویه را به منظور حصول یک نتیجه ی مطلوب، اصلاح کنیم. روش زیر اغلب در زمان استفاده از چسب های مهندسی، پیشنهاد می شوند.
1. در نظر گرفتن فرایندهای تولید و اتصال دهی پیشنهاد شده: در واقع چندین فرایند اتصال دهی برای مهندسین طراح، وجود دارد. پیش از اینکه زمان و منابع در جهت یک روش اتصال دهی خاص، اختصاص یابد، باید این مسائل در نظر گرفته شود.
2. تمام اطلاعات موجود را با در نظر گرفتن محصول مورد نظر و الزامات آن، جمع آوری کنید. این اطلاعات شامل تشخیص زیرلایه های دیگر، طراحی های اتصال و وسایل مورد نیاز برای فرایند اتصال دهی می باشد. شرایط محیطی و نوع بارگذاری که اتصال باید تحمل کند را تعیین کنید. تمام فازهای فرایند اتصال دهی را برنامه ریزی کنید (از انتخاب زیرلایه ها تا تصمیم گیری در مورد روش های کنترل کیفیت).
3. اتصال را طراحی کنید مخصوصاً برای روش اتصال دهی که انتخاب شده است. شرایط سرویس دهی و تنش هایی را در نظر بگیرید که در شرایط سرویس دهی، ایجاد می شود.
4. چسب مناسب را در مقایسه با چسب های مختلفی انتخاب کنید که فروشنده های مختلف، ارائه داده اند. استحکام مربوط به چسب مورد نیاز و دوام آن را تخمین بزنید.
5. قابلیت اطمینان به اتصال را مورد بررسی قرار دهید و بدین صورتر اطمینان حاصل کنید که دوام اتصال در شرایط کاری واقعی، حفظ می شود. این برنامه ی بررسی باید همچنین ابعاد بهینه ی اتصال و ضخامت بهینه ی مورد نیاز را تعیین کند.
مراحل 1 و 2، در فرایندهای برنامه ریزی، در نظر گرفته می شوند و این موارد در ادامه، توصیف می شود. مراحل 3 تا 5 تصمیم گیری های تولید است که در آنها از اطلاعات موجود در فرایند برنامه ریزی، استفاده می شود. این مراحل بوسیله ی انتخاب چسب، تحت تأثیر قرار می گیرد. در ادامه در مورد آنها صحبت خواهد شد.
ملاحظات مربوط به روش های اتصال دهی دیگر
در اولین فرصت، باید این مسئله تعیین شود که کدام یک از روش های دیگر، می تواند برای تولید این اتصال، استفاده شود. روش های جایگزین باید مورد بررسی قرار گیرد و هزینه های مربوطه، مورد مقایسه قرار گیرد. علاوه بر این، کارایی و دوام این روش ها نیز باید مورد بررسی و مقایسه قرار گیرد. اغلب اتصال دهی با چسب ها، مزیت هایی ایجاد می کند که در مورد ایجاد اتصال مکانیکی، لحیم کاری و یا جوشکاری، بدست نمی آید. علاوه بر این، چندین محدودیت نیز در انتخاب چسب ها، وجود دارد. برخی اوقات، محدودیت اتصال دهی با چسب ها، نسبت به مزیت آن سنگینی می کند و یک فرایند جایگزین مانند جوشکاری، پرچ و یا اتصال دهی مکانیکی باید به جای اتصال دهی با چسب، انتخاب شود. ابتدا طراح باید این مسئله را تشخیص دهد و بهتر این است که این مسئله را بهتر بفهمد و بتواند مسیر حرکت به سمت موفقیت را کشف، کند.
بعد از در نظر گرفتن روش های دیگر اتصال دهی و در صورتی که اتصال دهی به عنوان مناسب ترین روش مونتاژ انتخاب شد، سپس چندین روش اتصال دهی عمومی نیز ممکن است در نظر گرفته شود. این روش های اتصال دهی، روش های اتصال دهی استاندارد با چسب ها و روش های نفوذی همچون جوشکاری گرمایی و حلالی می باشد. روش جوشکاری حلالی و گرمایی در اصل برای مونتاژ مواد ترموپلاست، مناسبند.
اتصال دهی مونتاژی (Assembly bonding) چیزی است که اکثراً در زمان اتصال دهی با چسب ها، در نظر گرفته می شود. در اتصال دهی، زیرلایه ها، در همان لحظه ایجاد می شوند. یک مثال از این نوع اتصال دهی، چسباندن سرپوش صندوق اتومبیل به بست های مربوطه می باشد که به منظور ایجاد استحکام مکانیکی و کاهش صدا، انجام می شود. هر یک از زیرلایه ها، در واقع در حالت نهایی استفاده می باشند و در اکثر موارد رنگ آمیزی نیز شده اند. در این حالت، یک چسب برای اتصال دهی دو قطعه به هم، استفاده می شود. یک مثال دیگر، ممکن است ایجاد لایه با استفاده از فویل مس و لایه های پلیمری برای تولید مدارهای مجتمع انعطاف پذیر می باشد. دو بخش، پیش از اتصال دهی، در حقیقت در مرحله ی نهایی استفاده می باشند.
اتصال دهی الحاقی (Insert bonding) یکی دیگر از روش های اتصال دهی است. اتصال دهی الحاقی عموماً دقتی ایجاد می شود که حداقل، یکی از زیرلایه ها، از جنس ماده ای پلیمری باشد. اتصال دهی الحاقی بوسیله ی قالب گیری مستقیم یک زیرلایه بر روی زیرلایه ی دیگر، ایجاد می شود. در اتصال دهی الحاقی، یک یا دو بخش از زیرلایه، در زمان مشابهی شکل دهی می شود که در واقع در همین زمان، ایجاد پیوند نیز انجام می شود. برخی اوقات، مواد مورد استفاده در تولید زیرلایه، همچنین می تواند به عنوان چسب نیز مورد استفاده قرار گیرد. یک مثال در واقع تولید غلطک های پلی یوریتانی متصل به چرخ های فلزی است. رزین ریخته گری شده ی پلی یوریتان به داخل قالب ریخته می شود و عمل آوری می شود. در این حالت چرخ به صورت مستقیم به غلطت می چسبد. پلی یوریتانی که برای این کار استفاده می شود، قابلیت چسبندگی خوبی دارد. با استفاده از این روش اتصال دهی، هیچ دلیلی برای استفاده از چسب، وجود ندارد. سایر فرایندهای اتصالی وجود دارد که نیازمند یک چسب ثانویه برای ایجاد اتصال بین دو جسم، نیستند. سیمان های حلال و اشکال مختلفی از جوشکاری های گرمایی نیز وجود دارد. این روش ها به طور متداول برای ترموپلاست های خاص، استفاده می شوند. در یک چنین مواردی، ماده ی پلیمری موجود در یکی از زیرلایه ها، به عنوان چسب عمل می کند. مواد زیرلایه ای ترموپلاست از مایعی تشکیل می شوند که یا سطح آن بوسیله ی یک حلال، حل می شود و یا در دماهای بالا، موجب تشکیل یک ناحیه ی مذاب می دهند. مایع پلیمری منتج شده، برای ایجاد اتصال و به عنوان چسب، استفاده می شود. وقتی حلال تبخیر می شود و یا مذاب به حالت جامد بر می گردد، اتصال تشکیل می شود.
خواه اتصال دهی با چسب باشد و یا با استفاده از روش الحاقی، سیمان های حلال و یا آب بندی های حرارتی باشد، اصول مربوط به چسبندگی، در هر حالت، حفظ می شوند. توجه خوبی باید به آماده سازی سطحی شود تا از به دام افتادن هوا در داخل خط اتصال، جلوگیری شود و میزان تنش های موجود در اتصال به حداقل برسد.

اطلاعات مربوط به محصول و الزامات فرآوری

ابتدا باید به دقت اطلاعات مربوط به محصولی که می خواهیم آن را اتصال دهیم، جمع آوری شود. همچنین اطلاعات مربوط به قابلیت های فرآوری که موجود می باشد نیز باید در نظر گرفته شود. این مرحله، یک مرحله ی مهم در مورد کاربردها و محدودیت ها می باشد که ممکن است در فرایندهای اتصال دهی، با آنها روبرو شویم. در این زمان، مسئله ی طراحی اتصال، محیط سرویس دهی یا چسب های خاص، به صورت مستقیم در این زمان، در نظر گرفته نمی شوند. این اولین مرحله از فرایند مونتاژ می باشد که در حقیقت موارد زیر را پوشش دهی می کند:
1. چه موادی را می خواهیم به هم متصل کنیم؟ آیا مواد جایگزینی برای این کار، وجود دارد؟
2. آیا آماده سازی سطحی مورد نیاز است؟ این مسئله ممکن است به انتخاب چسب و یا محیط سرویس دهی، وابسته باشد.
3. فاکتورهای قابل توجه هزینه ای که باید در نظر گرفته شوند، کدامند؟
4. چه روشی در اعمال چسب، مناسب و کاربردی است؟
5. چه روش هایی برای سخت کاری و عمل اوری چسب، موجود می باشد؟ آیا وجود اتصال نگهدارنده، ضروری است؟ آیا فرایند نیازمند آون یا ادوات خاص است؟
6. سیکل زمانی ماکزیمم ممکنه چگونه است که در طی آن، عملیات مونتاژکاری می تواند انجام شود؟ سیکل زمان به چه میزان مهم است؟
7. موضوعات محیط زیستی و موضوعات مربوط به ایمنی چگونه اند؟
8. فرایندهای کنترل کیفیت مورد نیاز چه فرایندهایی هستند؟ میزان انطباق، استحکام اتصال و دوام آن، به چه میزان کاربردی و مهم است؟
پارامترهایی که در طی این فرایند جمع آوری می شود، ممکن است نیازمند در نظر گرفتن و مقایسه کردن باشند. از این رو، می توان لیستی از الزامات و موارد تهیه شود. وقتی این سوالات پاسخ دهی شوند، فرایند سپس بر روی طراحی اتصال و انتخاب چسب، متمرکز می شود.

شرایط فرآوری

شرایطی که تحت آن چسب ها، اتصال می یابند، پارامتر مهمی در بهینه سازی فرایند می باشد. موارد بسیار زیادی موجب محدود شدن نوع چسبی می شوند که می توان در یک کاربرد خاص، استفاده کرد. منابع تولید ممکن است برای در نظر گرفتن نوع سیستم چسب موجود نباشند و از این رو، این بخش نیازمند سرمایه گذاری زیادی می باشد. محدودیت های سیکل زمانی (بیشتر در مورد اتصال سریع و عملیات های باحجم بالا) ممکن است موجب محدود شدن بیشتر انتخاب سیستم های چسب باشد. سرعت تولید و هزینه نیز به احتمال زیاد، موجب محدودتر شدن عملیات های سطحی ممکنه می شود. اغلب ویژگی های فرآوری چسب (یعنی نحوه ی اعمال و عمل آوری)، فاکتوری است که تمام فاکتورهای دیگر را تحت تأثیر قرار می دهد. این مسئله به طور خاص در کاربردهایی مهم است که در آنها، استحکام نهایی و دوام ضرورت خاصی ندارد.
ملاحظات تولید نمونه وار که باید در فرایند مونتاژ به آنها توجه کرد، عبارتند از:
• شکل چسب
• روش آماده سازی و استفاده
• عمر ذخیره سازی
• عمر کاری
• روش و ماشین آلات ضروری برای اتصال دهی
• زمان مجاز میان پوشش دهی و اتصال دهی
• زمان خشک شدن و دمای مورد نیاز برای این کار
• دمای مورد نیاز برای اعمال و عمل آوری
• نرخ ایجاد استحکام به منظور فهمیدن زمان مناسب برای جابجا کردن نمونه های اتصال یافته برای فرایند بعدی
• قابلیت سخت شدن و یا عمل آوری در فرایند مربوطه (مانند رنگ کاری و یا مراحل خشک شدن).
• قابلیت آتش گیری و یا سمیت چسب و در دسترس بودن مواد اولیه
از بین این فاکتورها، احتمالا، مهم ترین آنها، روش انتخاب شده برای اعمال چسب و پارامترهای عمل آوری مانند فشار و دماست.
روش انتخاب شده برای اعمال یک چسب به قطعه ی کاریی، بوسیله ی اندازه و شکل قطعات اتصال یافته و تعداد اجزای اتصال یافته، وابسته می باشد. این مورد اغلب منجر به ایجاد و انتخاب چسبی می شود که برای این کاربردها مناسب می باشد. مثلاً پوشش دهی فیلم و اسپری کردن برای تولید قطعات بزرگ، پیشنهاد می شود. قطعاتی که به طور متداول برای اتصال ها، استفاده می شوند، نیازمند لبه دار شدن هستند. چسب های عمل آوری شده با UV ممکن است برای تولید حجم بالایی از قطعات مناسب باشند. در این کاربردها، اغلب استحکام مهم نیست و چسب می تواند به صورت مستقیم با منبع نور در تماس قرار گیرد.
دما و فشار عمل آوری اغلب یک پارامتر حیاتی در فرایند اتصال است. اجزای جزئی که دارای محدودیت های دمایی و فشارینباشند، ممکن است با استفاده از چسب های خاص، به هم متصل شوند. دماهای عمل آوری بالا ممکن است موجب ایجاد تنش های داخلی شوند که منجر به ترک خوردن و یا اعوجاج در محصول نهایی می شود. عمل آوری دما پایین ممکن است نیازمند عملیات های مونتاژ طولانی مدت باشد. مسئله ی اصلی در اینجا، این است که مقاومت دمایی و استحکامی بالا، معمولاً نیازمند دمای عمل آوری بالاست.
یکی دیگر از پارامترهای فرآیندی حیاتی، این است که آماده سازی سطحی برای برخی سطوح، ممکن است نیاز باشد. میزان آماده سازی سطحی به نوع زیرلایه، شرایط آن، نوع چسب انتخاب شده، استحکام مد نظر و دوام مورد نیاز برای اتصال، مربوط به می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie