مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
 

پلی یوریتان های ترموست

پلی یوریتان ها می توانند به عنوان مواد ترموست و یا ترموپلاست، مورد استفاده قرار گیرند. انواع مختلفی از محصولات ترموست با دانسیته ها، صلبیت ها و اشکال مختلف بدین صورت تولید می شوند. این ویژگی ها در اصل به عوامل عمل آوری و مکانیزم واکنش، وابسته می باشد. این مواد در گستره ی دمایی وسیعی به خوبی عمل می کنند. از جلمه مزیت های دیگر این مواد، مقاومت شیمیایی خوب، مقاومت به پوسته ای شدن و خواص الکتریکی ممتاز می باشد. پلی یوریتان ها دارای دمای ماکزیمم کاربرد 250 فارنهایت می باشند. پلی یوریتان ها دارای خواص الکتریکی خوبی هستند و اغلب در کاربردهای الکتریکی استفاده می شوند. پلی یوریتان ها مواد الاستومری هستند که تحت فشار دفورمه می شوند. این مسئله می تواند موجب ایجاد کرنش های داخلی در اتصال شود.
تمیزکاری زیرلایه معمولاً شامل سنباده زنی یک سطح تمیز و خشک می باشد. برخی اواقات یک پرایمر برای بهبود چسبندگی مورد استفاده قرار می گیرد. یوریتان ها عموماً با چسب های اپوکسی و یا یوریتانی، به هم چسبانیده می شوند.

زیرلایه های ترموپلاست

برخلاف رزین های ترموست، رزین های ترموپلاست با حرارت دهی و یا در تماس بودن با حلال، نرم می شوند. آنها سپس در زمان سرد شدن و یا تبخیر حلال، به حالت قبل باز می گردند. این مسئله نتیجه ای از عدم وجود ساختار پیوند عرضی در مولکول های ترموپلاست می باشد. نام تجاری مواد ترموپلاست متداول در جدول 1 بخش اول این مقاله آورده شده است. در ادامه ویژگی های مهم رزین های ترموپلاست که در حقیقت بر روی قابلیت اتصال دهی مؤثرند، آورده شده است:
• بسیاری از ترکیبات ترموپلاست آلیاژ هستند و یا شامل چند رزین می باشند.
• افزودنی ها و عوامل رهایش قالب، به صورت متداول در فرمولاسیون این مواد یافت می شود.
• تغییرات ابعادی این مواد که به دلیل مهاجرت رطوبت، انبساط گرمایی و ...، عموماً بزرگتر از مواد دیگر است.
• خواص سطحی مانند انرژی سطحی و کریستالینیتی ممکن است از حالت بالک، متفاوت باشد.
• بسیاری از گریدها از یک ماده موجود می باشد (مثلا با دانسیته ی پایین و با دانسیته ی بالا)
مواد ترموپلاست معمولاً دارای انرژی سطحی کمتری نسبت به مواد ترموست هستند. اصلاح فیزیکی و شیمیایی سطح برخی اوقات برای حصول اتصال مورد قبول، ضروری است. این مسئله به طور خاص برای مواد ترموپلاست کریستالی مانند پلی اولفین ها، پلی استرهای خطی و فلئوروپلیمرها، صدق می کند. روش مورد استفاده برای افزایش انرژی سطحی و بهبود چسبندگی، عبارتند از:
• اکسیداسیون با روش های شیمیایی و عملیات های شعله ای
• ایجاد زبری سطحی با روش تخلیه ی الکتریکی
• عملیات سطحی با پلاسمای گاز
مشابه زیرلایه های فلزی، اثر عملیات سطحی بر روی پلاستیک ها، با زمان کاهش می یابد. بنابراین، این مهم است که این عملیات ها، دقیقاً پیش از اتصال دهی بر روی زیرلایه انجام شود. دقت زیادی در زمینه ی تمیزکاری سطح ترموپلاست ها، انجام شود. قطعات ترموپلاست می توانند بوسیله ی عوامل و حلال های خاصی تحت حمله قرار گیرند. بنابراین، تمیزکاری با حلال انتخابی باید با توجه به ماده، انجام شود.
برخلاف ترموست ها، بسیاری از ترموپلاست ها می توانند همچنین بوسیله ی تثبیت حلال، و یا روش های جوشکاری گرمایی، به هم متصل شوند. تثبیت با حلال و جوشکاری گرمایی نیازمند انجام عملیات سایش و یا عملیات شیمیایی بر روی سطح پلاستیک، نیستند. این سطوح باید تمیز باشند و به هر حال، عاری از هر گونه ناخالصی باشند. این مسئله در واقع موجب حذف لایه ی مرزی تضعیف شده، می شود. استحکام پیوند بدست آمده در جوشکاری حرارتی و یا حلال، عموماً به حد اتصال با چسب می باشد و گاهی وقت ها هم از این اتصال قوی تر است. استحکام مربوط به پیوند اغلب بزرگتر از 80 % استحکام زیرلایه می باشد.
در نهایت، فرایند انتخاب شده، باید موجب ایجاد استحکام و دوام موردنیاز برای سیکل تولید باشد. در بسیاری از صنایع بزرگ مانند صنعت اتومبیل و خانگی، روش و سرعت مونتاژ، مهم ترین معیار برای انتخاب یک ماده برای یک قطعه ی خاص می باشد. متداول ترین نوع مواد ترموپلاست و روش های اتصال دهی آنها در ادامه مورد بررسی قرار می گیرد. این روش ها شامل اتصال دهی با چسب، آب بندی با چسب، تثبیت با حلال و جوشکاری گرمایی می باشد.

اکریلونیتریل- بوتادین- استایرن (ABS)

این پلاستیک از مشتقات اکریلونیتریل، بوتادین و استایرن است. مواد تولیدی از این پلیمر، دارای تعادل خوبی در خواص فیزیکی هستند. اصلاح های زیادی بر روی پلاستیک های ABS انجام شده است و آمیزه های زیادی با استفاده از این پلاستیک و سایر ترموپلاست ها، تولد شده است که در حقیقت موجب تغییر در ویژگی چسبندگی این پلاستیک، شده است. با استفاده از چسب، تثبیت با حلال و جوشکاری گرمایی، رزین های ABS می توانند به خودشان و سایر مواد بچسبند.
حلال های متداول مانند متیل اتیل کتون، متیل ایزوبوتیل کتون یا تتراهدیروفوران برای تثبیت حلالی ABS استفاده می شوند. این حلال ها، می توانند به خودی خود به عنوان سیستم های تک جزئی، استفاده شوند. زمان باز بودن و یا زمان کاری این روش ها ممکن است با حل شدن رزین ABS در حلال و یا با استفاده از مخلوطی از حلال ها، افزایش یابد. حلال ها می توانند تا 25 % رزین را تشکیل دهند. این چسب ها همچنین خاصیت پرکنندگی خوبی دارند. به دلیل نرم شدن سریع ABS پس از برخورد با حلال، فشار و میزان حلال اعمال شده به قطعه، باید مینیمم باشد. این ممکن است چند روز طول بکشد که حلال وارد اتصال شود، اگر چه حفظ استحکام در طی چند روز حفظ می شود. بنابراین، بسته بندی بخش های اتصال یافته، ممکن است تا زمانی به تأخیر افتد که حلال تبخیر می شود و یا مرحله ی خشک شدن اجباری ممکن است به عنوان مرحله ی نهایی مد نظر باشد.
رزین هایABS همچنین می توانند بوسیله ی یک تعداد از روش های جوشکاری، به هم متصل شوند. جوشکاری با ابزار حرارت داده شده، جوشکاری نوسانی، جوشکاری چرخشی و جوشکاری التراسونیک، به صورت مؤثر برای این ماده استفاده می شود. جدول 1 نشاندهنده ی اثر پیرشدن گرمایی و پیرسازی با آب جوش و اثر آن بر روی خواص ABS جوشکاری شده، می باشد.
وقتی جوشکاری حلالی و یا جوشکاری گرمایی عملی نباشد و یا مناسب نباشد، سیستم های چسب، مورد استفاده قرار می گیرند. انواع چسب هایی که مورد استفاده قرار می گیرند، شامل اپوکسی ها، یوریتان ها، اکریلیک های ترموست، نیتریل- فنولیک ها و سیانواکریلات ها، می باشند. بهترین چسب های مورد استفاده استحکامی بزرگتر از استحکام خود ABS از خود نشان می دهند. به هر حال، این چسب ها، اتصال بسیار صلبی ایجاد می کنند.
برای اتصال های با استحکام متوسط، سایش مکانیکی ساده، برای آماده سازی سطحی مناسب است اگر زیرلایه ها، ابتدا تمیزکاری شوند. این آماده سازی سطحی، در بیشتر کاربردهای ABS مناسب می باشند. یک پرایمر سیلانی برای افزایش استحکام استفاده می شود. برای ماکزیمم کردن استحکام اتصال، یک اچ کرومیک گرم بر روی زیرلایه های ABS استفاده می شود.
ABS آبکاری شده، به طور گسترده ای برای کاربردهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. چسبندگی این سطوح آبکاری شده، بسیار خوب است و بنابراین، آبکاری عموماً نباید حذف شود تا کیفیت اتصال خوبی بدست آوریم.
استال
استال ها گروهی از ترموپلاست های مهندسی هستند که ظاهری مانند نایلون دارند اما خواص آنها مشابه نایلون نیست. استال ها مستحکم تر، با تافنس بالاتر، مقاومت در برابر رطوبت بیشتر، مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی بهتری دارند. دو نوع استال وجود دارد: هموپلیمری که بوسیله ی شرکت دوپونت توسعه یافته است و کوپلمری که بوسیله ی شرکت Celanese توسعه یافته است. هموپلیمرها صلب تر و مستحکم ترند و دارای مقاومت به خستگی بالاتری هستند. کوپلیمرها پایداری دراز مدت بیشتری در دمای بالا دارند و مقاومت آنها در برابر آب داغ نیز بیشتر است. هر دو نوع از رزین های استالی، بوسیله ی نور UV تخریب می شوند.
به دلیل اینکه استال ها مقدار آب اندکی جذب می کنند، ابعاد قطعات قالب گیری شده از آن، ثبات بالایی دارد و رطوبت اندکی از محیط جذب می کند. آب جذب شده باید در زمانی در نظر گرفته شود که اتصال دهی می خواهیم انجام دهیم. در حقیقت، این آب می تواند به سطح مشترک مهاجرت کرده و موجب کاهش استحکام پیوند در حین سرویس دهی شود. این رطوبت آزاد شده، لایه ی مرزی را تضعیف می کند. تغییرات ابعادی همچنین باید در زمانی در نظر گرفته شود که قطعات استالی را به سایر زیرلایه ها، اتصال می دهیم. در این حالت، باید رطوبت موجود در محیط و تغییرات دمایی، در نظر گرفته شوند.
سطح استال عموماً سخت، نرم، شیشه ای است و به سهولت با چسب، تر نمی شود. طبیعت غیر چسبنده و مقاوم در برابر حلال موجب شده است تا برای اتصال دهی سطوح استالی، نیاز به عملیات های خاص باشد. پس از آماده سازی، سطح می تواند با چسب به زیرلایه و سایر اجسام، اتصال یابد.
به دلیل مقاومت به حلال و مقاومت شیمیایی کوپلیمر استال، عملیات های اچ خاص برای آماده سازی سطح این ماده پیش از اتصال دهی، توسعه یافته است. اچ اسید کرومیک و هیدروکلریک اسید نیز پیشنهاد شده اند. قطعات استالی که بوسیله ی عملیات حرارتی و یا ماشین کاری، شکل دهی شده اند، باید پیش از اچ، تنش گیری شوند. هموپلیمرهای استالی می توانند به صورت مؤثر با انواع مختلف چسب ها اتصال داده شوند اگر سطح آنها به خوبی عمل آوری شده باشد. این عمل آوری شامل ماسه پاشی، اچ با کرومیک اسید در دماهای بالا و یا پرداخت کردن، می باشد. این فرایند پرداخت در حقیقت یک فرایند توسعه یافته و ثبت اختراع شده بوسیله ی شرکت دوپونت می باشد. در این فرایند، محلول اسید به صورت یکنواخت بر روی نقاط معین سطح اتصال، ریخته می شود. چسب ها به صورت مکانیکی به نقاط گفته شده متصل می شوند و استحکام مکانیکی قابل توجهی در اتصال ایجاد می شود. کارایی چسب های مختلف بر روی سطح هموپلیمر استالی، در جدول 2 نشان داده شده است. پلاسمای اکسیژن و تخلیه ی کرونا، از جمله عملیات های سطحی هستند که برای زیرلایه های استالی، مناسب می باشند.
اپوکسی ها، پلی استرهای عمل آوری شده با ایزوسیانات و سیانواکریلات، برای اتصال دهی کوپلیمرهای استالی استفاده می شوند. اپوکسی ها دارای استحکام برشی 150 تا 500 psi می باشند. برای کاربردهای ساختاری، چسب های سیانواکریلاتی استال را به رابر، فلز، چرم وسایر پلاستیک ها، متصل می کند. اپوکسی های دو جزئی استحکام پیوند پایین تری ایجاد می کنند. به هر حال، آنها مقاومت دمایی و شیمیایی بهتری ایجاد می کنند. چسب های یوریتانی همچنین بر روی کوپلیمرهای استالی، به خوبی عمل می کنند. چسب های اپوکسی، نیتریلی و نیتریل- فنولیکی می توانند برای زیرلایه های هموپلیمری استالی که عمل آوری سطحی شده اند، مورد استفاده قرار گیرند.
تثبیت با حلال عموماً به عنوان یک روش برای آماده سازی سطحی هموپلیمرهای استالی پیشنهاد نمی شوند. زیرا مقاومت این ماده در برابر حلال، قابل توجه است. تثبیت با حلال در دمای اتاق که برای اتصال دهی کوپلیمر استالی به خودش، نایلون و ABS مورد بررسی قرار گرفته است، نشاندهنده ی استحکام پیوند ضعیف است که این چسب ها ایجاد کرده اند. این حلال ها نمی توانند برای اتصال دهی استال به فلز استفاده شوند.
قطعات استالی همچنین با استاده از روش های جوشکاری گرمایی مختلف، به هم متصل می شوند. جوشکاری با ابزار گرم، جوشکاری با گاز گرم، جوشکاری چرخشی و جوشکاری التراسونیک، از جمله روش های مورد استفاده برای این ماده می باشد. این روش ها می توانند موجب اتصال انواع مختلف استال یعنی هموپلیمر و کوپلیمر شوند. منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie