آماده سازی قطعات کامپوزیتی برای اتصال چسبی

 

آماده سازی سطحی برای اتصال دهی با چسب

آماده سازی سطحی قطعات کامپوزیتی برای ایجاد اتصال های چسبی مناسب، به نوع سطح چسبندگی و نوع چسب وابسته می باشد. آماده سازی پیشنهاد شده برای بسیاری از کامپوزیت ها، شامل شستشو با حلال به منظور حذف آلودگی های سست، چربی ها و مواد رهایش قالب می باشد. سپس سایش مکانیکی باید بر روی زیرلایه ها انجام شود. سایش باید به طور دقیق انجام شود تا از تخریب سطحی الیاف، جلوگیری شود. باید سایش به گونه ای انجام شود که لعاب موجود بر روی سطح رزین حذف شود اما الیاف تقویت کننده آسیب نبینند. بسیاری از روش های سایش سطحی بر روی قطعات کامپوزیتی اعمال می شود و تمام این روش ها دارای مزیت های مربوط به خود می باشند. این فرایندهای سایش شامل ماسه زنی سبک، سنگ زنی با گریت و سنگ زنی با بخار می باشد. در برخی موارد، یک پرایمر نیز برای پوشش دهی کامپوزیت ها پیش از اعمال چسب، استفاده می شود.
قطعات ترموپلاست تقویت شده عموماً پیش از اتصال دهی با چسب، سایش داده می شود و تمیزکاری می شود. به هر حال، فرایندهای عملیات سطحی خاص مانند آن دسته از فرایندهای مورد استفاده بر روی زمینه ی رزین های ترموپلاست، ممکن است برای بهینه سازی استحکام، مورد نیاز باشد. باید مراقب بود که مواد شیمیایی مورد استفاده برای عمل آوری سطحی، وارد کامپوزیت نشود که ممکن است منجر به تخریب آن شود. این ایده ی خوبی نیست که از عملیات های سطحی شیمیایی استفاده کرد که بر روی استحکام اتصال ایجاد شده، اثری ندارد.
برخی از فرایندهای آماده سازی خاص نیز توسعه یافته است. در این فرایندها، یک بخش بافته شده از نایلون یا پلی استر به عنوان لایه ی خارجی کامپوزیت مورد استفاده قرار می گیرد. لایه ی خارجی پیش از اتصال دهی، خارج می شود. این فرایند موجب می شود تا یک سطح تمیز برای اتصال دهی، ایجاد شود. این روش سریع است و نیاز به استفاده از حلال برای تمیزکاری را حذف می کند.

کامپوزیت های ترموپلاست

اگر چه تکنولوژی های تولید و اتصال دهی که برای کامپوزیت های ترموست تولید شده اند، به خوبی پیشرفت کرده است و رویه های مربوطه به خوبی تدوین شده است، تکنولوژی مربوطه برای کامپوزیت های ترموپلاست هنوز در مراحل پیشرفته اولیه قرار دارد. به هر حال، از آنجایی که کامپوزیت های ترموپلاست می توانند با حرارت و یا حلال نرم شوند، بسیاری از روش هایی که برای ترموست ها مناسب نیست، می تواند برای اتصال دهی کامپوزیت های ترموپلاست، مورد استفاده قرار گیرد.
درصد پرکننده در داخل کامپوزیت های ترموپلاست، باید محدود باشد در غیر اینصورت، اتصال از رزین تهی می شود. عموماً تثبیت با حلال و یا جوشکاری گرماییف در زمانی به سختی مورد استفاده قرار می گیرند که میزان پرکننده ی موجود در کامپوزیت های ترموپلاست، بیشتر از 10 تا 25 % وزنی باشد. با استفاده از میزان پرکننده ی بیشتر، اتصال دهی با چسب و یا اتصال دهی مکانیکی، تنها راه مورد استفاده برای اتصال دهی ترموپلاست ها، می باشد.
فرایندهای جوشکاری گرمایی موجود، می تواند به دو گروه، تقسیم بندی شوند:
1. فرایندهایی که شامل حرکت مکانیکی است مانند جوشکاری التراسونیک، جوشکاری اصطکاکی و
2. فرایندهایی که شامل حرارت دهی خارجی است مانند جوشکاری با صفحه ی گرم، جوشکاری با هوای گرم و جوشکاری مقاومتی و القایی.
شکل 1 برخی از روش های جوشکاری گرمایی را برای اتصال دهی کامپوزیت های ترموپلاست، نشان می دهد. یک ارزیابی کامل در مورد روش های متداول مورد استفاده در اتصال دهی کامپوزیت های ترموپلاست، در جدول 1 آورده شده است. با ایجاد اصلاح های مناسب بر روی پارامترهای فرایند، تمام این روش های جوشکاری حرارتی می تواند برای اتصال دهی کامپوزیت های ترموپلاست استفاده شود. جوشکاری حلالی می تواند همچنین بر روی قطعات ترموپلاستی مورد استفاده قرار گیرد که دارای میزان پرکننده ی پایین هستند. به هر حال، باید تلاش شود تا لبه های تیز به الیاف برخورد نکند. برخورد لبه های تیز موجب گسسته شدن کامپوزیت می شود. این مسئله منجر به تخریب کامپوزیت می شود. در واقع این مسئله به دلیل نفوذ حلال به داخل سطح مشترک رزین- فیبر، اتفاق می افتد.

فوم های پلاستیکی

فوم های پلاستیکی از رزین های ترموپلاست و ترموست تولید می شوند. مهم ترین مسائل در اتصال دهی فوم های پلاستیکی عبارتند از: احتمال متورم شدن و یا انقباض این مواد در زمان برخورد حلال با آنها و 2) با جذب چسب در داخل فوم، احتمال تغییر خواص فوم وجود دارد. چسبندگی معمولاً یک مشکل جدی در زمینه ی اتصال دهی فوم های پلاستیکی نیستند زیرا این مواد متخلخل هستند و چسب ها به خوبی به این سطوح می چسبند.
این باید تذکر داده شود که فوم ها می توانند دارای سلول های بسته و باز باشند. چسب ها ممکن است در داخل حفره های باز وارد شوند و بدین صورت، بر روی خواص فیزیکی فوم اثرگذار می باشد. وقتی فوم به زیرلایه های متخلخل دیگر متصل می شود، چسب باید به زیرلایه ی دیگر اعمال شود تا بدین صورت میزان اتلاف چسب کاهش یابد. با وجود سلول های بسته، چسب ها نمی توانند به طور قابل توجهی در داخل ساختار نفوذ کنند.
همچنین فوم های با انرژی سطحی پایینی وجود دارد که نیازمند عملیات های سطحی و همچنین چسب های خاص برای اتصال دهی می باشند. خوشبختانه، پیوندهای قوی عموماً مورد نیاز نمی باشد زیرا فوم دارای استحکام پیوستگی نسبتاً پایین است. بنابراین، تمیزکاری ساده عموماً تنها روش آماده سازی مورد نیاز می باشد. عملیات های سطحی توصیه شده برای این مواد، همان هایی است که در بخش قبل برای پلاستیک ها، بیان شد. به هر حال، احتمال ورود ترکیبات شیمیایی به داخل فوم و تخریب فوم نیز باید در نظر گرفته شود.
برخی از چسب های حاوی حلال و سیمان های حلالی نیز متورم می شوند و به صورت فوم در می آیند. چسب های بر پایه ی آب که بر پایه ی استایرن بوتادین (SBR)، نئوپرن، یا پلی وینیل استات هستند، فعالیت کمتری دارند و اغلب برای فوم های ساختاری ترموپلاست، استفاده می شوند.
پیشنهادهای ارائه شده برای چسب های مورد استفاده در فوم های ترموپلاست و ترموست خاص، در جدول 2 آورده شده است. این چسب ها، به اشکال زیر موجود می باشند. • امولسیون های بر پایه ی آب: این امولسیون ها برای اتصال دهی فوم های پلی استایرن به سطوح متخلخل مناسب می باشد. در واقع یک سطح باید متخلخل باشد تا اجازه ی خشک شدن چسب، داده شود.
• چسب های تماسی: این چسب ها استحکام اولیه ی بهینه ای ایجاد می کنند و هم بر پایه ی آب و هم بر پایه ی حلال می باشند. برای اعمال آنها، ابتدا این چسب ها با برس بر روی سطح اعمال می شود و پس از خشک شدن، سطوح اتصال به هم منطبق می شوند. نوع حلالی برای اتصال دهی به سطوح فلزی و سایر سطوح ساختاری، استفاده می شود.
• چسب های حساس به فشار: این چسب ها تقریبا به هر زیرلایه ای می چسبند. این نوع چسب ها هم بر پایه ی آب و هم بر پایه ی حلال می باشند. این چسب ها را نمی توان در کاربردهایی استفاده کرد که در آنها، مقاومت به تنش و حرارت، مورد نیاز است. چسب های الاستومری مصنوعی با ویژگی های چسبندگی سریع، نیز به صورت اسپری موجود می باشند. به هر حال، مقاومت فوم در برابر حلال، باید تعیین شود.
• چسب های صد % جامد: اپوکسی استاندارد، پلی یوریتان ها، و چسب های بر پایه ی خمیر سیلیکونی، عموماً در دماهای اتاق، به صورت فوم در می آیند. این مواد دارای اتصال مناسب و قوی در محیط های و شرایط مختلف می باشند.

منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie