اتصال‌دهی مواد الاستومری

بیش از 30 گروه از پلیمرهای الاستیک وجود دارد. این مواد بر اساس استاندارد ASTM D 1418 به گروه هایی طبقه بندی شده اند که از لحاظ ساختار زنجیره ی شیمیایی، مشابه هستند. این گروه های الاستومری در جدول 1 نشان داده شده است. این جدول حاوی اطلاعاتی در مورد انرژی سطحی آنها می باشد. چندین مشکل در زمینه ی اتصال دهی مواد الاستومری وجود دارد. یک مورد تغییرات قابل توجهی است که در داخل یک نوع از الاستومرها، رخ می دهد. این مسئله به دلیل تفاوت در وزن مولکولی متوسط، توزیع وزن مولکولی، فرایندهای پلیمری مختلف، تغییر در آرایش ساختاری، نسبت کوپلیمر و یا تری پلیمر و ... می باشد. همچنین می تواند یک تفاوت قابل توجه در دستورالعمل ترکیب شدن این مواد وجود داشته باشد. این مسئله در حقیقت به دلیل تفاوت در نوع پرکننده و تقویت کننده، پلاستیسایزر مایع، عوامل ترکیب شونده و مواد مشابه باشد. بنابراین، یک سری نامحدود از ترکیبات وجود دارند که برای الاستومرهای عمومی مانند نئوپرن ها و یا نیتریل ها، مناسب می باشند.
ویژگی های مواد الاستومری معمولاً بر روی خواص چسبندگی متمرکز نیست بلکه خواص فیزیکی و شیمیایی رابرها را آدرس دهی می کند. بنابراین، فروشنده تمایل زیادی به تعییر در فرمولاسیون ترکیب دارد که در واقع می تواند برای اتصال دهی چسب، فاجعه بار باشد. یک راه حل در حقیقت قراردادن یک شماره ی لات برای هر تغییر در فرمولاسیون، می باشد.
علاوه بر سیستم های عمل آوری، پرکننده و پلاستیسایزر، یک ترکیب الاستومری ممکن است حاوی مواد شیمیایی محافظت کننده مانند آنتی اکسیدان، آنتی ازون، واکس ها و ضد قارچ ها، باشد. برخی از این افزودنی ها به گونه ای طراحی شده اند که در طی عمل آوری، به سطح حرکت می کنند. این لایه های مرزی تضعیف شده، اغلب نمی توانند پیش از اتصال دهی، حذف شوند زیرا وارد شدن عوامل تضعیف کننده به سطح، اجتناب ناپذیر است.
یک مشکل دیگر در اتصال دهی الاستومرهای حاوی چسب، این است که زیرلایه قابلیت تغییر شکل دارد. این ساده است که تنش های داخلی در سطح مشترک اتصال، توسعه یابد. این تنش ها می توانند اثر نامطلوب بر روی استحکام پیوند و کارایی آن داشته باشد. فشار مینیمم برای حصول تماس مناسب و نزدیک بین زیرلایه و چسب، یکی از ضرورت ها در زمان اتصال دهی الاستومرها می باشد.
اتصال دهی الاستومرها می تواند به دو گروه اصلی تقسیم بندی شود: اتصال دهی به الاستومرهای ولکانش یافته و اتصال دهی با الاستومرهای غیر ولکانش یافته. وقتی اتصال دهی به الاستومرهای ولکانش یافته انجام می شود، باید زیرلایه پیش از اتصال دهی، به طور کامل عمل آوری شود. در اتصال دهی به زیرلایه های ولکانش نیافته، الاستومر به صورت مایع است و باید در زمان اتصال دهی، توجه کامل به این مسئله شود.

اتصال دهی ولکانش نیافته

این مسئله تشخیص داده شده است که بهترین پیوند میان یک الاستومر و یک زیرلایه معمولاً در اتصالی ایجاد می شود که به طور آنی به همراه خود الاستومر، عمل اوری شده است. مثال هایی از این محصولات که در حقیقت به همین شیوه تولید شده اند، شامل چرخ های غلطکی، مانت شوکی، غلطک های رابری، مواد آب بندی و ... می باشند.
زیرلایه در این موارد (مثل بخش های فلزی و شافت های مرکزی) باید معمولاً به گونه ای طراحی شود که بوسیله ی شرایط قالب گیری مانند دما و فشار بالا، تحت تأثیر قرار نگیرد. طراحی ماده باید همچنین با الگوهای سیلان الاستومرها، تطابق داشته باشد.
سطح زیرلایه باید پیش از ولکانش بوسیله ی روش های متداول برای اتصال دهی چسب ها، آماده سازی شوند. معمولاً یک سیستم اتصال دهی ولکانش نیافته و یا پوشش موجود می باشند که بر روی زیرلایه اعمال می شوند. این مواد پرایمر مانند، هم موجب افزایش چسبندگی و هم موجب اصلاح اتصال سطح به رابر ولکانش یافته می شوند. این ضروری است که پیش از ولکانش، پرایمر خشک شود. جدول 2 چسب های پیشنهاد شده برای اتصال دهی ولکانش نیافته برای الاستومرهای مختلف را نشان می دهد. این ترکیبات، فرمولاسیون های اساسی بر پایه ی رزین ها می باشند که مشابه رابرهای ولکانش یافته می باشند.

اتصال دهی الاستومرهای ولکانش یافته

اتصال دهی الاستومرهای ولکانش یافته به خودشان و همچنین سایر مواد عموماً با استفاده از یک چسب حساس به فشار انجام می شود. این چسب ها عموماً از الاستومرهایی مشتق می شوند که با زیرلایه تطابق دارند. چسب های ترموست مانند اپوکسی- پلی آمیدها یا پلی یوریتان ها، همچنین استحکام اتصال استثنایی به اکثر الاستومرها، ایجاد می کند. شکل 1 نشاندهنده ی اندیس قابلیت پیوند دهی الاستومرهای خاص و متداول است. عملیات های سطحی پیش از پیوند دهی، شامل شستشو با حلال و سایش می باشد. در برخی موارد اسیدشویی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. چسب های مختلفی به طور متداول برای اتصال دهی رابرها مانند رابرهای طبیعی، رابرهای کلردار، بوتیل تیتریل، بوتادین استایرن، یوریتان، پلی سولفید و نئوپرن، استفاده می شود. همچنین چسب های متداول مورد استفاده، عبارتند از: اکریلیک ها، سیانواکریلات ها، پلی استر ایزوسیاناتی، فرمالدهید ریسکیونال، سیلیکون ها، اپوکسی ها، پلی ایزوسیانات، فوران، فنولیک- نیتریل، فنولیک- نئوپرن، فنولیک پلی وینیل فورمال و اپوکسی- پلی آمیدها.
اتصال دهی رابرهای ولکانش یافته به قطعات مشابه، می تواند با رابرهای ولکانش نیافته، انجام شوند. این رابرهای ولکانش نیافته، به عنوان چسب عمل می کنند. در اینجا، الاستومرهای ولکانش نیافته، به صورت شیمیایی مشابه رابرهایی هستند که در حال اتصال می باشند. فرایند نیز مشابه فرایندی است که در مورد اتصال دهی ولکانش نیافته، گفته شد. کاربردهای نمونه وار این روش در آب بندی و ایجاد اورینگ می باشد. اغلب چسب های پیشنهاده شده در جدول 2 می تواند برای این کار استفاده شود. معمولاً استحکام پیوند می تواند 50 تا 100 % رابر اولیه باشد. این استحکام وابسته به سیستم الاستومری است و بوسیله ی هندسه ی قطعه نیز تحت تأثیر است.
الاستومرهای متداول برای اتصال دهی به این روش، شامل رابرهای نیتریلی، نئوپرنی، یوریتانی، رابر طبیعی، SBR، و رابر بوتیلی می باشد. این سخت است که استحکام خوبی با استفاده از چسب های سیلیکونی، فلئوروکربنی، پلی اتیلن کلروسولفونی و پلی اکریلاتی، ایجاد کنیم. به هر حال، اخیراً سیستم های چسبی توسعه یافته است که بوسیله ی آنها، اتصال الاستومرها به فلز، تسهیل می شود.

چوب و محصولات چوبی

چوب یک ماده ی ساختمانی مهم است که شامل یک ترکیب سلولزی به همراه تخلخل های متعدد می باشد. چسب ها به طور متداول برای اتصال دهی چوب در صنعت مبلمان، استفاده می شود. آنها به صورت روزافزون در تولید محصولات چوبی لایه ای مورد استفاده قرار می گیرند. مواد آب بندی به طور متداول برای آب بندی چارچوب های چوبی مورد استفاده در صنعت ساختمان، کاربرد دارند. چندین خاصیت وجود دارد که در این ماده کم نظیر است و بر روی قابلیت اتصال دهی، مؤثر است. چوب یک ماده ی آنیزوتروپ است. چوب و سایر محصولات سلولزی دارای خواص متفاوت در جهات مختلف می باشد. استحکام های کششی و برشی چوب در جهت طولی بزرگتر است. در این جهت، الیاف چوبی قرار دارد. چوب همچنین یک ماده ی نم گیر است زیرا طبیعت سلولز، اینگونه می باشد. عموماً پایداری ابعادی به عنوان نتیجه ای از تغییر در میزان رطوبت، در جهت طولی، بیشتر است. این پایداری در جهت عرضی تا حدی کمتر است. حداقل میزان این پایداری در جهت محوری است. کارایی ماکزیمم در زمانی حاصل می شود که چوب در طی اتصال دهی، دارای یک میزان رطوبت باشد. در این زمینه، تنش های داخلی ایجاد شده در اتصال که نتیجه ای از تغییر در رطوبت در حین سرویس دهی می باشد، می تواند مینیمم شود. با تغییر دما، چوب به طور اندک تغییر ابعاد پیدا می کند، مگر آنکه یک چنین تغییری همچنین بوسیله ی میزان رطوبت، تحت تأثیر قرار گیرد.
چوب های مختلف به طور قابل توجهی دانسیته های متفاوتی دارند. چوب با دانسیته ی بالاتر معمولاً سخت تر از چوب با دانسیته ی پایین تر می باشد. چوب با دانسیته ی بالاتر معمولاً متورمز خواهد شد و میزان شرینکیج آن بیشتر از چوب با دانسیته ی پایین تر است. این بدین معناست که تنش های داخلی ایجاد شده بر روی اتصال های چوبی به عنوان نتیجه ای از تورم و شرینکیج، بزرگتر است. یک چنین تنش های داخلی ممکن است موجب شود تا اتصال از هم جدا شود. بنابراین، اتصال های با کیفیت بالاتر باید در زمانی مورد استفاده قرار گیرند که چوب های با دانسیته ی بالاتر، استفاده شده است. این مناسب است که اتصال های چسبی داشته باشیم که مستحکم تر از خود چوب باشند، مخصوصاٌ در کاربردهای ساختمانی.
چندین کار مهم باید در زمان اتصال دهی چوب، مورد توجه قرار گیرد. این اتصال ها باید به خوبی با هم فیت شوند. یک لایه ی نازک از چسب موجب ایجاد اتصال قوی میان دو قطعه از چوب می شود. البته استفاده از لایه ی ضخیم از چسب، موجب تضعیف اتصال می شود. برای حصول یک اتصال موفق، سطوح جفت شده، باید به طور کامل در تمام طول اتصال، به هم متصل باشند. فیت شدن یک اتصال فاق و زبانه، همچنین باید با دقت بالا انجام شود. اگر قطعات با فشار به هم فشرده شوند، هیچ جایی برای قرارگیری لایه ی چسب، وجود ندارد. اگر شکاف میان اتصال چوبی، بزرگ باشد، لایه ی چسب بسیار ضخیم می شود و این مسئله موجب ایجاد تنش در اتصال می شود. لایه ی چسب باید ضخامتی به اندازه ی ضخامت یک لایه ی کاغذ دفتر داشته باشد. به منظور اطمینان یافتن از اینکه میزان چسب موجود در اتصال مناسب است، یک لایه ی نازک از چسب، بر روی هر دو سطح اتصال، بمالید.
هدف اصلی در آماده سازی سطوح چوبی، مهیا نمودن یک سطح تمیز و بدون آسیب است که نرم و مسطح باشد و اجازه دهد تا قطعات به خوبی بر روی هم چفت شوند. این مهم است که توجه داشته باشید که چوب پیش از اتصال دهی، برش کاری و سنباده زنی شود. الیاف آسیب دیده ی چوب نواحی ضعیفی را در نزدیکی اتصال ایجاد می کند. این مسئله موجب می شود تا احتمال شکست این ناحیه تحت تنش، ایجاد شود.
خطوط چسب کاری نازک در اتصال های چوبی، ترجیح داده می شود. تئوری غالب در این زمینه، این است که نفوذ چسب در چوب، ضرورتاً برای ایجاد اتصال چسبی خوب، مورد نیاز نمی باشد. اتصال دهی خوب تنها در بخش های خارجی الیاف سلولزی، ایجاد می شود. خط پیوند ضخیم موجب می شود تا کیفیت اتصال در طول خط اتصال، افت کند که علت آن تنش های ناهمسان در اتصال می باشد. بنابراین، بهترین سطح ممکنه، سطحی صاف با تلورانس فاصله ی اندک میان دو سطح اتصال می باشد. معمولاً آماده سازی سطحی می تواند بوسیله ی عملیات های ماشین کاری استاندارد انجام شود.
اتصال دهی چوب شاید یکی از ساده ترین کاربردها برای چسب هاست. بیشتر چسب هامی توانند سطح تمیز چوب را تر کنند و اتصال قوی تر از زیرلایه ایجاد کنند. چسب های مورد استفاده برای چوب، عبارتند از محصولات طبیعی مانند چسب های حیوانی و تولید شده از پوست حیوانات، نشاسته، پروتئین شیر، دانه ی سویا، چسب خونی و چسب ماهی. این چسب ها برای سال های طولانی مورد استفاده قرار می گیرند، حتی پیش از آنکه چسب های مصنوعی وارد بازار شوند. جدول 3 توصیفی در مورد چسب های چوب، آورده شده است. جدول 4 خواص چندین چسب پلیمری را که برای اتصال دهی چوب استفاده می شود، آورده است. چسب های حیوانی و گیاهی برای کاربردهایی مانند ابزارهای موسیقی، مورد استفاده قرار می گیرند. با استفاده از حرارت و رطوبت، قطعات اتصال یافته بدون آسیب دیدن آنها، جدا سازی می شوند. چسب های تولید شده از پوست گاو و گوسفند، همچنین به صورت آرام عمل آوری می شوند. بنابراین، این مواد چسب های مناسبی برای اتصال دهی محصولاتی هستند که می خواهیم بعدها دوباره آنها را از هم جدا کنیم. به هر حال، در بسیاری از کاربردهایی که چوب را اتصال می دهیم، این ویژگی ها، جزء محدودیت به شمار می آید و خوشبختانه، سایر چسب ها وجود دارند که می توانند به جای این چسب ها، در اتصال های چوبی، مورد استفاده قرار گیرند.
رزین های فرمالدهیدی رزورسینال چسب ها با گیرش سرد هستند که برای ساختارهای چوبی، مورد استفاده قرار می گیرند. چسب های اوره فرمالدهید به طور متداول با ملامین فرمالدهید اصلاح می شوند و برای تولید تخته سه لایی و روکش های چوبی، استفاده می شوند. فنول فرمالدهید و سیستم های چسب فرمالدهید رزورسینال نیز بهترین مقاومت حرارتی و مقاومت در برابر هوازدگی را دارا می باشند.
پلی وینیل استات به سرعت خشک می شود و از این رو، چسب های بر پایه ی آب به طور متداول در صنعت مبلمان، مورد استفاده قرار می گیرد. این امولسیون های بر پایه ی آب، در واقع چسب سفید نامیده می شود.
این چسب ها بوسیله ی تبخیر رطوبت از چسب، گیرش پیدا می کنند. چسب های پلی وینیل استاتی پیوندهای با استحکام بالا تولید می کند اما این مواد در برابر دماهای بالا و رطوبت، مقاومت ندارند. این فرایند خشک شدن، اغلب با استفاده از میدان های الکتریکی فرکانس رادیویی در صنعت مبلمان، تسریع می شود. برخلاف بیشتر چسب سفیدها، پلی وینیل استات با پیوند عرضی نمی توانند بعد از عمل آوری با آب، تمیز شوند.
چسب های رزینی آلیفاتیک که همچنین به آنها چسب زرد یا چسب نجاری گفته می شود، در واقع شبیه چسب های پلی وینیل استاتی هستند. این چسب ها، برای استفاده در کاربردهای نجاری داخل ساختمان طراحی شده اند و نباید برای قطعات خارج ساختمان، استفاده شوند. چسب زرد به طور واضح سخت می شود بدون آنکه از خط چسب، خارج شوند.
اپوکسی ها نیز برای اتصال دهی چوب در کاربردها خاص، استفاده می شوند. مثلا از این چسب ها، در زمانی استفاده می شود که چوب به زیرلایه های فلزی اتصال می یابد. چسب های تماسی بر پایه ی رابر، نیز برای اتصال دهی چوب مخصوصاً صفحات چوبی مورد استفاده در دکوراسیون، استفاده می شوند. چسب های ماستیکی و مواد آب بندی نیز در کارهای ساختمانی استفاده می شوند. این چسب ها بر پایه ی الاستومرها تولید می شوند. رابرهای مورد استفاده در این چسب ها، عبارتند از: نئوپرن، بوتادین استایرن، پلی یوریتان و رابرهای بوتیلی. ماستیک های بر پایه ی نئوپرن دارای ویژگی های کلی خوبی هستند و مقاومت آنها در برابر بسیاری از محیط ها، مطلوب است. این چسب ها به طور متداول برای اتصال دهی صفحات پله و میله های چوبی، استفاده می شوند. این چسب ها، ویژگی های اتصال دهی و همچنین ضربه گیری خوبی دارند.

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