غلظت آب بحرانی

اثر سطح مشترک

آب می تواند به چسب نفوذ کرده و به ناحیه ی سطح مشترک برسد، این مسئله موجب می شود تا آب در سطح مشترک، جایگزین چسب شود. این مکانیزم در شکل 1 قابل مشاهده است. این مسئله در واقع موجب کاهش استحکام پسب در محیط های مرطوب می شود. بنابراین، چسب های ساختاری مستعد پدیده ی تبدیل، ممکن است همچنین با کاهش استحکام در زمان برخورد با رطوبت، مواجه شوند. نمودارهای تخریب که در شکل 2 نشان داده شده اند، یک نمونه ی چسب است که با رطوبت و دماهای بالا، برخورد داشته است. حالت شکست در مراحل اولیه ی پیرسازی، در حقیقت از نوع پیوسته می باشد. بعد از 5 تا 7 روز، شکست بر روی چسب رخ می دهد. این انتظار وجود دارد که بخار آب از طریق لبه ها، به داخل چسب، نفوذ کند. مولکول های آب به صورت ترجیحی جذب می شوند و بر روی سطح اتصال فلز قرار می گیرند. از این رو، این مواد جایگزین چسب در سطح مشترک می شوند. این اثر عموماً به نوع چسب و ماده ی اتصال یافته، وابسته می باشد. سیستم های چسب خاص مقاومت بیشتر در برابر تخریب های سطح مشترک دارندد. جدول 1 نشاندهنده ی این است که چسب های نیتریل- فنولیک از طریق مکانیزم بیان شده در بالا، شکسته نمی شوند. شکسست پیوسته ی اتفاق افتاده در داخل چسب، حتی در زمانی مشاهده می شود که این غوطه وری در آب به مدت 24 ماه طول بکشد. چسب های نایلون- اپوکسی به سرعت و تحت همین شرایط، تخریب می شوند. استحکام چسب ها در محیط RH 100 %، سریع تر تخریب می شوند. حالت نمودار در شکل 2 برای بیشتر چسب ها، همین گونه می باشد. استحکام در شروع پیرسازی سریع تر افت می کند و سپس این سرعت افت کرده و به صفر می رسد. نرخ اولیه و میزان تخریب کل نیز از سطحی به سطح دیگر و از یک نوع چسب به نوع دیگر، متفاوت است.
در حقیقت، این به نظر می رسد که یک غلظت آب بحرانی در داخل چسب وجود دارد که در زیر این غلظت، تخریب اتصال ممکن نیست رخ دهد. همچنین این فهمیده شده است که یک میزان بحرانی از رطوبت وجود دارد که موجب تضعیف اتصال چسب می شود. برای یک سیستم اپوکسی، این تخمین زده شده است که غلظت آب بحرانی در حدود 1.35 تا 1.45 % است و میزان رطوبت بحرانی نیز 50 تا 65 % است.
یکی دیگر از راه هایی که رطوبت می تواند موجب تخریب استحکام اتصال چسبی شود، هیدراسیون و خوردگی سطح اتصال و ایجاد لایه ی اکسید فلزی در سطح مشترک می باشد. اکسیدهای فلزی متداول مانند آلومینیوم و اکسیدهای آهن در حقیقت مستعد هیدراسیون هستند. هیدرات های فلز منتج شده، ژله ای می شوند و به صورت لایه ی مرزی تضعیف کننده، عمل می کنند.
مقاومت اتصال چسب نسبت به رطوبت، می تواند یا به صورت جلوگیری از ورود آب به داخل و یا با بهبود دوام سطح مشترک، افزایش یابد. روش اول جلوگیری از تخریب، می تواند از طریق فرموله کردن سیستم چسب انجام شود. این کار با روش زیر قابل انجام می باشد:
1. انتخاب مناسب یک پلیمر پایه با میزان نفوذپذیری آب پایین.
2. استفاده از پرکننده های خنثی در چسب به منظور کاهش حجمی که بوسیله ی رطوبت تحت تأثیر قرار می گیرد.
3. پوشش دهی لبه های اتصال با مواد آب بندی و جلوگیری از ورود رطوبت در طول سطح مشترک
4. اصلاح شیمیایی چسب به منظور کاهش نفوذ آب
روش هایی که برای بهبود دوام سطح مشترک موجود می باشند، در حقیقت شامل آماده سازی سطحی و استفاده از پرایمر و یا عوامل کوپل کننده، می باشد. این روش ها برای زیرلایه هایی مفیدتر هستند که مستعد خوردگی می باشند، مانند سطوح فلزی. پرایمرها و مواد اصلاح سطحی، نیز در واقع موجب ایجاد ممانعت در برابر تخریب استحکام چسب در محیط های مرطوب می شود. این مسئله موجب می شود تا محافظت خوبی در برابر خوردگی در سطح چسبندگی، ایجاد شود. یک پرایمر سیال که به سهولت سطح مشترک را تر می کند، همچنین منجر به پر شدن زبری های سطحی می شود. پرایمرهای ارگانوسیلانی، ارگانوتیتاناتی و فنولی نیز موجب بهبود استحکام و کارایی بسیاری از سیستم های چسب می شود.
روش های مورد استفاده برای جلوگیری از نفوذ آب، شامل استفاده از ممانعت کننده های هیدراسیون اکسیدها و ایجاد لایه های کریستالی اکسیدی می باشد. روش های اچ شیمیایی استاندارد که موجب حذف عیوب سطحی می شوند، نیز منجر به بهبود مقاومت در برابر رطوبت بالا می شوند.

اثر ترکیبی تنش، رطوبت و دما

تنش مکانیکی موجب تشدید اثر محیط بر روی اتصال های چسبی می شود. یک میزان قابل توجه از داده ها در مورد این پدیده، وجود ندارد. زیرا زمان و میزان برخورد در آزمون های تنش- پیرسازی، درج نشده است. به هر حال، این فهمیده شده است که رطوبت به عنوان یک عامل محیطی موجب کاهش قابل توجهی در قابلیت چسب های خاص برای تحمل تنش ها می شوند. این مسئله مخصوصاً در دماهای بالا، مشهود می باشد. برهمکنش دما و رطوبت می تواند موجب تخریب بیشتری نسبت به حالتی شود که اتصال در یک محیط معمولی قرار داشته باشد.
این اثر در دهه ی 1960 گفته شده ات. در این زمان اتصال های آلومینیوم لبه به لبه به صورت تنشی و غیر تنشی مورد بررسی قرار گرفت و اثرات محیطی و هوازدگی مورد بررسی قرار گرفته است. تنش بوسیله ی خمش بر روی نمونه های لبه به لبه انجام شد و این نمونه ها در طی انجام آزمون در شرایط پیرسازی قرار گرفتند. بسته به نوع چسب، تخریب قابل توجهی بعد از یک تا دو سال ایجاد می شود که علت آن، هوازدگی تنشی است. این در حالی است که اتصال هایی که در شرایط غیر تنشی پیرسازی شده اند، تخریب اندکی از خود نشان دادند.
در محیط های با رطوبت بالا، اتصال های تحت تنش قرار گرفته، سریع تر از اتصال های بدون تنش، تضعیف می شوند (شکل 3). اتصال های ایجاد شده با چسب های انعطاف پذیر که دارای دمای شیشه ای شدن پایین هستند، بوسیله ی خزش و در زمان های سرویس دهی کوتاه، شکسته شده اند. شکل 4 نشاندهنده ی اثر پیرسازی تنشی بر روی نمونه هایی می باشد که تحت سیکل های رطوبتی 90 تا 100 RH قرار گرفتند. این نمونه ها در حقیقت در دمایی بین 80 تا 120 فارنهایت، نگهداری شدند. اتلاف قابلیت تحمل بار در چسب های اپوکسی انعطاف پذیر (شکل 4b) قابل توجه بوده است. تنش ایجاد شده بر روی این چسب های خاص به 13 % میزان استحکام اولیه ی خود می رسد. این مسئله در مورد نمونه هایی مشاهده شده است که تنها44 روز در داخل دما و رطوبت بالا، حضور داشته اند. جدول 2 نشاندهنده ی اثر معکوس تنش و آب و هوا بر روی اتصال های آلومینیومی است که با چسب های مختلف به هم متصل شده اند. به هر حال، این نشان داده شده است که برخورد شدید نیز بسیار گمراه کننده است. اگر یک اسپری آب نمک با سیکل سی روزه، به عنوان آزمون تشدید کننده، استفادهل شود. می توان کارایی دراز مدت این چسب ها در شرایط محیطی سخت را مورد بررسی قرار داد. البته این نتایج می تواند گاهاً گمراه کننده باشند. اسپری آب نمک دارای اثر بسیار اندکی بر روی استحکام اتصال های تحت تنش و بدون تنش، می باشد ( به جز چسب های اکریلیکی). به هر حال، نمونه های تحت تنش قرار گرفته در یکی از مقاله ها، استحکامی نزدیک به صفر پیدا کرده است (به جز چسب های وینیل فنولیکی). چندین منبع برای بررسی دوام چسب های ساختاری وجود دارد. نتایج مربوط به آزمون دوام بار و هوازدگی اطلاعات مهمی در مورد دوام نسبی کلاس های مختلف چسب، ارائه می دهد. این اطلاعات در جدول 3 خلاصه شده است. به هر حال، یک چنین کارایی باید تنها به عنوان راهنما استفاده شود زیرا پیش بینی مناسب در مورد کارایی یک چسب به شیوه ای عمومی، سخت است.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie