ادوات مورد استفاده در اتصال دهی با چسب ها

مقدمه

فرایندهای تولیدی که برای تبدیل چسب ها یا مواد آب بندی مایع به اتصال های کاری و مناسب استفاده می شود، در حقیقت ملاحظات مهمی در طراحی کلی اتصال های مربوط به سیستم اتصال می باشند. این فرایندها شامل ذخیره سازی مواد، اندازه گیری و مخلوط سازی با نسبت های معین، ثابت کردن قطعات و گیرش چسب یا موارد آب بندی می باشد. روش های چندگانه ای که موجود می باشد، می تواند هم می تواند مزیت داشته باشند و هم مشکل آفرین باشد. احتمال زیادی وجود دارد که استفاده کننده یک فرایند مؤثربرای کاربردی خاص پیدا کند. به هر حال، انتخاب فرایند اشتباه می تواند نتایج وحشتناکی ایجاد کند، مثلا انتخاب چسب اشتباه. به عنوان یک اصل کلی، تمام چسب ها و مواد آب بندی تا زمان استفاده از آنها، باید در یک محیط خشک و سرد ذخیره سازی شوند. چسب های خاصی وجود دارند که نسبت به شرایط ذخیره سازی مقاوم می باشند اما برخی دیگر ممکن است در صورت ذخیره سازی نامناسب، خواص خود را از دست بدهند. مشورت کردن در مورد فرایندها و ادوات مناسب اغلب موجب فرایند تصمیم گیری مناسبی می شود. انتخاب زیرلایه، چسب، طراحی اتصال و عملیات سطحی پیش از اتصال، اغلب ابتدا در نظر گرفته می شوند. به هر حال، ملاحظات مربوط به کاربرد و فراوری چسب یا ماده ی آب بندی، باید تا حد ممکنه سریع در نظر گرفته شوند زیرا این موارد به تنهایی ممکن است:
• موجب محدود شدن میزان آزادی در طراحی محصول نهایی شود.
• موجب توسعه و یا باریک شدن گسرته ی چسب هایی شود که در نظر گرفته شده اند.
• بر روی کیفیت و قابلیت تولید مجدد اتصال اثرگذار باشد.
• بر روی هزینه های مونتاژ نهایی مؤثر باشد.
روش های تولیدی که در دسترس استفاده کننده می باشد، ممکن است بر روی نرخ تولید، سادگی، اقتصاد و کیفیت اتصال نهایی مؤثر باشد. فرایند ساده تر موجب می شود تا نیاز به آموزش اپراتور کمتر شود و قابلیت اعتماد بالای، نتیجه ی این مسئله می شود. چندین فاکتور عمومی باید در انتخاب روش مورد استفاده در اتصال دهی، در نظر گرفته شود:
• اندازه و شکل قطعه ی اتصال یافته
• زمینه های خاصی که چسب ها اعمال می شوند
• تعداد مونتاژکاری ایجاد شده
• سرعت تولید مورد نیاز
• ویسکوزیته و سایر ویژگی های کاری چسب
• شکل چسب (مایع، خمیر، پودر، فیلم و یا حالت ذوبی)
در این مقاله، فرایندهای تولید و ادوات مربوط به فرایندهای اتصال دهی چسب ها، مورد بررسی قرار می گیرد. به هر حال، بسیاری از فاکتور ها (مانند ذخیره سازی، اندازه گیری و مخلوط سازی) که در اینجا بحث خواهد شد، همچنین به صورت مستقیم برای مواد آب بندی قابلیت استفاده شدن دارد. این مقاله یک بررسی کلی در مورد روش های تولید مختلف ارائه می کند. همچنین این مقاله در مورد پیچیدگی های فرایند اتصال دهی نیز صحبت خواهد کرد. فرایندهای مختلفی به منظور بررسی نتایج آنها بر روی کیفیت اتصال، ارائه خواهد شد (شکل 1).

ذخیره سازی

روشی که چسب و یا ماده ی آب بندی ذخیره سای می شود می تواند بر روی کیفیت اتصال مؤثر باشد، حتی پیش از اینکه دری ظرف محتوی چسب یا ماده ی آب بندی باز شود. دستورالعمل های مربوط به ذخیره سازی معمولاً در بولتن های فنی هر چسب یا ماده ی آب بندی یافت می شود. به عنوان یک اصل کلی، تمام چسب ها و مواد آب بندی تا زمان استفاده از آنها، باید در یک محیط خشک و سرد ذخیره سازی شوند. چسب های خاصی وجود دارند که نسبت به شرایط ذخیره سازی مقاوم می باشند اما برخی دیگر ممکن است در صورت ذخیره سازی نامناسب، خواص خود را از دست بدهند. برخی از سیستم های چسب بوسیله ی نور یا رطوبت تحت تأثیر قرار می گیرند و برخی دیگر نیازمند هم زدن هستند تا بدین صورت اطمینان حاصل شود که اجزای موجود در آنها ته نشست نشده باشد.
وقتی رزین های آلی در زمان ذخیره سازی به دلیل برخورد با دمای بالا، رطوبت، نور، گرانش و یا عوامل محیطی، پیرسازی می شوند، ویسکوزیته ی سیستم معمولاً متحمل تغییرات قابل توجهی می شود. وقتی عمر ذخیره سازی فرا می رسد، سیستم عموماً ویسکوزیته ی بالایی پیدا می کند و یا اجزای موجود در آن، ناپایدار می شود. شکل 2 نشاندهنده ی افزایش در ویسکوزیته ی یک چسب خمیری به عنوان تابعی از زمان ذخیره سازی در دمای اتاق می باشد. معمولاً عمر نگهداری به نحوی انتخاب می شود که بخش قابل توجهی از ویسکوزیته تغییر خواهد کرد، این مسئله دقیقا پس از انقضای عمر مفید چسب ایجاد می شود.   در اغلب موارد، ظرف یک چسب و یا ماده ی آب بندی دارای یک برچسب خاص می باشد که بیان کننده ی حد دمای ایمنی بالا در طی ذخیره سازی می باشد. محفظه باید در زمانی رسیدن و در صورت وجود یک چنین برچسبی، مورد بررسی قرار گیرد. به محض آنکه محفظه دریافت می شود، استفاده کننده یک برچسب ثانویه بر روی آن می چسباند که نشاندهنده ی تاریخ دریافت و تاریخ به پایان رسیدن عمر مفید چسب است. این مورد اطلاعات مفیدی در زمانی فراهم می آورد که می خواهیم موجودی قدیمی انبار را با موجودی جدید، جایگزین کنیم. برای ارجا در آینده نیز باید یک عدد لات از تولید کننده ثبت شود. محفظه ها باید به طور محکم بسته شوند و برچسب ها باید تمیز باشند تا به خوبی شناسایی شوند.
سه سطح از دمای ذخیره سازی برای چسب ها و مواد آب بندی متداول است: دمای اتاق (60 تا 80 فارنهایت)، یخچال (35 تا 40 فارنهایت) و شرایط منجمد (صفر درجه). عموماً چسب ها و مواد آب بندی که به صورت سیستم های چند جزئی به فروش می رسند، دارای عمر مفید طولانی تری هستند و می توان آنها را به مدت زمان طولانی ذخیره سازی کرد. آنها معمولاً به مدت 6 تا 12 ماه در دمای اتاق ذخیره سازی می شوند. البته اغلب می توان این چسب ها را در زمان های طولانی تر، ذخیره سازی کرد. سیستم های تک جزئی که در آنها مواد کاتالیست و رزین پایه مخلوط هستند، عموماً نیازمند نگهداری در یخچال و یا شرایط ذخیره سازی در حالت انجماد هستند. این مسئله به نوع کاتالیست مورد استفاده و واکنش پذیری سیستم وابسته می باشد. این سیستم ها ممکن است تنها دارای عمر ذخیره سازی چند هفته یا چند ماه باشند. برخورد طولانی مدت مواد عمل آوری نشده با دماها و شرایط خارجی پیشنهاد نمی شود. در واقع این مسئله موجب افت استحکام پیوستگی و چسبندگی در زمان استفاده می شود. شکل 3 نشاندهنده ی اثر شرایط پیرسازی بر روی خواض برشی- کششی یک چسب فیلمی شکل اپوکسی است. استاندارد ASTM D 1337 توصیف کننده ی روش آزمون استاندارد برای اندازه گیری طول عمر مفید ذخیره سازی چسب ها می باشد. ذخیره سازی ایمن چسب ها و مواد آب بندی که حاوی مواد آتش گیر، خورنده و یا سمی هستند، باید با توجه به ملاحظات مربوطه انجام شود. بسیاری از حلال های آلی آتش گیر هستند و چسب های خاص نیز موجب تولید مقادیر فراوانی حرارت می شوند. به همین دلیل، محفظه های مختلف برای مواد دو جزئی و یا سه جزئی، استفاده می شود.
چسب ها و مواد آب بندی با سمیت بیشتر باید در ساختمان های کوچک ذخیره سازی شوند و یا بخش نگهداری نسبت به ساختمان اصلی مجزا باشد.
یک ساختمان ذخیره سازی خارجی در صورتی پیشنهاد می شود که چندین ظرف استوانه ای از مواد آتش گیر، ذخیره سازی شده باشند. تأسیسات ذخیره سازی باید در برابر آتش گرفتن مقاوم باشند و به سیستم اعلام حریق، مجهز باشند. برای ذخیره سازی یک تعداد اندک از مواد آتش گیر، کابین های ذخیره سازی فلزی و عایق موجود می باشند که می توانند با بسته شدن درب، مواد را در برابر آتش گیری، محافظت کنند. مناسب ترین مکان داخلی برای نواحی ذخیره سازی مواد با قابلیت آتش گیری، در اتاقی با دیواره های آجری و ملات است. برخی از چسب ها حاوی مواد خورنده ای هستند که نیازمند محفظه های خاصی برای نگهداری می باشند و همچنین نیازمند جدا شدن از سایر مواد نیز می باشند.
وقتی این چسب ها از بخش ذخیره ساز منجمد خارج می شوند، باید به دمای کاربرد برسند. این دمای کاربرد معمولاً دمای اتاق است. محفظه ها باید تا زمانی که چسب به دمای مورد نظر برسد، باز نشود. ماده ای که مستعد جذب رطوبت است، وقتی از بخش سردخانه خارج می شود، باید به خوبی از رطوبت دور بماند. رطوبت در این چسب ها به سرعت کندانس می شود و موجب کاهش قابلیت چسب می شود. وقتی ظرف چسب باز می شود، مقدار مناسب از مواد باید از محفظه خارج سازی شود و سپس دوباره درب ظرف بسته شود. محفظه هایی که به صورت کامل مصرف نشده اند، باید ب خوبی و پس از استفاده آب بندی شوند تا بدین صورت از ایجاد اتلاف و یا خارج شدن مواد فرار، جلوگیری به عمل آید. ادوات مورد استفاده برای خارج کردن مواد از محفظه، مانند ماله، کاردک ها و ظروف، باید به خوبی در هر استفاده، تمیزکاری شوند.  

آماده سازی چسب یا ماده ی آب بندی برای اعمال

فرایند آماده سازی چسب ها برای اعمال بر روی زیرلایه، عبارتند از:
• خارج کردن چسب از محفظه
• اندازه گیری میزان مخلوط سازی
• مخلوط کردن چسب یا ماده ی آب بندی
• توزیع چسب بر روی سطح اتصال دهی
این فرایند، ساده ترین فرایندی است که می تواند نتایج مهمی بر روی کیفیت اتصال دهد.

انتقال محصول

چسب ها و مواد آب بندی بالک به صورت نرمال در محفظه هایی نگهداری می شوند که اندازه های مختلف دارند. روش مورد استفاده برای خارج کردن چسب از محفظه، باید به طور دقیق در نظر گرفته شود.
اگر یگ رزین تجاری مورد استفاده قرار گیرد، این مزیت وجود دارد که می توان چسب را به راحتی با یک غلطک جابجا کرد. اگر رزین در یک ظرف استوانه ای قرار داشته باشد، غلظت های خاص ممکن است برای اطمینان یافتن از این مسئله استفاده شود که اجزای داخل استوانه پیش از باز شدن استوانه، به صورت یکنواخت پراکنده شود. روش های آهسته باید مورد استفاده قرار گیرد به نحوی که یک توزیع یکنواخت از اجزا با میزان به دام افتادگی اندک هوا در داخل ساختار، پدید آید.
وقتی محتویات ظرف چسب به صورت یکنواخت توزیع شود، چسب و یا ماده ی آب بندی می تواند خارج شود. استفاده از پمپ برای انتقال چسب و یا ماده ی آب بندی، برخی محدودیت ها ایجاد می کند. ترکیبات پرشده حالت سایش ایجاد می کنند و قطعات پمپ را تخریب می کنند. این مسئله تا حدی در مورد پرکننده هایی مانند سیلیس، صحت دارد. ترکیباتی که بدون حضور کاتالیست و یا حرارت، پلیمریزاسیون می شوند، تمایل دارند تا به دلیل سایش با پمپ، پلیمریزاسیون خود را شروع کنند. این مسئله موجب ایجاد چسبندگی در قطعات می شود و کارایی را کاهش می دهد. بنابراین، انتقال بهتر است تحت برخی از انواع فشار انجام شود نه حالت مکش مکانیکی. بسیاری از تولیدکننده های چسب ها و مواد آب بندی محصولات خود را در محفظه های پیش طراحی شده ای ارائه می دهد که به سادگی قابلیت اندازه گیری و مخلوط سازی را فراهم می آورد. اگر چه این مسئله نیازمند طراحی های خاص می باشد، انتقال فشاری مشکلات مربوط به روش های پمپاژ دنده ای را ندارد. بسیاری از سیستم های رزینی ممکن است از درام اصلی خود بواسطه ی پمپ هوا، حرکت کنند. فاصله ی انتقال باید کوتاه باشد و خطوط باید نرم و بدور از خوردگی باشد. در برخی موارد، گرم کننده های سمبه و خطوط گرمایشی ممکن است نیازمند کاهش فشار برای انتقال مواد باشند. تحت هیچ شرایطی نباید برخی از ادوات انتقال برای رزین های مختلف استفاده شوند، بدون آنکه به طور کامل تمیزکاری شوند. در حقیقت، این مسئله برای جلوگیری از مشکلات مربوط به آلودگی می باشد.

اندازه گیری

اجزای مربوط به چسب های چند جزئی و سیستم های آب بندی باید به دقت اندازه گیری شوند. نسبت غلظت ها ممکن است اثرات قابل توجهی بر روی کیفیت اتصال ایجاد کنند. تفاوت در استحکام که در حقیقت به دلیل تفاوت در غلظت های عوامل عمل آوری ایجاد می شود، قابل توجه است. این مسئله زمانی نمود دارد که اتصال در دماهای بالا و یا پس از برخورد طولانی مدت با آب یا حلال، مورد ارزیابی قرار گیرد.
نسبت دقیق رزین و سخت کننده باید به خوبی در نظر گرفته شود و تعادل دقیقی بین مواد تشکیل دهنده وجود داشته باشد. مشکلات ممکنه که می تواند بوسیله ی عواملی غیر از چسب ایجاد شود، شامل پلیمریزاسیون ناقص، تردی (استفاده از عوامل کاتالیست اضافی) و خوردگی زیرلایه های فلزی می باشد.
چسب های خاص دو جزئی دارای نسبت اختلاط بحرانی کمتری هستند و حجم اجزا در آنها ممکن است اغلب به صورت حجمی و یا چشمی اندازه گیری شود، بدون آنکه اثر نامطلوبی بر استحکام اتصال نهایی، ایجاد گردد. در حقیقت، با استفاده از انواع خاصی از چسب ها، نسبت مخلوط سازی به عنوان پارامتری است که موجب تغییر خواص نهایی مربوط به چسب های عمل آوری شده، می شود. برای سیستم های اپوکسی و در دمای اتاق، انعطاف پذیری و تافنس می تواند با محدود کردن در افزایش غلظت رزین پلی آمیدی، بهبود یابد. دما و مقاومت شیمیایی چسب، عموماً با کاهش در میزان سخت کننده ی پلی آمیدی، بهبود می یابد (البته با تخریب تافنس).
اگر اجزای مورد نیاز باید توزین شوند، ادوات توزین باید تمیز و کالیبره باشند. محفظه ی مورد استفاده برای توزین باید کالیبره شوند و در اندازه گیری، وزن آنها لحاظ گردد.
بسیاری از تولیدکننده های چسب ها و مواد آب بندی محصولات خود را در محفظه های پیش طراحی شده ای ارائه می دهد که به سادگی قابلیت اندازه گیری و مخلوط سازی را فراهم می آورد. این محفظه های ابداعی شامل موارد زیر است:
• سرنگ های جانبی که به مخلوط کن استاتیک اتصال یافته است.
• بسته های حبابی و بخش های تقسیم کننده با لولاهای متحرک می تواند برای گسترش و مخلوط سازی استفاده شوند.
• کارتریج های ممانعت کننده و تزریقی
مثال هایی از این موارد در شکل 4 نشان داده شده است. این سیستم های بسته بندی مقادیر اندازه گیری شده از چسب های مایع را ذخیره سازی می کند و روشی مناسب برای مخلوط کردن و گسترش چسب، مهیا نموده اند. یک مثال از این موارد، اپوکسی های انعطاف پذیر با گیره هایی است که منجر به جدا شدن رزین پایه از سخت کننده می شود. سایر اشکال نیز شامل یک سرنگ پلاستیکی برای ذخیره سازی چسب و یک مخلوط کن استاتیک پلاستیکی است که بوسیله ی آن، اجزا مخلوط می شوند و بر روی زیرلایه اعمال می شوند. این اعمال کننده های مفید با ظرفیت های چند گرم تا ظرفیت های بزرگتر، موجود می باشند. یکی دیگر از بسته بندی ها، در واقع نوارهای اپوکسی دو جزئی شبه جامد هستند که در آنها یک سخت کننده و یک رزین با رنگ های مختلف، وجود دارد. طول های مناسب از نوارها بریده می شوند و با دست بر روی سطح مالیده می شوند تا رنگ ترکیب شده و منجر به ایجاد رنگ ثانویه شود. وقتی این مرحله کامل می شود، ماده ای شبه پلاستیکی به اتصال اعمال می شود. این کار از طریق یک روش معمولی انجام می شود. چسب های تک جزئی مانند سیانواکریلات ها و بی هوازی ها، نیازمند اندازه گیری و مخلوط سازی نیستند. این مواد در دمای اتاق عمل آوری می شوند. مفهوم عمل آوری ماه عسلی برای سیستم های اکریلیک ترموست، پیشنهاد شده است. با این چسب ها، کاتالیست می تواند به عنوان یک پرایمر بر روی زیرلایه، اعمال شود. کاتالیست می تواند همچنین بر روی زیرلایه ی A اعمال شوند و رزین پایه می تواند به زیرلایه ی B اعمال شوند. وقتی اتصال ایجاد می شود، کاتالیست و رزین با هم تماس پیدا کرده و منجر به انجام عملیات عمل آوری می شود. همچنین فرمولاسیون هایی از چسب ها وجود دارد که برای چسب های کپسوله شده، توسعه یافته اند. این سیستم ها دارای عمر مفید 1 تا 3 ساله در دمای اتاق هستند و با استفاده از فرایندهای متداول، قابلیت عمل آروی دارند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie