چسب های ذوبی

چسب های ترموپلاست ذوبی عموماً در کاربردهای غیر ساختاری و در جاهایی استفاده می شود که سرعت تولید برای ما هم باشد. ادوات مربوط به ذوب، شامل ادوات اسپری گرم (هوایی و بدون هوا)، پراکنده سازهای چرخی و اکسترودری و تفنگ های دستی برای ایجاد اشکال مختلف می باشند. مواد ذوبی و ادوات مربوطه معمولاً در یک خط تولید با حجم بالا، تجمیع می شوند. این ادوات با کاربردهای رباتیک تطابق دارند و مواد ذوبی می توانند از هر جهتی، اعمال شوند. وسایل فشاری باید به گونه ای طراحی شود که فشار بر روی اتصال و در طی کل سیکل عمل آوری، ثابت بماند. آنها باید کاهش در ضخامت چسب که به دلیل جریان یافتن چسب و یا انبساط گرمایی قطعات مونتاژ شده ایجاد می شود را جبران کند. چسب های ذوبی در انواع مختلفی از مواد جامد، موجود می باشد. معمولاً آنها به صورت شمش به فروش می رسند و از طریق تفنگ های ذوبی، بر روی سطح اعمال می شوند. سیستم اعمال چسب های ذوبی به بخش های ذخیره سازی مواد مذاب مجهز می باشند و اطراف آن عایق کاری می شود. پس از خروج چسب از تفنگ، چسب به سرعت جامد می شود. فرد اپراتور باید مهارت بالایی داشته باشد تا بدین صورت بتواند به سرعت قطعات را بچسباند. چسب های ذوبی که در حمام مذاب ذخیره سازی می شوند، ممکن است نیازمند اعمال پتوی نیتروژن باشند تا بدین صورت از اکسیداسیون آن جلوگیری به عمل آید.
یک اعمال کننده ی مدور می تواند چسب های ذوبی را به صورت پیوسته در پیکربندی های مختلف اعمال کند. این مسئله در جاهایی مزیت دارد که بخواهیم پاکت ها و یا کارتن هایی را بچسبانیم. چسب های ذوبی اعمال شده با نازل معمولاً برای کاربردهای ورزشی و یا رباتیک، انتخاب می شوند. چسب های ذوبی همچنین می توانند به صورت پیوسته برای محصولات لایه ای، استفاده شوند (شکل 1). مزیت های اصلی مربوط به این فرایند، سرعت بالا و عدم استفاده از حلال می باشد. چسب های ذوبی پیش ساخته نیز یک راه جایگزین برای تانک ذخیره سازی مذاب می باشد. در سیستم های ذوبی خاصی، چسب بواسطه ی یک پیچه گرم می شود و چسب مذاب از محفظه ی تفنگ، خارج می شود. یک نیروی اعمال شده با یک پیستون، موجب می شود تا چسب مذاب و یا ماده ی آب بندی وارد حفره ی مورد نظر شود. یک مزیت این روش، این است که حجم محدودی از چسب در یک زمان معین، ذوب می شود. در حقیقت میزان اتلاف گرمایی چسب در این روش، پایین است. به هر حال، هزینه ی چسب های شکل دار عموماً از چسب های بالک، بیشتر است.

ادوات اتصال دهی

بعد از اعمال چسب، بخش مونتاژ شده باید به سرعت ثابت شود تا بدین صورت میزان آلودگی سطح چسب، مینیمم شود. زیرلایه ها باید با اعمال فشار و حرارت در کنار هم نگه داشته شوند. ادوات مورد نیاز که در حقیقت این عملکرد را ایجاد می کند، باید حرارت و فشار مورد نیاز را فراهم آورد. در حقیقت این ادوات فشار ثابتی را در طی کل سیکل عمل آوری فراهم می آورد. البته بسیاری از چسب ها با اعمال فشار دست تحت دمای پایین، عمل آوری می شود. همچنین ادوات اتصال دهی گران قیمتی برای این کار ضروری نیست.
در زمان انتخاب ادوات، باید موارد زیر را در نظر گرفت: هزینه ی سرمایه گذاری اولیه و هزینه ی مربوط به نگهداری و عملیات مانند انرژی، تعمیرات و ... . یک چک لیست از ملاحظات مربوط به ادوات باید در نظر گرفته شود:
• سادگی عملیات
• انطباق پذیری با چسب ها و مواد آب بندی
• سهولت جدا کردن و تمیزکاری
• وسایل تشخیص عیب و مشکلات مربوطه
• پشتیبان مربوط به سرویس دهی قطعات و منابع محلی و ...
• دانستن عمر مفید سیستم و اجزای آن
• مسائل مربوط به گارانتی و خدمات پس از فروش
• دانستن سرعت تولید ادوات
• سهولت تنظیم فشار
• روش هایی برای بررسی خواص مربوط به ترکیبات چسبی مختلف
• کنترل ها و شاخص های دمایی

ادوات فشار

وسایل فشاری باید به گونه ای طراحی شود که فشار بر روی اتصال و در طی کل سیکل عمل آوری، ثابت بماند. آنها باید کاهش در ضخامت چسب که به دلیل جریان یافتن چسب و یا انبساط گرمایی قطعات مونتاژ شده ایجاد می شود را جبران کند. بنابراین، وسایل حاوی پیچ مانند گیره های C شکل و قطعات حاوی تسمه در زمانی مورد قبول نمی باشد که فشار ثابت برای ما مهم باشد. به هر حال، اتصالات گیره ای به خوبی بر روی بخش های مونتاژ کاری اعمال می شود و بدین صورت بارهای مکانیکی توزیع می شود. فشار فنری باید در طی حرارت دهی، افزایش یابد و بدین صورت تغییر در فشار در زمان جریان یافتن چسب و یا انبساط زیرلایه ها، جبران شود. بارگذاری با بار مرده ممکن است همچنین در بسیاری موارد اعمال شوند. به هر حال، این روش برخی اوقات عملی نیست مخصوصاً زمانی که یک عمل آوری حرارتی در داخل یک آون، ضروری باشد.
فشار هیدرولیکی و پنیوماتیکی، ابزارهای خوبی برای اعمال فشار ثابت هستند. فشار ناشی از الکتریسیته و بخار نیز اغلب برای اتصال دهی چسب ها استفاده می شود. برخی واحدها، دارای عملکردهای چندگانه ای هستند و از این رو، می توان چندین زیرلایه را در یک زمان اتصال داد.
قطعات بزرگ مانند بخش های هواپیما معمولاً در اتوکلاو عمل آوری می شوند. قطعات این بخش ها ابتدا ثابت می شوند و سپس با بخش های رابری پوشیده می شوند. بدین صورت یک توزیع فشار یکنواخت بر روی سطح ایجاد می شود. بخش های مونتاژ شده سپس در داخل اتوکلاو قرار می گیرد و در فشار و حرارت مناسب، فرایند عمل آوری بر روی آنها انجام می شود. این روش نیازمند ادواتی با هزینه های بالا می باشد.
روش های کیسه ی خلأ می توانند روش های ارزان قیمت تری نسبت به اعمال فشار بر روی قطعات بزرگ باشد. یک لایه یا یک کیف پلاستیکی برای پوشاندن بخش مونتاژ شده، استفاده می شود و لبه های فیلم پرس می شوند. یک خلأ در داخل کیسه ایجاد می شود و فشار اتمسفر موجب می شود تا سطوح به هم بچسبند. کیسه های تحت خلأ مخصوصاً برای قطعات بزرگ مناسب می باشند زیرا اندازه ی آنها به ادوات فشار وابسته نمی باشد. البتهف فشار محدود به فشار اتمسفر است.

ادوات حرارت دهی

بسیاری از چسب های ساختاری نیازمند حرارت و فشار برای عمل آوری می باشند. حتی در سیستم های عمل آوری شده در دمای اتاق، مستحکم ترین اتصال ها بوسیله ی عمل آوری با دمای بالا، ایجاد می شود. در بسیاری از چسب ها، سبک و سنگین کردن بین زمان عمل آوری و دما، مجاز می باشد. عموماً تولید کننده ها یک روش عمل آوری را برای حصول خواص بهینه، پیشنهاد می دهند.
اگر یک عمل آوری 60 دقیقه ای در دمای 300 فارنهایت، پیشنهاد شود، این مسئله بدین معنا نیست که نمونه حتما باید در دمای 300 فارنهایت و زمان 60 دقیقه، عمل آوری شود. دما در خط اتصال چسب اندازه گیری می شود. یک قطعه ی بزرگ به عنوان سینک حرارتی تلقی می شود و ممکن است نیازمند زمان زیادتری برای ایجاد اتصال مطلوب می باشد. در حقیقت دماهای مربوط به خط اتصال به طور مناسب و با استفاده از ترموکوپل هایی اندازه گیری می شود که در نزدیکی چسب قرار دارد. در برخی موارد، این مناسب است که ترموکوپل به صورت مستقیم در اتصال چسب قرار داده شود تا بدین صورت بخش مونتاژ شده، به طور مناسب عمل آوری شود.
حرارت دهی با آون بهترین منبع حرارت دهی برای قطعات به هم متصل شده می باشد، اگر چه این کار زمان عمل آوری طولانی نیاز دارد. علت این مسئله، طبیعت سینک حرارتی قطعات مونتاژ شده، می باشد. آون ها ممکن است با گاز، نفت، الکتریسیته و یا واحدهای فروسرخ، حرارت دهی شوند. حرکت مناسب هوا در داخل آون، یک مسئله ی الزام آور برای حرارت دهی یکنواخت نمونه می باشد. توزیع دما در داخل یک آون باید همواره پیش از قرار دهی قطعات در آون، بررسی شود. تعداد قطعاتی که در آون قرار داده می شود، همچنین بر روی زمان اتصال دهی و دما، مؤثر می باشد. هندسه و اندازه ی مربوط به قطعه، ممکن است همچنین بر روی گردش هوا اثرگذار باشد و موجب تغییر در توزیع دمایی شود.
پرس های با صفحات گرم، یک روش خوب برای اتصال دهی پانل های مسطح می باشد. صفحات با جریان هوای گرم، روغن گرم یا الکتریسیته حرارت دهی می شوند و به سهولت می توانند با بخش های خاص سرد شوند. هیترهای نواری و کارتریجی برای حرارت دهی محلی در نواحی کوچک، مناسب است. این هیترهای به خوبی برای حرارت دهی قالب های مسطح، میله های فشار، قالب های با شکل پیچیده و سایر بخش ها، استفاده می شود. این هیترها برای حرارت دهی قطعات کوچک مناسب می باشند.
حرارت دهی القایی و دی الکتریکی نیز در حقیقت روش های سریع حرارت دهی می باشند زیرا آنها بر روی حرارت دهی در نزدیکی خط اتصال چسب، تمرکز دارند. سرعت حرارت دهی قطعات کاری در این روش ها، بیشتر از 100 فارنهایت بر ثانیه می باشد. برای حرارت دهی القایی، چسب بااید با فلز و یا ذرات فرومغناطیسی پر شود و یا سطح تماس باید قادر به حرارت دهی با یک میدان الکترومغناطیسی را داشته باشد (شکل 2). حرارت دهی دی الکتریکی همچنین روش مؤثر برای عمل اوری چسب ها می باشد اگر، حداقل یکی از زیرلایه ها، غیر رسانا باشد. به هر حال، اتصال های فلز- فلز در میدان میکروویو، تمایل به شکسته شدن دارند. این روش حرارت دهی از ویژگی قطبی مواد چسبی، استفاده می کنند. حرارت دهی دی الکتریکی برای صنعت مبلمان مناسب می باشد. با این روش، می توان آب موجود در چسب را بخار کرد و بدین صورت چسب های بر پایه ی آب، سخت می شوند. حرارت دهی دی الکتریکی همچنین به عنوان یک روش سریع برای عمل آوری چسب ها بر روی زیرلایه هایی مانند شیشه، پلاستیک و کامپوزیت، می باشد. هم حرارت دهی القایی و هم دی الکتریکی نیازمند سرمایه گذاری بالایی برای قطعات می باشند و ناحیه ی اتصال آنها محدود می باشد. مهم ترین مزیت های مربوط به این روش، سرعت مونتاژ بالا و این حقیقت می باشد که کل بخش مونتاژ شده نباید برای عمل آوری حرارت دهی شود. استفاده ی از چسب ها و مواد آب بندی در فضای باز، مخصوصاً آنهایی که به صورت اسپری و با استفاده از حلال اعمال می شوند، باید با توجه به ملاحظات مربوط به تهویه انجام شود. اسپری کردن باید در زیر هود انجام شود تا گردش مناسبی از هوا در بخش اتصال دهی، وجود داشته باشد. اپراتور باید ماسک بزند. همچنین استفاده از عینک ایمنی و لباس ایمنی نیز مورد نیاز می باشد. یک توسعه ی مورد نظر که در حقیقت موجب مینیمم شدن ادوات مورد نیاز برای ثابت کردن و حرارت دهی می شود، اتصال دهی با جوشکاری است. این روش در حقیقت ترکیبی از اتصال دهی با چسب و جوشکاری نقطه ای می باشد. این فرایند اتصال هایی مستحکم تر ایجاد می کند و دوام و مقاومت به خستگی در آنها بسیار بالاست. این فرایند کاربردهایی خوبی در زمینه ی صنعت خودرو پیدا کرده است. در این صنعت، از این روش برای اتصال دهی فولاد و آلومینیوم استفاده می شود. جدول 1 نشاندهنده ی تنوع چسب ها و زیرلایه هایی است که با این روش قابل انجام می باشد. با روش جوشکاری چسبی، چسب باید توانایی جوش خوردن در بین زیرلایه ها را داشته باشد. جوشکاری نقطه ای موجب می شود تا سطوح چسبندگی در کنار هم قرار گیرند در حالی که در همین زمان، چسب به خوبی با سطوح واکنش می دهد و اتصال خوبی تشکیل می دهد. چسب های مورد استفاده در این روش، باید به گونه ای فرموله شوند که اجازه ی حرارت دهی محلی بوسیله ی ادوات جوشکاری متداول را فراهم آورد. محصولات فرعی حاصله از تجزیه ی چسب های آلی نباید بر روی مساحت سطح باقیمانده، مؤثر باشد. یک دستگاه اتصال دهی با این روش، در شکل 3 آورده شده است.

دغدغه های متداول و ایمنی

4 فاکتور ایمنی متداول باید در تمام اتصال های چسبی و عملیات های آب بندی، در نظر گرفته شود. سمیت، آتش گیری، عدم تطابق مواد با هم و ادوات مورد نیاز.
چسب ها یا مواد آب بندی باید به دقت در نظر گرفته شوند زیرا ایجاد این اتصال ها می تواند موجب بروز مشکلاتی در زمینه ی ایمنی و سلامت شود. همچنین برخی مشکلات نیز ممکن است به دلیل رهایش مواد فرار و ضایعات ایجاد شو.
تمام چسب ها، حلال ها و عملیات های شیمیایی باید به گونه ای مورد استفاده قرار گیرند که از برخورد مواد سمی با نمونه ی کاری، جلوگیری شود. روش ها و تأسیسات باید به گونه ای طراحی شوند که اطمینان حاصل شود غلظت های بالایی از مواد سمی در فضا ایجاد نشود. این مقادیر در برگه های مربوط به ایمنی مواد (MSDS) و بوسیله ی تولید کننده ها بیان شده اند.
برای محافظت دست ها در برابر تماس با مواد، باید از دستکش های مناسب استفاده شود. عموماً خطر کمی در مورد بسیاری از سیستم ها وجود دارد اما تماس مستقیم و طولانی مدت می تواند موجب حساس شدن پوست و تولید واکنش های ناخواسته مانند احساس خارش، قرمزی، تورم و جوش، می شود.
استفاده ی از چسب ها و مواد آب بندی در فضای باز، مخصوصاً آنهایی که به صورت اسپری و با استفاده از حلال اعمال می شوند، باید با توجه به ملاحظات مربوط به تهویه انجام شود. اسپری کردن باید در زیر هود انجام شود تا گردش مناسبی از هوا در بخش اتصال دهی، وجود داشته باشد. اپراتور باید ماسک بزند. همچنین استفاده از عینک ایمنی و لباس ایمنی نیز مورد نیاز می باشد.
وقتی حلال ها و چسب های آتش گیر مورد استفاده قرار گیرند، این مواد باید در مکان مناسب ذخیره سازی شوند تا بدین صورت از آتش گرفتن آنها جلوگیری شود. محفظه های مناسب و ایمن، نواحی ذخیره سازی و همچنین تهویه ی مناسب، از جمله موارد ضروری می باشد.
مواد چسبی خاصی وجود دارد که مخلوط کردن آنها خطرناک است. کاتالیست های اپوکسی و پلی استری باید به خوبی مورد بررسی قرار گیرد و استفاده کننده نباید روش پیشنهادی تولیدکننده را فراموش کند. حلال های ناپایدار خاصی مانند تری کلرواتیلن و پرکلرواتلین در تماس با رطوبت و اکسیژن، متحمل واکنش شیمیایی می شوند. تنها گریدهای پایدار از حلال ها برای این موارد باید استفاده شود.
سیستم های چسب خاصی مانند آنهایی که بر پایه ی اپوکسی هستند، می توانند واکنش های گرماده قابل توجهی ایجاد کنند. این مسئله در واقع به میزان مواد مخلوط شده وابسته می باشد. این چسب ها باید به صورت لایه های نازک اعمال شود تا خطر گرمازایی کم شود. هیچ گاه از مواد آب بندی و یا چسب های عمل اوری شده در دمای بالا برای کاربردهایی استفاده نکنید که ضخامت بخش آب بندی یا چسب، بالاست. این مواد به گونه ای طراحی شده اند که در سطوح مقطع نازک، عمل اوری شوند و بتوانند حرارت ایجاد شده را به خوبی توزیع کرد.
ادوات ایمنی و عملیات های مناسبی باید بر روی نمونه ی کاری انجام داد. عملیات های مناسب و رویه های ایمنی باید در کارخانه و پیش از انجام فرایند اتصال دهی، انجام شود.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

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