اصول مربوط به چسب ها و مواد آب بندی (4)

سایر محدودیت ها

از آنجایی که چسب هایی با کاربرد عمومی، هنوز تولید نشده اند، استفاده کننده باید زمانی صرف کرده و از بین چسب های موجود، یک چسب مناسب، انتخاب کند. هر فردی که در زمینه ی طراحی، انتخاب، آزمون و تولید چسب ها، کار می کند، باید الزامات و فرایندهای مورد نیاز را آموزش ببیند. چسب ها، برخی اوقات، از موادی تولید می شوند که ممکن است برای انسان، مضر باشند. این مواد مضر می تواند مواد آتشگیر و یا حساس کننده باشد. از این رو، باید ملاحظات مربوط به ایمنی، در نظر گرفته شود. کارگران باید در مورد نحوه ی استفاده از این چسب ها، آگاهی داشته باشند.
موارد زیر، مربوط به هزینه های پنهان استفاده از چسب ها، می باشد. این موارد موجب می شود تا مشکلات جدی در زمینه ی تولید، ایجاد شود:
• عمر ذخیره سازی چسب ها، ممکن است بسیار کوتاه باشد و برخی از این چسب ها، نیازمند ذخیره سازی در یخچال باشند.
• چسب ها ممکن است پیش از اعمال در منطقه ی مناسب، سخت شوند.
• هزینه های مربوط به آماده سازی سطح و استفاده از پرایمر، باید در نظر گرفته شود.
• سهولت استفاده، ضایعات و قابلیت تولید مجدد، می توانند فاکتورهای هزینه ای ضروری باشد.
• تمیز بودن یک فاکتور هزینه ای است، مخصوصاً در جاهایی که چسب های اعمال نشده، ممکن است موجب خراب شدن ظاهر محصول شوند.
• وقتی پیوند ایجاد می شود، نمی توان نمونه ها را از هم جدا کرد، اگر پیش از سفت شدن چسب، قطعات از هم جدا شوند، معمولا قطعات باید دور ریخته شوند.
بسیاری از این هزینه های پنهان، می تواند با انتخاب چسب و فرایند مناسب، از بین رود. به هر حال، این را باید یادآور شویم که ذخیره سازی، عمل آوری و دفن ضایعات، یکی از مسائل دغدغه ای در اتصال مواد با استفاده از چفت و بست مکانیکی است و حتی جوشکاری است، از این رو، مواد اتصال دهنده، باید بدون تغییر باشند.
ترکیب چسب ها و چفت و بست های مکانیکی
مزیت هایی در زمینه ی ترکیب پیوند چسب و چفت و بست های مکانیکی، وجود دارد. این ترکیب، می تواند خواصی ایجاد کند که نسبت به روش های منفرد، فوق العاده است. این همچنین ممکن است که تعداد چفت و بست ها را بدون اینکه خللی در استحکام ایجاد شود، کاهش دهیم.
وقتی چفت و بست های مکانیکی با چسب ها، ترکیب می شوند، اتصال های مکانیکی می تواند یک پایه ی مستحکم برای زمانی باشد که چسب هنوز عمل آوری نشده اند. در این زمینه، استفاده از چفت و بست های گران قیمت، ضروری نیست. زمان عمل آوری نیز می تواند به عنوان یک تنگنا، صرفنظر شود و دیگر نگرانی در مورد آن، نیست. ویژگی های توزیع تنش چسب ها نیز موجب می شود تا طراح بتواند به سهولت علاوه بر چفت و بست های مکانیکی، از سایر گزینه ها دیگر نیز استفاده کند.
عملکردهای ثانویه ی چسب ها، مانند آب بندی، جذب نوسان ها، عایق کاری الکتریکی و ... نیز ممکن است برای حصول یک ارزش بیشتر در قطعه ی ساخته شده، استفاده شود. برای مثال، در صنعت اتومبیل، ترکیبی از جوش نقطه ای و چسب ها، برای مونتاژ بدنه، استفاده می شود. این ترکیب موجب می شود تا هم خاصیت آب بندی و هم خاصیت صداگیری در اتصال ها ایجاد شود و علاوه بر این، اتصال، استحکام مناسبی نیز داشته باشد. چسب ها می توانند همچنین با بست ها به طوری ترکیب شوند که به صورت مستقیم در طراحی قطعه مشارکت کنند. در اینجا، چسب در نهایت فرض می شود که به صورت کامل بوسیله ی یک بار که با استفاده از یک بست مکانیکی ایجاد می شود، در هم گرفته شده است و سپس استحکام مناسب برای عمل آوری چسب، ایجاد شده است.

عملکرد آب بندی

آب بندها، عموماً به عنوان سد و یا راه محافظت، مورد استفاده قرار می گیرد. در این مورد، آب بندها، به منظور جلوگیری از عبور گردوخاک، آلودگی، رطوبت و مواد شیمیایی مایع یا گاز، مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد همچنین به عنوان یک پوشش و برای محافظت از سطح یا یک شیئ نیز استفاده می شود و دارای عملکرد اتصال دهنده نیز می باشد. آب بندهای خاصی مانند چسب ها، می توانند برای اتصال قطعات مورد استفاده قرار گیرند. همچنین بسیاری از چسب ها، دارای عملکرد آب بندی نیز می باشند. آب بندها همچنین می توانند به عنوان عایق های الکتریکی و گرمایی، مواد مانع حرارت و کاهنده ی میزان زبری سطح و ... مورد استفاده قرار گیرند. بدون توجه به کاربرد، یک ماده ی آب بندی، دارای سه عملکرد پایه ای است:
1. این مواد شکاف میان دو یا چند ماده را پر می کنند.
2. این مواد بواسطه ی خواص فیزیکی خود، مانع ایجاد می کنند و به خاطر خاصیت چسبندگی خود، به زیرلایه می چسبند.
3. این ماده در طی عمر مفید خود و در شرایط محیطی و سرویس دهی خود، خاصیت آب بندی خود را حفظ می کند.
برخلاف چسب ها، هیچ جایگزینی برای فرایند آب بندی، وجود ندارد. طراحی محصولات ابداعی به گونه ای است که عملکرد آب بندی مشابه با مواد آب بندی، ایجاد می شود. لحیم کاری و جوشکاری، می تواند به جای آب بندی در برخی جاها، استفاده شود. این کار به نوع زیرلایه، و حرکت های نسبی زیرلایه، وابسته می باشد. به هر حال، الاستومرهای آلی می توانند این عملکرد را به طور جالبی ایجاد کنند. جدول 1 کاربردهای نمونه وار مربوط به کلاس های مختلفی مواد آب بندی، نمایش داده شده است. کاربردهای مناسب یک ماده ی آب بندی، به انتخاب یک ماده ی مناسب با خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب می باشد. مشابه چسب ها، زیرلایه هایی که آب بندی می شوند نیز باید الزامات خاصی داشته باشند. جدول 2 لیستی از ملاحظات مربوطه برای مواد آب بندی در صنعت ساخت و ساز را نشان می دهد.

ملاحظات مکانیکی

خواص مکانیکی مهم مربوط به مواد آب بندی شامل ازدیاد طول، قابلیت فشرده شدن، استحکام کششی، مدول الاستیسیته، مقاومت در برابر پارگی و مقاومت در برابر خستگی می باشد. بسته به طبیعت استفاده، یک ماده ی آب بندی ممکن است استحکام کم و یا بسیار زیادی داشته باشد. مواد آب بندی باید دارای استحکام مکانیکی مناسبی باشند به نحوی که در طی عمر مفید خود به زیرلایه بچسبند و یک سد ایجاد کنند. زیرلایه ها می توانند حرکت های اندکی داشته باشند و از این رو، مواد آب بندی باید توانایی منقبض شدن و منبسط شدن را داشته باشند بدون آنکه چسبندگی آنها به سطح، افت کند. تعریف حرکت یک ماده ی آب بندی و قابلیت تحرک آن، یک فرایند پیچیده است. دما، نرخ آزمایش و شکل اتصال، بر روی نتیجه ی حاصله، مؤثر است.
در حالی که قابلیت انعطاف پذیری بسیار مهم می باشد، سایر خواص مکانیکی مورد نیاز نیز عبارتند از: استحکام چسبندگی بدون استفاده از پرایمر بر روی انواع مختلف زیرلایه ها، تنش زدایی ذاتی و مقاومت برشی مناسب می باشد.
خواص مورد نیاز برای تولید نیز عبارتند از: نرخ عمل آوری، ویژگی های سیال دما پایین، قابلیت رنگ پذیری، خواص خود تسطیح کننده، مقاومت در برابر تشکیل حباب، خواص پیرشوندگی مطلوب مانند مقاومت در برابر تابش نور فرابنفش، خواص مکانیکی دما پایین و دما بالا و مقاومت در برابر هیدولیز و اکسیداسیون، می باشد.

خواص چسبندگی

چسبندگی فاکتور مهمی در تعیین کارایی یک ماده ی آب بندی می باشد. قوانین مشابه با چسب ها، برای مواد آب بندی نیز در نظر گرفته می شود. چسبندگی در اصل تحت تأثیر واکنش های فیزیکی- شیمیایی است که میان ماده ی آب بندی و سطح ایجاد می شود. به هر حال، در اتصالات خاصی که تحرک زیاد است، چسبندگی قوی میان یک ماده ی آب بندی به سطح زیرین، ممکن نیست به طور کامل ایجاد شود. این مسئله در واقع نیازمند این است که ماده ی آب بندی به گونه ای اعمال شود که به تمام سطح بچسبد. برای حصول این اثر، یک ماده ی رهاکننده در کف اتصال استفاده می شود(شکل 1). شرایطی که بر روی چسبندگی مواد آب بندی، اثرگذار است، شامل وجود رطوبت، دمای بالا، حرکت زیرلایه و تمیز بودن سطح، می باشد. اغلب یک فرایند آماده سازی سطحی یا یک مرحله ی اولیه، برای ایجاد تطابق میان زیرلایه و ماده ی آب بندی، ضروری است.

ملاحظات مربوط به طراحی

وقتی با مواد آب بندی کار می کنیم، ملاحظاتی مانند پل زنی ترک ها، نرخ پوشش، رنگ، قابلیت استفاده، شرایط حرکتی و مسائل مربوط به زیبایی سطحی، باید در نظر گرفته شوند. یکی از الزاماتی که در مورد مواد آب بندی، باید مد نظر قرار گیرد، در واقع ظاهر آنها می باشد. یک ماده ی آب بندی ممکن است از تمام جوانب مناسب باشد اما مسئله ی ظاهر موجب می شود تا استفاده از آن، مورد قبول نباشد. معمولاً مواد آب بندی به سهولت مشاهده می شوند و از این رو، ظاهر، جزء مهم ترین ویژگی هایی است که در مورد این مواد، باید در نظر گرفته شود. برای مقایسه باید گفت که این مسئله در مورد چسب ها، مشاهده نمی شود زیرا آنها در زیر زیرلایه، پنهان می شوند. در صورت استفاده ی نامناسب از این مواد، بافت نامناسبی در سطح پوشیده شده، ایجاد می شود.

اثرات شیمیایی

مواد آب بندی همچنین اثرات شیمایی بر روی زیرلایه ایجاد می کنند. عدم تطابق شیمیایی می تواند موجب شود تا ماده ی آب بندی یا زیرلایه سخت شوند و این مسئله موجب ترک خوردن و یا تغییر در این مواد می شود. یک مثال از این مسئله، در واقع، استفاده از یک ماده ی آب بندی آزاد کننده ی اسید مانند مواد آب بندی سیلیکونی است که بر روی سطوحی مانند بتن یا مرمر و یا سنگ آهک، اعمال شده اند. بر روی این سطوح، یک واکنش بازی یا اسیدی می تواند موجب شود تا نمک هایی تشکیل شوند که موجب شکسته شدن پیوندها شوند.
یکی دیگر از مثال های عدم تطابق شیمیایی، خارج شدن مواد فرار از میان مواد آب بندی می باشد که موجب می شود این مواد تغییر رنگ دهند (مثلا در زمان برخورد نور خورشید به این پلاستیک ها). این مسئله به ندرت و زمانی رخ می دهد که مواد آب بندی و یا پوشش ها، بر روی آسفالت و یا مواد بر پایه ی رابرهای آلی، اعمال شوند. این مواد با استفاده از پلاستیسایزرهای با وزن مولکولی پایین، سنتز شده اند.
ملاحظات تولید
یکی از ملاحظات مهم برای هر عملیات آب بندی، سهولت اعمال و استفاده از ماده ی آب بندی می باشد. گستره ی وسیعی از مواد آب بندی وجود دارد که سهولت استفاده از آنها، متغیر می باشد. مواد آب بندی تک جزئی و دو جزئی وجود دارد. برخی از سیستم های آب بندی با پرایمر و یا بدون پرایمر می باشد. برخی از سیستم های آب بندی نیز برای کاربردهای گرم، مناسب می باشد. نوارهای آب بندی و مواد آب بندی حاوی حلال ها نیز در برخی کاربردها، استفاده می شود. مشابه چسب ها، زمان مورد نیاز برای سخت شدن مواد آب بندی و تبدیل آنها از حالت مایع به حالت نیمه جامد، بسیار مهم می باشد.

مکانیزم های اصلی

الزامات عمومی برای تمام چسب ها و مواد آب بندی
اگر به پیوند دهی چسب ها و همچنین فرایند آب بندی، به عنوان یک رویه ی کامل توجه کنیم، تمام جنبه های مربوط به انتخاب مواد، طراحی اتصال، تولید و ... مد نظر قرار داده می شود. سپس الزاماتی اساسی باید مورد توجه قرار گیرد و در وهله ی اول، کاربرد اهمیت اصلی را ندارد. الزامات کلی برای موفقیت یک استفاده، عبارتند از:
1. تمیز بودن سطوح زیرلایه
2. تر شوندگی سطح زیرلایه (تماس کامل چسب و یا ماده آب بندی با سطح زیرلایه)
3. جامد شدن چسب و یا ماده ی آب بندی
4. تشکیل یک ساختار اتصال مناسب و ایجاد ناحیه ی بین فازی چسب و یا ماده ی آب بندی که بتواند در برابر محیط و تنش های عملیاتی، مقاوم باشد.
5. طراحی اتصال
6. انتخاب و کنترل مواد و فرایندهای تولید

شرایط سطحی

در واقع یکی از مواد آغازین مسئله ی اتصال با چسب و یا ایجاد یک بخش آب بندی، تمیز بودن زیرلایه می باشد. مواد خارجی مانند گردوخاک، چربی، رطوبت، لایه ی اکسیدی و ... باید از سطح زیرلایه زدوده شود. در غیر این صورت، چسب و یا ماده ی آب بندی پیوند ضعیفی با لایه ها ایجاد می کند و این مسئله، مشکل آفرین می شود.
آماده سازی های سطحی مختلف موجب حذف و تقویت لایه های سطحی ضعیف می شود. این آماده سازی عموماً شامل فرایندهای فیزیکی و شیمیایی و یا ترکیبی از هر دو می باشد. انتخاب فرایند آماده سازی، به نوع چسب و یا ماده ی آب بندی، زیرلایه، طبیعت زیرلایه پیش از ایجاد پیوند، استحکام پیوند مورد نیاز و دوام و فرایند تولید، زمان و هزینه ای وابسته است که برنامه ریز، در نظر گرفته است. آماده سازی برای هر زیرلایه ای متفاوت می باشد و از این رو، آماده سازی سطحی زیرلایه های خاص، یکی از مواد مهم در ایجاد یک پیوند خوب، می باشد.

ترشوندگی زیرلایه

در ابتدا، چسب ها و یا ماده ی آب بندی باید به صورت یک مایع و یا یک توده ی سیال باشد که بتوان آن را شکل دهی کرد به نحوی که بتواند به سهولت به شکل مورد نظر، در آید. در مورد چسب ها و مواد آب بندی، این ضروری است که این مواد بتوانند بسهولت جاری شوند و سپس در مقیاس ماکرو و میکرو به سطح بچسبند. حباب های کوچک هوا که به دلیل زبری سطح ایجاد می شوند، باید به سهولت با چسب و یا ماده ی آب بندی پر شوند. در کل، این مواد باید در حالت مایع، ترشوندگی داشته باشند و بتوانند سطح زیرلایه را به خوبی بپوشانند. واژه ی ترشوندگی در واقع بدین معناست که ماده بتوانند به سهولت بر روی سطح گسترش یابد (شکل 2). یکی از نتایج ترشوندگی خوب، ناحیه ی تماس بزرگتر میان چسب و اطراف آن است که موجب عملکرد مناسب نیروی چسبندگی می شود.

جامد شدن چسب ها و مواد آب بندی

چسب های مایع و یا مواد آب بندی مایع وقتی اعمال می شوند، باید به حالت جامد تبدیل شوند. جامد شدن به سه شیوه انجام می شود: واکنش شیمیایی بواسطه ی حرارت، فشار، عوامل عمل آوری و یا سایر عوامل فعال سازی مانند نور فرابفنش، تابش نور و ... ، سرد کردن از مایع ذوب شده و تبدیل شدن به یک جامد و در نهایت خشک شدن به دلیل تبخیر حلال. روشی که بوسیله ی آن، فرایند جامد شدن رخ می دهد، به انتخاب چسب و ماده ی آب بندی، وابسته است.
وقتی رزین های آلی جامد می شوند، آنها متحمل شرینکیج حجمی می شوند که علت این مسئله، واکنش های عرضی، اتلاف حلال و یا ضریب انبساط حرارتی می باشد.

در مورد چسب ها و مواد آب بندی، این مهم است که ماده شرینکیج قابل توجهی نداشته باشد. در غیر اینصورت، تنش های داخلی نامناسبی در این اتصال ایجاد می شود.

تشکیل یک اتصال غیر قابل نفوذ

وقتی جامد شدن چسب رخ می دهد، چسب ها و یا مواد آب بندی، باید استحکام و تافنس مناسبی داشته باشد تا بدین صورت در شرایط سرویس دهی، شکسته نشود. برای تعیین اثر محیط بر روی کارایی اتصال، باید نوع ماده ی آب بندی و یا چسب، زیرلایه و ناحیه ی سطح مشترک پیش از تشکیل اتصال، بعد از تشکیل و در طی تشکیل اتصا، را باید در نظر گرفت. کارایی اولیه ی و دوام اتصال، به طور قابل توجهی به آماده سازی زیرلایه و شرایط محیطی، وابسته می باشد. ساختار و شیمی ناحیه ی سطحی قطعات به هم متصل شده و پاسخ های محیطی ممکن است بر روی کارایی اتصال، مهم باشد. اگر این ناحیه ی سطحی به طور قابل توجهی در طی آماده سازی اتصال و در طی سرویس دهی، تغییر کند، ویژگی های کارایی منتج شده ی اتصال، ممکن است تغییر کند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله : Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie