مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
تئوری اتصال سطحی در استحکام اتصال
در ادامه، در مورد شکست چسبندگی و شکست پیوستگی، به دو جنبه ی مختلف، نگاه خواهد شد. به هر حال، در عمل، این دو شکستگی در یک نمونه ایجاد می شود. یک فرد می تواند اثر میزان اتصال بین سطحی را بر روی استحکام اتصال چسبنده و حالت شکست، عمومیت دهد. میزان اتصال بین سطحی ممکن است به دلیل ترشوندگی، اثرات لایه ی مرزی و یا سایر پدیده ها، تغییر کند. حالت های بین سطحی مختلف در شکل 1 آورده شده است.
در ناحیه ی مرزی شکست، که در شکل 1 با نام B نشان داده شده است، استحکام پیوند بوسیله ی نیروهای فیزیکی و مکانیکی کنترل می شوند که در سطح مشترک فعال اند. در این ناحیه، استحکام مربوط به تماس بین سطحی کمتر از استحکام پیوستگی چسب است. در یک سطح بحرانی، میزان اتصال سطحی بر روی استحکام پیوند، مؤثر می شود. این میزان بحرانی از اتصال سطحی ممکن است به عنوان عدد آستانه، تعریف شود.
در ناحیه ی انتقال، استحکام مربوط به اتصال چسب، به میزان اتصال سطحی وابسته است. در این ناحیه، شکست های مخلوط، مشاهده می شود. در یک میزان بحرانی از اتصال سطحی، که به عنوان مقدار مینیمم یا اشباع، معروف است، اتصال چسب، گسسته می شود و این مسئله نشاندهنده ی شکست پیوستگی کل است که با ناحیه ی C نشان داده شده است. حصول این حالت، بیان کننده ی استحکام نهایی اتصال است.
در واقع اشباع میزان اتصال سطحی موجب می شود تا استحکام سطوح اتصال به داخل یک گستره ی وسیع افتد. تحت این شرایط، میزان اتصال سطحی افزایش یافته، موجب افزایش استحکام مکانیکی اتصال چسب، نمی شود.
متداول ترین تئوری ها در مورد چسبندگی، بر اساس جذب سطحی، گیر کردن مکانیکی ساده، نفوذ، برهمکنش های الکترواستاتیک و لایه های مرزی ضعیف، تدوین شده اند.
تئوری جذب سطحی (Adsorption theory)
تئوری جذب سطحی می گوید که چسبندگی نتیجه ای از تمای مولکولی بین دو ماده و نیروهای سطحی است که در این میان، وجود دارد. چسبندگی نتیجه ای از جذب سطحی مولکول های چسب بر روی زیرلایه می باشد و در واقع به نیروهای جاذبه ی منتج شده از این مسئله، وابسته می باشد. معمولا این نیروها، نتیجه ای از نیروهای واندروالس و یا ثانویه هستند. برای اینکه این نیروها، ایجاد شوند، سطوح مربوطه نباید بیش از 5 آنگسترم فاصله داشته باشند. بنابراین، چسب ها، باید تماس مولکولی خوبی با سطح زیرلایه داشته باشند.
فرایند تماس پیوسته ای که میان یک چسب و زیرلایه های اطراف ایجاد می شود، ترشوندگی نامیده می شود. شکل 2 نشاندهنده ی ترشوندگی خوب و ناکافی یک چسب است که بر روی یک سطح، قرار داده شده است. ترشوندگی خوب وقتی ایجاد می شود که چسب در داخل ناهمواری های سطحی زیرلایه، نفوذ کند. ترشوندگی ضعیف وقتی ایجاد می شود که چسب در داخل خلل و فرج سطحی قرار نگیرد و آنها را دور بزند. این مسئله موجب می شود تا نواحی تنشی به صورت بسته های هوایی کوچک در سطح مشترک، ایجاد شوند. این مسئله موجب می شود تا استحکام کل اتصال، کاهش یابد.
ترشوندگی می تواند بوسیله ی اندازه گیری زاویه ی تماس، اندازه گیری شود. این ترشوندگی با معادله ی یانگ بیان می شود که در آن زاویه ی تماس، با با کشش سطحی مرتبط شده است:
γ_LV cosθ=γ_SV-γ_SL
عبارت γ_SV کشش بین سطحی مربوط به ماده ی جامدی است که در تعادل با یک بخار می باشد. γ_LV کشش سطحی مربوط به مایع در تعادل با بخار می باشد و γ_SL کشش بین سطحی مربوط به جامدی و مایع می باشد. ترشوندگی کامل و آنی در زاویه ی تتای برابر صفر اتفاق می افتد. یک زاویه ی تماس صفر وقتی ایجاد می شود که یک قطره ی آب خالص بر روی یک اسلاید شیشه ای تمیز، قرار داده شود. بنابراین، ترشوندگی کامل و آنی در زمانی اتفاق می افتد که کوسینوس تتا، بزرگتر از 1.0 باشد و یا وقتی که:
γ_SV>γ_SL+γ_LV
ترشوندگی وقتی مطلوب است که کشش سطحی زیرلایه و یا انرژی سطحی بحرانی آن، بالا باشد و کشش سطحی مربوط به مایع ترکننده، پایین باشد. پلیمرهای با انرژی پایین به سهولت زیرلایه های با انرژی پایین را تر می کنند در صورتی که این زیرلایه ها، به سختی با سایر مواد تر می شوند.
بنابراین، بیشتر چسب های مایع متداول به سهولت موجب تر شدن سطح فلزات تمیز، سطوح سرامیکی و بسیاری از سطوح پلیمری با انرژی بالا، می شوند. به هر حال، چسب های متداول سطوح با انرژی پایین را تر نمی کنند. این مسئله توجیه کننده ی این مورد است که چرا چسب های آلی مانند اپوکسی، دارای چسبندگی خوبی به فلزات هستند اما چسبندگی آنها به زیرلایه های پلیمری عمل آوری نشده مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و فلئوروکربن ها، پایین است.
برای ترشوندگی خوب، باید انرژی سطحی بحرانی زیرلایه، بسیار بیشتر از انرژی سطحی چسب باشد. برای ترشوندگی ناکافی، این مسئله عکس می باشد.
یک دید ساده از رابطه ی ترشوندگی و چسبندگی در شکل 3 قابل مشاهده می باشد. در اینجا، زاویه ی تماس یک قطره چسب اپوکسی بر روی سطوح مختلف نشان داده شده است. انرژی سطحی یک رزین اپوکسی نمونه وار برابر با 42 میلی ژول بر متر مربع است. استحکام پیوند مورد انتظار با کاهش زاویه ی تماس، افزایش خواهد داشت. بنابراین، استحکام پیوند چسب اپوسی بر روی زیرلایه ی اپوکسی، بالاترین میزان می باشد. بعد از این ماده، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن و پلی تترافلئوروکربن مقام های بعدی را دارند. یک مسئله ی مهم در مورد ترشوندگی خوب، این است که انرژی سطحی بحرانی زیرلایه، بسیار بزرگتر از انرژی سطحی چسب باشد. از این مورد می توان این انتظار را داشت که پلی اتیلن و فلئوروکربن ها در صورت استفاده به عنوان چسب، چسبندگی خوبی بر روی زیرلایه های مختلف، ایجاد می کنند. در حقیقت، آنها چسبندگی استثنایی ایجاد نمی کنند. به هر حال، پلی اتیلن تجاری عموماً دارای وزن مولکولی پایینی است و این مسئله موجب می شود تا لایه های مرزی ضعیفی در این ماده ایجاد شود و بنابراین، از ایجاد یک چسبندگی استثنایی جلوگیری می شود. فلئوروکربن ها، نمی توانند به سهولت ذوب شوند و یا وارد فاز محلول شوند، بنابراین، به سختی به حالت فاز مایع در می آیند. به هر حال، پلی اتیلن با وزن مولکولی مناسب، یک پایه ی استثنایی برای چسب های گرمایی می باشند. محققین تلاش دارند تا رزین های اپوکسی تولید کنند که دارای زنجیره های فلئور دار می باشند به نحوی که آنها به سهولت بر روی زیرلایه های مختلف، ترشوندگی دارند.
دیدن این مسئله ساده است که چرا سطوح سیلیکونی و فلئوروکربنی سطوح مناسب برای تولید قالب ها هستند و قابلیت جدایش سطحی ایجاد می کنند. بیشتر رزین ها، به سهولت این سطوح را تر نمی کنند. این مسئله همچنین آسان است که ببینیم چرا سیلیکون و روغن های بر پایه ی نفت، لایه های مرزی ضعیفی ایجاد می کنند. اگر یک لایه ی نازک از این روغن ها بر روی زیرلایه وجود داشته باشد، چسب ها، به جای گسترش بر روی زیرلایه، بر روی این روغن ها، گسترش می یابند. بیشتر چسب ها سطحی را تر نمی کنند که بوسیله ی این روغن ها، چرب شده باشد. این مسئله جالب است که با ایجاد یک پوشش از این ماده، شما ممکن است ترشوندگی سایر مواد را بر روی بخش های خاص، محدود کنید. رنگ های مقاومتی گرافیتی بر پایه ی همین اصل، عمل می کنند.
بعد از تماس اولیه ی میان چسب و زیرلایه، این اعتقاد وجود دارد که چسب های دائمی نیروهای جاذبه ی مولکولی ایجاد می کنند. 4 نوع عمومی از پیوندهای شیمیایی شناسایی شده اند که در چسبندگی دخالت دارند. این نیروها، عبارتند از: نیروهای الکترواستاتیک، کوالانسی، فلزی (پیوندهای اولیه) و واندروالسی (پیوند ثانویه).
یکی از راه هایی که زبری سطحی به چسبندگی کمک می کند، افزایش ناحیه ی تماس کل میان چسب و زیرلایه می باشد. اگر جاذبه ی بین سطحی و یا بین مولکولی یک اصل برای چسبندگی باشد، افزایش در ناحیه ی واقعی سطح، منجر به افزایش انرژی کل مربوط به برهمکنش سطحی می شود. بنابراین، تئوری سطخ مشترک مکانیکی عموماً به ما می آموزد که زبری سطوح، برای چسبندگی مزیت دارد زیرا دندانه های سطحی موجب می شوند تا چسبندگی کل، بهبود یابد.
تئوری مکانیکی همچنین به ما می گوید که طراحی اتصال باید به گونه ای باشد که ناحیه ی تماس چسب و زیرلایه، بزرگ باشد. بزرگ بودن این ناحیه ی سطحی موجب می شود تا چسبندگی بهتر باشد. به هر حال، نقطه ای وجود دارد که در آن، افزایش ناحیه ی سطحی نیز اثری ندارد.
زبری سطحی عموماً با استفاده از اثر قفل شوندگی مکانیکی، به چسبندگی کمک می کند. با آماده سازی سطحی نمونه، همانگونه که در شکل 4 قابل مشاهد می باشد، چسب در داخل شیارهای سطحی قرار گرفته و موجب می شود تا جدایش اتفاق افتد. چیزی که در واقع اتفاق می افتد، این است که زبری یا میکرو شیارها، موجب می شوند تا استحکام چسبندگی اتصال، افزایش یابد.
مزیت دیگر مربوط به قفل شوندگی مکانیکی، این است که سطح زبر یک مانع در برابر انتشار ترک نیز هست. به شکل 4 نگاه کنید. در این شکل، یک گوه بر روی لبه ی سطح مشترک میان زیرلایه ی A و B قرار داده شده است. به هر حال، اگر زبری سطحی وجود داشته باشد، سطح مشترک پر پیچ و موج موجب می شود تا انتشار ترک با مشکل بیشتری انجام شود. در حقیقت این مسئله موجب افزایش استحکام می شود.
بنابراین، بسیاری موارد وجود دارد که در آنها، نیروهای چسبندگی و نیروهای قفل شونده ی مکانیکی به همراه هم کار می کنند. در این موارد، کار عملی چسبندگی برابر است با کار مربوط به مکانیزم های چسبندگی (نیروهای واندروالسی) بعلاوه کار مکانیزم های مکانیکی (نیروهای تغییر شکل).
این فهمیده شده است که در زیرلایه های متخلخل، لنگر مکانیکی مربوط به چسب یک فاکتور اولیه در ایجاد پیوند می باشد. چسب ها همچنین به طور متداول به سطوح ساییده شده ی بدون حفره بهتر می چسبند تا به سطوح طبیعی. این اثر مزیتی زبری سطح ممکن است به دلیل مسائل زیر باشد:
قفل شوندگی مکانیکی
تشکیل یک سطح تمیز
تشکیل سطح با واکنش پذیری بالا
تشکیل یک سطح بزرگتر
این اعتقاد وجود دارد که اگر چه سطح زبر تر موجب می شود تا سایش بیشتر ایجاد شود، در واقع خواص فیزیکی و شیمیایی لایه های سطحی این مواد تغییر کرده و همین مسئله است که موجب افزایش استحکام چسبندگی می شود. در حالی که در برخی از کاربردهای چسبندگی، می تواند قفل شوندگی مکانیکی را توصیف کرد، این نشان داده شده است که اثرات مکانیکی نمی تواند همواره اثری غالب باشد.
تئوری الکترواستاتیک می گوید که نیروهای الکترواستاتیک به صورت لایه ی دوگانه الکتریکی تشکیل می شوند. این مسئله در سطح مشترک چسب و زیرلایه ایجاد می شود. این نیروها موجب می شوند تا جدایش به سختی انجام شود. این تئوری بوسیله ی این حقیقت بدست آمده است که تخلیه های الکتریکی در زمانی مشاهده می شوند که یک چسب بر روی یک زیرلایه، قرار داده می شود. تئوری الکترواستاتیک چسبندگی به عنوان یکی از تئوری های مورد قبول برای چسبندگی سلول های بیولوژیکی، استفاده می شود. یک شکل ساده از چسب ها، می تواند از طریق باردار کردن مستقیم و تماسی، ایجاد شود. این مسئله برای لایه های نازک فلزی مشاهده شده است که بر روی سطوح پلیمری و با روش کندوپاش، اعمال شده اند.
جنبه ی اساسی مربوط به تئوری نفوذی، این است که چسبندگی از طریق نفوذ داخل مولکولی چسب و زیرلایه، ایجاد می شود. تئوری نفوذی در اصل برای زمانی قابل استفاده می باشد که هم چسب و هم زیرلایه، پلیمری باشند و در واقع مولکول های طویلی داشته باشند که قابلیت تحرک دارند. مسئله ی کلیدی در این جا، این است که چسب و زیرلایه باید از لحاظ شیمیایی قابلیت نفوذ ایجاد کنند. جوشکاری با حلال و جوشکاری حرارتی زیرلایه های ترموپلاستیک، بر پایه ی نفوذ مولکول ها، ابداع شده اند. به غیر از ترموپلاست های خاص، شرایطی که در آن، زیرلایه و چسب در همدیگر قابلیت انحلال داشته باشند، نادر است. بنابراین، تئوری نفوذی می توناد تنها برای موارد اندکی مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله : Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
در ادامه، در مورد شکست چسبندگی و شکست پیوستگی، به دو جنبه ی مختلف، نگاه خواهد شد. به هر حال، در عمل، این دو شکستگی در یک نمونه ایجاد می شود. یک فرد می تواند اثر میزان اتصال بین سطحی را بر روی استحکام اتصال چسبنده و حالت شکست، عمومیت دهد. میزان اتصال بین سطحی ممکن است به دلیل ترشوندگی، اثرات لایه ی مرزی و یا سایر پدیده ها، تغییر کند. حالت های بین سطحی مختلف در شکل 1 آورده شده است.
در ناحیه ی انتقال، استحکام مربوط به اتصال چسب، به میزان اتصال سطحی وابسته است. در این ناحیه، شکست های مخلوط، مشاهده می شود. در یک میزان بحرانی از اتصال سطحی، که به عنوان مقدار مینیمم یا اشباع، معروف است، اتصال چسب، گسسته می شود و این مسئله نشاندهنده ی شکست پیوستگی کل است که با ناحیه ی C نشان داده شده است. حصول این حالت، بیان کننده ی استحکام نهایی اتصال است.
در واقع اشباع میزان اتصال سطحی موجب می شود تا استحکام سطوح اتصال به داخل یک گستره ی وسیع افتد. تحت این شرایط، میزان اتصال سطحی افزایش یافته، موجب افزایش استحکام مکانیکی اتصال چسب، نمی شود.
تئوری های چسبندگی
مکانیزم واقعی اتصال چسبندگی، به سهولت تعریف نمی شود. چندین تئوری تلاش کرده اند تا این چسبندگی را توصیف کنند. هیچ تئوری منفردی نمی تواند چسبندگی را به طور کلی توصیف کند و یک تعریف جامع در مورد آن ارائه دهد. برخی تئوری ها، برای زیرلایه های خاص قابل استفاده می باشند و برخی دیگر، برای مواد خاص، مناسب اند. هر تئوری به طور گسترده ای مورد بررسی و بازبینی قرار گرفته است. به هر حال، هر کدام از آنها، حاوی جوانب خاص و اطلاعاتی هستند که برای یادگیری الزامات اساسی یک اتصال مناسب، مفید می باشند.متداول ترین تئوری ها در مورد چسبندگی، بر اساس جذب سطحی، گیر کردن مکانیکی ساده، نفوذ، برهمکنش های الکترواستاتیک و لایه های مرزی ضعیف، تدوین شده اند.
تئوری جذب سطحی (Adsorption theory)
تئوری جذب سطحی می گوید که چسبندگی نتیجه ای از تمای مولکولی بین دو ماده و نیروهای سطحی است که در این میان، وجود دارد. چسبندگی نتیجه ای از جذب سطحی مولکول های چسب بر روی زیرلایه می باشد و در واقع به نیروهای جاذبه ی منتج شده از این مسئله، وابسته می باشد. معمولا این نیروها، نتیجه ای از نیروهای واندروالس و یا ثانویه هستند. برای اینکه این نیروها، ایجاد شوند، سطوح مربوطه نباید بیش از 5 آنگسترم فاصله داشته باشند. بنابراین، چسب ها، باید تماس مولکولی خوبی با سطح زیرلایه داشته باشند.
فرایند تماس پیوسته ای که میان یک چسب و زیرلایه های اطراف ایجاد می شود، ترشوندگی نامیده می شود. شکل 2 نشاندهنده ی ترشوندگی خوب و ناکافی یک چسب است که بر روی یک سطح، قرار داده شده است. ترشوندگی خوب وقتی ایجاد می شود که چسب در داخل ناهمواری های سطحی زیرلایه، نفوذ کند. ترشوندگی ضعیف وقتی ایجاد می شود که چسب در داخل خلل و فرج سطحی قرار نگیرد و آنها را دور بزند. این مسئله موجب می شود تا نواحی تنشی به صورت بسته های هوایی کوچک در سطح مشترک، ایجاد شوند. این مسئله موجب می شود تا استحکام کل اتصال، کاهش یابد.
γ_LV cosθ=γ_SV-γ_SL
عبارت γ_SV کشش بین سطحی مربوط به ماده ی جامدی است که در تعادل با یک بخار می باشد. γ_LV کشش سطحی مربوط به مایع در تعادل با بخار می باشد و γ_SL کشش بین سطحی مربوط به جامدی و مایع می باشد. ترشوندگی کامل و آنی در زاویه ی تتای برابر صفر اتفاق می افتد. یک زاویه ی تماس صفر وقتی ایجاد می شود که یک قطره ی آب خالص بر روی یک اسلاید شیشه ای تمیز، قرار داده شود. بنابراین، ترشوندگی کامل و آنی در زمانی اتفاق می افتد که کوسینوس تتا، بزرگتر از 1.0 باشد و یا وقتی که:
γ_SV>γ_SL+γ_LV
ترشوندگی وقتی مطلوب است که کشش سطحی زیرلایه و یا انرژی سطحی بحرانی آن، بالا باشد و کشش سطحی مربوط به مایع ترکننده، پایین باشد. پلیمرهای با انرژی پایین به سهولت زیرلایه های با انرژی پایین را تر می کنند در صورتی که این زیرلایه ها، به سختی با سایر مواد تر می شوند.
بنابراین، بیشتر چسب های مایع متداول به سهولت موجب تر شدن سطح فلزات تمیز، سطوح سرامیکی و بسیاری از سطوح پلیمری با انرژی بالا، می شوند. به هر حال، چسب های متداول سطوح با انرژی پایین را تر نمی کنند. این مسئله توجیه کننده ی این مورد است که چرا چسب های آلی مانند اپوکسی، دارای چسبندگی خوبی به فلزات هستند اما چسبندگی آنها به زیرلایه های پلیمری عمل آوری نشده مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و فلئوروکربن ها، پایین است.
برای ترشوندگی خوب، باید انرژی سطحی بحرانی زیرلایه، بسیار بیشتر از انرژی سطحی چسب باشد. برای ترشوندگی ناکافی، این مسئله عکس می باشد.
یک دید ساده از رابطه ی ترشوندگی و چسبندگی در شکل 3 قابل مشاهده می باشد. در اینجا، زاویه ی تماس یک قطره چسب اپوکسی بر روی سطوح مختلف نشان داده شده است. انرژی سطحی یک رزین اپوکسی نمونه وار برابر با 42 میلی ژول بر متر مربع است. استحکام پیوند مورد انتظار با کاهش زاویه ی تماس، افزایش خواهد داشت. بنابراین، استحکام پیوند چسب اپوسی بر روی زیرلایه ی اپوکسی، بالاترین میزان می باشد. بعد از این ماده، پلی وینیل کلراید، پلی اتیلن و پلی تترافلئوروکربن مقام های بعدی را دارند. یک مسئله ی مهم در مورد ترشوندگی خوب، این است که انرژی سطحی بحرانی زیرلایه، بسیار بزرگتر از انرژی سطحی چسب باشد. از این مورد می توان این انتظار را داشت که پلی اتیلن و فلئوروکربن ها در صورت استفاده به عنوان چسب، چسبندگی خوبی بر روی زیرلایه های مختلف، ایجاد می کنند. در حقیقت، آنها چسبندگی استثنایی ایجاد نمی کنند. به هر حال، پلی اتیلن تجاری عموماً دارای وزن مولکولی پایینی است و این مسئله موجب می شود تا لایه های مرزی ضعیفی در این ماده ایجاد شود و بنابراین، از ایجاد یک چسبندگی استثنایی جلوگیری می شود. فلئوروکربن ها، نمی توانند به سهولت ذوب شوند و یا وارد فاز محلول شوند، بنابراین، به سختی به حالت فاز مایع در می آیند. به هر حال، پلی اتیلن با وزن مولکولی مناسب، یک پایه ی استثنایی برای چسب های گرمایی می باشند. محققین تلاش دارند تا رزین های اپوکسی تولید کنند که دارای زنجیره های فلئور دار می باشند به نحوی که آنها به سهولت بر روی زیرلایه های مختلف، ترشوندگی دارند.
بعد از تماس اولیه ی میان چسب و زیرلایه، این اعتقاد وجود دارد که چسب های دائمی نیروهای جاذبه ی مولکولی ایجاد می کنند. 4 نوع عمومی از پیوندهای شیمیایی شناسایی شده اند که در چسبندگی دخالت دارند. این نیروها، عبارتند از: نیروهای الکترواستاتیک، کوالانسی، فلزی (پیوندهای اولیه) و واندروالسی (پیوند ثانویه).
تئوری مکانیکی
سطح یک ماده ی جامد هیچگاه به صورت واقعی صاف نیست بلکه حاوی پیک ها و حفرات بسیار ریز است. در زمانی که چسب بر روی این سطوح قرار می گیرد، این حفرات را پر می کند. وقتی این چسب سخت می شود، این چسب در داخل این ناهمواری ها گیر کرده و چسبندگی ایجاد می کند. با توجه به تئوری مکانیکی چسب ها، به منظور عملکرد مناسب چسبندگی، چسب ها، باید در داخل حفرات سطحی نفوذ کرده و جایگزین هوای داخل این حفرات شوند، تا بتواند یک پیوند مکانیکی خوب، ایجاد کند.یکی از راه هایی که زبری سطحی به چسبندگی کمک می کند، افزایش ناحیه ی تماس کل میان چسب و زیرلایه می باشد. اگر جاذبه ی بین سطحی و یا بین مولکولی یک اصل برای چسبندگی باشد، افزایش در ناحیه ی واقعی سطح، منجر به افزایش انرژی کل مربوط به برهمکنش سطحی می شود. بنابراین، تئوری سطخ مشترک مکانیکی عموماً به ما می آموزد که زبری سطوح، برای چسبندگی مزیت دارد زیرا دندانه های سطحی موجب می شوند تا چسبندگی کل، بهبود یابد.
تئوری مکانیکی همچنین به ما می گوید که طراحی اتصال باید به گونه ای باشد که ناحیه ی تماس چسب و زیرلایه، بزرگ باشد. بزرگ بودن این ناحیه ی سطحی موجب می شود تا چسبندگی بهتر باشد. به هر حال، نقطه ای وجود دارد که در آن، افزایش ناحیه ی سطحی نیز اثری ندارد.
زبری سطحی عموماً با استفاده از اثر قفل شوندگی مکانیکی، به چسبندگی کمک می کند. با آماده سازی سطحی نمونه، همانگونه که در شکل 4 قابل مشاهد می باشد، چسب در داخل شیارهای سطحی قرار گرفته و موجب می شود تا جدایش اتفاق افتد. چیزی که در واقع اتفاق می افتد، این است که زبری یا میکرو شیارها، موجب می شوند تا استحکام چسبندگی اتصال، افزایش یابد.
بنابراین، بسیاری موارد وجود دارد که در آنها، نیروهای چسبندگی و نیروهای قفل شونده ی مکانیکی به همراه هم کار می کنند. در این موارد، کار عملی چسبندگی برابر است با کار مربوط به مکانیزم های چسبندگی (نیروهای واندروالسی) بعلاوه کار مکانیزم های مکانیکی (نیروهای تغییر شکل).
این فهمیده شده است که در زیرلایه های متخلخل، لنگر مکانیکی مربوط به چسب یک فاکتور اولیه در ایجاد پیوند می باشد. چسب ها همچنین به طور متداول به سطوح ساییده شده ی بدون حفره بهتر می چسبند تا به سطوح طبیعی. این اثر مزیتی زبری سطح ممکن است به دلیل مسائل زیر باشد:
قفل شوندگی مکانیکی
تشکیل یک سطح تمیز
تشکیل سطح با واکنش پذیری بالا
تشکیل یک سطح بزرگتر
این اعتقاد وجود دارد که اگر چه سطح زبر تر موجب می شود تا سایش بیشتر ایجاد شود، در واقع خواص فیزیکی و شیمیایی لایه های سطحی این مواد تغییر کرده و همین مسئله است که موجب افزایش استحکام چسبندگی می شود. در حالی که در برخی از کاربردهای چسبندگی، می تواند قفل شوندگی مکانیکی را توصیف کرد، این نشان داده شده است که اثرات مکانیکی نمی تواند همواره اثری غالب باشد.
تئوری های الکترواستاتیک و نفوذی
تئوری های الکترواستاتیک و نفوذی مربوط به چسبندگی عموماً در حد تئوری های جذب سطحی و تئوری های مکانیکی مورد توجه قرار نگرفته اند. به هر حال، یک سری کاربردهای خاص وجود دارد که در آنها، این تئوری ها مهم می باشند.تئوری الکترواستاتیک می گوید که نیروهای الکترواستاتیک به صورت لایه ی دوگانه الکتریکی تشکیل می شوند. این مسئله در سطح مشترک چسب و زیرلایه ایجاد می شود. این نیروها موجب می شوند تا جدایش به سختی انجام شود. این تئوری بوسیله ی این حقیقت بدست آمده است که تخلیه های الکتریکی در زمانی مشاهده می شوند که یک چسب بر روی یک زیرلایه، قرار داده می شود. تئوری الکترواستاتیک چسبندگی به عنوان یکی از تئوری های مورد قبول برای چسبندگی سلول های بیولوژیکی، استفاده می شود. یک شکل ساده از چسب ها، می تواند از طریق باردار کردن مستقیم و تماسی، ایجاد شود. این مسئله برای لایه های نازک فلزی مشاهده شده است که بر روی سطوح پلیمری و با روش کندوپاش، اعمال شده اند.
جنبه ی اساسی مربوط به تئوری نفوذی، این است که چسبندگی از طریق نفوذ داخل مولکولی چسب و زیرلایه، ایجاد می شود. تئوری نفوذی در اصل برای زمانی قابل استفاده می باشد که هم چسب و هم زیرلایه، پلیمری باشند و در واقع مولکول های طویلی داشته باشند که قابلیت تحرک دارند. مسئله ی کلیدی در این جا، این است که چسب و زیرلایه باید از لحاظ شیمیایی قابلیت نفوذ ایجاد کنند. جوشکاری با حلال و جوشکاری حرارتی زیرلایه های ترموپلاستیک، بر پایه ی نفوذ مولکول ها، ابداع شده اند. به غیر از ترموپلاست های خاص، شرایطی که در آن، زیرلایه و چسب در همدیگر قابلیت انحلال داشته باشند، نادر است. بنابراین، تئوری نفوذی می توناد تنها برای موارد اندکی مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله : Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
