آمادگی سطحی در چسب ها و مواد آب بندی (2)

سایر سطوح

بسیاری از سطوح طبیعی و مصنوعی دارای ویژگی های اتصال متفاوتی هستند. محصولات بر پایه ی چوب و سلولز به طور گسترده ای از لحاظ زبری، pH، تخلخل و میزان رطوبت متفاوت می باشند. طبیعت این سطوح همچنین با پیرسازی و اکسیداسیون، تغییر می کند. وجود شیره، رزین ها و یا مواد نگهدارنده، نیز بر روی استحکام پیوند مؤثر است. عموماً سطوح چوبی که به تازگی برش داده شده اند، برای اتصال مناسب ترند زیرا تخلخل مناسبی دارند. به هر حال، باید مراقب این باشیم که خاک اره وارد اتصال نشود.
مواد سرامیکی دارای سطوحی صاف و شیشه ای شکل هستند و معمولاً این سطوح انرژی سطحی بالایی دارند. از آنجایی که سرامیک ها دارای انرژی های سطحی بالایی هستند، معمولا با سهولت بیشتری اتصال می دهند. به هر حال، بسیاری از سرامیک های مهم و تجاری دارای لعابی شیشه ای هستند. این سطح لعاب دار یک سطح جدید تشکیل می دهند که باید خواص آنها در نظر گرفته شود. طبیعت قطبی اتصال های بین اتم ها در مواد سرامیکی به گونه ای است که احتمال جذب آب و لایه های یونی بر روی سطح آنها، زیاد است. این لایه به سختی بر روی سطح سرامیک قرار گرفته است. چسب های مورد استفاده برای سرامیک ها، که مشابه چسب هایی است که برای مواد فلزی استفاده می شود، باید با لایه ی رطوبت سطحی، تطابق داشته باشند. بتن یک زیرلایه می باشد که ویژگی های سطحی ان، بوسیله ی محیط عمل آوری، تحت تأثیر قرار می گیرد. وقتی بتن عمل اوری می شود، بتن دارای ویژگی های سطحی می باشد که برای ایجاد اتصال چسبی و آب بندی، مناسب نیست. سطح بتن یک ماده ی قلیایی شدید است و از این رو، هر ماده ی حساس به هیدرولیز را که بر روی ان قرار گیرد، تخریب می کند. این ماده اغلب لایه ی سطحی پودری شکل و ضعیفی دارد که باید بوسیله ی چسب و ماده ی آب بندی پر شود و یا حذف شود. بنابراین، برای ایجاد اتصال بر روی این سطوح، بهتر است که سطح را پیش از اتصال، مرطوب کرد.
ایجاد اتصال بر روی قطعات رنگی و یا پوشش دار نیز مشکلاتی ایجاد می کند. این پیشنهاد نمی شود که سطوح دارای رنگ به هم اتصال یابند زیرا اتصال ایجاد شده در این حالت، محدود به رنگ می باشد و به زیرلایه نرسیده است. عموماً رنگ باید حذف شود و یا ساییده شود به نحوی که نواحی اتصال تضعیف شده، از بین رود. سطوح دارای پوشش نیز باید همچنین پیش از اتصال مورد بررسی قرار گیرند و بدین صورت میزان استحکام اتصال، مورد بررسی قرار گیرد.
کامپوزیت های پلیمری مدرن برای ساخت وسایل سبک وزن پیشرفته استفاده می شوند زیرا استحکام آنها بالا و وزن آنها پایین است. سطوح این مواد عموماً به صورت آزاد با عوامل آزاد کننده ی قالب مانند سیلیکون ها و فلئوروکربن ها، پوشانده می شوند تا بدین صورت آنها به سهولت از قالب جدا شوند. لایه های آزاد کننده ی قالب مانند سلفون نیز در این کاربرد، استفاده می شوند. این ضروری است که این لایه های سطحی پیش از اتصال، حذف شوند. همین گونه که این مواد موجب جدا شدن سطح قطعه از قالب می شوند، در صورت حذف نشدن آنها از سطح کامپوزیت، همین عملکرد در حین ایجاد اتصال انجام می شود و اتصال ضعیفی تشکیل می شود. کامپوزیت های پلیمری ممکن است همچنین به گونه ای تولید شوند که سطحی غنی از رزین داشته باشند که ظاهری شیشه ای به آن دهد. این سطوح را پوشش ژله ای می نامند. این مسئله موجب می شود تا لایه ی سطحی ضعیف تری نسبت به ماده ی بالک، تشکیل شود.
سطوح الاستومترها، شباهت زیادی با سطح پلاستیک ها دارد. به هر حال، طبیعت با سیالیت بیشتر مولکول های الاستومر اجازه ی نفوذ آسان تر آلودگی ها و قطعات با وزن مولکولی پایین تر به سطح را فراهم می آورد. نفود این مواد به سطح، موجب تشکیل یک لایه ی سطحی تضعیف شده، می شود. مشابه پلاستیک ها، بسیاری از سطوح الاستومری، دارای انرژی سطحی پایینی هستند و برای افزایش انرژی سطحی آنها پیش از اتصال، نیاز به اعمال عملیات های سطحی می باشد.

عملیات سطحی

هدف اصلی آماده سازی سطحی، اطمینان حاصل کردن از این موضوع می باشد که چسبندگی به خوبی ایجاد شده است و کدام بخش اتصال، ضعیف ترین استحکام را دارا می باشد. با اعمال عملیات های سطحی بهینه، شکست نباید در سطح مشترک ایجاد شود که علت آن، یک لایه ی مرزی تضعیف شده و یا یک ترشوندگی ناکافی می باشد. به عنوان یک اصل کلی، تمام زیرلایه ها باید پیش از اتصال عمل اوری شوند و اگر لایه های مرزی تضعیف شده حذف نشوند، پس یک سطح سست ایجاد می شود. سطوح با انرژی سطحی پایین باید به صورت شیمیایی و یا فیزیکی اصلاح شوند و سپس بر روی آن اتصال ایجاد شود به نحوی که چسب یا ماده ی آب بندی بتواند به طور مناسب سطح را تر کند و بدین صورت یک نیروی مناسب برای ایجاد پیوند خوب، ایجاد گردد. آماده سازی سطحی می تواند از شستشو با حلال های ساده و یا با استفاده از سایش مکانیکی سطح، تمیزکاری شیمیایی و اسید شوئی، تشکیل شود.
آماده سازی سطحی می تواند عملکردهای متفاوتی داشته باشد:
• حذف لایه های مرزی تضعیف شده که موجب می شوند ترشوندگی زیرلایه افت کند. در صورت حذف نشدن این لایه ها، یک اتصال تضعیف شده در سطح مشترک ایجاد می شود. لایه های مرزی تضعیف شده می توانند از جنس روغن ها، گریس ها، رسوبات، لایه های اکسیدی، لکه و سایر لایه های اکسیدی باشد.
• سطح زیرلایه را محافظت کنید به نحوی که لایه های مرزی ضعیف در طی اعمال اتصال و یا در طی پیرشدن حین سرویس دهی، توسعه پیدا نکنند.
• اثر انرژی سطحی زیرلایه به گونه ای است که موجب کاهش زاویه ی تماس میان چسب و زیرلایه می شود.
برای ایجاد یک اتصال عملی و اقتصادی، روش های آماده سازی سطحی همچنین دارای الزامات دیگری نیز هستند. آنها باید به سهولت ایجاد شوند و نباید مواد مورد استفاده در ایجاد آنها سمی و یا آتش گیر باشد. آنها باید ارزان قیمت باشند و زمان ایجاد اتصال نیز نباید زیاد باشد. این فرایند باید به سهولت ارزیابی و کنترل شود. علاوه بر این، عملیات سطحی نباید به خودی خود منجر به تشکیل لایه ی ضعیف شود. اگر محلول های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد، این مواد باید به سهولت شستشو شوند و با سطح واکنش ندهند. عملیات سطحی باید در زمانی کوتاه و اقتصادی انجام شود. در نهایت، سطح ایجاد شده با عملیات سطحی، در زمانی که اتصال مونتاژ می شود، نباید تغییر کند.

اهمیت عملیات سطحی

آماده سازی سطحی زیرلایه پیش از اتصال، یکی از مهم ترین فاکتورها در فرایند اتصال چسب است. عملیات های آماده سازی موجب می شوند تا پیوستگی قوی ایجاد شود و سطح به سهولت تر شود. استحکام یک اتصال چسبی، به طور قابل توجهی در زمان از بین رفتن رسوبات، افزایش می یابد. جدول 1 نشاندهنده ی اثر آماده سازی سطحی بر روی استحکام اتصال- چسب برای چندین سطح فلزی می باشد. استحکام اتصال ایجاد شده به دلیل آماده سازی سطحی، به نوع سطح اتصال و نوع چسب یا ماده ی آب بندی مورد استفاده، وابسته می باشد.

آماده سازی سطحی موجب افزایش کیفیت اتصال فلزی ایجاد شده می شود که این مسئله به دلیل مواردی از جمله: حذف ناخالصی ها، کنترل آب جذب شده بر روی سطح، کنترل تشکیل لایه ی اکسیدی، حذف اتم های سطحی که موجب کاتالیست شدن تجزیه ی پلیمرها می شود، محافظت چسب در برابر سطوح چسبندگی و ... می باشد. آماده سازی سطحی موجب افزایش کیفیت اتصال پلمیمری به شیوه ای مشابه می شود. به هر حال، آماده سازی سطوح پلیمری ممکن است همچنین به صورت شیمیایی انجام شود و بدین صورت، انرژی سطحی زیرلایه افزایش یابد.
عملیات سطحی اعمال شده موجب کنترل و محافظت سطح زیرلایه پیش از ایجاد اتصال می شود و موجب محافظت سطح در برابر تغییراتی می شود که در حین سرویس دهی و به دلیل عوامل محیطی ایجاد می شود. بنابراین، آماده سازی سطحی بر روی دوام اتصال و استحکام اولیه ی ان، مؤثر است. شکل 1 نشاندهنده ی اثر عملیات سطحی بر روی کارایی اتصال آلیاژهای آلومینیوم با استفاده از چسب اپوکسی می باشد.
آماده سازی سطحی برای سطوح اتصال اپوکسی و الاستومری، حتی از سطوح فلزی نیز حساس تر هستند. بیشتر این مواد دارای فرمولاسیون های پیچیده تری هستند و سطوح آنها اغلب با عوامل رهاکننده ی قالب و یا سایر افزودنی ها، آلوده می باشد. بسیاری از کامپوزیت های پلاستیکی و پلاستیک ها می توانند پیش از اتصال و با سایش مکانیکی ساده و یا تمیزکاری قلیایی، آماده سازی شوند و بدین صورت آلودگی های سطحی آنها، حذف شوند.
در برخی موارد، این ضروری است که سطوح پلیمری به صورت فیزیکی و شیمیایی اصلاح شوند و بدین صورت اطمینان حاصل شود که ترشوندگی به خوبی ایجاد می شود و بنابراین، اتصال حاصله نیز مؤثر است. معمولاً انرژی سطحی بحرانی برای زیرلایه باید به سطحی افزایش یابد که برابر با بزرگتر از انرژی سطحی چسب باشد. این مسئله در عمل در مورد پلیمرهای ترموپلاست کریستالی مانند پلی اولفین، پلی استر خطی و فلئوروکربن ها، مشاهده می شود. این مواد و زیرلایه های پلیمری دیگر عموماً برای اتصال دهی با چسب مناسب نیستند. روش های مورد استفاده برای حذف ویژگی های اتصال این سطوح پلیمری، عبارتند از:
1. اکسیداسیون از طریق عملیات های شیمیایی و یا استفاده از شعله
2. تخلیه ی الکتریکی برای ایجاد یک لایه ی فعال تر
3. عمل آوری با گازهای خنثی که موجب تقویت سطح با استفاده از تغییر شیمیایی و یا تغییر فیزیکی می شود و موجب افزایش فعالیت سطحی ماده می شود
4. عملیات های فلزی- یونی که موجب حذف فلئور از سطوح فلئوروکربن ها می شود.
5. استفاده از پرایمرها، افزایش دهنده ی قابلیت اتصال و سایر عوامل شیمیایی که موجب افزایش ترشوندگی می شوند.
این فرایندها در طی زمان توسعه یافته است و به طور متداول در کاربردهای تولیدی، استفاده می شوند. در حقیقت فرایندهای آماده سازی سطحی جدیدی نیز برای پلاستیک های مهندسی و کامپوزیت های سبک، توسعه یافته است. مقررات ایمنی و مقررات محیط زیستی همچنین موجب توسعه ی عملیات های سطحی جدید برای سطوح فلزی و پلیمری شده است.
منبع:
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.