آمادگی سطحی در چسب ها و مواد آب بندی (5)

عملیات مکانیکی پسیو

روش های مکانیکی مورد استفاده در آماده سازی سطحی، عبارتند از پاشش ساینده، استفاده از برس سیمی و سایش با کاغذ سنباده، استفاده از سنباده ی پارچه ای یا استفاده از پشم فلزی. این روش ها برای حذف ذرات آلودگی چسبنده و سست مانند گردوغبار، رسوبات و لایه های اکسیدی، مناسب می باشند. تمیزکاری عموماً هم پیش و هم پس از آماده سازی سطحی مکانیکی مورد نیاز می باشد. قطعات باید پیش از ساییدن با ساینده ها، چربی زدایی شوند تا بدین صورت، از ایجاد آلودگی سطح در حین سایش، جلوگیری شود. ذرات جامد که بعد از سایش بر روی سطح باقی می مانند، می توانند با استفاده از وزش باد تند بر روی سطح نمونه ها، زدوده شوند.
سایش خشک شامل استفاده از کاغذ سنباده با شماره ی 180 تا 325 می باشد. مواد ساینده ی کامپوزیتی نیز می توانند برای آماده سازی سطحی مکانیکی، مورد استفاده قرار گیرند. این مواد ساینده، به صورت پد و صفحه وجود دارند و می توان از آنها به سهولت بر روی سطح، استفاده کرد. وقتی این مواد با جت آب ترکیب می شوند، می توانند برای سایش سطحی، استفاده شوند. این روش ها، موجب می شوند تا سطح غیر یکنواخت شود و از این رو، تنها در زمانی باید استفاده شوند که سایر روش ها ممکن نباشد.
پاشش ساینده بر روی سطح عموماً روشی برای حذف آلودگی های سطحی از فلزات می باشد. این روش برای زدایش رسوبات، لایه های اکسیدی، پوشش های قدیمی و سایر آلودگی های مناسب می باشد. این فرایند، فرایندی سریع و آسان می باشد. محیط ساینده باید به طور منظم تعویض شود تا بدین صورت یک سطح بدون آلودگی منتج شود. این روش برای قطعات نازک و پیچیده مناسب نیست زیرا موجب تخریب فیزیکی و اعوجاج قطعات می شود. وزن همچنین یک فرایند وابسته به جهت اعمال وزش می باشد و برای اشکال با هندسه ی خاص، مناسب نیست.
روش وزش ساینده ی خشک (Dry abrasive blast) شامل یک وزن یکنواخت به سطح چسبندگی با استفاده از یک سری گریت های نرم، تمیز و غیر فلزی مانند فلینت، سیلیس، سیلیکون کاربید، آلومینیوم اکسید و یا دانه های شیشه ای می باشد. اندازه ی ذرات در سطوح و مواد مختلف، تغییر می کند. میزان وزش ساینده برای زیرلایه های فلزی باید به اندازه ای باشد که موجب حذف تمام رسوبات موجود بر روی سطح باشد.
هر زیرلایه با یک گستره ی مطلوب از اندازه ی ساینده، عمل آوری می شود. در بسیاری از کاربردها، استحکام اتصال عموماً با افزایش میزان زبری سطحی، افزایش می یابد. اغلب کارایی اتصال به نوع ساینده وابسته می باشد نه عمق سایش. جدول 1 نشاندهنده ی این است که برای فولادهای ضد زنگ و آلومینیوم، سطوح سندبلاست شده، خاصیت چسبندگی بهتری نسبت به سطوح معمولی ایجاد می کنند. به هر حال، سطوحی که زبری قابل توجهی داشته باشند نیز موجب افزایش احتمال وجود حفرات سطحی و در نتیجه افت استحکام می شوند. جدول 2 یک گستره از اندازه ی ساینده های مختلف و روش هایی را نشان می دهد که برای تمیزکاری سایشی زیرلایه های فلزی متداول، مناسب می باشند.

اندازه ی ساینده های پیشنهاد شده برای فلزات، در گستره ی گریت 80 تا 325 می باشد. اندازه ی ساینده ی پیشنهاد شده برای زیرلایه های پلیمری در گستره ی گریت 120 تا 220 می باشد.

سطوح با انرژی پایین مانند پلی اولفین ها و فلئوروکربن ها، باید عموماً تحت فرایند سایش قرار نگیرند. سایش و زبری منتج شده بر روی زیرلایه های با انرژی سطحی پایین، تنها احتمال به دام افتادن بسته های هوایی در حفرات و دره های این مواد را افزایش می دهد. این بسته های هوایی موجب ایجائ نقاط تمرکز تنش می شود و عموماً موجب می شود تا نقاط تضعیف شده ای در سطح تشکیل شود.
یک فرایند وزش ساینده ها در محیط تر نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد. با این فرایند، یک سری گریت آلومینایی در گستره ی 20 تا 325 و یا گلوله های شیشه ای ریز در داخل دوغاب وارد می شوند و این دوغاب بر روی سطح مورد نظر، دمیده می شود. عموماً سه بخش حجمی آب با یک بخش حجمی ساینده، برای این کار، استفاده می شود. واحدهای وت بلست، می توانند برای یک گستره ی وسیع تر از مواد ساینده، استفاده شوند.
چندین سیستم وزش مکانیکی خاص در طی سال ها برای کاربردهای مختلف توسعه یافته است. این روش ها، شامل روش وزش برودتی، هیدرودینامیک و پلیمری می باشد.
وزش برودتی و هیدرودینامیک، به عنوان یک عملیات سطحی عاری از ساینده پیش از اتصال ساینده ها، استفاده می شود. هر دو فرایند زمانی ایده آل هستند که محیط ساینده ی معمولی موجب آلوده شدن سطحی شوند. این فرایندها، اغلب در زمینه ی عمل اوری سطحی ساختارهایی استفاده می شوند که نیاز به تعمیر دارند.
فرایند برودتی از کربن دی اکسید در دمای منفی 100 فارنهایت به عنوان یک عامل تمیز کاری و در واقع بستر وزش، استفاده می کند. در این روش، می تواند خوردگی ها و پوشش های قدیمی را از بین برد. در این روش، حتی آلودگی های آلی و نمک های غیر آلی نیز می توانند حل شده و از بین روند.
وزش آب با فشار بالا نیز برای عمل آوری سطحی و حذف مواد آلاینده پیش از ایجاد اتصال چسبی، استفاده می شود. ترکیب فشار بالا آب به همراه استفاده از یک عامل ساینده، می تواند موجب افزایش استحکام و دوام پیوند ایجاد شده در اتصال های آلومینیومی شود.
محیط وزش پلیمری نیز برای حذف رنگ، پوشش ها و سایر آلودگی در کاربردهای مختلف، استفاده می شود. محیط ساینده شامل مواد پلاستیکی سخت است. انواع مختلفی از گریت ها با سختی های مختلف موجود می باشند. سختی گریت ها عموماً به گونه ای باید باشد که بتواند آلودگی های رنگی و سایر آلودگی های آلی را از سطح حذف کند. البته سختی این گریت ها نباید به اندازه ای زیاد باشد که موجب سایش سطحی فلز پایه شود و موجب تخریب آن گردد. اگر چه وزش ذرات پلیمری عموماً یک فرایند مورد استفاده برای حذف لایه های رنگی می باشد، این روش نیز در فرایندهای عمل آوری پیش از ایجاد اتصال ها با چسب ها، مورد استفاده قرار می گیرد.

عملیات سطحی فعال

عملیات های سطحی فعال فرایندهای شیمیایی و یا فیزیکی هستند که نه تنها برای حذف لایه های مرزی سست سطحی استفاده می شود، بلکه همچنین موجب تغییر شیمی سطحی ماده می شود. این عملیات ها، موجب بهبود ترشوندگی و یا اصلاح لایه های مرزی می شوند و چسبندگی را افزایش می دهد. اچ با اسید، اکسیداسیون، آنودایزینگ و فرایندهای مشابه، مثال هایی از عملیات های سطحی فعال می باشند.
عملیات های سطحی فعال بر روی زیرلایه های فلزی عموماً عملیات های سطحی شیمیایی هستند که موجب تشکیل یک نوع لایه ی اکسید و یا ساختار سخت تر و یا تغییر در شیمی سطحی می شوند به گونه ای که میزان ترشوندگی سطح افزایش می یابد. جدول 3 و 4 در مورد آماده سازی سطحی فعال مربوط به زیرلایه ها می باشد. عملیات های سطحی فعال معمولاً آخرین مرحله در مراحل آماده سازی سطحی است و تنها وقتی مورد استفاده قرار می گیرد که استحکام و کارایی ماکزیمم در یک اتصال مورد نیاز باشد. بعد از هر فرایند فعالی، یک فرایند پسیو انجام می شود تا مراحل به اتمام برسد.
عملیات های سطحی فعال موجب می شود تا استحکام پیوند و دوام از طریق چند فرایند زیر بهبود یابد:
1. حذف لایه ی مرزی تضعیف شده و یا اصلاح لایه ی مرزی برای ایجاد یک لایه ی پیوسته که پیوند به خوبی بر روی آن ایجاد شود.
2. افزایش انرژی سطحی سطح طبیعی به گونه ای است که موجب می شود این انرژی سطحی بزرگتر از انرژی سطحی چسب مورد استفاده شود.
3. توپولوژی سطحی را بهبود دهید تا بدین صورت خاصیت مویینگی چسب موجب شود تا استحکام پیوند ماکزیمم شود.
4. سطح را در برابر اثرات محیط محافظت کنید.
عملیات های سطحی شیمیایی فعال
عملیات های شیمیایی موجب تغییر در خواص فیزیکی و شیمیایی سطح می شوند و موجب بوجود آمدن سطحی می شود که برای چسبندگی مساعد می باشد. عملیات های سطحی خاص برای سطوح فلزی و غیر فلزی مختلفی توسعه یافته اند. مواد شیمیایی مورد استفاده از لحاظ طبیعت، قلیایی و اسیدی هستند. عملیات های شیمیایی متداول شامل استفاده از محلول های سولفوریک اسید- سدیم دی کرومات، فنول، سدیم نفتالن، فریک کلرید، اسید نیتریک، اسید هیدروفلئوریک می باشد.
در تمام موارد، باید بررسی های عملی خوبی بر روی مواد مورد استفاده، انجام شود. این نیاز است تا پرسنل در مورد استفاده از این وسایل، آموزش دیده باشد و لباس مخصوص بپوشد و ملاحظات ایمنی را به طور کامل در نظر بگیرد. در واقع برخورد این مواد شیمیایی با بدن می تواند موجب آسیب دیدن فرد شود. تهویه ی مناسب و مهار بخش های نشتی، در عمل برای ایمنی مهم می باشد. افراد باید از مقررات مربوط به دفن مواد آگاه باشند و بدانند که دفن غیر ایمن این محلول ها مشکل آفرین است. مانند محلول های تمیزکاری، محلول های آماده سازی فعال نیز آلوده می شوند و با گذر زمان، اثربخشی آنها کم می شود. ارزیابی پیوسته و کنترل کیفیت برای بدست آوردن بازده های مشخص، مورد نیاز می باشد.
شکل 1 نشاندهنده ی یک فلوچارت معمولی در مورد آماده سازی سطحی سطوح فلزی است که لایه های مرزی تضعیف شده ی آنها تمیزکاری شده است و رسوبات و مواد خوردگی از بین رفته است. عملیات چربی زدایی اولیه موجب حذف آلودگی های آلی از سطح، و پیش از عملیات شیمیایی می شود. در طی عملیات های سطحی، بخش ها یا نواحی از قطعه که می خواهند به هم متصل شوند، در دمای اتاق و یا دماهای بالا، در داخل یک محلول شیمیایی وارد می شود. زمان غوطه وری در حدود چند دقیقه می باشد. دمای تانک و میزان تهییج باید کنترل شود. محلول های شیمیایی باید به صورت منظم عوض شوند تا بدین صورت اطمینان حاصل شود که سطح آلوده نمی شود و همچنین غلظت نیز مؤثر است. بعد از عملیات سطحی، قطعات خارج می شوند و بقیه ی عملیات های سطحی، انجام می شود. عملیات های سطحی عموماً بوسیله ی پارامترهای زیر تعیین می شود:
• محلول مورد استفاده مانند عامل سوزآور، سولفوریک- دی کرومات، عامل سدیم دار، اسید فریک کلراید- نیتریک و ... .
• دمای محلول: این دما معمولا دمای محیط تا دمای 100 درجه ی سانتیگراد می باشد.
• زمان غوطه وری: معمولا این زمان چند ثانیه و یا چند دقیقه می باشد.
• نوع شستشو: معمولا این فرایند با استفاده از آب معمولی و بعد از آن، با آب مقطر انجام می شود.
• نوع خشک کردن: این کار معمولاً در دمای اتاق انجام می شود. به هر حال، دماهای بالا و سایر شرایط متداول نیست.
محلول های عمل آوری شیمیایی باید در ظرف های شیشه ای، سرامیکی و یا ظروف پلاستیکی مقاوم در برابر مواد شیمیایی، آماده سازی شوند. میله های هم زن باید از جنس موادی باشند که دربرابر عوامل شیمیایی مقاوم باشند. برای محلول هایی که محتوی مواد شیمیایی می باشند که بر روی فلزات و پلی اولفین اثرگذار هستند، ظرف های فلئوروکربنی باید استفاده شود. محلول هایی که در داخل ظرف های پلاستیکی قرار دارند، می توانند با غوطه ور کردن در حمام آب گرم، گرم شوند. صفحات گرم و گرم کن های مادون قرمز می تواند برای ظروف شیشه ای و پرسلانی استفاده شود. بسیاری از محلول های عمل آوری شیمیایی برای زیرلایه های فلزی و غیر فلزی توسعه یافته اند. بسیاری از محلول های عمل اوری سطوح فلزات بوسیله ی شرکت های خاص و برای کاربردهای خاص، توسعه یافته اند. این محلول ها شامل مخلوطی از اسید و مواد شیمایی خاص می باشد که میزان اچ کردن آنها کنترل شده می باشد. به هر حال، محلول های تجاری هنوز خطرناک هستند و مسائل زیست محیطی ایجاد می کنند مخصوصاً در مورد دفن این مایع ها در زیر زمین. برخی از محصولات شبه خمیری نیز وجود دارد که به طور هم زمان، سطوح را تمیزکاری می کند. آنها در دمای اتاق، واکنش می دهند و تنها نیاز است تا آنها را به نقاط مورد نظر بمالیم. بنابراین، این عملیات ها، برای قطعات با هندسه ی پیچیده، بسیار مفید می باشد. به هر حال، این خمیرها، عموماً نیازمند زمان عمل اوری بالاتری نسبت به محلول های مایع می باشد.
منبع:
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.