آمادگی سطحی در چسب ها و مواد آب بندی (7)

عمل آوری با شعله

عمل آوری با شعله حاوی برخورد سطح با یک شعله ی گازی در زمانی کمتر از چند ثانیه می باشد. عمل اوری با شعله موجب می شود تا آلودگی های آلی سطح بسوزند و اکسید شوند. عملیات شعله برای عمل آوری سطحی بسیاری از قطعات پلیمری با انرژی سطحی پایین پیش از چسباندن، رنگ زدن و یا پوشش دهی، استفاده می شود. شکل 1 نشاندهنده ی عملیات شعله بر روی یک بطری پلاستیکی می باشد.
این اعتقاد وجود دارد که عمل آوری با شعله، یک سطح قطبی ایجاد می کند که دارای خاصیت اتصال به سطح چسب می باشد. در واقع برخورد کوتاه مدت با شعله، موجب می شود تا سطح اکسید شود و رادیکال های آزادی ایجاد شود که موجب افزایش انرژی سطحی قطعات شود. بریدگی در زنجیره های مولکولی و همچنین پیوندهای عرضی بسته به نوع پلیمر و طبیعت عملیات شعله، ممکن است اتفاق افتد. این فرایند به صورت گسترده ای برای آماده سازی سطوح پلی اولفینی که رنگ آمیزی می شود، مورد استفاده قرار می گیرد. عملیات سطحی می تواند برای محصولات شکل دار و همچین فیلم ها، مورد استفاده قرار گیرد.
در فرایند عمل آوری شعله ای، سوخت مورد استفاده متان و یا مخلوطی از پروپان و بوتان می باشد. در فرایند شعله ای، یکی از مسائل مهم، نسبت بین گاز و هوای وارد شده به مشعل می باشد. بسته به میزان گاز موجود در مخلوط، شعله می توانند ویژگی های مختلفی داشته باشد. یک میزان اکسیژن بیشتر در این مخلوط پیشنهاد شده است. این عملیات موجب افزایش استحکام چسبندگی سطح می شود. شعله در واقع سطح را اکسید می کند و این مسئله منجر به افزایش انرژی سطحی بحرانی می شود. زمانی که شعله باید اعمال شود و همچنین میزان نزدیکی به سطح، از جمله فاکتورهای کنترل کننده ی کیفیت می باشند. یک سطحی که به طور نمونه وار با بخش بالای مخروط آبی شعله برخورد می کند، شیشه ای می شود. این مهم است که سطح بیش از حد با شعله برخورد نداشته باشد زیرا این مسئله موجب تخریب قطعه می شود.
ادوات شعله ای اتوماتیک نیز موجود می باشند. ادوات اتوماتیک شعله ای مشابه با ادوات کرونا می باشد. ادوات دستی مانند مشعل ها و شعله ها نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد، اگر چه عمل اوری یکنواخت مشکل می باشد. اثر افزودنی های پلیمری بر روی بازده این عملیات، به حد اثر این افزودنی ها بر وری عملیات کرونا نیست.

عملیات پلاسمایی

یک فرایند عمل آوری پلاسمایی برای عمل آوری سطحی بسیاری از مواد پلیمری استفاده می شود. این فرایند، یک فرایند خشک است که به طور متداول برای عمل آوری پلاستیک های مهندسی، مورد استفاده قرار می گیرد. مواد با انرژی سطحی پایین مانند پلی اولفین، پلی تترافلئورواتیلن، پلی اتیلن ترفتالات، نایلون، رابر سیلیکونی و ... عموماً با استفاده از پلاسمای گازی، عمل اوری می شود. بهبود های قابل توجه در استحکام پیوند نسبی می تواند با استفاده از این روش، ده برابر شود. البته این افزایش استحکام به زیرلایه و گاز پلاسما، وابسته است. عمل آوری با پلاسما، یک فرایند متداول برای قطعات با اندازه ی کوچک و متوسطی می باشد که بتوانند در داخل محفظه ی خلا قرار گیرند.
از لحاظ عملیاتی، عملیات پلاسمایی از عملیات شعله و کرونا، متفاوت است. این تفاوت در واقع این است که عملیات پلاسمایی نیازمند فشاری کمتر از فشار اتمسفر می باشد. به دلیل ضرورت وجود خلا، عملیات پلاسمایی، ضرورتاً یک فرایند بچ است. نوع گاز پلاسمایی، می تواند موجب ایجاد واکنش های شیمیایی مختلفی بر روی سطح شود:
1. ایجاد پیوند عرضی سطحی
2. اکسیداسیون سطحی و یا کاهش
3. ایجاد گرافت رادیکال های آزاد بر روی سطح مواد
4. هالوژن دار کردن سطحی
5. رسوب دهی فیلم های آلی و غیر آلی بر روی سطح
گازهای یا مخلوط های گازی مورد استفاده برای عملیات های پلاسمایی پلیمرها، شامل نیتروژن، آرگون، اکسیژن، نیتروژن اکسید، هالوژن ها، تترافلئورومتان، آب و آمونیاک، می باشد. هر گاز موجب ایجاد یک عملیات سطحی متفاوت می شود. این مسئله باید مورد توجه قرار گیرد که اصلاح شیمی سطحی با استفاده از عمل اوری پلاسمایی می تواند سطوح پلیمری ایجاد کند که به طور کامل تر می شوند و یا به طور کامل تر نمی شوند. عملیات های پلاسمایی عدم ترشونده، عموماً شامل رسوب دهی گروه های شیمیایی فلئور دار و تولید محصولات پزشکی می باشد.
پلاسمای گازی یک گاز یونیزه ی فعال می باشد. تفاوت اصلی میان عملیات سطحی پلاسمایی با عملیات سطحی کرونا، طبیعت پلاسما و فشار عملیاتی پلاسما می باشد. با استفاده از روش عملیات پلاسمایی، یک گاز ورودی با فشار پایین بوسیله ی یک تخلیه ی فرکانس رادیویی و یا یک تهییج میکروویو، فعال می شود و با پلیمر موجود واکنش می دهد. عملیات پلاسمایی، موجب می شود تا تغییراتی در عمق لایه های مولکولی ایجاد شود. عموماً تنها زمان های عمل آوری بسیار کوتاه برای این کار، ضروری است. ابزارهای صنعتی برای عمل آوری پلاسمایی قطعات پیش از اتصال با چسب، موجود می باشد. به دلیل ضرورت ایجاد فشارهای پایین، یک محفظه ی شیشه ای و یا سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد. بنابراین، عمل آوری با پلاسما عموماٌ یک فرایند بچ می باشد. به هر حال، هزینه های بالا، موجب شده است تا استفاده از این فرایند محدود شود.
این اعتقاد وجود دارد که عمل آوری با پلاسما، سطوحی ایجاد می کند که دارای پایداری بیشتری نسبت به روش اچ، روش کرونا، روش شعله ای و یا سایر روش های متداول برای پلیمرها، هستند. قطعات عمل آوری شده با پلاسما، می توانند به مدت هفته ها و بیشتر در یک محل خشک و تمیز، نگهداری شوند. البته حرارت دیدن پلیمر در دمایی در نزدیکی دمای شیشه ای شدن پلاستیک، موجب می شود تا عملیات سطحی خراب شود. تنها عاملی که می تواند پس از اتصال دهی یک قطعه ی عمل آوری شده با پلاسما، بر روی خواص آن مؤثر باشد، عوامل محیطی می باشد.
با عملیات پلاسماییف ترشوندگی سطحی می تواند به سهولت افزایش یابد. این مسئله برای بسیاری از موادی ایجاد می شوند که اصلا خاصیت ترشوندگی ندارد (جدول 1). پلیمرهای خاص مانند پلی اولفین ها، در طی عملیات حرارتی، پیوند عرضی می دهند. برای مثال، پوسته ی سطحی پلی اتیلن نیز پیوند عرضی می دهند به نحوی که اگر قطعه در داخل یک صفحه ی گرم قرار داشته باشد، بخش داخلی به حالت مایع در می آید در حالی که پوسته هنوز به شکل جامد می باشد. عملکرد سایر پلیمرها، متفاوت می باشد. سایر پلیمرها نیز به شیوه ای متفاوت عمل می کند. پلیمرهای عمل آوری شده با پلاسما عموماً تشکیل اتصال های چسبنده ای می دهند که دو تا چهار برابر استحکام پلیمرهای بدون عمل آوری را دارا می باشند. جدول 2 اتصال پیوند را برای زیرلایه های پلیمری مختلف نشان می دهد که پیش از اتصال، با فرایند پلاسمای گازی عمل آوری شده و بوسیله ی چسب های اپوکسی یا یوریتانی به هم متصل شده اند.

سایر عملیات های سطحی فیزیکی برای پلیمرها

سایر عملیات های سطحی که برای پلیمرها گزارش شده اند، موجب افزایش چسبندگی پلیمرهای با انرژی سطحی پایین می شود. استحکام اتصال برخی از مواد می تواند بهبود یابد اگر سطوح موجود اچ شده باشند و یا در ساختار آنها، بافت ایجاد شده باشد. اچ با باریکه ی یونی بر روی سطوح فولادی، گرافیتی و سطوح فلئوروکربنی اعمال شده است. سطح منتج شده از سوزن هایی تشکیل شده است که موجب بهبود اتصال مکانیکی می شوند. این اتصال ها هم در حالت کششی و هم در حالت برشی نسبت به اتصال هایی که به صورت شیمیایی اچ شده اند، عملکرد بهتری دارند. یک مزیت اضافه در مورد عملیات باریکه ی یونی این است که اثر این عملیات با گذر زمان، کم نخواهد شد. عملیات های سطحی لیزری برای آماده سازی سطحی اجزای قالب پلی استر (SMC) مورد استفاده قرار گرفته اند. این قطعات با چسب اتصال یافته اند و در صنعت اتومبیل، مورد استفاده قرار گرفته اند. آماده سازی سطحی لیزری سطوح SMC از طریق مراحل زیر انجام می شود: حذف آلودگی های سطحی، حذف انتخابی فیلرهای کلسیم کربناتی از SMC و در نهایت، حذف رزین پلی استر از SMC.
تابش UV نیز به عنوان یک عملیات سطحی پیش از اتصال در برخی از پلاستیک ها، استفاده می شود. در اصل، این فرایند شامل اعمال یک محلول 5 % بنزوفنون بر روی سطح قطعات می باشد. این قطعات سپس با یک منبع فرابنفش عمل آوری می شوند. این مسئله موجب تغییرات شیمیایی در سطح پلیمر می شود که شامل افزایش در ترشوندگی و میزان پیوند عرضی است که موجب تقویت و بهبود برهمکنش های فیزیکی مورد نیاز برای چسب می شود. این احتمال وجود دارد که این فرایند موجب افزایش میزان تخریب سطح پلیمر شود و موجب شود تا سطح مناسب تری برای پیوند ایجاد گردد. این فرایند در اصل برای کاربردهای مربوط به رابر EPDM توسعه یافته است اما از این فرایند می توان برای پلی پروپیلن، پلی اتیلن و سایر مواد ترموست نیز استفاده شود.
پرایمرها به طور گسترده ای برای آماده سازی سطحی فلزات و ایجاد سطحی مناسب برای اتصال، استفاده می شوند. این گزارش شده است که سطوح پلیمری خاص مانند پلی اولفین ها، می توانند با استفاده از محلول های پرایمری همچون پلی اتیلن کلردار، اصلاح شوند. مکانیزم محتملی که بوسیله ی آن، این پرایمرها، کار می کنند، مکانیزم نفوذی در داخل پلاستیک و ایجاد سطوح کلرداری است که در هنگام ایجاد اتصال قطبی، در اتصال شرکت می کنند.
یک پرایمر فرمالدهید کریستالی در اصل موجب بهبود چسبندگی نایلون می شود. پرایمر ایزوسیانات موجب می شود تا چسبندگی مربوط به چسب های یوریتان و الاستومرهای بوتادین استایرن، بهبود یابد. برخی مواد مختلف مانند کمپلکس های فلزات انتقالی، تری فنیل فسفین و کبالت استیل استات پرایمرهای خوبی برای پلی اولفین هایی است که با چسب سیانواکریلاتی اتصال می یابند. در این موارد، استحکام اتصال اغلب بزرگتر از استحکام پلاستیک اولیه است.
عمیات های سطحی خاص
سطوح فلزی
این فهمیده شده است که روش های مربوط به عملیات سطحی فلزات، یک اتصال ساختاری با قابلیت تولید مجدد ایجاد می کند و موجب می شود تا اتصالی با عملکرد مناسب، تشکیل شود.
استاندارد ASTM D 2651 در مورد اقداماتی صحبت می کند که برای تأیید میزان مناسب اماده سازی سطح فلزی در اتصال های چسبی، ضروری می باشد. آماده سازی سطحی شامل آماده سازی سطحی آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای تیتانیم، مس و آلیاژهای مس می باشد. فرمولاسیون و رویه ی توصیف شده، بر اساس اقدامات تجاری است که بوسیله ی برخی آژانس ها و سازمان ها، تدوین شده است.
سطوح چسبندگی پلاستیک ها
عملیات های سطحی بسیاری وجود دارد که برای قطعات پلاستیکی، مورد استفاده قرار می گیرند. این عملیات ها، بوسیله ی تولیدکننده های رزین، تولیدکننده های قطعات مونتاژ شده و تولیدکننده های چسب، ارائه می شود. استاندارد ASTM D 2093 آماده سازی های سطحی برای سطوح پلاستیکی را توصیف می کند. جدول 3 یک مقایسه میان این عملیات های سطحی کلی را نشان می دهد. روش حلال و روش جوشکاری، روش هایی برای اتصال پلاستیک ها هستند که نیازمند تغییر شیمیایی سطح نیستند، اگر چه تمیزکاری و یا چربی زدایی در این روش ها، مورد نیاز می باشد. مواد پلاستیکی عموماً در ساختارهایی استفاده می شوند که در آنها نیاز به اتصال می باشد.
منبع:
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.