طبقه بندی چسب ها (1)

مقدمه

انواع مختلفی از چسب های تجاری وجود دارد که می توان آنها را برای کاربردهای مختلف، انتخاب کرد. همچنین یک تعداد نامحدود از چسب ها وجود دارد که برای محصولات مهندسی استفاده می شوند. این جایگزین های مخلتف، موجب شوند تا انتخاب یک سیستم چسب مناسب مشکل باشد.
این مقاله به شما در انتخاب چسب کمک می کند. در این مقاله، روش مورد استفاده در شناسایی چسب ها، گفته شده است. طبقه بندی های مورد استفاده عموماً در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.

اساس طبقه بندی

چسب ها به شیوه های مختلفی طبقه بندی می شوند. همچنین می تواند سطوح سلسله مراتبی متعددی در این طبقه بندی ها مشاهده گردد. شاید گسترده ترین روش طبقه بندی، طبقه بندی یک چسب بر اساس مواد تشکیل دهنده باشد. این مواد می توانند مصنوعی و یا طبیعی باشند. چسب های مصنوعی از مواد مصنوعی مانند پلیمرها، تولید می شوند. چسب های طبیعی از مواد طبیعی مانند محصولات فرعی حیوانات و محصولات کشاورزی، تولید می شوند.
بسیاری از چسب ها از پلیمرهای آلی تولید می شوند. همچنین سیستم های چسبی وجود دارد که دارای منشأ معدنی هستند. قدیمی ترین پلیمر مورد استفاده در تولید چسب ها، دارای منشأ طبیعی می باشد. چسب های طبیعی اغلب دارای خواص پست تری نسبت به پلیمرهای مصنوعی هستند زیرا استحکام آنها نسبت به چسب های مصنوعی کمتر است. به هر حال، در بسیاری از کاربردها، مانند اتصال یک کاغذ و یا چوب به هم دیگر، چسب های طبیعی بازار بزرگی پیدا کرده اند زیرا این مواد در طبیعت تجزیه می شوند. سیستم های چسب اپوکسی مدرن، یوریتانی، اکریلیکی و سایر سیستم های چسب مشابه که در کاربردهای ساختمانی استفاده می شوند، از پلیمرهای مصنوعی ساخته شده اند.
طبقه بندی چسب ها به چسب های مصنوعی و طبیعی معمولاً برای بسیاری از اهداف عملی، بسیار گسترده و کلی است. صنعت از چندین روش متداول برای طبقه بندی چسب ها استفاده کرده است تا بدین صورت، اهداف مورد نظر آنها، برطرف شود. این طبقه بندی بر پایه ی موارد زیر انجام می شود:
• عملکرد
• ترکیب شیمیایی
• حالت استفاده و یا واکنش
• شکل فیزیکی
• قیمت
• استفاده ی نهایی
تمام این طبقه بندی ها، تا حدی هم پوشانی نیز دارند.

عملکرد

طبقه بندی بر اساس عملکرد، چسب ها را به صورت چسب های ساختاری و غیر ساختاری، طبقه بندی می کند. چسب های ساختاری موادی هستند که دارای استحکام و کارایی بالایی هستند. عموماً چسب های ساختاری به عنوان آن دسته از چسب ها تعریف می شوند که استحکام برشی آنها از 1000 psi بیشتر است و مقاومت آنها در برابر محیط های عملیاتی، قابل توجه است. عملکرد اصلی آنها، نگه داشتن ساختار در کنار هم است و موجب می شود تا مقاومت بالایی در برابر بارگذاری ایجاد شود، بدون آنکه تغییر شکلی در انها ایجاد گردد. عموما چسب های ساختاری در طی عمر مفید خود، کارایی خود را از دست نمی دهند.
به طور عکس، این نیاز نیست که چسب های غیر ساختاری در برابر بارهای قابل توجهی، مقاومت کنند و در حقیقت این چسب ها برای اتصال مواد سبک در جای خودشان، مناسب هستند. چسب های غیر ساختاری تحت بارگذاری متوسط متحمل خزش می شوند و اغلب در دراز مدت، تحت عوامل محیطی، تخریب می شوند. این چسب ها، اغلب برای اتصال کوتاه مدت و موقت دو تکه از یک ماده، استفاده می شوند. چسب های غیر ساختاری اغلب به نام چسب های نگهدارنده نیز تعریف می شوند. چسب های حساس به فشار، چسب های ذوبی، چسب های با حلال آب مثال هایی از چسب های غیر ساختاری هستند زیرا آنها دارای استحکام برشی پایین، خزش بالا و مقاومت در برابر عوامل شیمیایی و دمایی پایین هستند. به هر حال، در برخی اوقات، این چسب ها، می توانند به صورت طولانی مدت نیز مورد استفاده قرار گیرند. این مسئله به محیط اطراف بستگی دارد.
چسب های غیر ساختاری برخی اوقات به همراه اتصال های مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند. در این کاربردها، اتصال چسب به عنوان یک اتصال ثانویه، در نظر گرفته می شود. استفاده از یک چسب غیر ساختاری به همراه یک اتصال مکانیکی، ممکن است اجازه دهد تا تعداد اتصال مکانیکی مورد نیاز، کاهش یابد و علاوه بر آن، عملکردهای دیگری همچون ضربه گیری، عایق کاری و آب بندی نیز در این اتصال ها، ایجاد گردد.

ترکیب شیمیایی

طبقه بندی چسب ها بر اساس ترکیب شیمیایی، چسب های زیادی را طبقه بندی کرده است، خواه چسب های ترموست و خواه ترموپلاست، الاستومری یا آلیاژهایی از آنها. در جدول 1 طبقه بندی چسب ها، آورده شده است. این طبقه بندی بر اساس ترکیب شیمیایی می باشد. در واقع در این جدول طبقه بندی های اپوکسی، یوریتانی، نئوپرنی و سیانواکریلاتی، مشاهده می شود.

چسب های ترموست

چسب های ترموست موادی هستند که با حرارت دهی مجدد و تکراری، ذوب نمی شوند. در واقع پس از عمل آوری اولیه ی انها، دیگر امکان ذوب آنها، وجود ندارد. در زمان عمل آوری، پیوندهای عرضی در ساختار این پلیمرها، ایجاد می شود. مواد ترموست موجب تشکیل مواد نامحلولی می شود که قابلیت ذوب شدن مجدد را ندارند. این چسب ها، عموماً با حرارت دهی و رسیدن دما به یک میزان مشخص، تخریب می شوند که علت این تخریب، اکسیداسیون و یا تخریب زنجیره های مولکولی می باشد.
سیستم های چسب ترموست بوسیله ی یک واکنش غیر بازگشت پذیر در دمای اتاق و یا دمای بالا انجام می شود. شرایط عمل آوری، به نوع چسب، وابسته است. این واکنش شیمیایی اغلب به نام ایجاد پیوند عرضی، معروف است. ایجاد پیوند عرضی که در فرایند عمل آوری اتفاق می افتد، در حقیقت به معنای اتصال دو زنجیره ی پلیمری از سمت عرض آنها و ایجاد ساختارهای شیمیایی سه بعدی می باشد. یک ساختار با پیوند عرضی در شکل 1 نشان داده شده است. ایجاد پیوند عرضی معمولاً بوسیله ی واکنش های شیمیایی انجام می شود. برخی از این واکنش ها، برای شروع و ادامه، نیازمند به حرارت هستند. برخی دیگر از این واکنش ها نیز در دمای اتاق انجام می شوند. با استفاده از چسب های عمل اوری شده در دمای اتاق، این دمای حاصل از واکنش است که موجب پیشرفت واکنش می شود. فشار قابل توجه ممکن است همچنین برای ایجاد اتصال های با چسب های ترموست، مورد نیاز باشد. این در حالی است که در برخی دیگر از چسب ها، اتصال قوی تنها با اعمال یک فشار متوسط ایجاد می شود.
چسب های ترموست را برخی اوقات در یک محیط حلال ایجاد می کنند تا بدین صورت اعمال آنها با برس و اسپری، تسهیل شود. به هر حال، برخی از انواع آنها وجود دارند که عاری از حلال هستند و به صورت جامد و یا خمیری شکل، اعمال می شوند. چسب های اپوکسی و یوریتانی، مثال هایی از چسب های ترموست می باشند.
چسب های ترموست ممکن است به صورت سیست های تک جزئی و یا دو جزئی، به فروش برسند. سیستم های چند بخشی دارای اجزای واکنش پذیر مجزا هستند. وقتی این اجزا با هم مخلوط می شوند، واکنش انجام می شود و چسب سخت می شود. وقتی اجزای چسب مخلوط می شوند، عمر کاری محدود می باشد. سیستم های تک جزئی نیز به گونه ای هستند که تمام اجزای واکنش در یک محصول قرار دارند. عموماً سیستم های چسب تک جزئی نیازمند دماهای بالا برای عمل آوری هستند. عمر ذخیره سازی آنها محدود می باشد و اغلب نیازمند نگهداری آنها در یخچال هستیم. سیستم های ترموست تک جزئی وجود دارد که در دمای اتاق، عمل آوری می شوند. در حقیقت، عمل آوری آنها پس از انجام واکنش شیمیایی آنها با رطوبت موجود در هوا، انجام می شود. برخی دیگر از این پلیمرها، با استفاده از تابش فرابنفش و یا سایر تابش ها، عمل آوری می شوند.
به دلیل اینکه مولکول های رزین های ترموست حاوی پیوندهای عرضی متراکمی هستند، مقاومت آنها در برابر حرارت و حلال های دیگر، فوق العاده است. این محصولات تحت بارگذاری در دماهای بالا، تغییر شکل الاستومری پایینی دارند. به عنوان یک نتیجه، بیشتر چسب های ساختاری تمایل دارند تا با آن دسته از رزین های پلیمری، فرموله شوند که دارای ساختار مولکولی ترموست هستند.
چسب های ترموپلاست
تفاوت چسب های ترموپلاست نسبت به چسب های ترموست، این است که ترموپلاست نیازمند عمل اوری یا حرارت دهی ندارد. ترموپلاست ها عموماً پلیمرهایی هستند که با حرارت دادن، ذوب می شوند. ساختار مولکولی آنها یا به صورت شاخه ای و یا شاخه دار می باشد (شکل 1).
از آنجایی که مولکول های ترموپلاست نیازمند عمل اوری و ایجاد پیوند عرضی نیستند، آنها با اعمال دوباره حرارت، نرم می شوند. این مسئله حتی پس از اعمال چسب بر روی زیرلایه، نیز ایجاد می شود. اعمال حرارت برای ذوب این چسب ها، ضروری می باشد. وقتی این چسب ها در حالت ذوبی بر روی زیرلایه اعمال می شوند، قطعات فیت شده و پس از سرد کردن، چسب حالت جامد پیدا می کند. چسب های ذوبی که در صنعت بسته بندی کاربرد دارند، مثالی از این مواد می باشد که در حالت مذاب، اعمال می شوند.
ترموپلاست ها، می توانند همچنین در حلال حل شوند و یک محصول سیال ایجاد شود که پس از اعمال، با تبخیر حلال، به حالت جامد تبدیل می شوند. چسب های ترموپلاست همچنین می توانند در داخل آب پراکنده سازی شوند مانند لاتکس ها. این محصولات، با تبخیر آب، سخت می شوند. چسب چوب، یک چسب متداول در کاربردهای منزل می باشد که در واقع، یک رزین ترموپلاست است که در آب پراکنده سازی شده است، مشابه با یک لاتکس و یا یک امولسیون. این چسب ها، بوسیله ی تبخیر آب و متراکم شدن رزین، و ایجاد یک لایه ی سطحی، سخت می شوند.
چسب های ترموپلاست همچنین پیش از چسباندن سطوح، بر روی سطوح اعمال می شود تا بدین صورت، فعالیت سطوح برای انجام فرایند چسباندن ثانویه، از بین نرود. برخی از چسب های ترموپلاست، دارای ویژگی پوشانندگی خوبی هستند و با همین ویژگی در بازار بفروش می رسند. شناخته ترین مثال از چسب های فعال سازی شده با رطوبت، چسب های پاکت نامه هستند که پس از مرطوب شدن، چسبنده می شوند و سیالیت پیدا می کنند. وقتی رطوبت این چسب ها، خارج می شود، پیوند ایجاد می گردد.
چسب های ترموپلاست دارای دمای عملیاتی محدودتری نسبت به انواع ترموست هستند. اگر چه برخی از چسب های ترموپلاست دارای استحکام برشی- کششی استثنایی در دماهای متوسط هستند. این چسب ها پیوند عرضی ایجاد نکرده اند و تحت بارگذاری در دماهای پایین، تمایل به خزش دارند. این خزش و تغییر شکل طولانی مدت تحت بارگذاری، می تواند در دمای اتاق و یا در دماهای پایین تر، رخ دهد. این مسئله به نوع چسب، وابسته می باشد. خزش طولانی مدت اغلب ویژگی است که از استفاده از این چسب ها در کاربردهای ساختاری، جلوگیری می کند. چسب های ترموپلاست همچنین مقاومت بالایی در برابر حلال ها و مواد شیمیایی ندارند، برخلاف چسب های ترموست.
چسب های الاستومری
به دلیل اینکه چسب های الاستومری دارای ویژگی های رئولوژیکی خوبی هستند، آنها دارای گروه بندی منحصربفرد هستند. چسب های الاستومری بر اساس پلیمرهای الاستومری مصنوعی و طبیعی تولید می شوند که دارای تافنس بالا و ازدیاد طول قابل توجهی هستند. این چسب ها از رزین های پلیمری تشکیل شده اند که قادر به تحمل نیروهای کششی و فشاری قابل توجهی می باشند. این مواد پس از حذف بار اعمالی، به ابعاد خود باز می گردند. به عنوان یک نتیجه، چسب های الاستومری دارای ویژگی جذب انرژی بالایی هستند و استحکام آنها در طراحی های اتصالی بالاست که دارای بارگذاری غیر یکنواخت می باشند. چسب های الاستومری ممکن است ترموست و یا ترموپلاست باشند. نوع ترموست می تواند در کاربردهای ساختاری خاص مورد استفاده قرار گیرد.
چسب های الاستومری ممکن است به صورت محلول های حاوی حلال، محلول های آبی، خمیرهای حساس به فشار و مایع های چند جزئی بدون حلال مایع و یا خمیر، تولید شوند. الزامات و روش های عمل آوری این محصولات، به نوع رزین الاستومری مورد استفاده در فرمولاسیون چسب، وابسته می باشد.
چسب های الاستومری می توانند برای انواع مختلفی از کاربردها، فرموله شوند. به دلیل اینکه الاستومرها، مواد با خاصیت ویسکوالاستیک بالایی هستند، آنها میزان ازدیاد طول بالا، مدول پایین و تافنس بالایی دارند. این مسئله موجب می شود تا این چسب ها مقاومت به پوسته ای شدن بالایی داشته باشند و انعطاف پذیری آنها نیز قابل توجه باشد. الاستومرهای متداولی که در چسب ها، استفاده می شوند، در مواد آب بندی، ضربه گیرها و کاهنده های صدا نیز کاربرد دارند.

چسب های هیبریدی

ترکیب چسب ها در واقع با مخلوط کردن مواد ترموست و ترموپلاست و یا رزین های الاستومری در یک فرمولاسیون منفرد از چسب، ایجاد می شود. هیبریدها در حقیقت به منظور ترکیب خواص مطلوب هر کدام از اجزا، ایجاد می شوند. معمولاً رزین های صلب و مقاوم در برابر دماهای بالا، با انواع مختلف الاستومرهای انعطاف پذیر و با تافنس بالا ترکیب می شوند و چسب های هیبریدی تولید می شوند. به هر حال، تلاش های اولیه به منظور ترکیب مواد مختلف، موجب تولید چسب هایی شده است که هیچگاه بهتر از اجزای اولیه ی خود نبودند. خواص دما بالای رزین های پایه همواره بوسیله ی افزودن افزودنی های انعطاف پذیر، افت می کرد.
روشی جدید برای فایق آمدن بر شکست ترد، در واقع استفاده از فرمولاسیون چسب هایی ات که با مخلوط کردن رزین های انعطاف پذیر در داخل رزینی دیگر، تولید می شدند. بنابراین، نیتریل- فنولیک، اپوکسی- پلی سولفید و سایر رزین های ترکیبی تولید شدند و توانستند تافنس و ویژگی های ارتجاعی خوبی ایجاد کنند. یکی از محدودیت های این سیستم ها، این است که جزء الاستومری آن، معمولاً دارای دمای شیشه ای شدن پایین تری است و در دماهای بالا تخریب می شود. این آمیزه های آلیاژی هنوز هم کاربردهای خوبی در صنایعی همچون هوافضا دارند. برخی از سیستم های مایع یک جزئی و یا چند جزئی، نیز امروزه، موجود می باشند.
بیشتر سیستم های چسب هیبریدی پیشرفته به منظور بهبود استحکام پوسته ای شدن و افزایش تافنس رزین های ترموست توسعه یافته اند، بدون آنکه خواص دمای بالای این ترموست ها، افت کند. این سیستم ها، عبارتند از:
1. هیبریدهای رآکتیو که دارای دو جزء مایع می باشند و این دو جزء با هم واکنش می دهند.
2. هیبریدهای فاز پراکنده سازی شدده که در واقع در آنها، محیط انعطاف پذیر با ذرات معلق موجود در رزین زمینه، واکنش می دهد.
در مورد سیستم های هیبرید رآکتیو، رزین انعطاف پذیر با رزین پایه واکنش می دهد و یک انعطاف پذیری و تافنس بالا، بدون کاهش قابل توجه در سایر خواص، ایجاد می گردد. یک مثال نمونه وار در مورد این سیستم ها، چسب های اپوکسی- یوریتانی می باشند. یکی دیگر از روش های افزایش تافنس، ایجاد ریزساختارهای خاص در داخل چسب ها، می باشد. این ریزساختار حاوی ناپیوستگی های فیزیکی است اما از لحاظ شیمیایی، فاازهای الاستومری با پیوند داخلی در آنها یافت می شود (شکل 2). پلیمرهای وینیلی و اکریلونیتریل بوتادین کربوکسیله شده (CTBN) می توانند در داخل فازهای اپوکسی و یا فاز رزین اکریلیکی، پراکنده سازی شوند. این سیستم های چسب هیبریدی، دارای استحکام پوسته ای شدن، استحکام ضربه و استحکام برشی بالایی هستند بدون آنکه در دماهای بالا مشکلی در آنها ایجاد گردد و یا خواص مقاومت شیمیایی آنها، افت کند. آنها همچنین تمایل دارند تا به خوبی بر روی زیرلایه های روغنی، بچسبند. این اعتقاد وجود دارد که روغن موجود برروی این زیرلایه ها، در داخل فرمولاسیون جذب می شود و انعطاف پذیری به میزان بیشتری افزایش می یابد.
منبع:
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.