روش های آزمون استاندارد برای اتصال های چسبی و آب بندی (2)

عمر مفید

وقتی یک رزین پلیمری برای یک طول زمانی قابل توجه، ذخیره سازی شود، خواص فیزیکی و شیمیایی آن ممکن است تغییر کند که این مسئله بر روی کارایی چسب و یا ماده ی آب بندی، مؤثر است. عمر مفید عموماً به عنوان زمانی تعریف می شود که یک چسب و یا ماده ی آب بندی می تواند ذخیره سازی شود. البته شرایط نگهداری، معین و مشخص است و یک میزان مشخص از خواص ماده باید در پایان حفظ شود. استاندارد ASTM D 1337 روشی برای تعیین عمر مفید یک چسب یا ماده ی آب بندی، ارائه کرده است. تغییرات ایجاد شده در استحکام (ویسکوزیته) و یا استحکام پیوند بعد از دوره های زمانی مختلف و در دمای خاص، اندازه گیری می شود.
تمام مواد مورد آزمایش قرار گرفته برای تعیین عمر مفید، در یک محفظه ی بسته ذخیره سازی می شوند. ذخیره سازی در محفظه هایی انجام می شود که وقتی درب آنها باز می شود، رزین تحت رطوبت و اکسیژن قرار می گیرد. البته نحوه ی این کار به نوع رزین وابسته است و از این رو، عمر مفید می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد و خواص نهایی، به طور قابل توجهی، تغییر کند. بیشتر چسب ها و مواد آب بندی پلیمری دارای عمر مفیدی بیشتر از 6 ماه در دمای اتاق، هستند. به هر حال، برخی از چسب های یک جزئی، نیازمند ذخیره سازی در شرایط یخچال هستند تا بدین صورت، یک عمر مفید عملی از آنها بدست آید.
چسب ها و مواد آب بندی خاص ممکن است همچنین وقتی در دماهای پایین ذخیره سازی می شوند و یا وقتی تحت سیکل های یخ زدن و آب شدن، قرار می گیرند، عمر مفید کوتاهی داشته باشند. عموماً این چسب ها، بر پایه ی آب هستند اما مسائل مربوط به پایداری بعد از یخ زدن و آب شدن، موجب محدود شدن آنها نشده است. مقاومت در برابر سیکل های یخ زدگی و آب شدن و یا ذخیره سازی دما پایین با استفاده از روشی مشابه روش اندازه گیری عمر مفید انجام می شود. اگر چه یک چسب و یا ماده ی آب بندی ممکن است دارای خواص ذخیره سازی دما پایین خوبی داشته باشد، دمای این مواد باید پیش از مخلوط شدن و استفاده به دمای محیط برسد.

عمر کاری

عمر کاری یک چسب و یا ماده ی آب بندی، زمانی است که محصول برای استفاده، آماده می شود و در صورتی از این زمان بگذرد، دیگر چسب قابل استفاده نیست زیرا مکانیزم گیرش این مواد به گونه ای پیش می رود که محصول دیگر قابل استفاده نمی باشد. این ویژگی همچنین به عنوان عمر گلدانی (pot life) چسب، نامیده می شود. یک روش برای اندازه گیری عمر کاری از تغییر ویسکوزیته بهره می گیرد و در روش های دیگر، از استحکام برشی به عنوان معیاری برای تعیین تمام شدن عمر کاری چسب، استفاده می شود.
عمر کاری معمولاً به عنوان یک حجم از چسب یا ماده ی آب بندی تعیین می شود که در عمل مورد استفاده قرار می گیرند. حجمی از ماده که مورد بررسی و آزمون قرار می گیرد، در گزارش ارائه می شود که علت این مسئله این است که بسیاری از چسب ها و مواد آب بندی دارای عمر کاری هستند که به توده ی نمونه وابسته می باشد.
چسبندگی آنی به سطوح دیگر (Tack)
این خاصیت در واقع میزان چسبندگی چسب به یک سطح دیگر را نشان می دهد که در زمان تماس آنی با سطح، ایجاد می شود. برخی اوقات، چسبندگی آنی به سطوح دیگر، به عنوان استحکام خام (green strength) تعریف می شود. این استحکام و یا چسبندگی یک ویژگی بسیاری مهم در بسیاری از چسب های حساس به فشار و مواد آب بندی شکل دار می باشد.
ضخامت عموماً با استفاده از ماشین آزمون کشش و بلوک های آزمایش، تعیین می شود. این بلوک ها، به طور فوری و دقیقا پس از اعمال چسب، از هم جدا می شوند و بلوک ها به هم متصل می شوند. نتایج بر اساس psi گزارش می شود. ابزارهای مختلفی همچنین برای اندازه گیری چسبندگی آنی به سطوح دیگر توسعه داده شده اند. در جدول 1، روش های آزمون مختلف را که در این زمینه استفاده می شوند، آورده شده است.
سایر ویژگی های مهم مربوط به چسبندگی آنی به سطوح و مواد دیگر، عبارتند از:
• چسبندگی خشک و آنی به سطوح دیگر: این خاصیت برای برخی چسب های خاص می باشد.
• گستره ی چسبندگی آنی به سطح: زمانی که یک چسب، در یک شرایط چسبندگی باقی می ماند.

نرخ عمل آوری

چسب های ساختمانی عموماً نیازمند عمل آوری با استفاده از اعمال حرارت، افزودن یک کاتالیست، افزودن فشار و یا یک ترکیب از هر سه عامل می باشد. استحکام ایجاد شده در اتصال های چسبی در زمان های مختلف و در طی فرایند عمل آوری، ممکن است با استفاده از نمونه های استحکام برشی لبه روی لبه، اندازه گیری شود. این آزمون عموماً برای تعیین این مسئله مورد استفاده قرار می گیرد که یک چسب یا ماده ی آب بندی به طور کامل عمل آوری شوند و یا زمانی که سیستم به استحکام استفاده (handling strength) می رسد به نحوی که محصول مونتاژ شده، بتواند با دقت جابجا شود.
نرخ عمل آوری یک فاکتور مهم در زمانی است که هزینه وسایل و تجهیزات بالا باشد و یا نرخ تولید سریع مورد توجه باشد. این آزمون همچنین برای تعیین این مسئله مهم می باشد که آیا مکانیزم عمل آوری چسب و یا ماده ی آب بندی از یک لات به لات دیگر، متفاوت باشد و یا نه؟ و زمان فساد چه زمانی رخ می دهد. استاندارد ASTM D 1144 یک سری پیشنهادهای عملی برای تعیین نرخ استحکام پیوند ارائه کرده است.
همچنین چندین روش برای تعیین نرخ عمل آوری یک ماده ی بالک، وجود دارد. عموماً رویه های تجزیه و تحلیل وجود دارد که در بیشتر آزمایشگاه های مواد پلیمری متداول هستند. با این روش ها، خواص اساسی همچون اتلاف دی الکتریک، مکانیزم جذب انرژی و گرما زایی به عنوان تابعی از زمان و دما، اندازه گیری می شود.
زمان عمل آوری برای مواد آب بندی نیز مشابه با چسب ها، مهم می باشد. اغلب مواد آب بندی نیازمند این هستند که به صورت مانعی در برابر حرکت زیرلایه عمل کند. برای مثال، با استفاده از مواد آب بندی ساختمانی، این ممکن نیست که شرایط محیطی را به تأخیر بیندازیم حتی بعد از عمل آوری چسب. بنابراین زمان عمل اوری یک فاکتور مهم در انتخاب ماده ی آب بندی است. استاندارد ASTM C 679 یک روش برای تعیین زمانی ارائه کرده است که یک مکانیک می تواند با ماده ی آب بندی کار کند بدون آنکه ماده ی آب بندی شروع به پوسته ای شدن و یا جامد شدن، کند.

سختی

سختی یک چسب و یا ماده ی آب بندی ممکن است به عنوان شاخصی از میزان عمل آوری، در نظر گرفته شود. این سختی همچنین به عنوان یک عامل در بررسی کیفیت زیرلایه های خاص، استفاده می شود. سختی ممکن ات از چند روش اندازه گیری شود: مقاومت در برابر فرو رفتن یک عامل فرو رونده، بازگشتن به حالت اولیه و مقاومت در برابر خراش برداشتن و یا سایش. روش فرورونده، یک روش متداول در این زمینه می باشد.
چندین روش برای اندازه گیری سختی با فرورونده، وجود دارد ولی تفاوت آنها تنها در نوع ادوات و سری ها مورد استفاده می باشد. در اصل، این روش ها، تماماً اندازه ی حفره ای را بدست می آورند که با اعمال فرورونده ایجاد می شود. یک سختی سنج دورومتر (durometer) یک ابزار برای اندازه گیری سختی با استفاده از فشار دادن یک ابزار سوزنی شکل در داخل نمونه می باشد. دورومتر در چندین مقیاس وجود دارد و می توان از آن برای اندازه گیری سختی مواد الاستومری نرم نیز استفاده کرد. دو نوع از این دورومترها برای اندازه گیری مواد آب بندی و چسب های عمل آوری شده، مناسب هستند. این نوع ها، نوع شور A و نوع شور D نامیده می شوند. استاندارد ASTM C 661 یک روش برای اندازه گیری سختی با استفاده از روش فرورونده برای مواد آب بندی الاستومری، بیان کرده است.
مقادیر سختی پایین تر نسبت به موارد مورد انتظار، ممکن است نشانه ای از عمل آوری نامناسب و یا یک تغییر فرمولاسیونی در محصول باشد. این مسئله همچنین ممکن است شاخصی از به دام افتادن هوا در داخل چسب و ماده ی آب بندی و یا ایجاد واکنش های شیمیایی ناخواسته با محیط اطراف می باشد. سختی بالاتر نسبت به موارد مورد انتظار، نیز ممکن است شاخصی از عمل آوری بیش از اندازه باشد.
یک آزمون تعیین سختی ساده و با دقت کمتر که از سال های متمادی مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از آزمون فرورونده ی انگشتی است. در این روش یک سری در داخل پیوند چسب وارد میش شود و بدین وسیله می تواند سختی ماده را تشخیص داد.

میزان ماده ی جامد

میزان ماده ی جامد موجود در یک چسب یا ماده ی آب بندی باید مورد ارزیابی قرار گیرد و بدین صورت، خطاهای فرمولاسیونی و یا خطاهای دیگر، تخمین زده شود. مواد جامد می توانند هم اجزای فرار و هم اجزای جامد غیر فرار داشته باشند.
میزان مواد جامد غیر فرار معمولاً بوسیله ی توزین یک مقدار کوچک از ماده در یک محفظه ی تمیز، حرارت دهی و یا عمل آوری تا زمان خارج شدن تمام مواد فرار و سپس توزین مجدد، بدست می آید. نسبت مواد جامد ممکن است به عنوان نسبت وزن ها پیش و بعد از عمل اوری، تعریف شود. در واقع درصد این مواد جامد یک میزانی است از مقدار مواد فرار موجود در نمونه که در طی عمل اوری، خارج شده است. مواد فرار ممکن است حلال، آب و یا سایر افزودنی های مشابه باشند. استاندارد ASTM D 1489 یک روش آزمون برای تعیین میزان مواد غیر فرار موجود در چسب های مایع را بیان کرده است.
میزان مواد جامد یک میزانی از مواد غیر فرار است که در داخل فرمولاسیون، استفاده شده است. افزودن یک حلال می تواند موجب اصلاح ویسکوزیته ی چسب شود. اندازه گیری میزان مواد جامد عموماً یک اندازه گیری متداول در بیشتر چسب ها، می باشد.
آزمون خاکستر نیز در واقع یک معیار برای میزان کل مواد غیر آلی است که در داخل نمونه وجود دارد. در این آزمون، یک نمونه ی توزین شده، در داخل کوره ی مافلی قرار داده می شود و در دمایی در حدود 1000 فارنهایت، به مدت 30 دقیقه، حرارت دهی می شود تا به طور کامل پیرولیز شده و مواد آلی موجود در داخل آن، خارج شود. مواد موجود در خاکستر، عموماً از جنس پرکننده، مواد تقویت کننده و ... می باشد. استاندارد ASTM D 5040 یک روش برای اندازه گیری میزان خاکستر باقیمانده از سوختن چسب ها، ارائه کرده است. میزان خاکستر باقی مانده، در واقع تعیین کننده ی میزان پرکننده های غیر آلی است که در داخل چسب یا ماده ی آب بندی، وجود دارد. تولیدکننده ها می توانند با این آزمون میزان پرکننده را تغییر دهند و فرمولاسیون چسب را اصلاح کنند. غلظت های بالاتر از حلال و یا ماده ی آب بندی همچنین برای کاهش میزان هزینه های چسب و یا ماده ی آب بندی، در نظر گرفته می شود.
سطوح چسبندگی و سایر مواد مورد استفاده در فرایند اتصال
آزمون های مربوط به خواص اساسی همچنین به صورت متداول برای تعیین خواص زیرلایه و تعیین یک اثر و یا مشخصه برای یک لات مورد استفاده قرار می گیرد. در بسیاری از موارد، زیرلایه به عنوان یک عامل ثابت در نظر گرفته می شود که در کل عمر مفید محصول، ثابت و پا بر جاست. در عمل، به خاطر برخی موارد، زیرلایه ها نیز متحمل تغییر می شوند.
لایه های اکسیدی مختلف می توانند بر روی سطح این زیرلایه ها تشکیل شوند که این مسئله به شیمی سطحی و عمل اوری سطحی آنها پیش از چسباندن، وابسته می باشد. میزان تمیز بودن سطحی و زبری سطحی ممکن است همچنین بازده یک محصول را تغییر دهد.
برای زیرلایه های آلی، انواع مختلفی از تغییرات ممکن است ایجاد شود. زیرلایه های پلیمری ممکن است مدول خود را از دست بدهند که علت این مسئله، پیر شدگی، اتلاف پلاستیسایزر و یا ایجاد واکنش های شیمیایی پیوسته در داخل آنها می باشد. این زیرلایه ها ممکن است به دلیل تعییر در فرمولاسیون نیز دچار تغییر شوند. این تغییرات ممکن نیست به حدی زیاد باشد که موجب تغییر در خواص فیزیکی بالک ماده شود. بنابراین، این تغییرات ممکن است در نظر گرفته نشود زیرا در واقع اثر قابل توجهی بر روی خواص بالک ندارند. یک چنین اصلاح های انجام شده در زیرلایه می تواند منجر به تغییر قابل توجه در خواص سطحی ماده شود.
یک مورد که ممکن است مسئله ساز باشد، زیرلایه های الاستومری مانند رابرهای نیتریلی می باشند. عموماً استفاده کننده خواص قطعه ی رابری مانند استحکام فشاری، اکستروژن، سختی و سایر ویژگی های بالک را بررسی خواهد کرد. فروشنده می تواند هزاران فرمولاسیون را تولید کند که همگی این ویژگی ها را داشته باشند. در کار فرمولاسیون، فرد متخصص می تواند از میزان ناکافی پلاستیسایزر، استفاده کند و یا از توسعه دهنده ی کمتری بهره گیرد و یا از پرکننده های استفاده کند که خاصیت هیدروسکوپیک بیشتری داشته باشند. این تغییرات کوچک می تواند موجب تغییر در فرایند و فرمولاسیون زیرلایه شود. بنابراین، هر تغییری در فرمولاسیون زیرلایه و یا فرایند باید مورد بررسی قرار گیرد و اثر آن بر روی چسبندگی تعیین شود.
روش های آزمون مورد استفاده برای تعیین یکنواختی زیرلایه ها، متعدد هستند و از نوعی ماده به نوع دیگر، تغییر می کنند. عموماً این روش ها، همان روش های آزمونی هستند که برای شناسایی ماده و یا تعیین خواص فیزیکی آن، استفاده می شود. آزمون هایی که به طور متداول استفاده می شوند، عبارتند از آزمون سختی، استحکام کششی، مدول و ویژگی های سطحی مانند زبری و زاویه ی تماس اندازه گیری شده با استفاده از یک مایع استاندارد. اغلب یک آزمون مشابه با آزمون مواد غیر فرار که در بالا بدان اشاره شد، برای تعیین این مورد استفاده می شود که آیا ترکیب فرار در زیرلایه وجود دارد یا نه؟ میزان رطوبت داخلی پلیمرهای خاص مانند نایلون و پلی کربنات نیز بر روی چسبندگی اثرگذار هستند.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.