روش های آزمون استاندارد برای اتصال های چسبی و آب بندی (3)

آزمون های استاندارد برای اتصال های چسبی

آزمون های فیزیکی مربوط به اتصال های چسبی استاندارد روشی مهیا می کند که در آنها مقایسه ی مواد و فرایند های مورد استفاده، قابل انجام می شود. آزمون های استاندارد همچنین روشی برای بررسی میزان مناسب بودن فرایند اتصال مهیا می کند. روش های آزمون استاندارد همچنین در صورتی مفید هستند که قابلیت تکرارپذیری داشته باشند. این مهم است که نتایج مشابه بتوانند هم بوسیله ی تولیدکننده ی چسب و هم بوسیله ی استفاده کننده، بدست آید. این مهم است که نتایج قابلیت تکرارپذیری داشته باشند. در حقیقت، دقت و قابلیت تکرارپذیری مربوط به نتایج آزمون به شرایطی وابسته است که در آن، فرایند اتصال اجرا می شود. متغیرهای زیر باید به خوبی کنترل شوند:
1. عوامل تمیزی سطحی، اچ و خشک بودن سطح زیرلایه ها پیش از استفاده از چسب ها
2. زمان بین آماده سازی سطحی و استفاده از چسب و شرایط محیطی در این دوره. فاکتورهای اثرگذار در این حالت، عبارتند از: دما و درصد رطوبت. در واقع شرایط استاندارد اتمسفری عبارتست از: دمای 73.5 درجه ی فارنهایت و رطوبت نسبی 50 %.
3. رویه های کامل مربوط به مخلوط کردن چسب ها
4. شرایط و روش های مربوط به استفاده از چسب ها بر روی سطح زیرلایه
5. شرایط عمل آوری شامل فشار، دما و زمان سیکل عمل آوری. این مسئله باید مشخص شود که آیا دما در داخل خط چسب اندازه گیری شده است یا نه؟ دماهای جاهای مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است و این دما به محل اندازه گیری وابسته است. وقتی یک تولیدکننده ی چسب یک دما و زمان عمل اوری را پیشنهاد می دهد، این ترجیح داده می شود که شرایط واقعی بر طبق همین دما وزمان تدوین گردد.
6. تعیین رویه های مربوط به کار با نمونه ها بعد از عمل آوری و پیش از آزمون
7. نرخی که نمونه های در آزمون، بارگذاری می شوند. آزمون های پوسته ای شدن و آزمون ضربه مخصوصاً به سرعت انجام آزمون وابسته می باشند.
یک آزمون استاندارد معمولا منجر به نتایج و اندازه گیری هایی می شود که می توانند شامل نتایج مربوط به استحکام برشی – کششی، استحکام پوسته ای شدن و ... باشد. این مسئله نشان دهنده ی این است که تمام شرایط مربوطه و نتایج حاصله باید قابلیت تکرارپذیری داشته باشند. این مفید است که حالت شکست نمونه های مورد آزمایش، مورد ارزیابی قرار گیرد. یک آنالیز بر روی نوع و حالت شکست، نیز ابزاری ارزشمند برای تعیین عامل شکست یک ماده ی آب بندی و چسب می باشد. اتصال های شکسته شده، باید به صورت بصری مورد ارزیابی قرار گیرند و بدین صورت، علت وقوع این شکست ها، تعیین شود. یک توصیف در مورد حالت شکست به خودی خود نیز مفید است. هدف این کار در واقع کمک کردن به تشخیص بخش ضعیف در اتصال چسب می باشد. روش های آزمون استاندارد متعددی بوسیله ی متخصصین دولتی، صنعتی و دانشگاهی، تدوین شده است. بسیاری از این روش ها بوسیله ی انجمن ASTM تدوین شده اند (استانداردهای D14 برای چسب ها و D 24 برای مواد آب بندی می باشد). مرجع مربوط به استانداردهای مناسب، به گونه ای طراحی شده است که در صورت نیاز، آزمون های مختلف انجام می شود و در صورت نیاز، اصلاح های مربوطه به صورت یک ورژن جدید از استاندارد، گزارش می شود. چندین مورد از آزمون ها استاندارد متداول تر در این بخش مورد بررسی قرار خواهند گرفت. تغییرات متعددی برای کاربردهای خاص و یا برای مواد خاص، وجود دارد. در این توصیف ها، تمرکز در واقع بر روی یادگیری دلایل مربوط به انجام آزمون، روابط میان خواص مختلف چسب ها، مزیت ها و محدودیت های آزمون ها و تغییرات ممکنه یا برون یابی روش های آزمون می باشد. توصیف جزئی در مورد مکانیزم های آزمون در حد مینیمم می باشد زیرا آنها را می توان به سهولت به استانداردهای دیگر تبدیل کرد.

آزمون کشش

استحکام کششی یک اتصال چسبی، به ندرت بوسیله ی فروشنده، گزارش می شود زیرا تنش کششی خالص اغلب در محصولات واقعی ایجاد نخواهد شد. یک استثنا در مورد این مسئله، آزمون استحکام در اتصال های میان پوسته و هسته ی ساختارهای ساندویچی و لانه زنبوری است. به هر حال، آزمون کششی نه تنها به عنوان یک روش مناسب برای کنترل کیفیت چسب های فلزی و ساختارهای ساندویچی محسوب می شود، بلکه از این روش می توان در بدست آوردن داده های مربوط به کرنش کششی، مدول و استحکام چسب ها نیز استفاده کرد.
آزمون کششی بر طبق استاندارد ASTM D 897 به طور گسترده ای در اندازه گیری استحکام کششی اتصال های لبه به لبه ی موجود در نمونه های استوانه ای، استفاده می شود (شکل 1). استحکام کششی مربوط به این اتصال ها، به صورت ماکزیمم بار کششی تحمل شده بر واحد سطح تعریف می شود و با واحد psi بیان می شود. ناحیه ی اتصال سطح مقطع در این حالت، برابر یک اینچ مربع می باشد. نمونه با استفاده از دو چنگک، تحت نیرو قرار می گیرد به گونه ای که نیرو به صورت خطی بر نمونه اعمال شود. نمونه های تست کشش نیازمند ماشین کاری مکانیکی است تا بدین صورت اطمینان حاصل شود که سطوح موازی هم باشند. یک طراحی نمونه ی مشابه از ساختارهای ساندویچی استفاده می کند که در داخل یک نیم استوانه قرار دارد.
این طراحی به طور متداول برای اندازه گیری استحکام کششی چسب ها ایجاد شده بین دو ماده ی متفاوت، استفاده می شود. این روش، همچنین در صورتی مفید که سطوح چسبندگی نتوانند ماشین کاری شوند و به صورت شکل مورد مناسب برای دستگاه، در آیند. با برخی اصلاح های انجام شده بر روی ابعاد، آزمون کششی می توانند برای بررسی صفحات پوشیده شده از بخش های لانه زنبوری، مورد استفاده قرار گیرد (استاندارد ASTM C 297).
اگر چه روش آزمون کششی نوع مقطعی ابتدا برای بررسی اتصال های چوبی توسعه یافته است (شکل 2)، این روش می تواند برای بررسی سایر زیرلایه ها و حتی نمونه های لانه زنبوری نیز استفاده شود (شکل 2c). نحوه ی آماده سازی نمونه های لبه روی لبه ی مقطعی در استاندارد ASTM D 1344 بیان شده است. این روش آزمون در جاهایی مورد توجه است که ماشین کاری قابل توجه مطلوب نباشد و یا هزینه های آماده سازی نمونه ها بالا باشد. این بسیار مهم است که نمونه ها ضخیم باشند و صلبیت آنها به حدی باشد که در برابرخم شدن، مقاوم باشند. تنها با یک میزان متوسط از خمش، یک میزان بالایی از تغییرات ایجاد می شود و این نتایج قابل ثبت می باشد. از این روش، در بسیاری موارد استفاده می شود.
عموماً چسب های با مدول بالا دارای بالاترین استحکام کششی هستند. برای برخی از اتصال های چسب و سطح چسبندگی، یک رابطه ی معکوس میان ضخامت و استحکام کششی اتصال وجود دارد. در واقع این اتصال ها تا زمانی پا بر جا هستند که خط پیوند چسب، تهی نشود. اتصال های ضخیم تر دارای استحکام های پایین تری هستند زیرا نیروهای کلیواژ به سهولت و به دلیل بارگذاری های غیر محوری ، ایجاد می شوند.
آزمون های برشی در حالت لبه روی لبه
آزمون برشی لبه روی لبه و آزمون برشی- کششی استحکام مربوط به چسب در حالت برشی را اندازه گیری می کند. این روش، متداول ترین روش اندازه گیری خواص چسب هاست زیرا نمونه های این آزمون کم هزینه هستند و به سهولت ساخته می شوند و به سهولت تست انجام می شود. به هر حال، این سخت است که تنش های خمشی را در نمونه های اتصال برشی معمولی، مینیمم و یا حذف کرد. علت این مسئله، این است که آزمون برشی لبه روی لبه موجب می شود تا اتصال تا حدی پوسته ای شود و از این رو، مقادیر بدست آمده برای استحکام برشی لبه روی لبه ی چسب های اپوکسی، ممکن است بین 4000 تا 5000 psi باشد. این در حالی است که مقادیر مربوط به استحکام کششی بالک این ماده برابر با 12000 psiمی باشد.
روش های آزمون برشی لبه روی لبه در استاندارد ASTM 1002 گزارش شده است. نمونه های این آزمون در شکل 3 قابل مشاهده می باشد. این روش متداول ترین روش آزمون برشی برای چسب های ساختاری است. به هر حال، به دلیل توزیع تنش غیر یکنواخت در چسب ها که به دلیل پیکربندی اتصال ایجاد می شود، مقادیر استحکام شکست کمتر برای اهداف طراحی مهندسی استفاده می شود.
آزمون ها با کشیدن دو انتهای همپوشانی کننده در حالت کشش، انجام می شود و این کشش موجب می شود تا چسب در حالت برشی تحت نیرو قرار گیرد. از این رو، این آزمون به طور متداول آزمون کششی- برشی می نامند. از آنجایی که این آزمون برای نمونه های 5 تایی انجام می شود، نمونه ها را می توان ابتدا تهیه کرد و سپس به صورت شکل 3b برش داد.
عرض نمونه های برشی لبه روی لبه، عموماً یک اینچ است. طول پیشنهاد شده ی همپوشانی برای زیرلایه های فلزی 0.064 اینچ است. ضخامت نیز در حدود 0.5 اینچ می باشد. طول باید به گونه ای انتخاب شود که از نقطه ی تسلیم زیرلایه فراتر نرود. در نمونه های برشی لبه روی لبه، یک ضخامت بهینه ی چسب، وجود دارد. برای استحکام های پیوند ماکزیمم، ضخامت بهینه در چسب های با مدول مختلف تغییر می کند. این میزان برای چسب های با مدول بالا، برابر 2 مایل و برای چسب های با مدول پایین، در حدود 6 مایل است.
نمونه های برشی لبه روی لبه می توانند برای تعیین استحکام برشی مواد غیر مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این کار مشابه روشی انجام می شود که برای نمونه های کششی لایه ای، توضیح داده شد. مواد نازک و نسبتاً ضعیف مانند پلاستیک ها، رابرها یا پارچه نیز به صورت ساندویچی میان دو سطح قوی تر قرار داده می شود و مورد بررسی قرار می گیرد.
دو تغییر برای جلوگیریر از ایجاد نیروهای خمشی مورد استفاده قرار می گیرد که در واقع بر اساس استاندارد ASTM 1002 می باشد. در این استاندارد، نمونه های برشی لبه روی لبه ی لایه ای مورد استفاده قرار می گیرد که در شکل 4a نشان داده شده است (ASTM D 3165). همچنین نمونه های لبه روی لبه ی مضاعف نیز که بر طبق استاندارد ASTM D 3528 ساخته می شوند، در شکل 4b قابل مشاهده می باشد. این نمونه ها میزان خروج از مرکز کمتری دارند و از این رو، مقادیر استحکام حاصله از آنها تنها مربوط به همپوشانی می باشد. برای نمونه های مربوط به شکل 4a، اتصال همپوشانی کرده می تواند از برش اره ای زیرلایه های لایه ای بوجود آید. این فرایند اثرات چسب های اکسترود شده در لبه های اتصال را خنثی می کند. به عنوان یک نتیجه، تغییرات ایجاد شده و آماده سازی های سطحی کاهش می یابد.
آزمون فشاری- برشی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. استاندارد ASTM D 2182 یک هندسه ی ساده برای این آزمون پیشنهاد کرده است و همچنین دستگاه مورد نیاز را نیز توصیف کرده است.
طراحی آزمون برشی- فشاری همچنین موجب کاهش خمش می شود و بنابراین، پوسته ای شدن لبه ها، اتفاق نمی افتد. مقادیر استحکام واقعی تر و بالاتر در مورد نمونه های برشی – فشاری مشاهده می شود.
منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.