مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

فرمولاسیون چسب ها

مقدار مواد مورد استفاده در فرمولاسیون چسب ها، به طور قابل توجهی منتشر نشده است. تعداد اندکی از کتاب ها وجود دارد که اطلاعات مربوط به فرمول چسب ها و مواد آب بندی را ارائه داده اند. بیشتر اطلاعات موجود، در مورد روش آماده سازی و خواص منتج شده، می باشد. اطلاعات اساسی اندکی در مورد نحوه ی انتخاب مواد بوسیله ی متخصصین فرمولاسیون، وجود دارد.
اطلاعات ارزنده ای می تواند از بررسی متونی بدست آید که بوسیله ی فروشنده ها ارائه می شود. این افراد اغلب فرمولاسیون غیر اختصاصی را استفاده می کنند که در آنها، از مواد خودشان، بهره گرفته اند. علاوه بر این، اطلاعات مشابهی می تواند با مطالعه ی مقالات و نشریات مربوطه، بدست آید.
توصیف زیر در مورد تکنولوژی فرموله کردن چسب ها، تنها به خواننده آگاهی عمومی در مورد فرصت هایی می دهد که در پیش روی فرد فرموله کننده ی چسب، وجود دارد. تعداد امکانات و مواردی که می تواند در آنها ابداع انجام داد، بی پایان است. به هر حال، تلاش های فرمولاسیون از طریق آموزش و تجربه بدست می آید. فرمولاسیون این چسب ها، از طریق دانستن این مسئله انجام می شود که مواد بر اساس ساگارپذیری شان، و همچنین الزامات نهایی، انتخاب شوند. دانستن نحوه ی استفاده از این مواد با همدیگر، موجب می شود تا یک فرمولاسیون کارا ایجاد شود.
چسب های مدرن فرمولاسیون بسیار پیچیده ای دارند که این فرمولاسیون بر پایه ی ترکیب شیمیایی و ویژگی های عمل آوری می باشد به نحوی که یک اتصال عملی، ایجاد گردد. در این فرمولاسیون، رزین های پلیمری به همراه سیستم های سخت کننده ی خاص ممکن است مورد استفاده قرار گیرند تا بدین صورت، یک چسبندگی مناسب، بدون هیچگونه مشکلی، ایجاد شوند. استفاده از رزین های پلیمری عمل آوری نشده و خالص به عنوان چسب، این مشکل را می تواند به همراه داشته باشد که رزین جریان می یابد، مخصوصا در زمان عمل آوری. این نتایج، موجب می شود تا سطح چسبندگی غیر یکنواخت گردد. گستره ی دمایی رزین های خالص محدود می باشد و ضریب انبساط آن بالاست، از این رو، ویسکوزیته ممکن است به اندازه ای پایین نباشد که موجب ایجاد ترشوندگی کامل شود. در این حالت نرخ شرینکیج نیز ممکن است بسیار بالا باشد و مقاومت در برابر پوسته ای شدن نیز افت کند. از طریق فرموله کردن و یا اصلاح با سایر مواد، این ویژگی ها ممکن است به صورت انتخابی، اصلاح گردد. این کارها از طریق آزمون و خطای فرد فرموله کننده، انجام می شود.

کنترل جریان

کنترل جریان، یک بخش مهم از فرایند فرمولاسیون چسب ها، می باشد. اگر چسب ها پیش و حین عمل آوری، گرایش به روان شدن داشته باشند، سپس این ریسک محتمل است که اتصال نهایی در برخی بخش ها، عاری از چسب باشد. اگر جریان چسب، تنها نیازمند استفاده از میزان قابل توجهی نیروی خارجی باشد، سپس این ریسک ایجاد می شود که هوا در داخل سطح مشترک چسب و زیرلایه، به دام افتد. این فاکتورها، می تواند منجر به ایجاد ناحیه ی تمرکز تنش در اتصال شوند و در نهایت، موجب افت استحکام نهایی گردد.
ویژگی های سیالیت می تواند با استفاده از مواد پرکننده اصلاح گردد. همچنین استفاده از نوارهای بافته و یا استری نیز یک روش دیگر برای کنترل ویژگی های سیالیت چسب هاست. تمام این گزینه ها، به تنها و یا به همراه سایر گزینه ها، پیش روی متخصص فرمولاسیون است.
عموماً پرکننده ها برای کنترل ویسکوزیته ی چسب ها و تنظیم خواص دیگر آنها، استفاده می شود. نوع و میزان این پرکننده ها به نحوی انتخاب می شود که ضخامت چسب ایجاد شده بر روی سطح در طی عمل آوری، در حد مطلوبی باشد. معمولاً هدف این است که یک ضخامت بین 2 تا 10 میل از چسب، بر روی سطح ایجاد شود. البته باید ملاحظات خوبی در زمینه ی دمای عمل آوری، در نظر گرفته شود. ویسکوزیته ی چسب های فرموله شده، می تواند به طور قابل توجهی در دماهای بالا، کاهش یابد. مگر آنکه طراحی به صورت شیاردار باشد، وگرنه، بیشتر چسب می تواند سیلان یابد و پیش از عمل آوری، خارج شود.
خمیرهای چسب تیکسوتروپ می توانند به گونه ای فرموله شوند که در طی عمل اوری و حتی در دماهای بالا، سیلان نمی یابند. چسب های تیکسوتروپ، برای اتصال بخش هایی مفید است که نیاز به استحکام متوسط می باشد. افزودن آزبست موجب می شود تا فرمولاسیون های تیکسوتروپ جالبی ایجاد شود، اما به دلیل مشکلات سلامتی و مقررات محیط زیستی، استفاده از این ماده، به شدت محدود شده است. امروزه، سیلیکا فوم، کلسیم کربنات رسوب داده شده، رس های خاص و سلولز و سایر الیاف مشابه موجب پدید آمدن خاصیت تیکسوتروپ می شوند. جدول 1 نشاندهنده ی فرمولاسیون چسب های اپوکسی با خاصیت تیکسوتروپی است و نتایج حاصل از مخلوط سازی آن با سیلیکا فوم و الیاف سلولز (RT) نیز در این جدول آورده شده است.

الیاف و نمدهای شیشه ای، نایلونی، پلی استری و پنبه ای به عنوان حامل در سیستم های چسب نواری و لایه ای، استفاده می شود. علاوه بر خاصیت تقویت کنندگی این مواد، توزیع تنش در داخل اتصال موجب می شود تا یک ساختار محکم ایجاد شود به نحوی که اتصال ایجاد شده، نمی تواند نازک تر از یک حد مشخص شود. تنها یک فشار اعمال می شود و بوسیله ی این فشار، چسب سیلان می یابد به نحوی که الیاف به سطح می چسبند و به خوبی اتصال می یابند. میکروبالون های شیشه یا پلیمری نیز به صورت مستقیم به فرمولاسوین چسب، اضافه می شوند تا همین ویژگی را ایجاد کند. در این روش، قطر میکروبالن ها، برای تعیین ضخامت خط چسب، استفاده می شود. یکی دیگر از گزینه ها، طراحی محافظ های مکانیکی در اتصال می باشد. قطعات مجهز به لبه ها و انحناهای خاصی است که موجب می شود چسب نتواند از ناحیه ی اتصال، فرار کند. در این حالت، همواره یک ضخامت مناسب از چسب در اتصال، وجود دارد.
در موارد خاص، این ضروری است که فرموله کننده ی چسب، ویسکوزیته ی چسب را کاهش دهد و بدین صورت ، موجب شود تا ویژگی های چسبندگی بهترین حاصل گردد. ترشوندگی که در واقع با اندازه گیری زاویه ی تماس چسب و سطح خاص، بدست می آید، بوسیله ی ویسکوزیته ی چسب، تحت تأثیر قرار نمی گیرد. به هر حال، میزان ترشوندگی و سهولت این ترشوندگی سطحی و پر کردن حفرات و دره های سطحی، بر روی عملکرد ویسکوزیته اثر دارد. چسب های با ویسکوزیته ی بالا نیازمند زمان مناسبی می باشند تا بتوانند سطح زیرلایه را به طور کامل تر کنند.
سرعت ترشوندگی می تواند با افزایش تینرهای رآکتیو یا غیر راکتیو به سیستم، بهبود یابد. تینرها، رزین های مایعی هستند که معمولاً موجب کاهش ویسکوزیته ی سیستم چسب می شوند و موجب می شوند تا یک لایه ی نازک از چسب بر روی سطح، ایجاد شود. تینرهای مورد استفاده باید با رزین پایه تطابق داشته باشند و ویژگی ترشوندگی ذاتی چسب را از بین نبرند. تینرها موجب کاهش ویسکوزیته و در نهایت زمان مورد نیاز برای ترکردن زیرلایه بوسیله ی چسب، می شوند. ویسکوزیته ی کاهش یافته همچنین موجب حذف حباب های به دام افتاده در داخل چسب می شوند و به دلیل افزایش خاصیت مویینگی، حفرات و سوراخ های زیرلایه با چسب، پر می شود. به هر حال، افزودن تینرها، مخصوصاً رزین های مایع غیر رآکتیو، معمولاً منجر به کاهش دانسیته ی پیوندهای عرضی می شوند و بدین صورت، موجب افزایش استحکام دما بالا و مقاومت چسب در برابر محیط زیست می شودد.
حلال ها می توانند همچنین برای کاهش ویسکوزیته ی چسب ها و افزایش سرعت ترکنندگی انها مورد استفاده قرار گیرد.

گستره ی دمای استفاده

اغلب متخصصین فرمولاسیون چسب ها، یک فرمولاسیون را ارائه می دهند که هم در مقابل دماهای پایین و هم در مقابل دماهای بالایی مقاومت داشته باشد که چسب، در حین سرویس دهی، با آن روبروست. در این موارد، سبک و سنگین کردن با چالش های بزرگی روبروست. این مشکل است که یک مقاومت در دمای بالا ایجاد شود، بدون آنکه سیستم در دمای بالا عمل آوری شود. بنابراین، برخی مزیت های فرایندی خاصی که در حین عمل آوری در دماهای معمولی ایجاد می شود، در صورت نیاز به وجود مقاومت دمایی بالا، افت می کند. چسب های مقاوم در برابر دمای بالا، عموماً ترد هستند و استحکام پوسته ای شدن انها، پایین است. توسعه ی یک فرمولاسیون چسبی که دارای استحکام دما بالا باشد و همچنین مقاومت پوسته ای شدن آن مطلوب است، یک کار ابتکاری است. با ورود برخی از سیستم های هیبریدی اصلاح شده و الاستومری، این هدف تا حدودی محقق شده است.
برخی اوقات، این ضروری است که فرمولاسیونی را مهیا کنیم که هم در دمای بالا و هم دمای پایین، مقاومت خوبی از خود نشان دهد. کاشی های گرمایی شاتل فضایی ناسا، یکی از این مثال هاست. در این کاربرد، چسب های بر پایه ی الاستومرهای سیلیکونی مورد استفاده قرار می گیرند. استحکام برشی این چسب ها به خوبی استحکام برشی چسب های اپوکسی نیست و به دلیل اینکه در این کاربرد، نیاز به استحکام برشی قابل توجهی نیست، سبک و سنگین کردن بین استحکام پوسته ای شدن و مقاومت دما پایین و دما بالا می باشد.
افزایش دهنده های انعطاف پذیری می توانند موجب کاهش دمای حالت شیشه ای شدن شوند و موجب بهبود استحکام پیوند دما پایین بسیاری از چسب ها، شوند. خواص خوب می تواند تا دماهای -40 F نیز حفظ شود. به هر حال، خواص چسب ها در گستره ی برودتی (زیر 150 فارنهایت)، این نیاز را دیکته می کند که رزین اولیه باید به طور دقیق انتخاب گردد. افزایش دهنده های انعطاف پذیری همچنین برای اتصال موادی پیشنهاد شده اند که دارای ضریب انبساط حرارتی متفاوتی هستند. این مواد در محل اتصال، ازدیاد طول قابل توجهی دارند و از این رو، این چسب ها اجازه می دهند تا حرکت به راحتی انجام شود. این مسئله مخصوصا زمانی مهم می باشد که نرخ سرمایش و گرمایش اتصال، بالا باشد.
برای مقاومت دما بالا، انتخاب رزین پایه و عوامل عمل آوری حیاتی است. سیستم عمل آوری شده باید دماهای تبدیل شدن به حالت شیشه ای بالایی مهیا کنند. بدبختانه، این مسئله بدین معناست که فرمولاسیون نیازمند یک عمل اوری در دمای بالا می باشد. همچنین استحکام پوسته ای شدن عموماً پایین است زیرا رزین های دما بالا دارای ازدیاد طول کمی هستند. رزین ها و عوامل عمل اوری که موجب می شود دانسیته ی پیوند عرضی بالا ایجاد شود، معمولاً ارجعیت دارند. به طور ایده آل، چسب های مقاوم در دمای بالا، باید به گونه ای عمل آوری شوند که به دام افتادن اکسیژن در طی اعمال آنها، حداقل باشند. این چسب ها باید دانسیته ی بالایی داشته باشند و حاوی آنتی اکسیدان هایی باشند که موجب بهبود پایداری می شود.
برخی اوقات، این دمای بالا و یا پایین نیست که موجب تخریب اتصال می شود، بلکه فرایندهایی عامل اصلی است که موجب می شود این دما ایجاد شود و موجب تخریب چسب شود. به دلیل تفاوت در ضریب انبساط حرارتی و رسانایی گرمایی، چسب ها به صورت مشابه با زیرلایه انقباض و انبساط پیدا نمی کنند زیرا دمای محیط پیوسته در حال تغییر است. بنابراین، این مهم است که متخصص فرمولاسیون، هم ضریب انبساط گرمایی چسب را اصلاح کند و هم دمای تحمل این چسب، بهبود یابد. برای تنظیم ضریب انبساط حرارتی، پرکننده ها به طور نرمال مورد استفاده قرار می گیرد. برای ایجاد انعطاف پذیری بالاتر، متخصصین فرموله کردن چسب ها از مواد افزایش دهنده ی انعطاف پذیری استفاده می کنند و یا آمیزه های از رزین پایه به همراه رزین های الاستومری استفاده می کنند.
این مورد باید تذکر داده شود که چسب های دما بالا میزان استحکام دما پایین کمتری نسبت به چسب های فرموله شده برای دماهای پایین، از خود نشان می دهند. این مسئله در اصل به دلیل تافنس بالاتر چسب هایی است که در دمای اتاق عمل آوری شده اند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.

منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie