مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
عوامل عمل آوری
رزین های اپوکسی متنوع ترین نوع چسب های ساختاری هستند زیرا آنها می توانند با بسیاری از انواع رزین های دیگر، مخلوط و عمل آوری شوند و بدین صورت، خواص متنوعی ایجاد کنند. جدول 1 اثر عوامل عمل آوری بر روی استحکام پیوند چسب های اپوکسی بر روی زیرلایه های مختلف را نشان می دهد. عوامل عمل آوری بر روی استحکام پیوستگی، سختی، و دوام بیشتر اتصال های چسبندگی، اثرگذارند. بنابراین تفاوت در استحکام برشی، استحکام پوسته ای شدن و مقاوت در برابر محیط، ممکن است به دلیل انتخاب نوع عوامل عمل آوری، ایجاد شود. رزین های DGEBA می توانند با استفاده از آمین ها و یا پلی آمیدها عمل آوری شوند. این عمل اوری در دمای اتاق انجام می شود. برای عمل آوری در دمای بالا، انیدریدها مناسب اند. در ترکیبات تک جزئی، کمپلکس های تری فلئورید مورد استفاده قرار می گیرند. ویژگی های مربوط به عوامل عمل آوری مورد استفاده در رزین های اپوکسی، در جدول 2 آورده شده است. اپوکسی ها می توانند تحت واکنش های مختلفی قرار گیرند. برخی از واکنش های انجام شده در آنها که مهم تر بوده اند، در شکل 1 آورده شده است.
عوامل عمل آوری پلی آمیدی در بیشتر چسب های اپوکسی با کاربرد عمومی، استفاده می شوند. آنها به خوبی در دمای اتاق عمل آوری می شوند و به راحتی به بسیاری از زیرلایه ها مانند پلاستیک ها، شیشه و الاستومرها، می چسبند. اپوکسی عمل آوری شده با آمیدها، همچنین چسب های با انعطاف پذیری نسبی ایجاد می کنند که میزان استحکام پوسته ای شدن و مقاومت به رطوبت آنها متوسط است و خواص گرمایی- سیکلی آنها نیز در گستره ی مناسبی است. نسبت های مخلوط سازی نیز عموماً حیاتی نیست. در یک محدوده ی مشخص، استحکام ضربه و استحکام پوسته ای شدن این چسب ها، مطلوب می باشد. به هر حال، دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای برای این چسب ها نیز مشابه استحکام برشی و مقاومت به دمای این چسب ها، مطلوب می باشد. چندین پلی آمید با ویسکوزیته های مختلف وجود دارد. واکنش میان رزین های اپوکسی DGEBA و این عامل سخت کننده، موجب تولید میزان پایینی از حرارت می شود.
آمین های اولیه ی آلیفاتیکی، موجب می شود تا عمل آوری دمای اتاق سریع تر انجام شود اما مقاومت به دمای بالا در آنها ضعیف است. آنها موجب تشکیل سیستم های چسبی می شوند که بسیار گرمازا هستند. آمین های اولیه عموماً محرک های قوی هستند و از این رو، باید از سیستم تهویه ی مناسب بهره برد. واکنش آمین/ اپوکسی در دمای اتاق رخ می دهد و این واکنش می تواند در عمل آوری دما بالا، تسریع شود.
نرخ هم زدن نیز در مورد پلی آمیدها، حیاتی تر استو بیشتر بودن و یا کمتر بودن عوامل عمل آوری نسبت به چیزی که در دستورالعمل تولیدکننده آورده شده است، منجر به تضعیف سیستم و ایجاد چسبندگی ضعیف می شود. پلی آمیدهای اولیه عبارتند از دی اتیلن تری آمین (DETA) و تری اتیلن تری آمین (TETA).
آمین های آروماتیک موجب می شوند تا مقاوت شیمیایی و حرارتی ماده بهبود یابد. برای عمل آوری در دمای اتاق، آنها باید به همراه کاتالیست استفاده شوند. آمین های سوم در اصل به عنوان کاتالیست استفاده می شوند اما از آنها می تواند به صورت منفرد به عنوان عوامل عمل اوری دمای اتاق و یا دما بالا، بهره برد.
آمین های اروماتیک عموماً عوامل عمل آوری جامد هستند و می توانند به عنوان عوامل عمل اوری جامد و ایجاد مرحله ی عمل آور B استفاده شوند. آمین های آروماتیک شامل ام- فتیلن دی آمین (MDA) و دی آمینو دیفنیل سولفون (DDS) می باشند.
مواد عمل آوری آمیدو- آمینی پلی آمیدهای حاوی گروه های عاملی آمینی هستند. این مواد ویسکوزیته ی پایین ترین دارند. آنها به سرعت در دمای اتاق، عمل آوری می شوند و می توانند پیوندی با تافنس بالا نسبت به سیستم های عمل آوری شده با آمین و یا مرکاپتان، ایجاد کنند. خواص آنها بسیار مشابه سیستم های عمل آوری شده با پلی امیدهای می باشد. عموماً آمیدو- آمین ها، نسبت به مواد عمل اوری استاندارد آمینی، خوردگی بیشتر در پوست ایجاد می کنند. این عوامل عمل اوری در چسب های اپوکسی دو جزئی استاندارد، استفاده می شوند. آنها در مدت 30 تا 60 دقیقه، ژله ای می شوند و در مدت 12 تا 24 ساعت، به سختی کامل می رسند. یک چنین سیستم هایی می توانند به سهولت در بازار یافت شوند و گستره ی ویسکوزیته ی آنها نیز متنوع می باشد.
واکنش اپوکسی/ مرکاپتان به طور نرمال، با استفاده از آمین های سوم کاتالیست می شوند و این مواد در پسب های دو جزئی استاندارد، استفاده می شود. در حقیقت، چسب های تولیدی با این مواد، به وفور در بازار یافت می شوند. این محصولات با سرعت عمل آوری سریع، تمایل به ترد شدن دارند و ممکن است مقاومت به پوسته ای شدن پایینی داشته باشند. چسب های اپوکسی مارکاپتانی دارای بور گوگرد مانند تندی هستند که می تواند محرک مخاط باشد.
سیستم های اپوکسی عمل آوری شده با انیدرید دارای ویسکوزیته ی پایینی هستند، عمر نگهداری آنها طولانی و میزان حرارت تولید شده در طی عمل آوری در آنها، پایین است. واکنش اپوکسی/ انیدرید به صورت نرمال باید با استفاده از حرارت ، کامل شود. عمل اورهای انیدریدی می توانند با استفاده از آمین های سوم مانند تریس فنول (DMP30) تقویت شوند. آنها محصولاتی با مقاومت حرارتی بالا تولید می کنند اما مقاومت در برابر پوسته ای شدن آنها ضعیف است. چسب های اپوکسی عمل آوری شده با انیدرید وقتی در دماهای بالا عمل آوری می شوند، متحمل شرینکیج بالاتری نسبت به سایر سیستم های اپوکسی می شوند. اجزای انیدرید باید به خوبی نگهداری شوند زیر تمایل به واکنش با رطوبت هوا را دارند و این واکنش منجر به ایجاد خواص فیزیکی ضعیف در آنها می شود. انیدریدهای متداول عبارتند از انیدرید فتالیک، انیدرید نادیک متیل و انیدرید کلرواندیک.
اپوکسی ها همچنین می توانند با استفاده از اسیدهای قوی و یا بازهای قوی، هموژن شوند. اسیدهای لوییس خاص مانند بور تری فلئورو مونواتانو آمین (BF3) می توانند موجب پلیمریزاسیون رزین اپوکسی شوند و این مئسله منجر به مقاومت بالای ماده ی حاصله در برابر دمای بالا و زمان ژله ای شدن کمتر از 60 ثانیه گردد. به هر حال، مقاومت به پوسته ای شدن پایین و خواص ضد ضربه ای تضعیف شده ای در این محصولات، ایجاد می شود. محصولات عمل اوری شده دارای مقاومت به دمای بالا و مقاومت در برابر عوامل شیمیایی پایینی هستند و بدون استفاده از اصلاح کننده های خاص، این محصولات ترد هستند. نرخ سریع عمل آوری اغلب یک مسئله ی مشکل آفرین است زیرا این فرمول ها، دارای گرمازایی بالا، عدم یکنواختی در زمان مخلوط کردن و مشکلات استفاده می باشند.
سیستم های اپوکسی تک جزئی، معمولاً به یکی از شیوه های زیر کار می کنند، در یک روش، یک عامل عمل آوری مورد استفاده قرار می گیرد که در رزین قابلیت حل شوندگی بالایی ندارد و از این رو، در دمای اتاق، منفعل است. عامل عمل آوری به صورت مایع در می آید و در دمای عمل اوری، در رزین نفوذ می کند و بدین شیوه، مکانیزم عمل آوری فعال می شود. یک مثال از این نوع عوامل عمل آوری، دی سیانودیآمین است. این ماده در دمای 250 درجه ی فارنهایت و زمان 40 دقیقه، عمل آوری را انجام می دهد و دارای عمر مفید 6 ماه در دمای اتاق می باشد. دی سیانودیآمین تنها در حالت حرارت دهی با اپوکسی واکنش می دهد و واکنش آن با حذف حرارت، متوقف می شود. چندین چسب اپوکسی تک جزئی متداول وجود دارد که از دی سیانودیآمین به عنوان عوامل عمل آوری استفاده می کنند. یکی دیگر از مکانیزم های مربوط به حصول یک سیستم تک جزئی، داشتن یک عامل عمل آوری است که به صورت شیمیایی، بلوکه شده است. یک مثال از این مواد، ترکیبات سیانوره مانند تولوئن بیس دی متیل اوره هستند که فرمولاسیون آنها برای اپوکسی در طی زمان 60 دقیقه و در مای 250 فارنهایت، عمل آوری می شود. این اپوکسی های تک جزئی، به طور نرمال دارای مقاومت به محیط بهتری نسبت به چسب های دو جزئی مشابه هستند.
ایمیدازول ها نیز از جمله عوامل عمل اوری هستند که برای سیستم های اپوکسی تک جزئی، مناسب می باشند. مشابه دی سیاندیآمین، این ماده با گروه های اپوکسی واکنش می دهد و موجب تشکیل فعالیت کاتالیستی و تشکیل مقاومت بالا در برابر حرارت می شود.
هیبریدهای اپوکسی
یک گستره از پلیمرها می توانند به صورت مخلوط و یا ترکیب با رزین های اپوکسی، ایجاد شوند و بدین صورت خواص مناسبی را به اپوکسی افزود. متداول ترین این مواد، نیتریل، فنولیک، نایلون و رزین های پلی سولفیدی می باشند. این آمیزه ها، می توانند اشکال مختلفی داشته باشند. رزین های افزوده شده ممکن است با رزین اپوکسی واکنش دهند و یا ممکن است حاوی اصلاح کننده ی غیر واکنشی باشند. اصلاح کننده ها، ممکن است به فاز پیوسته و رزین اپوکسی افزوده شود و یا به عنوان یک فاز مجزا در داخل رزین اپوکسی، پخش شوند.
خواص و ویژگی های عمل آوری مربوط به چسب های اپوکسی تجاری در جدول 3 آورده شده است.
متداول ترین انواع چسب های هیبریدی اپوکسی رزین های اپوکسی هستند که با استفاده از الاستومرهای رزینی، افزایش تافنس یافته اند و یا آمیزه ای از اپوکسی – فنولیک، اپوکسی- نایلون واپوکسی – پلی سولفید، می باشند. این مواد در ادامه، مورد بررسی قرار گرفته اند.
اپوکسی های افزایش تافنس یافته
به دلیل طبیعت ترد رزین های اپوکسی، چسب های اپوکسی با استفاده از مواد رزینی مختلف مخلوط می شوند و بدین صورت، تافنس محصول نهایی بهبود می یابد. این مواد شامل مواد ترموپلاستی از جمله نایلون و انواع مختلف الاستومرها، انجام می شود. موفق ترین این آمیزه ها، چسب های اپوکسی حاوی نواحی رابری نیتریلی گسسته می باشد. ناخالصی های رابری کوچک موجب افزایش تافنس و استحکام پوسته ای شدن این چسب ها می شود. هم رزین های اپوکسی DGEBA و هم DGEBF با افزودن رابرهای نیتریلی، بهینه سازی می شوند. عوامل عمل آوری دی سیانودیآمینی موجب تولید فرمولاسیون های اپوکسی تک جزئی با خاصیت تافنس بهبود یافته می شوند. چسب های اپوکسی با تافنس بهبود یافته، به صورت مایع، خمیر و یا فیلم موجود می باشند.
بسیاری از اپوکسی های تک جزئی، حاوی عوامل افزایش دهنده ی تافنس رابری مانند رابرهای بوتادین نیتریل حاوی کربوکسیلیک اسید (CTBN) هستند.
این الاستومرها، پیش از استفاده با 5 تا 15 % رزین اپوکسی در دمای بالا، پیش واکنش می دهند. در طی مرحله ی عمل آوری نهایی، رابر باید از محلول رسوب کرده و به صورت ذرت مجزا از هم و در داخل رزین اپوکسی، قرار گیرد. به طور ایده آل، یک فاز مجزا می تواند موجب افزایش تافنس شود، بدون آنکه خواص دما بالا و دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای آنها، افت کند. نواحی مجزا و الاستومری موجود موجب ممانعت در ایجاد ترک می شوند و مکانیزم های رهایش تنش را کنترل می کند. این مسئله موجب افزایش تافنس چسب نهایی و بهبود خواص ضربه ای و مقاومت در برابر پوسته ای شدن این محصولات می شود. استحکام ضربه ای بالا و الاستیسیته این محصولات در دماهای پایین حفظ می شود.
چسب های اپوکسی با تافنس بهبود یافته عموماً به صورت سیستم های تک جزئی و با عمل اوری در دمای بالا می باشند. الزامات عمل آوری نمونه وار این محصولات، عبارتست از عمل اوری به مدت یک ساعت در دمای 250 فارنهایت. چسب های اپوکسی اصلاح شده با CTBN تمایل دارند تا آهسته تر واکنش دهند و ویسکوزیته ی آنها نیز از سیستم های اپوکسی معمولی، بیشتر است. چسب های اپوکسی با تافنس بالا و چند جزئی، همچنین برای عمل آوری در دمای متوسطو و نسبتاً بالا، طراحی شده اند. در این سیستم ها، CTBN و یا اکریلونیتریل بوتادین حاوی آمین (ATBN) به عنوان فاز الاستومری و سخت کننده ی آمینی به عنوان عوامل عمل آوری، استفاده می شوند. جدول 4 نشاندهنده ی فرمولاسیون چسب های اپوکسی چند جزئی و تک جزئی است که با استفاده از عوامل CTBN افزایش تافنس یافته است.
جدول 5 نشاندهنده ی خواص بالک و مقامت به پوسته ای شدن یک فرمولاسیون چسب با و بدون عوامل اصلاح کننده ی CTBN می باشد. استحکام برشی کششی و مقاومت در برابر دماهای بالای این چسب ها، فعالیت بالای آنهاست.
مقاومت در برابر پوسته ای شدن نیز در چسب های اصلاح شده، بهبود می یابد و به سرعت با کاهش دما، کاهش نمی یابد. دوام رزین های اپوکسی اصلاح شده با CTBN با استفاده از روش های آزمون رطوبت دراز مدت، قابل حصول می باشد اما این مسئله با دوام رزین وینیل فنولیک و یا نیتریل فنولیک، قابل مقایسه نمی باشد. سیستم های چسب نیتریل- اپوکسی نباید در مناطق دریایی و نواحی زیر آب، استفاده شوند.
یکی دیگر از فرمولاسیون های اپوکسی با تافنس بهبود یافته، از مخلوط کردن اپوکسی با الیگومرهای یوریتانی، ایجاد می شود. عمل آوری گروه های متصل به واحدهای یوریتان و اجزای غیر یوریتانی، از طریق واکنش اپوکسی انجام می شود و بدین صورت یک لایه ی با تافنس بالا، تشکیل می شود. این چسب ها، عموماً چسب های اپوکسی یوریتان رآکتیو، نامیده می شوند. به هر حال، این روش خواص دما بالا فراهم نمی آورد (برخلاف روش CTBN). این چسب های اپوکسی- یوریتانی هیبریدی و رآکتیو، در اصل برای اتصال دهی فولاد نورد سرد روغنی مورد استفاده قرار می گیرند اما از این چسب ها می توان بر روی زیرلایه های دیگر نیز استفاده کرد. جدول 6 نشاندهنده ی مقدار برش لبه روی لبه است که بعد از عمل آوری به مدت 20 دقیقه در دمای 350 فارنهایت و بر روی زیرلایه های مختلف، بدست آمده است.
روش سوم استفاده از ذرات رابری پیش عمل آوری شده ی فعال سازی شده در فرمولاسیون چسب می باشد. این فرایند شامل جداسازی فاز رابری در طی عمل آوری نیست. الاستومرهایی که به صورت نمونه وار در این روش استفاده می شوند، عبارتند از مواد یوریتانی و محصولات مورد استفاده در تولید تایر. این مواد به طور نمونه وار به گونه ای عمل اوری می شوند که چسبندگی خوبی با زمینه ی اپوکسی ایجاد کنند. مزیت اصلی این فرمولاسیون ها، هزینه های پایین و بهبود متوسط تافنس و انعطاف پذیری می باشد.
اگر چه سیستم های حاوی الیگومرهای یوریتانی و ذرات رابری پیش عمل آوری شده، مقاومت به پوسته ای شدن و تافنس خوبی فراهم می آورند، این سیستم ها، خواص گرمایی خوبی ندارند.
این مسئله همچنین بیان شده است که رزین های اپوکسی انعطاف پذیر از طریق اصلاح مولکول اپوکسی، تولید شده اند. این سیستم ها دارای خواص دما بالای خوبی نیستند اما به دلیل اثربخشی بالا و دورومتر (durometer) پایین، به فروش می رسند. این اپوکسی های انعطاف پذیر، در کاربردهایی استفاده می شوند که الزامات دمایی متوسطی دارد. این مواد در اصل در چسب های انعطاف پذیر، مواد آب بندی، ترکیبات درز بند، مواد کپسوله کننده، پوشش های یکپارچه و ترکیبات قالب گیری مورد استفاده برای قطعات رابری، استفاده می شوند.
چندین روش دیگر برای بهبود تافنس و انعطاف پذیری چسب های اپوکسی، پیشنهاد شده است. اصلاح رزین اپوکسی با رزین آلکیلی نیز به عنوان روشی مناسب برای ایجاد انعطاف پذیری در چسب ها، در نظر گرفته می شوند. اصلاح رزین های اپوکسی با افزودن مستقیم ترموپلاست های مهندسی شده مانند پلی سولفون ها، نیز موجب افزایش تافنس چسب های اپوکسی می شود. احتمالاً تحقیقات بر روی افزایش تافنس این چسب ها، در آینده، ادامه خواهد داشت.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
رزین های اپوکسی متنوع ترین نوع چسب های ساختاری هستند زیرا آنها می توانند با بسیاری از انواع رزین های دیگر، مخلوط و عمل آوری شوند و بدین صورت، خواص متنوعی ایجاد کنند. جدول 1 اثر عوامل عمل آوری بر روی استحکام پیوند چسب های اپوکسی بر روی زیرلایه های مختلف را نشان می دهد. عوامل عمل آوری بر روی استحکام پیوستگی، سختی، و دوام بیشتر اتصال های چسبندگی، اثرگذارند. بنابراین تفاوت در استحکام برشی، استحکام پوسته ای شدن و مقاوت در برابر محیط، ممکن است به دلیل انتخاب نوع عوامل عمل آوری، ایجاد شود. رزین های DGEBA می توانند با استفاده از آمین ها و یا پلی آمیدها عمل آوری شوند. این عمل اوری در دمای اتاق انجام می شود. برای عمل آوری در دمای بالا، انیدریدها مناسب اند. در ترکیبات تک جزئی، کمپلکس های تری فلئورید مورد استفاده قرار می گیرند. ویژگی های مربوط به عوامل عمل آوری مورد استفاده در رزین های اپوکسی، در جدول 2 آورده شده است. اپوکسی ها می توانند تحت واکنش های مختلفی قرار گیرند. برخی از واکنش های انجام شده در آنها که مهم تر بوده اند، در شکل 1 آورده شده است.
نرخ هم زدن نیز در مورد پلی آمیدها، حیاتی تر استو بیشتر بودن و یا کمتر بودن عوامل عمل آوری نسبت به چیزی که در دستورالعمل تولیدکننده آورده شده است، منجر به تضعیف سیستم و ایجاد چسبندگی ضعیف می شود. پلی آمیدهای اولیه عبارتند از دی اتیلن تری آمین (DETA) و تری اتیلن تری آمین (TETA).
آمین های اروماتیک عموماً عوامل عمل آوری جامد هستند و می توانند به عنوان عوامل عمل اوری جامد و ایجاد مرحله ی عمل آور B استفاده شوند. آمین های آروماتیک شامل ام- فتیلن دی آمین (MDA) و دی آمینو دیفنیل سولفون (DDS) می باشند.
مواد عمل آوری آمیدو- آمینی پلی آمیدهای حاوی گروه های عاملی آمینی هستند. این مواد ویسکوزیته ی پایین ترین دارند. آنها به سرعت در دمای اتاق، عمل آوری می شوند و می توانند پیوندی با تافنس بالا نسبت به سیستم های عمل آوری شده با آمین و یا مرکاپتان، ایجاد کنند. خواص آنها بسیار مشابه سیستم های عمل آوری شده با پلی امیدهای می باشد. عموماً آمیدو- آمین ها، نسبت به مواد عمل اوری استاندارد آمینی، خوردگی بیشتر در پوست ایجاد می کنند. این عوامل عمل اوری در چسب های اپوکسی دو جزئی استاندارد، استفاده می شوند. آنها در مدت 30 تا 60 دقیقه، ژله ای می شوند و در مدت 12 تا 24 ساعت، به سختی کامل می رسند. یک چنین سیستم هایی می توانند به سهولت در بازار یافت شوند و گستره ی ویسکوزیته ی آنها نیز متنوع می باشد.
واکنش اپوکسی/ مرکاپتان به طور نرمال، با استفاده از آمین های سوم کاتالیست می شوند و این مواد در پسب های دو جزئی استاندارد، استفاده می شود. در حقیقت، چسب های تولیدی با این مواد، به وفور در بازار یافت می شوند. این محصولات با سرعت عمل آوری سریع، تمایل به ترد شدن دارند و ممکن است مقاومت به پوسته ای شدن پایینی داشته باشند. چسب های اپوکسی مارکاپتانی دارای بور گوگرد مانند تندی هستند که می تواند محرک مخاط باشد.
سیستم های اپوکسی عمل آوری شده با انیدرید دارای ویسکوزیته ی پایینی هستند، عمر نگهداری آنها طولانی و میزان حرارت تولید شده در طی عمل آوری در آنها، پایین است. واکنش اپوکسی/ انیدرید به صورت نرمال باید با استفاده از حرارت ، کامل شود. عمل اورهای انیدریدی می توانند با استفاده از آمین های سوم مانند تریس فنول (DMP30) تقویت شوند. آنها محصولاتی با مقاومت حرارتی بالا تولید می کنند اما مقاومت در برابر پوسته ای شدن آنها ضعیف است. چسب های اپوکسی عمل آوری شده با انیدرید وقتی در دماهای بالا عمل آوری می شوند، متحمل شرینکیج بالاتری نسبت به سایر سیستم های اپوکسی می شوند. اجزای انیدرید باید به خوبی نگهداری شوند زیر تمایل به واکنش با رطوبت هوا را دارند و این واکنش منجر به ایجاد خواص فیزیکی ضعیف در آنها می شود. انیدریدهای متداول عبارتند از انیدرید فتالیک، انیدرید نادیک متیل و انیدرید کلرواندیک.
اپوکسی ها همچنین می توانند با استفاده از اسیدهای قوی و یا بازهای قوی، هموژن شوند. اسیدهای لوییس خاص مانند بور تری فلئورو مونواتانو آمین (BF3) می توانند موجب پلیمریزاسیون رزین اپوکسی شوند و این مئسله منجر به مقاومت بالای ماده ی حاصله در برابر دمای بالا و زمان ژله ای شدن کمتر از 60 ثانیه گردد. به هر حال، مقاومت به پوسته ای شدن پایین و خواص ضد ضربه ای تضعیف شده ای در این محصولات، ایجاد می شود. محصولات عمل اوری شده دارای مقاومت به دمای بالا و مقاومت در برابر عوامل شیمیایی پایینی هستند و بدون استفاده از اصلاح کننده های خاص، این محصولات ترد هستند. نرخ سریع عمل آوری اغلب یک مسئله ی مشکل آفرین است زیرا این فرمول ها، دارای گرمازایی بالا، عدم یکنواختی در زمان مخلوط کردن و مشکلات استفاده می باشند.
سیستم های اپوکسی تک جزئی، معمولاً به یکی از شیوه های زیر کار می کنند، در یک روش، یک عامل عمل آوری مورد استفاده قرار می گیرد که در رزین قابلیت حل شوندگی بالایی ندارد و از این رو، در دمای اتاق، منفعل است. عامل عمل آوری به صورت مایع در می آید و در دمای عمل اوری، در رزین نفوذ می کند و بدین شیوه، مکانیزم عمل آوری فعال می شود. یک مثال از این نوع عوامل عمل آوری، دی سیانودیآمین است. این ماده در دمای 250 درجه ی فارنهایت و زمان 40 دقیقه، عمل آوری را انجام می دهد و دارای عمر مفید 6 ماه در دمای اتاق می باشد. دی سیانودیآمین تنها در حالت حرارت دهی با اپوکسی واکنش می دهد و واکنش آن با حذف حرارت، متوقف می شود. چندین چسب اپوکسی تک جزئی متداول وجود دارد که از دی سیانودیآمین به عنوان عوامل عمل آوری استفاده می کنند. یکی دیگر از مکانیزم های مربوط به حصول یک سیستم تک جزئی، داشتن یک عامل عمل آوری است که به صورت شیمیایی، بلوکه شده است. یک مثال از این مواد، ترکیبات سیانوره مانند تولوئن بیس دی متیل اوره هستند که فرمولاسیون آنها برای اپوکسی در طی زمان 60 دقیقه و در مای 250 فارنهایت، عمل آوری می شود. این اپوکسی های تک جزئی، به طور نرمال دارای مقاومت به محیط بهتری نسبت به چسب های دو جزئی مشابه هستند.
ایمیدازول ها نیز از جمله عوامل عمل اوری هستند که برای سیستم های اپوکسی تک جزئی، مناسب می باشند. مشابه دی سیاندیآمین، این ماده با گروه های اپوکسی واکنش می دهد و موجب تشکیل فعالیت کاتالیستی و تشکیل مقاومت بالا در برابر حرارت می شود.
هیبریدهای اپوکسی
یک گستره از پلیمرها می توانند به صورت مخلوط و یا ترکیب با رزین های اپوکسی، ایجاد شوند و بدین صورت خواص مناسبی را به اپوکسی افزود. متداول ترین این مواد، نیتریل، فنولیک، نایلون و رزین های پلی سولفیدی می باشند. این آمیزه ها، می توانند اشکال مختلفی داشته باشند. رزین های افزوده شده ممکن است با رزین اپوکسی واکنش دهند و یا ممکن است حاوی اصلاح کننده ی غیر واکنشی باشند. اصلاح کننده ها، ممکن است به فاز پیوسته و رزین اپوکسی افزوده شود و یا به عنوان یک فاز مجزا در داخل رزین اپوکسی، پخش شوند.
خواص و ویژگی های عمل آوری مربوط به چسب های اپوکسی تجاری در جدول 3 آورده شده است.
اپوکسی های افزایش تافنس یافته
به دلیل طبیعت ترد رزین های اپوکسی، چسب های اپوکسی با استفاده از مواد رزینی مختلف مخلوط می شوند و بدین صورت، تافنس محصول نهایی بهبود می یابد. این مواد شامل مواد ترموپلاستی از جمله نایلون و انواع مختلف الاستومرها، انجام می شود. موفق ترین این آمیزه ها، چسب های اپوکسی حاوی نواحی رابری نیتریلی گسسته می باشد. ناخالصی های رابری کوچک موجب افزایش تافنس و استحکام پوسته ای شدن این چسب ها می شود. هم رزین های اپوکسی DGEBA و هم DGEBF با افزودن رابرهای نیتریلی، بهینه سازی می شوند. عوامل عمل آوری دی سیانودیآمینی موجب تولید فرمولاسیون های اپوکسی تک جزئی با خاصیت تافنس بهبود یافته می شوند. چسب های اپوکسی با تافنس بهبود یافته، به صورت مایع، خمیر و یا فیلم موجود می باشند.
بسیاری از اپوکسی های تک جزئی، حاوی عوامل افزایش دهنده ی تافنس رابری مانند رابرهای بوتادین نیتریل حاوی کربوکسیلیک اسید (CTBN) هستند.
این الاستومرها، پیش از استفاده با 5 تا 15 % رزین اپوکسی در دمای بالا، پیش واکنش می دهند. در طی مرحله ی عمل آوری نهایی، رابر باید از محلول رسوب کرده و به صورت ذرت مجزا از هم و در داخل رزین اپوکسی، قرار گیرد. به طور ایده آل، یک فاز مجزا می تواند موجب افزایش تافنس شود، بدون آنکه خواص دما بالا و دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای آنها، افت کند. نواحی مجزا و الاستومری موجود موجب ممانعت در ایجاد ترک می شوند و مکانیزم های رهایش تنش را کنترل می کند. این مسئله موجب افزایش تافنس چسب نهایی و بهبود خواص ضربه ای و مقاومت در برابر پوسته ای شدن این محصولات می شود. استحکام ضربه ای بالا و الاستیسیته این محصولات در دماهای پایین حفظ می شود.
چسب های اپوکسی با تافنس بهبود یافته عموماً به صورت سیستم های تک جزئی و با عمل اوری در دمای بالا می باشند. الزامات عمل آوری نمونه وار این محصولات، عبارتست از عمل اوری به مدت یک ساعت در دمای 250 فارنهایت. چسب های اپوکسی اصلاح شده با CTBN تمایل دارند تا آهسته تر واکنش دهند و ویسکوزیته ی آنها نیز از سیستم های اپوکسی معمولی، بیشتر است. چسب های اپوکسی با تافنس بالا و چند جزئی، همچنین برای عمل آوری در دمای متوسطو و نسبتاً بالا، طراحی شده اند. در این سیستم ها، CTBN و یا اکریلونیتریل بوتادین حاوی آمین (ATBN) به عنوان فاز الاستومری و سخت کننده ی آمینی به عنوان عوامل عمل آوری، استفاده می شوند. جدول 4 نشاندهنده ی فرمولاسیون چسب های اپوکسی چند جزئی و تک جزئی است که با استفاده از عوامل CTBN افزایش تافنس یافته است.
یکی دیگر از فرمولاسیون های اپوکسی با تافنس بهبود یافته، از مخلوط کردن اپوکسی با الیگومرهای یوریتانی، ایجاد می شود. عمل آوری گروه های متصل به واحدهای یوریتان و اجزای غیر یوریتانی، از طریق واکنش اپوکسی انجام می شود و بدین صورت یک لایه ی با تافنس بالا، تشکیل می شود. این چسب ها، عموماً چسب های اپوکسی یوریتان رآکتیو، نامیده می شوند. به هر حال، این روش خواص دما بالا فراهم نمی آورد (برخلاف روش CTBN). این چسب های اپوکسی- یوریتانی هیبریدی و رآکتیو، در اصل برای اتصال دهی فولاد نورد سرد روغنی مورد استفاده قرار می گیرند اما از این چسب ها می توان بر روی زیرلایه های دیگر نیز استفاده کرد. جدول 6 نشاندهنده ی مقدار برش لبه روی لبه است که بعد از عمل آوری به مدت 20 دقیقه در دمای 350 فارنهایت و بر روی زیرلایه های مختلف، بدست آمده است.
اگر چه سیستم های حاوی الیگومرهای یوریتانی و ذرات رابری پیش عمل آوری شده، مقاومت به پوسته ای شدن و تافنس خوبی فراهم می آورند، این سیستم ها، خواص گرمایی خوبی ندارند.
این مسئله همچنین بیان شده است که رزین های اپوکسی انعطاف پذیر از طریق اصلاح مولکول اپوکسی، تولید شده اند. این سیستم ها دارای خواص دما بالای خوبی نیستند اما به دلیل اثربخشی بالا و دورومتر (durometer) پایین، به فروش می رسند. این اپوکسی های انعطاف پذیر، در کاربردهایی استفاده می شوند که الزامات دمایی متوسطی دارد. این مواد در اصل در چسب های انعطاف پذیر، مواد آب بندی، ترکیبات درز بند، مواد کپسوله کننده، پوشش های یکپارچه و ترکیبات قالب گیری مورد استفاده برای قطعات رابری، استفاده می شوند.
چندین روش دیگر برای بهبود تافنس و انعطاف پذیری چسب های اپوکسی، پیشنهاد شده است. اصلاح رزین اپوکسی با رزین آلکیلی نیز به عنوان روشی مناسب برای ایجاد انعطاف پذیری در چسب ها، در نظر گرفته می شوند. اصلاح رزین های اپوکسی با افزودن مستقیم ترموپلاست های مهندسی شده مانند پلی سولفون ها، نیز موجب افزایش تافنس چسب های اپوکسی می شود. احتمالاً تحقیقات بر روی افزایش تافنس این چسب ها، در آینده، ادامه خواهد داشت.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
