خانواده ی چسب ها (4)

رزین های نیتریل- فنولی

آمیزه های خاصی از رزین های فنولی اصلاح شده با رابر نیتریلی، برای تولید چسب هایی استفاده می شود که می توانند استقامت دمایی تا 300 فارنهایت، داشته باشند. فرمولاسیون نمونه وار این مواد حاوی 50 % وزنی رابر نیتریلی هستند. مزیت اصلی استفاده از نیتریل در داخل رزین های فنولی، بهبود استحکام و مقاومت در برابر پوسته ای شدن رزین فنولی بدون کاهش قابل توجه در استحکام دما بالا این مواد می باشد.
در مورد فلزات، نیتریل- فنولیک ها استحکام برشی تا 5000 psi ایجاد می کند و همچنین خواص ضد پوسته ای شدن و خواص خستگی آنها نیز مناسب می باشد. با استفاده از این چسب، استحکام پیوند خوب می تواند همچنین برای زیرلایه های رابرها، پلاستیکی و شیشه ای ایجاد گردد. این چسب ها، دارای استحکام ضربه و ظرفیت تحمل دمای بالای خوبی در طی سرویس دهی هستند. به دلیل مقاومت به پوستگی بالا و مقاومت در برابر دماهای بالای سرویس دهی، چسب های نیتریل- فنولیکی، عمدتا برای اتصال دهی لنت ترمز، استفاده می شوند. از این چسب ها، در صنعت هوافضا استفاده می شود. در این صنعت از این چسب ها در اتصال دهی سطوح آلومینیومی به ساختارهای لانه زنبوری، استفاده می شود. سایر کاربردهای این چسب ها در صنعت الکترونیک، کفش و مبلمان می باشد.
چسب های نیتریل- فنولیک عموماً به صورت محلول در حلال به فروش م ی رسد. این چسب ها، نیازمند عمل آوری حرارتی در دمایی بین 300 تا 500 فارنهایت می باشد.

چسب های وینیل- فنولیک

چسب های وینیل- فنولیک بر اساس ترکیب رزین فنولیک با رزین پلی وینیل فرمال و یا رزین پلی وینیل بوتیرال، تولید می شوند. به دلیل استحکام برشی استثنایی و همچنین مقاومت در برابر پوسته ای شدن این چسب ها، اغلب از آنها به عنوان موفق ترین چسب های ساختاری، یاد می شود. استحکام برشی دمای اتاق برخی از انواع این چسب ها، در حدود 5000 psi می باشد. ماکزیمم دمای کاری این چسب ها، در حدود 200 فارنهایت می باشد. علت این مسئله، این است که این چسب ها، در دماهای بالا، نرم می شوند. مقاومت شیمیایی و استحکام ضربه ی این چسب ها نیز استثنایی است.
چسب های وینیل فنولیکی، به صورت محلول در حلال و یا به صورت لایه های نازک به فروش می رسند. این چسب ها سریعا در دماهای بالا و تحت فشار، عمل آوری می شوند. این چسب ها برای اتصال دهی فلزات، رابرها و پلاستیک ها و یا اتصال آنها به همدیگر، استفاده می شوند. یک کاربرد اصلی چسب های وینیل فنولیکی، اتصال دهی صفحات فلزی به لایه های پلاستیکی در تولید مدارهای چاپی است.

آمیزه های نئوپرن- فنولیکی

. آمیزه های نئوپرن- فنولیکی برای اتصال دهی زیرلایه های مختلف، استفاده می شوند. دمای سرویس دهی نرمال این آمیزه ها، از -70 تا 200 فارنهایت می باشد. به دلیل مقاومت بالا در برابر خزش و مقاومت در برابر عوامل محیطی، اتصال های نئوپرن- فنولیک می توانند در برابر تنش های طولانی، مقاومت کنند. خستگی و استحکام ضربه ی این اتصالات نیز استثنایی است. به هر حال، استحکام برشی این چسب ها، کمتر از سایر چسب های فنولیکی اصلاح شده می باشد.
دماهای مربوط بالاتر از 300 فارنهایت و فشارهای بزرگتر از 50 psi برای عمل اوری این چسب ها ضروری می باشد. چسب های نئوپرن- فنولیکی به صورت محلول در حلال و همچنین به صورت لایه ای موجود می باشند. در طی عمل آوری، این چسب ها نسبت به آلودگی سطحی بسیار حساس هستند و حتی نسبت به رطوبت اتمسفر و سایر متغیرهای فرایندی نیز حساس می باشند.

رزین های پلی آروماتیک دما بالا

پلی آمیدها، بیس مالمیدها، پلی بنزیمیدازول و سایر رزین های دما بالا که به خانواده ی محصولات آروماتیک هتروسیکل تعلق دارند، دارای مقاومت حرارتی قابل توجهی می باشند. این رزین ها، به دلیل ساختار حلقه ای بسته ی آنها، به عنوان پلیمرهای آروماتیک شناخته می شوند. در زمان پلیمریزاسیون، این ساختار موجب می شود تا ساختاری پلکانی در این ماده ایجاد شود. مولکول پلی ایمیدها در شکل 1 نشان داده شده است. این شکل یک مثال خوب از پلیمرهایی است که دارای یک حلقه ی آروماتیک یا ساختار پلکانی است. دماهای بالا حداقل باید موجب شکسته شدن دو حلقه ی مولکولی شود تا بدین صورت منجر به تخریب خواص پلیمر شود. علاوه بر مقاومت دما بالای رزین های پلیمر آروماتیک، این رزین ها شرایط فرآوری سخت تری دارند. بسیاری از این رزین ها، به سختی از محصول نهایی حذف می شوند. بسیاری از رزین های آروماتیک از طریق مکانیزم پلیمریزاسیون تراکمی، سخت می شوند و موجب تولید محصول فرعی آب می شوند. حفرات و یا حباب ها در داخل خط اتصال می تواند بواسطه ی محلول و آبی ایجاد شود که در داخل ساختار ایجاد می شود.
انواع پلی آروماتیک های مورد استفاده به عنوان چسب، برای کاربردهای دما بالا و مورد استفاده در صنعت فضایی، توسعه یافته اند اما استفاده ی آنها به دلیل هزینه های بالا و همچنین سختی فرآوری، محدود می باشد. این چسب ها، عموماٌ به همراه یک لایه ی حمایت کننده استفاده می شوند اگر چه، رزین های پلی ایمیدی نیز موجود می باشند که به صورت محلول در حلال، استفاده می شوند. در طی عمل آوری، دمای 550 تا 650 فارنهایت و همچنین فشارهای بالا مورد نیاز می باشد. اغلب یک فرایند چند مرحله ای در جاهایی پیشنهاد می شود که یک فشار اندک تا زمان سخت شدن چسب، اعمال می شود. مواد فرار که در طی عمل آوری، خارج می شود، منجر به ایجاد تخلخل، اتصال ترد و استحکام پوسته ای نسبتاً پایین می شود. اغلب یک سیستم خلا در طی عمل آوری مورد نیاز است تا بدین صورت، مواد فرار تشکیل شده، از سیستم خارج گردد. جدول 1 لیستی از خواص فیزیکی و ویژگی های عمل آوری این سیستم های چسب دما بالا را نشان می دهد. تافنس این چسب های دما بالا می تواند موجب چالش های متعددی شود زیرا دماهای سرویس دهی این چسب ها، معمولاً دمای تخریب چسب، فراتر می رود. بهبودهای انجام شده در مورد تافنس چسب های اپوکسی دما بالا و سایر ترموست های دما بالا، از طریق استفاده از محصولات ترموپلاستی همچون پلی اریلن اتر کتون (PEK) و یا پلی اریل اتر سولفون (PES) ایجاد شده است.

پلی ایمیدها

پلی ایمیدها رزین های شناخته شده ای هستند که در فرمولاسیون چسب های مورد استفاده در صنعت هوافضا، مورد استفاده قرار می گیرند. در حقیقت ناسا این چسب ها را برای کاربردهای خاص، توسعه داده است. این چسب ها دارای دمای انتقال به حالت شیشه ای حداقل 200 فارنهایت بیشتر از رزین های اپوکسی، می باشد.
به عنوان یک نتیجه، چسب های پلی ایمید می توانند در دماهایی بالاتر از چسب های اپوکسی و فنولیک، کار کنند. به هر حال، این چسب ها گران قیمت هستند و نیازمند دماهای عمل آوری بالاتری هستند. دو نوع از پلی ایمیدها (PI) هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند: 1) آنهایی که با پلیمریزاسیون تراکمی، سخت می شوند. 2) آن دسته ای که با مکانیزم های افزایشی، سخت می شوند.
رزین های PI تراکمی، اولین نوع تجاری است که به بازار روانه شده است. واکنش های پلیمری که موجب عمل آوری این محصولات می شود، دارای محصول فرعی آب می باشد. این رطوبت می تواند در خلل و فرج موجود در خط اتصال قرار گیرد و موجب تضعیف استحکام پیوند شود. PI های تراکمی بر اساس واکنش دی آمین های آروماتیک و دی انیدریدهای آروماتیک تولید می شوند و قادرند تا در برابر دماهای 500 تا 600 فارنهایت، مقامت داشته باشند. حتی در مواقعی که برخورد با حرارت کوتاه مدت باشد، این دما می تواند تا 1000 فارنهایت نیز افزایش یابد. به دلیل واکنش تراکمی و ضرورت وجود حلال برای ایجاد یک چسب با قابلیت جریان یافتن، این پلیمرها، اغلب تحت شرایط خلا فرآوری می شوند. PI های تراکمی می توانند تحت فشار و در دمای 350 فارنهایت، عمل اوری شوند. بعد از دو ساعت عمل آوری در دمای 350 فارنهایت، این چسب ها، استحکام مناسبی بدست می آورند به نحوی که اجازه ی اعمال فرایندهای عمل آوری نهایی در دمایی بین 500 تا 600 فارنهایت بدون اعمال فشار، فراهم می آید. پلی ایمید منتج شده، دیگر حلالیت ندارد و همچنین با حرارت دهی نیز ذوب نمی شود.
PI های با واکنش افزایشی نیز موجود می باشند. این محصولات پلی ایمیدهای با وزن مولکولی پایین هستند که حاوی گروه های استیلن در انتها می باشند. عمل آوری این محصولات با حرارت دهی و ایجاد پلیمریزاسیون افزایشی در آنها انجام می شود. به هر حال، آنها هنوز هم نیازمند حلال های گرمی هستند که موجب شود چسب سیال باشد. شرایط فرآوری خاص این چسب ها، شامل حرارت دهی مرحله ای از دمای اتاق تا دمای 400 فارنهایت و تحت فشار تماسی سبک و سپس عمل آوری نهایی در دمای 550 فارنهایت، می باشد. پایداری اکسیدی PI های با واکنش افزایشی، مشابه نوع تراکمی نیست، به هر حال، این نوع از PI ها، با سهولت بیشتر اعمال و عمل آوری می شوند. برای زمان های برخورد طولانی، حد دمایی در حدود 500 فارنهایت، و برای زمان های برخورد کوتاه مدت، دمای 600 فارنهایت، دمای مجاز می باشد.
چسب های پلی ایمید ترموپلاست نیز توسعه یافته اند. این چسب ها، نیازمند الزامات عمل اوری دما بالا می باشند اما در برابر دماهای بالا، مقاومتی ندارند. آنها در صنعت میکرو الکترونیک و به منظور اتصال کامپوزیت ها، بخش های آب بندی درب ها و اتصال سیم ها، مورد استفاده قرار می گیرند.

رزین های بیس مالیمیدی

رزین های بیس مالیمید ها (BMI) در تولید آن دسته از بردهای الکترونیک استفاده می شوند که نیازمند مقاومت در برابر دماهای بالاتر می باشند اما، در جاهایی که مقاومت به دماهای بسیار بالا، مورد نیاز می باشد، پلی ایمیدها، جواب نمی دهند. از این رو چسب های BMI برای برخورد طولانی مدت با دماهایی در گستره ی 400 فارنهایت و برخورد کوتاه مدت با دماهایی در گستره ی 450 فارنهایت، مناسبند. سیستم هایی که هم اکنون موجود می باشند، اغلب کاملاً صلب هستند و به همین دلیل، مقاومت در برابر پوسته ای شدن آنها پایین است.
چسب های BMI بهبود قابل توجهی نسبت به پلی ایمیدها، ایجاد می کنند. آنها بیشتر شبیه به سیستم های اپوکسی هستند نه سیستم های پلی ایمید آروماتیک. علت این مسئله، الزامات عمل آوری آنها می باشد. عمل آوری رزین های BMI با واکنش های افزایشی و عدم وجود مواد فرار، موجب می شود تا هیچ ناخالصی در طی عمل آوری به خط اتصال، وارد نشود. این سیستم ها، معمولا به مدت چند ساعت در دمای 350 فارنهایت و تحت فشار عمل آوری می شوند.

پلی بنزوایمیدازول

چبسب های پلی بنزوایمیدازولی (PBI) دارای استحکام برشی برابر با 3000 psi بر روی فولاد و در دمای اتاق هستند. این استحکام در دمای 700 فارنهایت، به 2500 psi می رسد. در مقایسه با چسب های پلی ایمیدی که در دماهای سرویس دهی بالا، استحکام برشی تقریباً 3000 psi ایجاد می کنند، پلی بنزوایمیدازول در زمانی انتخاب می شود که مقاومت کوتاه مدت در برابر دماهای بالا، مورد نیاز باشد. پلی ایمیدها، در زمانی انتخاب می شوند که مقاومت طولانی مدت در برابر دماهای بالا مورد نیاز باشد. چسب های پلی بنزوایمیدازول خواص مکانیکی خود را حتی در دماهای پایین (حدود -300 فارنهایت) نیز حفظ می کند. بنابراینف این محصولات از جمله اندک چسب هایی هستند که دارای ویژگی های چسبندگی خوب در دماهای بالا و پایین هستند.
مواد فرار که در طی عمل آوری چسب های پلی بنزوایمیدازولی منتشر می شود، منجر به ایجاد تخلخل، تردی خط پیوند و کاهش استحکام پوسته ای می شود. تهویه و خارج سازی این گازها تحت خلاً یک راه مناسب برای از بین رفتن این مشکلات می باشد. الزامات عمل آوری شامل دماهای بالا (حدود 550 تا 600 فارنهایت) و فشارهایی در حدود 200 psi می باشد. عمل آوری متعاقب نیز عموماً نیازمند یک محیط خنثی می باشد. به عنوان یک نتیجه، اتصال قطعات دارای ناحیه ی اتصال بزرگ با این چسب، سخت است.
چسب های پلی بنزوایمیدازولی در اصل در اوایل دهه ی 1960 توسعه یافت. این چسب ها در صنعت هوافضا و به صورت لایه های حفاظت شده، مورد استفاده قرار می گیرند. این تفکر وجود دارد که چسب های ایده آل برای صنعت هوافضایی، آن دسته از چسب ها هستند که بتوانند در برابر دماهای پایین و دماهای بالا، مقاومت خوبی داشته باشند. به عنوان یک نتیجه از الزامات فرایندی انها، چسب های پلی بنزوایمیدازولی تنها در کاربردهای خاص استفاده می شود و کاربردهای تجاری آنها، محدود می باشد. امروزه، در بیشتر کاربردها، چسب های پلی ایمیدی و BMI با چسب های پلی بنزوایمیدازول جایگزین شده است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie