انتخاب چسب ها (2)

طراحی اتصال

وقتی روش اتصال دهی و ملاحظات مربوط به زیرلایه ها، در نظر گرفته شد، طراحی خاص اتصال مورد بررسی و آدرس دهی قرار می گیرد. مهم ترین مسئله در طراحی اتصال، ممکن است سهولت تولید این طراحی خاص برای زیرلایه باشد. برای برخی زیرلایه ها، این بهتر و آسان است که به جای اتصال معمولی، از اتصال کنگره ای و چین دار، استفاده شود. در مورد سایر مواد مانند کامپوزیت ها، ایجاد لبه های خاص، سخت و دشوار است. طراحی اتصال باید با در نظر گرفتن عوامل زیر انجام شود:
نوع زیرلایه
هزینه ی مربوط به تولید یک طراحی خاص برای زیرلایه
سهولت تولید و مونتاژ اتصال
سهولت بررسی و بازرسی اتصال پس از اتصال دهی
از همه مهم تر، نوع تنش هایی که در زمان سرویس دهی، بر روی اتصال ها ایجاد می شود.
باید نوع تنش هایی که در زمان سرویس دهی، در اتصال ایجاد می شود، در نظر گرفته شود. باید این اطمینان ایجاد شود که تنش های پوسته ای کننده و کلیواژ مینیمم باشد و بدین صورت اطمینان حاصل شود که اتصال، به خوبی عمل می کند. اگر نیروهای پوسته کننده و کلیواژ بر روی اتصال ایجاد شود (به دلیل طراحی نامناسب)، این مسئله موجب می شود تا سیستم های چسبی که می توان در این کاربرد، استفاده کرد، محدود گردد. طراحی اتصال باید به گونه ای باشد که میزان این مسائل، کمتر باشد. طراحی اتصال به گونه ای که قابلیت بررسی بصری مقدور باشد، بهترین نوع طراحی محسوب می شود.
شرایط سرویس دهی مورد انتظار
میزان و طبیعت تنش های ایجاد شده، استحکام مورد انتظار برای اتصال و شرایط محیطی اتصال، را تخمین بزنید. چندین فاکتور وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. در ادامه این فاکتورها، بیان شده است:
نوع بارگذاری تنشی (کششی، فشاری، خمشی، پیچشی، برشی، پوسته ای کننده، کلیواژ و یا نوسانی): به طور ایده آل، اگر یک شکست ایجاد شود، این مسئله باید در نظر گرفته شود که خط پیوند و زیرلایه ها، نشاندهنده ی این است که سطح تنش در کدام بیشتر بوده است. اگر شکست در زیرلایه رخ نداده باشد، پس این شکست به صورت پیوسته و در داخل ماده ی چسبنده، رخ داده است. حالت بدتر شکست، شکستی است که در سطح مشترک ایجاد شده است.
میزان تافنس مورد نیاز برای مقاومت در برابر ضربه، نیروی پوسته ای کننده و یا نیروی کلیواژ. اگر تافنس بالا مورد نیاز باشد، چسب های با انعطاف پذیری نسبتا بالا با دماهای شیشه ای شدن پایین، ممکن است انتخاب شوند. بدبختانه، این چسب ها، دارای میزان بالایی از مقاومت دمایی و مقاومت در برابر مواد شیمیایی نیستند.
گستره ی دمایی عملیاتی (ماکزیمم، مینیمم، میزان کل زمان قابل تحمل در دمای ماکزیمم، نرخ تغییر دما): چسب ها باید دماهای شیشه ای شدن بالاتر از دمای عملیاتی نرمال را داشته باشند. معمولاً چسب هایی که صلبیت بیشتری دارند، دارای دمای شیشه ای شدن بالاتری هستند. میزان کل زمان قابل تحمل در دماهای بالا، یک عامل مهم می باشد. اگر اتصال چندین دوره ی زمانی محدود را در دمای ماکزیمم خود، تحمل کند، پس می تواند از مقاومت پایین در برابر دماهای بالا، رنج ببرد. اگر اتصال بیشتر زمان سرویس دهی در دماهای بالا کار کند، مقاومت در برابر دماهای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون دما بالا، معیار مهمی در انتخاب این چسب است.
مقاومت شیمیایی(مقاومت در برابر اسیدها، بازها، حلال ها و سایر مواد شیمیایی): نه تنها باید محیط شیمیایی موجود مورد بررسی قرار گیرد، بلکه همچنین دمای اتصال در زمان تماس با مواد شیمیایی نیز از جمله عوامل مهم می باشد. برخی از سیستم های چسب خاص، دارای مقاومت خوبی در برابر مواد شیمیایی خاص و مقاومت ضعیف در برابر برخی مواد شیمیایی دیگر هستند. راهنمایی در مورد این مسئله، باید بوسیله ی تولیدکننده ی چسب و یا آزمایش کردن، بدست آید. مقاوم ترین چسب ها عموماً آنهایی هستند که در آنها پیوندهای عرضی متعدد و متراکم، ایجاد می شود. این اتصال های عرضی در حقیقت موجب افزایش صلبیت چسب می شود. یک روش جالب برای ایجاد مقاومت شیمیایی، ایجاد یک محافظ در برابر محیط و اتصال می باشد.
مقاومت در برابر هوازدگی و محیط، مقاومت در برابر رطوبت: برای اتصال های فلزی، متداول ترین حالت شکست، به دلیل خوردگی ایجاد می شود که از محیط بیرون، منتج شده است. در حقیقت، این خوردگی موجب تضعیف لایه های موجود در سطح زیرلایه می شود. چسب ها معمولاً مقاومت متوسطی در برابر هوازدگی دارند. به هر حال، رطوبت بالا، ممکن است برای برخی از سیستم های چسب، فاجعه بار باشند، مخصوصاً به همراه دما و بار متوسط.
تفاوت در نرخ انبساط گرمایی: انبساط گرمایی و رسانایی گرمایی چسب ها، عموماً از زیرلایه ای به زیرلایه ی دیگر، متفاوت است. در نتیجه، تنش هایی در طی اعمال حرارت به اتصال، در آن ایجاد می شود. این مسئله به طور فوری پس از عمل آوری، مشهود است. در این زمان، اتصال از آون عمل اوری خارج می شود و وارد دمای عادی می شود. چسب های با تافنس بالا و انعطاف پذیر، بهترین مقاومت در برابر تنش های داخلی را دارا می باشند. یکی دیگر از روش های مورد استقاده برای فایق آمدن بر این مشکل، ایجاد تطابق در ضرایب انبساط گرمایی چسب و زیرلایه می باشد.
علاوه بر یادگیری اثرات محیط سرویس دهی بر روی چسب ها و اتصال های چسبی، باید نتایج حاصل از شکست های فاجعه بار و همچنین شرایطی که منجر به ایجاد یک چنین شکست هایی می شود، مورد بررسی قرار گیرد.
انتخاب چسب ها
تعداد چسب های موجود برای انتخاب کردن، بسیار زیاد و متنوع می باشد. به هر حال، با دانستن الزامات عملکردی محصول و ظرفیت های تولید ممکنه، می تواند فرایند انتخاب چسب را شروع کرد.
برخی اوقات خانواده های چسب مختلف از لحاظ ویژگی ها، دارای همپوشانی هستند. چندین سیستم از چسب ها، دارای خواص مشابهی هستند. همچنین تغییرات گسترده ای در داخل برخی از خانواده های چسب ها، وجود دارد. در واقع تنها نام چسب مهم نیست و هزاران فرمولاسیون، حتی در یک خانواده از چسب ها، وجود دارد که تفاوت آنها بسیار گسترده می باشد.
همچنین هیچ چسبی برای کاربردهای عمومی تولید نشده است. هیچ راه حل کاملی برای مشکلات موجود در زمینه ی چسب ها، وجود ندارد. به هر حال، انواع مختلفی از چسب ها وجود دارد که می تواند برای یک کاربرد خاص، مورد استفاده قرار گیرند.
به هر حال، این راه حل ها عموماً باید با توجه به الزامات و اولویت های موجود، انتخاب شوند. بهترین چسب برای یک کاربرد خاص، آن چسبی است که بر اساس نوع مواد اتصال داده شده انتخاب شوند و در فرایند انتخاب آنها، به الزامات مربوط به سرویس دهی و مونتاژ و مسائل اقتصادی، توجه شده باشد. با استفاده از این فاکتورها به عنوان معیار انتخاب، بسیاری از چسب های تجاری می توانند محدود به کاربردهای خاص شوند.
چسب مناسب را با مشارکت با فروشنده، انتخاب کنید. وقتی الزامات عمومی محصول، طراحی اتصال و الزامات سرویس دهی شناخته شده باشد، سیستم چسبی با دوام مناسب، انتخاب خواهد شد. شکل مناسب از چسب و روش اعمال، می تواند بر اساس فرمولاسیون های موجود در یک گروه از چسب ها، تعیین شود.
نباید به یک سری از الزامات خاص تمایل ایجاد شود. الزامات مربوط به استحکام بالاتر و مقاومت حرارتی بیشتر، از جمله الزامات ضروری برای کاربردهای خاصی می باشد و از این رو، می تواند موجب حذف بسیاری از فرمولاسیون هایی شود که موجود می باشد. معمولاً هدف از تعیین یک چسب، انتخاب ماده ای است که موجب شود تا شکست در اتصال به صورت پیوسته انجام شود. به طور ایده آل، زیرلایه پیش از چسب، می شکند. مواد با استحکام پایین مانند کاغذ، پارچه و ..، ممکن است از بیشتر چسب های ساختاری، ضعیف تر باشند. در این کاربردها، استفاده از چسب های گران قیمت، کار معقولانه ای نیست. چسب های ارزان قیمت و با قابلیت اعمال آسان، ممکن است در برخی حالت ها، موجب بروز شکست های ناجور شوند.
ارزیابی مجدد مراحل کاری در ایجاد یک اتصال، موجب نمی شود تا از یک سری از الزامات چشم پوشی شود. تغییرات مناسبی در برنامه ی خود بدهید و بدین صورت یک چسب مناسب انتخاب کنید.
زیرلایه ها
عموماً اولین ملاحظه در مورد انتخاب چسب ها، نوع زیرلایه ای است که باید به هم متصل گردد. اغلب یک آرایه ی دو بعدی مانند چیزی که در شکل 1 بخش اول این مقاله، مشاهده می شود، برای شناسایی خانواده ای از چسب ها، استفاده می شود که بهترین تطابق با یک زیرلایه ی خاص و یا ترکیبی از مواد زیرلایه را داشته باشد. این اطلاعات تنهای خطوط راهنمایی برای فهم در مورد نحوه ی اتصال دهی، به ما ارائه می دهد.
اگر چه این روش، یک نقطه ی شروع مناسب می باشد، یک چنین ابزار ساده ای، با چندین محدودیت مواجه است. عموماً این پیشنهاد می شود که سیستم های چسب هایی که انتخاب می شود، باید با زیرلایه تطابق داشته باشند و یا دارای مدول های مشابه باشند. این مسئله، یک مورد بسیار مهم می باشد مخصوصاً برای زیرلایه های با فعالیت شیمیایی بالا و با مدول پایین، مانند بسیاری از پلاستیک ها و الاستومرها. به هر حال، ملاحظات مهم دیگری در مورد زیرلایه وجود دارد که باید در زمان انتخاب یک چسب، به خوبی فهمیده شود. چسب موجود در جدول 1، در واقع لیستی از چسب ها بدون توجه به استحکام و الزامات سرویس دهی این چسب ها، می باشد. فقدان یک چسب برای یک زیرلایه ی خاص، ضرورتاً به این معنا نیست که اتصال ضعیفی در این زیرلایه ایجاد می شود، بلکه در حقیقت اطلاعاتی در مورد این ترکیبات خاص، وجود نداشته است. اگر دو ماده ی مختلف، به هم متصل شوند، آن دسته از چسب های پیشنهادی در جدول 1 مناسب می باشند که در مورد هر دو زیرلایه، پیشنهاد شده اند. اگر چه چسب ها ممکن است به طور مناسب به زیرلایه های مختلف، متصل شوند، اتصال ایجاد شده به این شکل، ممکن است اتصال خیلی خوبی نشود که علت این مسئله، عدم تطابق در ضریب انبساط حرارتی این دو زیرلایه ی متفاوت می باشد. در این موارد، یک چسب با برجهندگی مناسب، باید انتخاب شود تا بدین صورت، تنش های ایجاد شده، جبران شود.
نوع و طبیعت مواد اتصال داده شده و آماده سازی سطحی که این سطوح ممکن نیاز داشته باشند، فاکتورهای اصلی در تعیین نوع چسب مورد استفاده، می باشد. برخی از سطوح چسبندگی مانند آلومینیوم و چوب، می توانند با بسیاری از انواع چسب ها و با دقت بالا، به هم متصل شوند. سایر سطوح اتصال مانند نایلون ها، می توانند تنها با برخی از انواع چسب ها، به هم متصل شوند. نوع زیرلایه، شریط، تخلخل، سطح نهای، میزان اسیدی بودن و یا بازی بودن و ...، تماماً بر روی انتخاب چسب، مؤثرند. سطح ماده، فرایندهای انجام شده بر روی ماده و شرایط زمان اتصال، ممکن است برخی اوقات مهم تر از شرایط ماده در حالت بالک باشد.
فرایند انتخاب چسب با آگاهی کلی در مورد ماده ای آغاز می شود که می خواهیم آن را به هم متصل کنیم. این مورد برخی اوقات، شاخصی است از طبیعت سطحی که چسب می خواهد آن را به هم اتصال دهد. یک اصل کلی در مورد انتخاب یک چسب، میزان ترشوندگی زیرلایه بوسیله ی چسب می باشد. انرژی سطحی چسب باید کمتر از انرژی سطحی زیرلایه باشد. وقتی چسب عمل اوری می شود، این ماده باید مدول و ضریب انبساط حرارتی مشابه با زیرلایه داشته باشد و یا دارای تافنسی مناسب باشد به گونه ای که تنش های ایجاد شده بوسیله ی حرکت های گرمایی را خنثی کند. تفاوت در انعطاف پذیری و یا انبساط گرمایی میان سطوح چسبندگی می تواند تنش های داخلی در خط اتصال، ایجاد کند.
یک چنین تنش هایی منجر به ایجاد شکست کامل در یک اتصال می شود. بنابراین، چسب های با صلبیت کامل، اغلب برای اتصال دهی فلزات استفاده می شوند. چسب های انعطاف پذیر اغلب برای اتصال دهی چسب ها و الاستومرها استفاده می شوند.
برای مواد چسبنده ی با ترکیب های مختلف، این اغلب پیشنهاد می شود که یک چسب با مدولی نزدیک به 1⁄2 (E_1+E_2 ) و ازدیاد طول نزدیک به 1⁄2 (L_1+L_2 )مینیمم الزامات مربوط به تنش مینیمم را برای چسب با مدول الاستیک E_1 و E_2 و طول های نسبی کل L_1 و L_2 ارضا می کند.
چسب ها و زیرلایه ها همچنین دارای خواص مقاومت شیمیایی مشابهی باید باشند. تورم یک جزء از اتصال در محیط سرویس دهی، منجر به تنظیم و تعدیل تنش در سطح مشترک چسب و زیرلایه می شود. این تنش ها، منجر به شکست کامل اجزای اتصال داده شده، می شود. چسب ها و زیرلایه های بدون انطباق، می توانند یک ایجاد یک اتصال معیوب شوند. مثال هایی از این موارد، عبارتند از:
خوردگی مربوط به قطعات فلزی بوسیله ی چسب های اسیدی
مهاجرت پلاستیسایزر در چسب از زیرلایه ی انعطاف پذیر و ایجاد نتایج منفی بر روی سطح مشترک چسب
عملکرد حلال های چسب و مواد فرار بر روی سطح مشترک پلاستیک
عدم تطابق شیمیایی اغلب بوسیله ی کنترل اندکی که بر روی مخلوط سازی چسب و شرایط عمل آوری می شود، افزایش می یابد. این مسئله در بیشتر موارد پیشنهاد می شود که تطبیق پذیری چسب و زیرلایه، مورد بررسی قرار گیرد.
تخلخل زیرلایه ای که می خواهیم آن را به هم متصل کنیم، می تواند منجر به استفاده ی بیشتر از چسب شود. نفوذ اضافی می تواند برای چسب های با ویسکوزیته ی پایین، مناسب نباشد. چسبندگی بر روی سطوح پوشش دار و یا عمل آوری شده، مانند سطوح رنگ آمیزی شده و صفحات پوشش دار، باید با توجه به ملاحظات مربوط به پوشش انجام شود، نه تنها زیرلایه. این ضروری است که مسائل مربوط به سطح زیرلایه به خوبی فهمیده شود و همچنین نحوه ی تغییرات این سطوح با زمان نیز برآورد شود.
ویژگی های مربوط به زیرلایه همچنین الزاماتی در مرود انتخاب یک وسیله ی اتصال دهی مناسب، ایجاد می کند. زیرلایه های الاستومری در طی عمل آوری چسب و یا تخریب به واسطه ی تنش های داخلی، به صورت یخ زده در می آیند. زیرلایه های چوبی و سلولزی نمی توانند دماهای عمل آوری بالا را بدون تغییرات ابعادی، تحمل کنند. البته این مسئله به جهت گیری دانه ها و میزان رطوبت اولیه ی زیرلایه وابسته می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie

استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.