مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

شیشه

چسب های مورد استفاده برای اتصال دهی شیشه و زیرلایه های مشابه، بر پایه ی قطبی شدن، گروه های عاملی موجود و تطابق پذیری، انتخاب می شوند. این چسب ها، عبارتند از: پلی وینیل بوتیرال، وینیل استات، اپوکسی، و چسب های اکریلیکی. چسب های تجاری مورد استفاده برای اتصال دهی شیشه و ویژگی های فیزیکی آنها در ادامه به طور جزئی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
چسب های مورد استفاده برای اتصال دهی شیشه عموماً رزین های شفاف و با گیرش گرمایی هستند که مقاومت به آب دارند و از این رو، می توان آنها را در کاربردهای بیرون خانه، نیز استفاده کرد. این چسب ها، دارای یک میزان انعطاف پذیری، تافنس و انبساط گرمایی مناسب هستند و این فاکتورها برای این چسب ها، در حدود مقادیر مربوط به شیشه می باشد. چسب های عمل آوری شده در دمای اتاق، در این کاربردها اغلب مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از زیرلایه های شیشه ای، با استفاده از چسب های صلب، می شکنند. اتصال های چسبی بیشتر به دلیل عدد تطابق در ضریب انبساط و به دلیل تنش های داخلی، تخریب می شوند.
شیشه های ایمنی بوسیله ی قرارگیری لایه های متوالی شیشه و فیلم های چسبنده مانند پلی وینیل بوتیرال، تولید می شوند. چسب های نوری مورد استفاده برای اتصال دهی لنزها، معمولاً از جنس پلی استرهای اصلاح شده با استایرن و چسب های حاوی مونومرهای استایرن می باشد. اپوکسی های ترموست و اکریلیک ها، نیز در این کاربردها، استفاده می شوند.

طبیعت طراحی اتصال

رابطه ی میان تنش و انتخاب چسب
در دنیای واقعی، اتصال های چسبی بهینه، به گونه ای طراحی می شوند که حالت بارگذاری با وضعیت چسب مورد استفاده، تطابق داشته باشد. به عبارت دیگر، چسب های صلب، برای اتصال هایی انتخاب می شوند که بارگذاری در آنها، حالت کششی یا برشی داشته باشد. اتصال ها به گونه ای طراحی نخواهند شد که به صورت کلیواژ و یا پوسته ای شدن، بارگذاری شوند. اگر یک چنین نیروهای بارگذاری وجود نداشته باشد، چسب های انعطاف پذیر و با تافنس بالا، انتخاب می شوند. به هر حال، در دنیای واقعی، عملی بودن یک چنین مسئله ای به ساختار، هزینه های ماشین کاری و جایگزینی اتصال ها وابسته می باشد.
ضخامت و استحکام زیرلایه ها، نیز از جمله فاکتور مهم در انتخاب چسب بهینه، می باشد. مواد انعطاف پذیر مانند محصولات رابری و یا فلزات نازک، فیلم های پلاستیکی و ...، در طی سرویس دهی، اغلب دچار خمش می شوند و نباید با استفاده از چسب های ترد و صلب، آنها را به هم متصل کرد. یک اتصال صلب ممکن است ترک بخورد و این مسئله موجب کاهش استحکام اتصال می شود.

تفاوت در انعطاف پذیری و یا ضرایب انبساط حرارتی میان سطوح چسبندگی، می تواند بر روی تنش های داخلی در خط اتصال، اثرگذار باشد. یک چنین تنش هایی می تواند منجر به ایجاد شکست کامل در اتصال شود. تنش ها تا حدی می توانند از طریق طراحی اتصال، مینیمم شوند اما کارایی اتصال هنوز تحت تأثیر این تنش هاست. در جایی که تنش مینیمم میان سطوح چسبنده از مواد مشابه، مد نظر باشد، این بهتر است که چسبی انتخاب شود که از لحاط خواص رئولوژیکی، انبساط گرمایی و مقاومت شیمیایی، مشابه با زیرلایه باشد. این مسئله این اطمینان را ایجاد می کند که تمام الزامات دیگر مربوط به اتصال، ارضا شده است. به طور متداول، این خواص دیگر چسب هستند که برای ایجاد یک اتصال و رسیدن به استحکام مناسب، حیاتی می باشند.
عموماً چسب های صلب برای کاربردهایی انتخاب می شود که در آنها نیازمند استحکام برشی بالا می باشیم. در این کاربردها، اتصال به گونه ای طراحی می شود که بار به صورت برشی اعمال شود. این رزین ها، عموماً ترموست های با پیوندهای عرضی متراکم مانند اپوکسی، اکریلیک، فنولیک، و سایر پلیمرهای دیگر، می باشند. اغلب عمل آوری در دماهای بالا برای این چسب ها، نیاز می باشد. این چسب ها، دارای استحکام برشی بالایی هستند اما استحکام پوسته ای شدن و ضربه ی آنها پایین است.
استحکام پوسته ای شدن و استحکام ضربه ی چسب ها در چسب هایی مرتبط می باشند که دارای مقاومت به پوسته شدن خوبی هستند. این چسب ها، عموماً استحکام ضربه ی خوبی دارند. چسب های ترموست موجب تشکیل اتصال های صلب می شود و بنابراین، استحکام پوسته ای شدن و ضربه برای چسب های رابری با تافنس بالا و چسب های ترموپلاست، پایین تر خواهد بود. از بین اپوکسی ها، چسب های پلی سولفید اپوکسی، اپوکسی- نایلون و پلی آمید اپوکسی دارای خواص پوسته ای شدن استثنایی هستند. یوریتان ها همچنین دارای استحکام پوسته ای شدن و انعطاف پذیری بالایی هستند.
چسب های ماستیکی نرم باید برای کاربردهایی انتخاب شود که در انها نواحی سطحی بزرگ که احتمال حرکت، چرخش و یا لغزش در آنها وجود دارد، به هم متصل شده اند. ماستیک ها می توانند شامل اپوکسی ها، یوریتان ها، سیلکون ها و مواد بر پایه ی رابرها باشند. این انتخاب به نوع سخت کننده و نحوه ی عمل اوری، وابسته می باشد. چسب های نرم سیلال می یابند و بدین صورت تنش های ایجاد شده در آنها، از بین می رود.

رابطه ی میان انتخاب چسب، ضخامت اتصال و ویسکوزیته

ضخامت چسب ها در اتصال (یعنی ضخامت خط اتصال)، می تواند یک پارامتر قابل توجه در کاربردهایی باشد که در آنها، نیاز به استحکام بالا می باشد. بالاترین استحکام کششی و برشی، با چسب های با بالاتری مدول و ضخامت مینیمم، ایجاد می شود. در واقع استحکام بهینه معمولاً در زمانی ایجاد می شود که ضخامت خط بین 0.002 تا 0.006 اینچ باشد. برای ضخامت های خط اتصال بیشتر از 0.006 اینچ، توزیع تنش به گونه ای است که چسب ممکن است متحمل نیروهای کلیواژ شود. در زیر ضخامت 0.001 اینچ، استحکام معمولا کاهش می یابد. کمبود چسب در محل اتصال، همواره یک ریسک بالقوه می باشد. برای بدست آوردن استحکام پوسته ای شدن و کلیواژ ماکزیمم، چسب های الاستیک انتخاب می شوند. استحکام های بهینه در این حالت های تنشی، معمولا با افزایش ضخامت اتصال، افزایش می یابد. این مسئله به دلیل توزیع الاستیک تنش در یک مساحت اتصال بزرگتر ایجاد می شود (شکل 2 بخش سوم این مقاله).
چسب ها می توانند به صورت مایع، خمیر، جامد و اشکال مختلف دیگر باشند. انتخاب شکل چسب، اغلب با توجه به سهولت اتصال دهی، تعیین می شود. چسب های مایع گاهی اوقات تمایل به سیلان و جاری شدن دارند. شره کردن چسب معمولا به دلیل ویسکوزیته ی پایین آن ایجاد می شود. البته این مسئله پیش از عمل اوری مشاهده می شود. روش های اصلی مورد استفاده در کنترل چسب ها، استفاده از چسب هایی است که پایداری بهتری دارند.
افزایش ویسکوزیته می تواند با استفاده از تغییر در فرمولاسیون چسب، ایجاد شود. پرکننده های با خاصیت تیکسوتروپ نیز می توانند مورد استفاده قرار گیرند. این مواد فرمولاسیون هایی ایجاد می کنند که تمایل بیشتر به سمت ماستیکی شدن دارند و می توان با انها نواحی گسترده تر را چسباند. متوقف کننده های اتوماتیک می توانند در چسب ها فرموله شوند. این کار با استفاده از پرکننده هایی مانند میکروبالون ها و میکرو گوی های شیشه و یا با استفاده از پارچه و یا قطعات مسطح بافته شده، قابل انجام می باشد. الیاف موجود در این چسب ها، موجب مهیا شدن یک حالت اتصال پایدار میان زیرلایه ها، می شود. یک روش متداول تر، استفاده از متوقف ساز مکانیکی در طراحی اتصال می باشد. در این مورد، هندسه ی اتصال اجازه نمی دهد تا ضخامت خط اتصال کمتر از یک میزان معین و بیشتر از یک میزان مشخص شده، شود. این کار در واقع با استفاده از فشار تماسی مناسب، انجام می شود (شکل 1).

ویسکوزیته ی چسب ها همچنین یک فاکتور مهم در طراحی اتصال محسوب می شود. در جاهایی که زیرلایه ها باید در اتصال بر روی هم بلغزند، طراحی باید متناسب با این مسئله انجام شود. تلورانس نزدیک میان زیرلایه ها و ویسکوزیته ی بالای چسب، می تواند منجر به لغزش خود به خود چسب از زیرلایه و کاهش میزان چسب در اتصال شود.
خاصیت چسبندگی آنی به طور متداول برای فرایندهای اتصال، مهم می باشد. برخی اوقات، این خاصیت مهم است، مثلا وقتی می خواهیم زیرلایه ها پس از اتصال حرکت نکنند. به هر حال، همچنین زمان هایی وجود دارد که قطعات باید در ابتدا قابلیت حرکت داشته باشند. از این رو، در این حالت، وجود این خاصیت خوب نیست.
خاصیت چسبندگی آنی، ویژگی است که به فرمولاسیون خاص، وابسته می باشد و می توان این ویژگی را بواسطه ی فرمولاسیون، تعیین کرد.

اثر الزامات مربوط به قطعه و تولید بر روی انتخاب چسب

قطعه و یا بخش مونتاژ کاری شده ای که اتصال در آن ایجاد شده است و همچنین الزامات تولید، به طور قابل توجهی در تعیین این مسئله مهم می باشد که از چه نوع چسب، استفاده شود. این فاکتورها، باید در ابتدای فرایند اتصال دهی، در نظر گرفته شوند زیرا این فاکتورها در نوع چسب و شکل اعمال چسب، اثرگذار می باشند. این مسئله مخصوصاٌ زمانی نمود دارد که استحکام و یا شرایط محیطی، یک دغدغه ی قابل توجه نیستند. در این حالت، فاکتورهای ذکر شده در این بخش، در فرایند انتخاب مؤثر است.

طبیعت قطعه یا بخش مونتاژ شده

بخش های مونتاژ کاری شده ای که با چسب، به هم متصل شده اند، ممکن است شامل دو قطعه ی ساده، و یا بخش های متعدد و پیچیده باشند. این قطعات ممکن است به صورت نمونه و یا به طور انبوه، تولید شوند. طبیعت قطعه ی اتصال یافته، نوع چسب و فرایند مورد نیاز برای اعمال آن را تعیین می کند.
روش انتخاب شده برای اعمال چسب به زیرلایه، بوسیله ی اندازه و هندسه ی قطعات، تعداد اجزای اتصال یافته و ابعاد قطعه و همچنین خواص فیزیکی چسب، تعیین می شود. بیشتر چسب ها، به صورت مایع، خمیر و یا جامد، موجود می باشند. روش اعمال ممکن است به ویسکوزیته ی چسب، وابسته باشد. جدول 1 لیستی از اشکال و الزامات فرایندی موجود برای انواع متداول چسب ها را در خود جای داده است.
شکل اجزا اغلب به گونه ای است که استفاده از چسب های پودری در آنها بهتر است. اتصال دهی ساختارهای لانه زنبوری به پوسته های فلزی به طور مناسبی با استفاده از چسب های فیلمی شکل ترموست انجام می شود. به عبارت دیگر، این متداول است که از چسب های خیمری برای اتصال دهی مبدل های حاوی لوله های آلومینیومی و بخش های مسی، استفاده شود. یک چسب مایع با ویسکوزیته ی پایین برای استفاده در قطعات لایه ای که دارای مساحت سطح بالا هستند، مناسب می باشد.
تولیدی حجم بالا معمولاً نیازمند این است که چسب به شکلی باشد که فرآیند با سرعت و سهولت بیشتری انجام شود. واحدهای مونتاژ دستی اغلب از چسب هایی استفاده می کند که اشکال فیزیکی آنها برای استفاده در ماشین های تولید انبوه، مناسب نیست. مونتاژ قطعات کوچک و ظریف، به مهارت انسانی وابسته است و الزامات مربوط به تولیدی در حجم پایین موجب می شود تا بتوان در این کاربردها، گستره ی وسیعی از چسب ها را استفاده کرد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie

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