انتخاب چسب ها (5)

الزامات تولید

شرایط تولید که تحت آن چسب ها اعمال می شوند، معیار مهمی در انتخاب چسب هاست. الزامات تولید خاص می تواند منجر به انتخاب محصولی شود که در دما و یا زمان خاصی عمل اتصال را انجام می دهد. در حقیقت، یک چنین الزاماتی ممکن است برای مونتاژکاری حجم بالا و قطعات با استحکام پایین، مناسب باشد. در اینجا، روش و زمان اتصال دهی، ممکن است مهم تر از استحکام و یا مقاومت محیطی اتصال باشد. اغلب استفاده از چسب های با گیرش سریع و ارزان قیمت مانند سیانواکریلات ها، ممکن است یک انتخاب مناسب برای این کاربردها باشد.
سایر روش ها به غیر از روش اتصال دهی با چسب ها، ممکن است همچنین با در نظر گرفتن این فرایند، مورد استفاده قرار گیرد. جوشکاری حرارتی (مونتاژ اولتراسونیک و ...) که برای اتصال دهی قطعات ترموپلاست استفاده می شود، ممکن است اتصال دهی سریعی ایجاد کند و نیاز به مخلوط سازی و اعمال چسب را کاهش دهد. جوشکاری حلالی همچنین یک روش سریع برای اتصال دهی قطعات پلاستیکی است.
فاکتورهایی که باید در انتخاب یک چسب در نظر گرفت، عبارتست از: شکل چسب، روش اعمال و استفاده، عمر ذخیره سازی، عمر کاری، روش ماشین کاری مورد نیاز برای آماده سازی زیرلایه ها و متغیرهای فرآیندی. فاکتور اخر شامل زمان مجاز بین پوشش کاری و اتصال، زمان خشک شدن و دمای مورد نیاز، دمای مورد نیاز برای اعمال و عمل اوری، فشار مورد نیاز برای اتصال دهی، نرخ ایجاد استحکام در دماهای مختلف و سایر خواص مانند بو، آتشگیری، سمیت و ... می باشد.
چسب ها برای سخت شدن، نیازمند زمان دهی، حرارت و یا ترکیبی از عوامل مختلف می باشند. شرایط عمل آوری، اغلب یک فاکتور محدودکننده در انتخاب یک چسب است. در برخی کاربردها، دمای عمل آوری بر روی انتخاب چسب، اثرگذار است. یک تعداد از چسب های ترموست نیازمند حرارت دهی و یا فشار هستند. این چسب ها، استحکام بالایی ایجاد می کنند. در جاهایی که نمی توان از عمل آوری در دماهای بالا استفاده کرد، می توان از چسب های با دمای عمل اوری پایین مانند اپوکسی های دو جزئی و یا یوریتان ها، استفاده کرد.
چندین فاکتور تولید باید در زمان انتخاب یک چسب برای عملیات مونتاژ، در نظر گرفته شود. این فاکتورها، عبارتند از:
فرایند و نوع ابزار مورد نیاز برای اندازه گیری و مخلوط سازی چسب
فرایندها و ادوات مورد نیاز برای اعمال چسب به زیرلایه
فرایندهای مورد نیاز برای عمل آوری چسب ها و ادوات مربوط به ایجاد سطوح خاص برای زیرلایه ها، آون و وسایل تعیین فشار
میزان و نوع فشار مورد نیاز برای جفت کردن زیرلایه و نیرو مورد نیاز برای سیلان دادن چسب ها
در دسترس بودن عملیات های تمیزکاری زیرلایه ممکن است فاکتوری در تعیین نوع چسب باشد.
میزان بررسی ها و موارد کنترل کیفیت نیز از جمله فاکتوری مهم در انتخاب سیستم های چسب می باشد.

هزینه

آنالیز اقتصادی مربوط به عملیات های اتصال دهی، نباید تنها هزینه ی مواد اولیه را در نظر گیرد، بلکه همچنین باید ادوات مورد نیاز، زمان و نیروی مورد نیاز و هزینه ی مربوط به ضایعات ایجاد شده در طی فرایند را نیز در نظر گیرد. هزینه ی مواد اولیه برای چسب ها، نباید بر اساس قیمت بر وزن و یا حجم بیان شود زیرا جامدها و دانسیته ی چسب ها متغیر هستند. هزینه ی بر هر قطعه ی اتصال اتصال یافته، یک معیار واقعی تر برای انتخاب یک چسب می باشد.
خواصی که نیازهای استفاده کننده را برطرف می کند، باید معیارهای مهم تری در انتخاب چسب ها، باشد. به هر حال، خواص استفاده کننده ی نهایی، نباید بیش از حد مورد توجه قرار گیرد به نحوی که هزینه به عنوان یک بار بر استفاده کننده، تحمیل گردد. در جایی که ملاحظات مربوط به دوام و استحکام نشاندهنده ی این باشد که چند چسب ممکن است در یک کاربرد مناسب باشند، انتخاب بر اساس فاکتور هزینه انجام می شود. فاکتورهای هزینه زیر باید علاوه بر هزینه ی مواد، در مورد چسب ها، در نظر گرفته شود:
میزان تحت پوشش قرار دادن
سهولت اعمال و ادوات مورد نیاز برای فرایند
زمان فرآیند
هزینه ی کارگری مربوط به مونتاژ و کنترل کیفیت و بررسی و نظارت بر روی قطعات کامل شده
میزان مواد مرجوعی که به دلیل شرایط ذخیره سازی نامناسب و مشکلات تولید، ایجاد شده اند
کیفیت پایین اتصال
ملاحظات محیط زیستی مانند ضایعات تولید شده
شرایط سرویس دهی
چسب ها باید همچنین با توجه به نوع تنش و شرایط محیطی موجود، انتخاب شوند. این فاکتورها، ممکن است مهم ترین معیارهایی باشند که در انتخاب چسب ها، باید به آنها توجه کرد. بسته به طبیعت تنش و محیط های ایجاد شده، این فاکتورها می تواند به طور قابل توجهی تعداد چسب های کاندید را محدود کند. طراح باید قادر باشد تا به طور مطمئن تمام شرایطی را پیش بینی کند که چسب در طی سرویس دهی با انها روبروست. او باید همچنین قادر به تعیین اثرات ممکنه ی این شرایط بر روی اتصال باشد، خواص اثرات کوتاه مدت، خواه، اثرات بلند مدت.
تنش های سرویس دهی
چسب ها باید با توجه به نوع تنش هایی انتخاب شوند که ممکن است در طی سرویس دهی، بر روی آنها ایجاد شود. انواع تش های پوسته ای کننده و کلیواژ، تا حدی می تواند یک چسب انعطاف پذیر را با توزیع تنش های نامتناسب، روبرو کند. انواع تنش های برشی و کششی، منجر به توزیع یکنواخت تر تنش می شود و اجازه می دهند تا بتوان از چسب های صلب، در این کاربردها، استفاده شود. چسب انتخاب شده، باید استحکام مناسبی داشته باشد تا بدین صورت در برابر تنش های ماکزیمم مقاومت از خود نشان دهد و فاکتور ایمنی مناسبی در این حالت ایجاد گردد. چسب ها باید همچنین مقاومت خوبی در برابر تنش های پایینی داشته باشند که در طی دوره های طولانی مدت، بر روی آنها اعمال می شود. سیستم های چسب ترموست نسبت به چسب های ترموپلاست و الاستومرها، به احتمال زیاد، مقاومت خوبی در برابر تنش های خزشی دارند.
انواع مختلف چسب ها، تفاوت های گسترده ای را از لحاظ تنش های و نرخ کرنش، ایجاد می کنند. چسب های ترموپلاست و انواع مختلف چسب های الاستومری، برای کاربردهای ساختاری مناسب ترند زیرا آنها تحت بارهای متوسط، تماسب به شکسته شدن و خزش ندارند. چسب های ترموپلاست قادر به مقاومت در برابر تنش های ویبراسیونی برای دوره های طولانی مدت، نیستند، اگر چه آنها ممکن است استحکام های بیشتری نسبت به انواع ترموست داشته باشند. انواع ترموپلاست و الاستومری از چسب ها، معمولا دارای استحکام پوسته ای شدن خوبی هستند اما استحکام برشی و کششی آنها پایین است.
به عبارت دیگر، رزین های ترموست اغلب به عنوان مواد پایه در چسب های ساختاری، استفاده می شوند. این چسب ها، اتصال صلبی ایجاد می کنند که مقاومت بیشتر در دماهای بالا دارد. ترموست های با تافنس بالا و چسب های هیبریدی همچنین تحت بارهای ویبراسیونی کارایی بهتری دارند و دارای مقاومت به ضربه ی خوبی می باشند. اپوکسی های عمل آوری شده با آمین ها، دارای استحکام برشی لبه ای خوبی در دمای اتاق هستند (استحکام 2000 psi). این استحکام در زمانی که یک عامل عمل اوری پلی آمیدی مناسب استفاده شود، تا 500 psi بیشتر از این مقدار می شود. چسب های اپوکسی- فنولیک دارای استحکام های برشی لبه ای حدود 3500 psi می باشند و چسب های اپوکسی- نایلون نیز استحکام برشی لبه ای در حدود 6000 psi دارند. رزین های فنولیکی که با پلی وینیل بوتیرال در چسب ها، ترکیب می شوند، دارای استحکام برشی استثنایی هستند. استحکام دما اتاق ممکن است تا 5000 psi نیز برسد. نئوپرن اصلاح شده با فنولیک ها، دارای استحکام برشی کمتری نسبت به فنولیک های اصلاح شده، می باشد.

محیط سرویس دهی

یکی دیگر از فاکتورهای مهم که باید در نظر گرفته شود، گستره ی دمایی است که در آن، چسب، استفاده می شود. در دماهای بالا، تمام چسب های آلی استحکام خود را از دست می دهند و برخی از انها نیز نرم و یا تجزیه می شوند. این مسئله موجب افت کارایی آنها می شود. تا دمای 160 فارنهایت، چندین نوع از چسب های ترموست و یا ترموپلاست ممکن است مورد استفاده قرار گیرند. به هر حال، در دمای 250 فارنهایت، در حالی که تنها یک تعداد اندک از چسب های ترموپلاست کارایی دارند، بیشتر چسب های ترموست را می تواند در این دما، استفاده کرد. در بالای دمای 250 فارنهایت، تنها چسب های ترموست با مقاومت دمایی بالا مانند چسب های فنولیک- نیتریلی و اپوکسی نوولاک، کارایی دارند. برخی از چسب های بسیار خاص و گران قیمت می توانند برای زمان های طولانی در دمایی بین 400 تا 500 فارنهایت، مقاومت داشته باشند. این چسب ها مقاومت کوتاهی در دمایی نزدیک به 600 فارنهایت دارند. برخی چسب ها، بعد از یک ساعت برخورد با دمایی در حدود 900 فارنهایت، هنوز هم استحکامی در حدود 500 psi دارند. مهندس چسب باید تشخیص دهد که کدوم یک از الزامات دمایی و زمانی مناسب یک کاربرد می باشند. چسب های با مقاومت دمایی بالا، شرایط عمل آوری سختی دارند. این سیستم ها، سیستم های گران قیمتی هستند.
دماهای پایین می تواند موجب بروز ترک ها و تنش های داخلی در بسیاری از چسب ها شود به نحوی که شکست پیوسته دراتصال رخ می دهد. این مسئله در دماهای زیر -100F رخ می دهد. برای شرایط دمایی زیر صفر، این بهتر است که از چسب های ترموپلاست و یا الاستومری استفاده شود. چسب های انعطاف پذیر مانند یوریتان ها و چسب های اپوکسی نایلونی، استحکام های برشی تا 8700 psi ایجاد می کند. این مسئله حتی تا دماهای -330F مشاهده می شود.
اگر چه کارایی به طور قابل توجهی تغییر می کند، رطوبت موجب می شود تا بیشتر چسب های آلی، تحت تأثیر قرار گیرند. این مسئله مخصوصا تحت شرایط تنشی، تشدید می شود. چسب های طبیعی در این حالت، نسبت به چسب های سنتزی مستعدترند. چسب ها ممکن است در شرایط سرویس دهی مرطوب، تخریب شوند.
ملاحظات مناسبی باید در مورد بررسی اثرات محیطی مانند عوامل شیمیایی، آب سرد یا گرم، روغن، حلال ها، سیال های هیدرولیک، هوازدگی و پیرسازی، اثر عوامل بیولوژیکی و ... در نظر گرفته شود. همچنین اثرات تابش (نور، اشعه ی X، رادیواکتیویته و فروسرخ) ، خلأ و موارد دیگر نیز باید در نظر گرفته شود. یک چنین محیط هایی بر روی چسب های ترموپلاست و الاستومری اثرگذار می باشند البته اثر کمتری بر روی پلیمرهای ترموست ایجاد می کنند. به هر حال، تمام سیستم های چسب بالقوه باید از لحاظ اثرات مضر این شرایط محیطی، مورد بررسی قرار گیرند. هیچ چسبی وجود ندارد که بتواند در برابر همه ی این محیط ها، مقاوم باشد. عموماً سیستم های چسبی که مقاوم در برابر محیط های خاص می باشند، نسبت به محیط های دیگر، ضعیف عمل می کنند. بنابراین، باید بدانید که مهندس چسب باید در مورد اثرات محیطی بر روی یک چسب، اطلاع کافی داشته باشد.

ملاحظات خاص

برای بیشتر کاربردها، ملاحظات ارائه شده در بالا، اساسی مناسب ایجاد می کنند که بوسیله آن، یک چسب مناسب برای یک کاربرد مناسب، انتخاب می شود. سایر ملاحظات و موارد مربوطه، می تواند بر روی فرایند انتخاب، مؤثر باشد.
خواص نوری، الکتریکی، گرمایی مانند ثابت دی اکتریک، مقاومت عایق کاری یا شفافیت، برخی اوقات باید برای مونتاژ قطعات در صنایع خاص، مد نظر قرار گیرند. یک چنین خواصی اغلب در مورد اتصال در مدارهای چاپی، اجزای عایق کاری، لنزهای نوری و ... مشاهده می شود. خواص مناسب معمولا می تواند با استفاده از فرمولاسیون های مناسب، ایجاد شود. به هر حال، استفاده کننده باید اغلب این مسائل را در نظر بگیرد. این خواص خاص، در صورت نیاز، اولویتی نسبت به فاکتورهای دیگر، تلقی می شود.
برای مثال، عملیات های سطحی ممکن است بر روی خواص الکتریکی و گرمایی اتصال ایجاد شده، مؤثر باشد. اغلب یک چسب خاص، قابلیت تولید و یا مقاومت دمایی مناسبی ندارد. چسب های بی رنگ شفاف دارای اندیس شکست معین هستند. این چسب ها در کاربردهای نوری، استفاده می شوند. چسب های تمیز همچنین فرموله شده اند اما باید مراقب باشین که تنش های داخلی موجب ایجاد عیوب نوری در آنها نشود. برخی از چسب ها، دارای رنگ های دائمی هستند. آنها برای کاربردهای خاص، استفاده می شوند.
چسب ها برخی اوقات با توجه به عملکردهایشان، نامگذاری می شوند. گاهی اوقات این نیاز وجود دارد که چسب ها علاوه بر اتصال، عملکرد آب بندی نیز داشته باشند. مقاومت در برابر خوردگی اتصال فلزی و خستگی نیز الزامات دیگری هستند که ممکن است برای برخی چسبها، ضروری باشد. عملکردهای ثانویه ی چسب ها، برخی اوقات از اهمیت خاصی برخوردارند. انتخاب چسب در این حالت، ممکن است بر اساس این عملکردها انجام شود.

قابلیت اطمینان

این مسئله یک کار محتاطانه است که یک برنامه ی بررسی جزئی، در نظر گرفته شود. این برنامه نه تنها قابلیت اطمینان به اتصال چسبی را نشان می دهد، بلکه همچنین اجازه ی بهینه سازی پارامترهای مربوط به اتصال را برای ما مقدور می سازد. طراحی اتصال را با استفاده از اتصال دهی یک مونتاژ ساده و بررسی آن، مورد بررسی قرار دهید. نمونه ها باید در محیط های عملیاتی مورد بررسی قرار گیرد. تشدید شرایط محیطی موجب می شود تا اطمینان حاصل شود که قطعه در شرایط واقعی، به خوبی عمل می کند. نمونه های آزمایش باید به خوبی مورد بررسی قرار گیرند.

منابع اطلاعاتی

برای انتخاب چسب های کاندید شده برای آزمون، این ضروری است که داده های فیزیکی قابل قبولی برای مقایسه و محاسبه داشته باشیم. بسیاری از این اطلاعات را می توان از تولیدکننده ی چسب، بدست آورید. بیشتر این داده ها، بر طبق استاندارد ASTM تدوین شده اند. خواص فیزیکی عمومی مانند استحکام برشی و استحکام پوسته ای شدن، می تواند به شکلی ساده، مقایسه شود. بدبختانه اطلاعا مربوط به تنش های خاص، محیط های قرارگیری و سطوح اتصال، اغلب به سادگی، پیدا نمی شوند.
اطلاعات مربوط به چسب ها و داده های مربوط به خواص آنها، می توانند همچنین در دستورالعمل های فنی یافت شوند. بسیاری از متون وجود دارند که در این زمینه، منتشر شده اند. م
فروشنده های چسب نیز می توانند کمک های خوبی در زمینه ی انتخاب یک چسب، فراهم بیآورند. قبل از تماس با فروشنده ی چسب، خریدار باید ابتدا تعریف واضحی از مسئله ی اتصال دهی، ارائه دهد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie