انتخاب و استفاده از مواد آب بندی (1)

مقدمه

این مقاله مراحل ضروری را مورد بررسی قرار خواهد داد که برای مهیا نمودن یک سیستم آب بندی مناسب برای کاربردهای خاص، باید در نظر گرفته شود. این مقاله راهنمایی هایی در زمینه ی انتخاب مواد آب بندی و روش شناسی مناسب به منظور طراحی و کاربرد اتصال، ارائه کرده است.
طراحی یک سیستم آب بندی چیزی بیش از انتخاب یک ماده با خواص فیزیکی و شیمیایی مناسب می باشد. ملاحظات زیر همچنین برای بدست آوردن کارایی نوری مناسب، ضروری می باشد:
1. طراحی اتصال شامل بررسی طراحی مواد بستر و پشتیبان.
2. نوع و طبیعت زیرلایه ها
3. کاربرد، عمل اوری و ویژگی های کارایی مربوط به مواد آب بندی
در این مقاله، ما ابتدا سعی خواهیم کرد تا الزامات مربوط به طراحی اتصال و مباحث مربوط به زیرلایه ها را مورد بررسی قرار دهیم و سپس ما سعی خواهیم کرد تا کاربردها و ملاحظات کارایی مورد نیاز برای انتخاب یک ماده ی آب بندی را تعریف کنیم.
مشابه چسب ها، یک روش مناسب برای طراحی سیستم های آب بندی ضروری می باشد. علت این مسئله، این است که هیچ ماده ی آب بندی ایده آلی، وجود ندارد. اگر یک ماده ی آب بندی ایده آل وجود داشت، این ماده به هر زیرلایه ای می چسبد و به سهولت از داخل تیوب مخصوص نگهداری خارج می شد و وارد اتصال می شد. این ماده می توانست حتی بر روی سطوح گردوغبار دار نیز بچسبد. این مسئله در مورد عمل آوری این محصولات نیز صادق است. در حقیقت یک ماده ی آب بندی ایده آل در محیط معمولی، عمل آوری می شود. این ماده ی آب بندی ایده آل بستری نرمی تشکیل می دهد که به سهولت تمیزکاری می شود. میزان شرینکیج آن پس از عمل آوری، نیز اندک است و وقتی این ماده عمل آوری می شود، این ماده باید هنوز حالت پلاستیک و رابری خود را حفظ کند. یک ماده ی آب بندی ایده آل، قابلیت رنگ شدن را نیز دارد. البته رنگ آمیزی آن ضروری نیست زیرا این ماده ی آب بندی، مقاومت خوبی در برابر هوازدگی دارد. این ماده ی آب بندی تا زمانی که زیرلایه مورد استفاده قرار می گیرد، پایدار است. در نهایت، این ماده ی آب بندی بسیار گران قیمت است به نحوی که این ماده تنها برای کاربردهای خاص، استفاده می شود. از آنجایی که هیچ ماده ی آب بندی منفردی وجود ندارد که تمام ویژگی های مربوطه را ارضا کند، باید مقایسه بین خواص و مواد مختلف، انجام شود.
بسیاری از فاکتورها باید در زمان طراحی یک ماده ی آب بندی، در نظر گرفته شود. در این فرایند، باید ملاحظاتی مانند نوع رزین پایه، شکل فیزیکی ماده ی آب بندی، ویژگی های کاربردی، روش اعمال و خواص کارایی در نظر گرفته شوند. نوع ماده ی آب بندی و طراحی اتصال باید با اتفاق نظر، در نظر گرفته شوند. قابلیت ماده ی آب بندی به منبسط شدن و منقبظ شدن مهم ترین فاکتورها در انتخاب یک ماده ی آب بندی می باشد. این ویژگی به همراه خواص مربوط به زیرلایه، طبیعت طراحی اتصال را تعیین می کند. در انتخاب یک ماده ی آب بندی مناسب برای یک وضعیت خاص، ملاحظات دیگری مانند ویژگی ها و عمر مفید، سختی، زمان عمل آوری، مقاومت به سایش، پارامترهای کاربردی، چسبندگی، میزان هوازدگی، مقاومت شیمیایی و نرخ بازیابی، باید در نظر گرفته شوند.
یک تفاوت قابل توجه میان چسب ها و مواد آب بندی، این است که مواد آب بندی به منظور محدود شدن حرکت، طراحی نشده اند. مواد آب بندی باید خواص فیزیکی مورد نیاز برای حرکت اتصال را داشته باشند و به زیرلایه نیز وصل شده باشند. این ماده باید قابلیت مورد نیاز برای محدود کردن شرایط خارجی در طی کاربرد و عمل آوری را داشته باشند و عملکرد آب بندی خود را در طی عمر مفید خود، حفظ کنند.

طبیعت طراحی اتصال

طراحی یک اتصال آب بندی، به میزان قابل توجهی به عملکرد و یا صنعتی وابسته می باشد که ماده ی آب بندی در آن، مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال، انواع مختلفی از اتصال های ساختمانی وجود دارد که شامل انبساط، انقباض، همپوشانی، محیط پیرامون و حالت لبه روی لبه می شود. این اتصال ها ممکن است به صورت افقی، عمودی یا شیب دار باشند. در این استفاده، مواد آب بندی می توانند شبه دائمی باشند و می توان آنها را با استفاده از عملیات های نگهداری، حذف کرد. مواد آب بندی می توانند به عنوان واشر نیز مورد استفاده قرار گیرند. این واشرها معمولاً باید پایداری شیمیایی خوبی داشته باشند و بتوانند با کل اتصال تطابق ایجاد کنند. مواد آب بندی می توانند همچنین برای آب بندی حفرات موجود در فلزات ریخته گری شده، نیز استفاده شوند. این مواد به کل سطح مالیده می شوند زیرا محل دقیق حفرات معمولاً مشخص نیست.
اتصال های آب بندی که به طور نمونه وار در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از اتصال های لبه روی لبه، لبه به لبه و اتصال های زاویه ای. اصلاح های متعددی بر روی این پیکربندی ها انجام شده است. اتصال ها باید به گونه ای طراحی شوند که ویژگی های انبساط و انقباض مورد نیاز برای اتصال را برطرف کنند و اجازه ی اعمال راحت ماده ی آب بندی را فراهم آورند.
اتصال های لبه روی لبه و لب به لب
برای اتصال های لب به لب، باید فضای کافی برای قرارگیری ماده ی آب بندی، وجود داشته باشد به نحوی که بتوان بازیابی مناسبی را در داخل گستره ی مطلوب ماده، ایجاد کرد. به هر حال، برای یادگیری اصول طراحی مربوط به این اتصال ها، باید تنش ها و حالت اعمال تنش در اتصال آب بندی، ارزیابی شود. در عمل، اتصال معمولاً به دلیل بروز تنش های پوسته ای کننده در سطح مشترک ماده ی آب بندی- زیرلایه، شکسته می شود. بیشتر اتصال های آب بندی و ضرورتاً اتصال های آب بندی با کارایی بالا، به ندرت با شکست مواجه می شوند.
تنش در خط اتصال تابعی از ازدیاد طول سطح آب بندی آزاد می باشد (شکل 2). یک بخش آب بندی نازک تر، موجب ایجاد تنش کمتری در خط اتصال می شود و قابلیت حرکت بیشتری نسبت به یک اتصال آب بندی نازک تر، پدید می آورد. برای حفظ تنش در داخل یک محدوده ی مناسب، برخی از راهنمایی ها برای طراحی اتصال ارائه شده است. • در اتصال هایی تا یک دوم اینچ، عمق ماده ی آب بندی باید با عرض آن برابر باشد.
• در اتصال های بزرگتر از یک دوم اینچ و کوچکتر از یک اینچ، عمق بخش آب بندی نباید بزرگتر از یک دوم اینچ، باشد.
• در اتصال های بزرگتر از یک اینچ، عمق ماده ی آب بندی نباید بزرگتر از 50 % عرض آن باشد.
اتصال های ساختمانی که متحمل سایش می شوند، نباید عرضی بزرگتر از یک اینچ، داشته باشند.
اتصال هایی که عمق زیادی دارند موجب بروز تنش های شدید می شوند و باید از استفاده از اینگونه اتصال ها، جلوگیری شود. در شکل 3a یک ماده ی قابل فشرده سازی مورد استفاده قرار گرفته است که باید تحت فشار قرار گیرد، حتی در حجم اتصال ماکزیمم. در جاهایی که مواد حمایت کننده و یا بستر، مورد استفاده قرار می گیرند، دقت های لازمه در زمینه ی این مسئله باید انجام شود که اطمینان حاصل شود این مواد با مواد آب بندی مورد استفاده، تطابق دارند. این مواد آب بندی باید عاری از روغن و آسفالت، باشند. مواد تشکیل دهنده ی مورد استفاده به عنوان بستر، باید طبیعت غیر محرک داشته باشند و در حالت سرد، سیلان پیدا نکنند. ماده ی آب بندی قادر به منقبض و منبسط شدن در طول زیرلایه ی اتصال یافته را داشته باشد. برای اینکه اجازه ی رهایش آزاد و کامل به ماده ی آب بندی داده شود، یک عامل رهایش می تواند در داخل ماده ی آب بندی قرار داده شود به نحوی که ماده ی آب بندی به این سطح، نمی چسبد. بواسطه ی عدم اتصال به سطح پایینی اتصال، ماده ی آب بندی، به صورت آزادانه انقباض و انبساط پیدا می کند.
کاربرد یک چنین عوامل رهایشی در شکل 4 نشان داده شده است. یک عامل رهایش، خواه به صورت شیمیایی و خواه به صورت لایه ای عمل کند، از اتصال ماده ی آب بندی به کف جلوگیری می کند و اجازه می دهد تا ماده ی آب بندی به طور نرمال خمش پیدا کند (شکل 4d). اگر یک اتصال محکم میان سطح خارجی ایجاد شود، ماده ی آب بندی می تواند به طور پیوسته و در طی دوره هایی که شرایط هوایی سرد است، متحمل شکست شود (شکل 4c). اتصال لبه روی لبه در شکل 1 نشان داده شده است. اتصال های لبه روی لبه می توانند به صورت مؤثر با استفاده از مواد آب بندی ساندویچی شکل، آب بندی شوند. اتصال های لبه روی لبه که متحمل نیروهای برشی می شوند، می توانند متحمل کرنش های قابل توجهی شونده که این مسئله به حرکت و میزان ضخامت اتصال وابسته می باشد. با استفاده از روابط مربوط به هندسه های ساده، کرنش ایجاد شده بر روی اتصال متحمل تغییر شکل برشی می شود. این مسئله برای اکثر کاربردها، مشاهده می شود (شکل 5). برخی از مواد آب بندی، قادرند تا از طریق ادوات جوشکاری نقطه ای به هم جوش داده شوند. این نوع از مواد آب بندی، در ابتدا برای صنعت خودرو طراحی شد. در این کاربرد، ماده ی آب بندی بیشتر نقش صداگیر داشت و همچنین خط تولید نمی توانست زمانی برای گیرش ماده ی آب بندی صرف کند. از این رو، از این مواد آب بندی استفاده شد. اتصال لبه روی لبه همچنین می تواند با اعمال یک لبه ی آب بندی بر روی سطح خارجی اتصال، آب بندی شود. اگر اتصال لبه روی لبه نتواند به روش ساندویچی، آب بندی شود، اتصال باید به گونه ای طراحی شود که میزان قابل قبولی از ماده ی آب بندی را دریافت کند. شکل 6 نشاندهنده ی انواع مختلفی از طراحی اتصال است که در آن، زیرلایه ها نمی توانند همپوشانی داشته باشند. اتصال به هم پیوسته که برای نگهداری در داخل یک مایع (مانند تانک های ذخیره سازی) اعمال می شود، باید از داخل آب بندی شود به نحوی که ماده ی آب بندی با فشار مایع تقویت شود. برخی اوقات نوارها می توانند جایگزین مواد آب بندی شوند. مثال هایی از این اتصال های حاوی نوارها، در شکل 1 (c) و 6 (c و f) نشان داده شده است. چسبندگی نوارهای حساس به فشار به طور قابل توجهی به شرایط سطحی زیرلایه و میزان همپوشانی دو سطح، وابسته می باشد. نوارهای مورد استفاده باید در برابر محیط و مایع هایی مقاوم باشند که اتصال با آنها در تماس می باشد. البته نوارهای حساس به فشار تنها یک آب بندی را در حالت دو بعدی، ایجاد می کنند. انواع ماستیک های رابری پیش ساخته و یا بسترهای اکسترودری پیوسته نیز موجود می باشند. این مواد آب بندی معمولا با استفاده از فشار انگشت بر روی سطح اعمال می شوند. آنها یک قابلیت آب بندی سه بعدی را فراهم می آورند و عموماً چسبندگی و خاصیت آب بندی بهتری نسبت به نوارهای حساس به فشار ایجاد می کنند.

مواد پشتیبان

هدف اصلی از استفاده از مواد پشتیبان در یک اتصال، کنترل عمق ماده ی آب بندی می باشد. بنابراین، با استفاده از این مواد از فاکتور شکل مناسب برای ماده ی آب بندی، اطمینان حاصل می کنیم. هدف دیگر از استفاده از این مواد، ایجاد یک حمایت یا تقویت برای ماده ی آب بندی در حالت افقی مانند سطوح کف، می باشد. انتخاب نامناسب یک ماده ی پشتیبان می تواند موجب از بین رفتن کامل چسبندگی شود. مواد پشتیبان باید بوسیله ی حلال ها و مواد دیگر، تخریب نشوند. مواد پشتیبان حاوی آسفالت، قطران زغال سنگ یا پلی ایزوبوتیلن هیچگاه نباید در این کاربردها، استفاده شود. این مسئله موجب عدم تطابق میان مواد مختلف، می شود.
نئوپرن، پلی یوریتان، فوم پلی اتیلنی، صفحات بتونه ای، صفحات فیبری و نوارهای پنبه ای می توانند به عنوان مواد پشتیبان، استفاده شوند. مواد فومی شکل اغلب به این دلیل استفاده می شوند که آنها قابلیت فشرده سازی دارند و به صورت نوارها و یا رشته های پیوسته می باشند. تیوب های رابری که از الاستومرهای مختلف تولید می شوند، همچنین می توانند یک ماده ی پشتیبان استثنایی باشد. این مواد سد مناسبی در برابر آب فراهم می آورند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله : Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie