انتخاب و استفاده از مواد آب بندی (2)

اتصال های پیچ دار

اتصال های پیچ دار حاوی شکاف های پیچ دار موازی و مخروطی شکلی است که میان دو سطح زیرلایه قرار دارند. انواع متداول از این طراحی ها در شکل 1 نشان داده شده است. مسیرهای نشت مخروطی شکل که می تواند وجود داشته باشد، در شکل نشان داده شده است. صرفنظر از طراحی پیچ دار، یک چنین اتصال هایی بدون استفاده از مواد آب بندی، به درستی، عمل نمی کنند. پلی تترافلئورواتیلن (PTFE) یا تفلون نیز سال های زیادی است که برای روان سازی و آب بندی این اتصالات، استفاده می شود. این نوارها می توانند یک بخش آب بندی مناسب را برای این اتصال های پیچ دار، ایجاد کنند. به هر حال، نوارهای PTFE از شل شدن اتصال جلوگیری می کند. این شل شدن می تواند به دلیل نوسان ایجاد شود.
الاستومرهای متداول و مواد آب بندی لاتکسی که می توانند به این بخش ها اعمال شوند، همچنین می توانند به صورت بسیار مؤثری موجب آب بندی اتصال های پیچ دار شوند. به هر حال، در مورد اتصال های بزرگ، شرینکیج ماده ی آب بندی در زمان خشک شدن، می تواند یک مشکل ایجاد کند. در حقیقت این فرایند، فرایندی زمان بر است.
مواد آب بندی بی هوازی احتمالا متداول ترین مواد آب بندی برای اتصال های پیچ دار یا چین دار می باشند. آنها عملکرد روانسازی در هنگام مونتاژ دارند و به خوبی سخت می شوند. این مواد آب بندی، در برابر حلال مقاوم می باشند. آنها به خوبی اتصال می دهند و به خوبی سطوح چین دار را می پوشانند. به هر حال، مواد آب بندی غیر هوازی مواد تردی هستند و نمی توان آنها را دوباره استفاده کرد و یا از هم جداسازی کرد. از آنجایی که این مواد آب بندی بواسطه ی اثر کاتالیستی زیرلایه ی فلزی سخت می شوند، محدودیت های مربوط به عمل آوری آنها، وجود دارد. اتصال های لوله ای بیش از یک اینچ، ممکن است شکاف هایی داشته باشند که اندازه ی آنها بیشتر از یک میلی متر است. شکاف های بزرگ میان این بخش ها، باید در زمان عمل آوری پوشانیده شود. در این بخش ها، عمل آوری و زمان عمل آوری بسیار مهم می باشد.
همچنین مواد آب بندی بی هوازی و اپوکسی نیز وجود دارد که می توان آنها را بر روی ربانه ها و پیش از کار، اعمال کرد. در این مواد آب بندی، ماده ی مؤثره به صورت کپسوله وجود دارد و در زمان اعمال نیرو بر آن، این کپسوله ها شکسته و عمل آوری به طور کامل انجام می شود. این مواد عمر نگهداری طولانی دارند به نحوی که ماده ی آب بندی می تواند خیلی زودتر از زمان مورد نیاز، به زیرلایه اعمال شود. مثال هایی از مواد آب بندی کپسوله شده، در شکل 2 نشان داده شده است.

واشرها و لایی ها

مواد واشری یا لایی عموماً الاستومرهایی هستند که به صورت اورینگ و سایر اشکال، موجود می باشند. واشرها ممکن است همچنین از یک ماده ی بزرگ مانند یک صفحه ی نازک، بریده شوند.
به هر حال، مواد آب بندی می توانند برای تولید واشرهای در محل مورد نیاز، استفاده شوند. یک نوار و یا ماده ی آب بندی عمل آوری نشده، به ناحیه ی فلنچ اعمال می شود و پس از بسته شدن اتصال، واشر مورد نظر، ساخته می شود. پس از مونتاژ اجزا، ماده ی آب بندی در حقیقت فشرده شده و دقیقاً محل توخالی موجود را پر می کند.
عملکردهای جالب توجه این نوع از واشرها، متفاوت از واشرهای بریده شده است. واشرهای بریده شده و در حقیقت با شکل مشخص، در صورتی عمل آب بندی را انجام می دهند که تحت فشار باشند. واشرهای بریده شده باید تحت فشار باشند تا عملکرد درستی داشته باشند. هر کاهش در میزان بار که موجب آزادسازی ماده ی واشر و یا از بین رفتن چفت و بست ساختار شود، می تواند موجب نشتی از واشر شود. واشرهایی که به صورت درجا تولید می شوند، نیازمند تحت فشار قرار گرفتن، ندارند. در یک اتصال با واشر آب بندی، یک ارتباط بین فلز و فلز در فلنچ، وجود دارد به نحوی که واشر پس از مونتاژ قطعات، به طور کامل عمل آوری می شود. اگر یک کشش مکانیکی بر روی فلنچ، از بین رود، واشر هنوز هم عملکرد خود را حفظ می کند که علت این مسئله، چسبندگی ماده ی آب بندی به سطح فلزی می باشد. این مهم است که سیستم های فلنچ به گونه ای طراحی شوند که بتوان واشرها را از طریق مواد آب بندی، تولید کرد. ضخامت اتصال به طور خاص به خواص فیزیکی مورد انتظار برای ماده ی واشری عمل آوری شده، وابسته است. به هر حال، به دلیل اینکه کل اتصال از ماده ی آب بندی پر می شود، بی نظمی های بیشتری در سطح فلنچ ها، می تواند بهبود و اصلاح شود. اجزایی که سطوح آب بندی آنها خش دار یا حفره دار است و نمی توان آنها را با واشرهای آب بندی پیش ساخته، آب بندی کرد را می توان به صورت مستقیم با استفاده از این مواد آب بندی، آب بندی کرد.
واشرهای تولیده شده به صورت درجا، دارای مزیت های زیادی نسبت به واشرهای معمولی هستند. علاوه بر این، واشرهای درجا موجب کاهش هزینه های تولید نیز می شوند. به دلیل اینکه هر واشر به صورت شکل مورد نظر در می آید، هیچ ضایعاتی وجود ندارد و تنها یک فرمولاسیون برای تولید انواع مختلفی از واشرها، مورد نیاز می باشد. واشرهایی که در محل استفاده شکل دهی می شوند و یا به عبارتی، واشرهای درجا، همچنین اجازه می دهند تا آب بندی به طور مناسب تری انجام شود. چالش ایجاد شده بوسیله ی این واشرها، این است که مواد آب بندی باید به صورت یکنواخت و بدون بریدگی بر روی سطح فلنچ اعمال شود. به هر حال، توسعه ی شیرهای توزیع و کاربردهای روباتیک موجب شده است تا این دغدغه ها، مینیمم شوند. شکل 3 نشاندهنده ی خطوط خالی مانده از واشرهای ساخته شده در محل است. دو نوع از مواد آب بندی به طور متداول در این کاربردها، استفاده می شود. این مواد در حقیقت سیلیکون ها عمل آوری شده در دمای اتاق و مواد آب بندی غیر هوازی هی باشند. مواد آب بندی بی هوازی پس از عمل آوری به سیستم های صلب، تبدیل می شوند. به عنوان یک نتیجه، آنها نیازمند فلنچ های صلب و آرایه های اتصالی با شکاف کوچک هستند. سیلیکون های ولکانش یافته در دمای اتاق (rtv) عموماً برای تولید آن دسته از واشرهای درجایی استفاده می شوند که زمان عمل آوری طولانی در آنها ممکن باشد. این مواد آب بندی به طور کلی از الاستومرهای سیلیکونی با مدول متوسط فرموله می شوند. آنها در اتصال هایی استفاده می شوند که تحت حرکت قرار می گیرند. با این مواد، این مهم است که طراحی فلنچ، اجازه دهد تا یک شکاف با اندازه ی مناسب برای ایجاد قابلیت تحرک، فراهم آید. در مورد مواد آب بندی سیلیکونی RTV، این ضروری است که یک طراحی مناسب برای اتصال در نظر گرفته شود به نحوی که رطوبت اتمسفر بتواند موجب عمل آوری ماده ی سیلیکونی شود.
نوع دیگری از واشرهای تولید شده در محل استفاده، می تواند با اعمال یک ماده ی آب بندی دو جزئی و یا عمل آوری شده با UV تولید شوند. یک ماده ی آب بندی سیلیکونی تک جزئی و با سختی پایین، توسعه یافته است که می تواند به طور مناسب برای این کاربرد، استفاده شود. این ماده در طی زمان 30 ثانیه، پس از برخورد اشعه ی UV، عمل آوری می شود. تنها انواع بسیار نرم از مواد آب بندی با این روش، تولید می شوند. واشرهای تولید شده در محل استفاده، می توانند همچنین از مواد فومی نیز تولید شوند.
مشکلات کلی در مورد تولید این واشرها، در مورد فلنچ های غیر مسطح و یا در مورد اتصالاتی بوجود می آید که ضخامت اتصال بسیار متغیر است. این همچنین مهم است که اینگونه از واشرها به صورت یک ماده ی پیوسته در محل قرار بگیرند و کل شکاف اتصال را پر کنند. شکاف در این اتصال ها، می تواند بواسطه ی کاربرد بی جا و یا به دام افتادن هوا در داخل اتصال، با مشکل مواجه شود. یک چنین شکاف هایی می تواند به سهولت منجر به نشتی در ساختار شود.

آب بندی تخلخل ها

مواد آب بندی با ویسکوزیته ی پایین همچنین برای بستن میکروتخلخل های موجود در فلزات ریخته گری شده، استفاده می شوند. یک چنین قطعاتی معمولاً در محفظه ی تهویه ی هوا و سایر وسایل دیگر، استفاده می شوند. این قطعات باید از تخلخل عاری باشند تا بدین صورت از عبور گاز و یا مایعات، جلوگیری کنند. معمولا در ماشین کاری این قطعات، حفراتی ایحاد می شود که می تواند منجر به نشت مایع یا گاز شوند. آب بندی این بخش ها می تواند با استفاده از مواد آب بندی مایعی انجام شود که دارای ویسکوزیته ی پایینی هستند. این مواد آب بندی قابلیت نفوذ به حفرات ریز و پر کردن آنها را دارا می باشند. استفاده از فشار و یا خلاً می تواند موجب تسهیل پر شدن این حفرات شود.
انواع متداول از مواد آب بندی مورد استفاده در این کاربرد، محلول های آبی سدیم سیلیکات، پلی استرهای بر پایه ی استایرن، رزین های متااکریلاتی با ویسکوزیته ی پایین و مواد آب بندی بی هوازی هستند. نوع بی هوازی هم به صورت عمل آوری شده با حرارت و هم عمل آوری شده در دمای اتاق، می باشند. آنها در بیشتر عملیات های آب بندی حیاتی استفاده می شوند که در حقیقت مقاومت حرارتی و شیمیایی ضروری می باشد. جدول 1 برخی از موادهایی که می توان در این کاربردها، استفاده کرد را نشان می دهد. فاکتورهایی که باید در زمان انتخاب یک رزین مناسب برای پر کردن تخلخل ها، در نظر گرفته شوند، عبارتند از:
• فرایند عمل آوری (عمل آوری حرارتی و یا عمل آوری در دمای اتاق)
• مقاومت شیمیایی، مقاومت در برابر حلال و مقاومت دمایی
• ظرفیت آب بندی تخلخل ها
• الزامات سطحی مورد نیاز
• الزمات مربوط به بازده
استانداردهای MIL-STD-276 و MIL-I-17563B بوسیله ی ارتش آمریکا برای استانداردسازی و پوشش دهی الزامات مورد نیاز برای کاربردهای این محصولات در صنعت نظامی، تدوین شده است.
تخلخل های ذاتی که نتیجه ی طبیعی از وجود بخش های پودری در نمونه می باشد، با استفاده از رزین های مناسب آب بندی می شود. در حقیقت این کار می تواند با یک رزین بی هوازی انجام شود. مواد آب بندی عمل آوری شده با حرارت معمولاً برای این کار مناسب نیستند زیرا مشکلاتی مربوط به عمل آوری رزین در آنها ایجاد می شود.
انواع مختلفی از روش های فرآوری برای آب بندی تخلخل ها در این قطعات، استفاده می شود. روش انتخاب شده برای این کار، به ماده ی آب بندی وابسته می باشد که مورد استفاده قرار می گیرد. جدول 2 شامل رویه های فرآوری مورد استفاده می باشد. این رویه ها، عبارتند از: • خلأ یا فشار خشک
• خلا یا فشار تر
• خلا تر
• زیرلایه های آب بندی
• مشابه چسب ها، زیرلایه های موجود در آب بندی نیز باید به خوبی تمیزکاری شوند. این کار باید پیش از اعمال ماده ی آب بندی، انجام شود. لایه های مرزی ضعیف که می تواند موجب بروز شکست در اتصال شود، باید حذف یا تقویت شوند. برخی از زیرلایه ها، ممکن است پیش از اعمال ماده ی آب بندی تحت عملیات های خاص قرار گیرند تا بدین صورت، ماده ی آب بندی چسبندگی خوبی به سطح پیدا کند. در اینجا، یک سری از روش های عمل آوری آورده شده است.

آماده سازی سطحی

تمیزکاری عموماً یک عملیات سطحی مناسب برای بسیاری از اتصال های آب بندی می باشد. تمیزکاری می تواند شامل شستشوی ساده با آب مقطر و یا شستشوی سطح با حلال های خاص باشد. به هر حال، پیش نیازهایی وجود داردد که باید به آنها توجه شود. تیمیزکننده ها و حلال ها، تنها موجب حل شدن و از بین رفتن آلودگی های آلی و لایه های سطحی می شود. برای از بین بردن آلودگی های بیشتر و سخت تر، باید از برس های سیمی، سندبلاست و یا سایر روش های تمیزکاری استفاده شود. سطوح با انرژی پایین مانند بسیاری از سطوح پلیمرهای ترموپلاست، ممکن است نیازمند انجام عملیات های سطحی شیمیایی باشند.
آماده سازی سطحی برای مواد آب بندی مشابه آماده سازی برای چسب ها می باشد. در اغلب موارد این عملیات ها، برای مواد آب بندی، از اهمیت کمتری برخوردارند. بنابراین، تمیزکاری با حلال و یا شوینده، معمولا برای حصول سیستم های آب بندی مناسب، کافی است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie