مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون
منبع:راسخون
پلاستیک ها عموماً با سختی بیشتر نسبت به زیرلایه های فلزی، با چسب، اتصال می یابند. سطوح پلاستیکی می تواند از لحاظ ترمودینامیکی با چسب مورد استفاده، تطابق نداشته باشد. سطح پیوند واقعی ممکن است نسبت به سطح مورد انتظار، متفاوت باشد. قطعات پلاستیکی ممکن است خواص فیزیکی داشته باشند که موجب بروز تنش های اضافی در اتصال شوند. محیط عملیاتی می تواند موجب تغییر در سطح مشترک چسب – پلاستیک شود.
به هر حال، حتی با وجود این مشکلات بالقوه، اتصال دهی با چسب می تواند یک روش ساده و قابل اطمینان برای اتصال دهی یک نوع ماده ی پلاستیکی به خودش یا پلاستیک دیگر و یا هر زیرلایه ی غیر پلاستیکی دیگر، باشد. Pocius و همکارانش یک مقاله ی خوب در مورد استفاده از چسب ها در اتصال های پلاستیکی ارائه کرده اند. در این موارد، رزین از قطعه ی پلاستیکی به عنوان چسب عمل می کند.
خواص فیزیکی و شیمیایی چسب های بهبود یافته و زیرلایه های پلاستیکی بر روی کیفیت مربوط به اتصال ایجاد شده، مؤثر می باشد. المان های اصلی مورد توجه، ضریب انبساط حرارتی، مدول و دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای زیرلایه ها نسبت به چسب می باشد.
ملاحظات خاصی باید همچنین در زمینه ی سطوح پلیمری مورد توجه قرار گیرد زیرا این سطوح می توانند در طی شرایط محیطی، تغییر ماهیت دهند.
تفاوت های اساسی در زمینه ی ضریب انبساط حرارتی میان زیرلایه و چسب، می تواند موجب بروز تنش های شدید در سطح مشترک شود. این مسئله در زمانی مشاهده می شود که پلاستیک ها، به فلزات متصل شوند. در حقیقت علت این مسئله تفاوت یک واحدی در ضرایب انبساط حرارتی فلز و پلاستیک می باشد. تنش های باقیمانده بوسیله ی سیکل های حرارتی و همچنین شرایط سرویس دهی دما پایین، تشدید می شوند. انتخاب یک چسب با قابلیت برجهندگی و یا تنظیم ضریب انبساط حرارتی چسب ها از طریق افزودن مواد فیلر، موجب کاهش این تنش ها، می شود.
زیرلایه های پلاستیکی اتصال یافته به صورت متداول متحمل تنش های پوسته ای کننده هستند. علت این مسئله این است که ضخامت قطعه معمولاً کم است و مدول پلاستیک نیز پایین می باشد. چسب های با تافنس بالا و مقاوم در برابر پوسته ای شدن و کلیواژ، معمولاً برای اتصال دهی این پلاستیک ها، پیشنهاد می شوند.
چسب های ساختاری باید دارای دمای انتقال به حالت شیشه ای بزرگتر از دمای عملیاتی، باشند. پلاستیک های مهندسی شده ی مدرن مانند پلی ایمیدها و یا پلی فنیلن سولفید، دارای دمای شیشه ای شدن بسیار بالا می باشد. چسب های متداول دارای دمای شیشه ای شدن نسبتاً پایینی هستند به نحوی که ضعیف ترین بخش اتصال چسب می باشد. استفاده از یک چسب که دارای دمای شیشه ای شدن بسیار پایین تر از دمای محیط باشد، منجر به کاهش استحکام پوسته ای شدن و کلیواژ می شود. تردی چسب در دماهای بسیار پایین، می تواند همچنین نشاندهنده ی استحکام ضربه ی پایین چسب باشد.
زیرلایه های پلاستیکی می توانند به صورت شیمیایی فعال شوند و حتی می توانند از محیط عملیاتی نیز ایزوله شوند. بسیاری از سطوح پلیمری به آهستگی متحمل تغییر شیمیایی و فیزیکی می شوند. سطح پلاستیک در زمان اتصال دهی، ممکن است با فرایند اتصال دهی، تطابق داشته باشد. به هر حال، بعد از پیر شدن، شرایط سطحی نامطلوب ممکن است به خودی خود در سطح مشترک، ایجاد شود، چسب ممکن است جابجا شود و این مسئله در نهایت منجر به شکستن شدن اتصال می شود. این لایه های مرزی تضعیف شده، می توانند از محیط ایجاد شوند و یا به خودی خود در زیرلایه ی پلاستیکی، ایجاد شود. مهاجرت پلاستیسایزر و تخریب بواسطه ی پرتوهای UV، مثال های متداولی از وجود لایه های مرزی تضعیف شده است که با گذر زمان در سطح مشترک، ایجاد شده است.
رطوبت، حلال، پلاستیسایزر و انواع مختلف گازها و مواد یونی، می توانند با چسب رقابت کرده و موجب تضعیف سطح مشترک شوند. فرایندی که بوسیله ی آن، یک لایه ی سطحی تضعیف شده، به صورت ترجیحی با چسب جایگزین می شود، فرایند واجذبی (desorption) نامیده می شود. رطوبت متداول ترین ماده ی واجذبی شده است که هم در محیط و هم در داخل زیرلایه های پلیمری، یافت می شود. راه حل های بیان شده برای مشکل واجذبی، حذف منبع ایجاد لایه ی مرزی تضعیف کننده و یا انتخاب چسبی است که با مواد واجذب شده، تطابق داشته باشد. رطوبت اضافی می تواند با استفاده از عمل آوری ثانویه و یا خشک کردن قطعه پیش از اتصال دهی، از بین رود. افزودنی هایی که می توانند به سطح مهاجرت کنند، با تغییر فرمولاسیون رزین پلاستیکی، حذف می شوند. همچنین چسب های خاصی با روغن ها و پلاستیسایزرهایی تطابق دارند. برای مثال، مهاجرت پلاستیسایزر از پلی وینیل کلرید انعطاف پذیر، می تواند بوسیله ی استفاده از چسب های بر پایه ی نیتریل خنثی شود. چسب های رابری نیتریلی قادرند تا بدون تخریب، جذب شوند.
لیستی از نام های تجاری نمونه وار و فروشنده های مواد ترموست در جدول 1 بخش دوم این مقاله آورده شده است. عموماً پلاستیک های ترموست بدون پرکننده سخت تر، ترد تر و با تافنس پایین تری نسبت به ترموپلاست ها، هستند. این پرکننده ها می توانند بر روی طبیعت اتصال های چسب، مؤثر باشد و یک منبع ممکنه برای تغییر خواص این محصولات می باشد.
پلاستیک ترموست به صورت شیمیایی پیوند عرضی دارند و در طی عمل آوری، شرینکیج می کنند. برخی اوقات، این عمل آوری در زمان اتصال قطعه، به طور کامل انجام نشده است. در این موارد، عمل آوری پیوسته ی قطعات در طی فرایند اتصال دهی و یا اون، منجر به ایجاد شرینکیج و ایجاد تنش های باقیمانده در اتصال می شود. بسته به طبیعت واکنش پیوند عرضی، محصولات فرعی فرار می توانند به دلیل عملیات های عمل آوری متعاقب، تولید شوند و موجب شوند تا لایه ی مرزی تضعیف شده، ایجاد گردد.
سطح مواد ترموست ممکن است اندکی از لحاظ شیمیایی متفاوت تر از عمق ماده باشد زیرا در طی عمل آوری و یا واکنش سطحی با اکسیژن و یا رطوبت، خواض شیمیایی سطحی اندکی متفاوت می شود. با جذب سطحی، اجزای بیشتری برای اتصال دهی چسب، وجود دارد.
تمیزکاری با سایش و حلال عموماً به عنوان یک عملیات سطحی برای پلاستیک های ترموست، استفاده می شود. این متداول است که یک عامل رهاکننده ی قالب در ماده ی ترموست وجود داشته باشد. این ماده باید پیش از ایجاد اتصال چسب، خارج سازی شود. عوامل رهایش قالب معمولاً بوسیله ی شستشو با مواد شوینده، شستشو با حلال و یا مالیدن حلال، خارج سازی می شوند. برای این کار از کاغذ تمیز و یا پارچه استفاده می شود. حلال های تمیزکننده مورد استفاده برای ترموست ها، عبارتند از: استون، تولوئن، تری کلرواتیلن، متیل اتیل کتون (MEK)، اتر نفتی با دمای جوش پایین و ایزوپروپانول.
فرایندهای سایش سطحی می تواند برای تمام پلاستیک های ترموست استفاده شود. فرایندهای سایش مکانیکی شامل سایش با کاغذ سنباده ی ریز، کربوراندوم و ساینده های آلومینایی، پشم فلزی یا شات بلست، می باشد. رویه های زیر برای پلاستیک ها ترموست پیشنهاد می شوند:
1. تخریب حلال با MEK یا استون
2. گریت بلست و یا بخار بلست و یا سایش با پارچه ی سمباده ای گریت 100 تا 300
3. شستشو با حلال
نرمی محیط ساینده، می تواند بر اساس سختی پلاستیک، تغییر کند. معمولاً این مسئله یک پارامتر مهم نیست به جز اینکه زیبایی سطح مهم می باشد.
چسب هایی که به صورت متداول برای اتصال دهی ترموست ها استفاده می شوند، عبارتند از: اپوکسی ها، یوریتان ها، سیانواکریلات ها، اکریلیک های ترموست و انواع مختلفی از سیستم های چسب غیر ساختاری. بحث بعدی شامل توصیف کوتاهی در مورد مواد زیرلایه ای ترموست، خواص مهم در مورد چسبندگی و فرایندهای خاص مورد استفاده برای این مواد، می باشد.
قطعات آلکیدی عموماً بسیار صلب هستند و سطوح آنها سخت و مستحکم است. آماده سازی سطحی قطعات آلکیدی شامل تمیزکاری با محلول ساده و سایش مکانیکی می باشد. اپوکسی ها، یوریتان ها، سیانواکریلات ها، اکریلیک های ترموست به طور متداول به عنوان چسب، استفاده می شوند. چسب های الاستومری همچنین در کاربردهای غیر ساختاری، استفاده می شود.
آماده سازی سطحی نمونه وار شامل تمیزکاری با استون، MEK و یا سایر حلال های متداول می باشد. وقتی تمیزکاری انجام شد، زیرلایه سپس به صورت مکانیکی سایش می یابد. این کار با پاشش ماسه، گریت و یا بخار آب انجام می شود. سطح زیرلایه پس از این عملیات دوباره تمزکاری می شود. این کار با حلال تازه انجام می شود. چسب های نمونه واری که برای این مواد استفاده می شوند، عبارتند از اپوکسی ها، یوریتان ها و سیانواکریلات ها. پلی سولفیدها، فوران ها و چسب های پلی استری، نیز پیشنهاد شده اند. منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
به هر حال، حتی با وجود این مشکلات بالقوه، اتصال دهی با چسب می تواند یک روش ساده و قابل اطمینان برای اتصال دهی یک نوع ماده ی پلاستیکی به خودش یا پلاستیک دیگر و یا هر زیرلایه ی غیر پلاستیکی دیگر، باشد. Pocius و همکارانش یک مقاله ی خوب در مورد استفاده از چسب ها در اتصال های پلاستیکی ارائه کرده اند. در این موارد، رزین از قطعه ی پلاستیکی به عنوان چسب عمل می کند.
خواص فیزیکی و شیمیایی چسب های بهبود یافته و زیرلایه های پلاستیکی بر روی کیفیت مربوط به اتصال ایجاد شده، مؤثر می باشد. المان های اصلی مورد توجه، ضریب انبساط حرارتی، مدول و دمای تبدیل شدن به حالت شیشه ای زیرلایه ها نسبت به چسب می باشد.
ملاحظات خاصی باید همچنین در زمینه ی سطوح پلیمری مورد توجه قرار گیرد زیرا این سطوح می توانند در طی شرایط محیطی، تغییر ماهیت دهند.
تفاوت های اساسی در زمینه ی ضریب انبساط حرارتی میان زیرلایه و چسب، می تواند موجب بروز تنش های شدید در سطح مشترک شود. این مسئله در زمانی مشاهده می شود که پلاستیک ها، به فلزات متصل شوند. در حقیقت علت این مسئله تفاوت یک واحدی در ضرایب انبساط حرارتی فلز و پلاستیک می باشد. تنش های باقیمانده بوسیله ی سیکل های حرارتی و همچنین شرایط سرویس دهی دما پایین، تشدید می شوند. انتخاب یک چسب با قابلیت برجهندگی و یا تنظیم ضریب انبساط حرارتی چسب ها از طریق افزودن مواد فیلر، موجب کاهش این تنش ها، می شود.
زیرلایه های پلاستیکی اتصال یافته به صورت متداول متحمل تنش های پوسته ای کننده هستند. علت این مسئله این است که ضخامت قطعه معمولاً کم است و مدول پلاستیک نیز پایین می باشد. چسب های با تافنس بالا و مقاوم در برابر پوسته ای شدن و کلیواژ، معمولاً برای اتصال دهی این پلاستیک ها، پیشنهاد می شوند.
چسب های ساختاری باید دارای دمای انتقال به حالت شیشه ای بزرگتر از دمای عملیاتی، باشند. پلاستیک های مهندسی شده ی مدرن مانند پلی ایمیدها و یا پلی فنیلن سولفید، دارای دمای شیشه ای شدن بسیار بالا می باشد. چسب های متداول دارای دمای شیشه ای شدن نسبتاً پایینی هستند به نحوی که ضعیف ترین بخش اتصال چسب می باشد. استفاده از یک چسب که دارای دمای شیشه ای شدن بسیار پایین تر از دمای محیط باشد، منجر به کاهش استحکام پوسته ای شدن و کلیواژ می شود. تردی چسب در دماهای بسیار پایین، می تواند همچنین نشاندهنده ی استحکام ضربه ی پایین چسب باشد.
زیرلایه های پلاستیکی می توانند به صورت شیمیایی فعال شوند و حتی می توانند از محیط عملیاتی نیز ایزوله شوند. بسیاری از سطوح پلیمری به آهستگی متحمل تغییر شیمیایی و فیزیکی می شوند. سطح پلاستیک در زمان اتصال دهی، ممکن است با فرایند اتصال دهی، تطابق داشته باشد. به هر حال، بعد از پیر شدن، شرایط سطحی نامطلوب ممکن است به خودی خود در سطح مشترک، ایجاد شود، چسب ممکن است جابجا شود و این مسئله در نهایت منجر به شکستن شدن اتصال می شود. این لایه های مرزی تضعیف شده، می توانند از محیط ایجاد شوند و یا به خودی خود در زیرلایه ی پلاستیکی، ایجاد شود. مهاجرت پلاستیسایزر و تخریب بواسطه ی پرتوهای UV، مثال های متداولی از وجود لایه های مرزی تضعیف شده است که با گذر زمان در سطح مشترک، ایجاد شده است.
رطوبت، حلال، پلاستیسایزر و انواع مختلف گازها و مواد یونی، می توانند با چسب رقابت کرده و موجب تضعیف سطح مشترک شوند. فرایندی که بوسیله ی آن، یک لایه ی سطحی تضعیف شده، به صورت ترجیحی با چسب جایگزین می شود، فرایند واجذبی (desorption) نامیده می شود. رطوبت متداول ترین ماده ی واجذبی شده است که هم در محیط و هم در داخل زیرلایه های پلیمری، یافت می شود. راه حل های بیان شده برای مشکل واجذبی، حذف منبع ایجاد لایه ی مرزی تضعیف کننده و یا انتخاب چسبی است که با مواد واجذب شده، تطابق داشته باشد. رطوبت اضافی می تواند با استفاده از عمل آوری ثانویه و یا خشک کردن قطعه پیش از اتصال دهی، از بین رود. افزودنی هایی که می توانند به سطح مهاجرت کنند، با تغییر فرمولاسیون رزین پلاستیکی، حذف می شوند. همچنین چسب های خاصی با روغن ها و پلاستیسایزرهایی تطابق دارند. برای مثال، مهاجرت پلاستیسایزر از پلی وینیل کلرید انعطاف پذیر، می تواند بوسیله ی استفاده از چسب های بر پایه ی نیتریل خنثی شود. چسب های رابری نیتریلی قادرند تا بدون تخریب، جذب شوند.
زیرلایه های پلاستیکی ترموست
پلاستیک های ترموست نمی تواند در محلول حل شوند و دارای دمای ذوب نیستند زیرا این مواد دارای پیوند عرضی می باشند. بنابراین، این مواد نمی توانند با حرارت ذوب شده و یا با اعمال حلال، حل شوند. در برخی موارد، محلول های یا روش جوشکاری حرارتی می تواند برای اتصال دهی ترموپلاست ها به مواد ترموست، استفاده شود. به هر حال، بیشتر پلاستیک های ترموست به صورت جزئی با سیستم های چسب، مشکل دارند. آنها عموماً با بسیاری از انواع چسب ها مانند اپوکسی ها، اکریلیک های ترموست و یوریتان ها، مشکل جزئی دارند. از آنجایی که قطعات ترموست اغلب مقادیر زیادی پرکننده دارند و صلب هستند، یک چسب انعطاف پذیر نمی تواند موجب بهبود خواص و ایجاد مقاومت در برابر شرایطی محیطی شود.لیستی از نام های تجاری نمونه وار و فروشنده های مواد ترموست در جدول 1 بخش دوم این مقاله آورده شده است. عموماً پلاستیک های ترموست بدون پرکننده سخت تر، ترد تر و با تافنس پایین تری نسبت به ترموپلاست ها، هستند. این پرکننده ها می توانند بر روی طبیعت اتصال های چسب، مؤثر باشد و یک منبع ممکنه برای تغییر خواص این محصولات می باشد.
پلاستیک ترموست به صورت شیمیایی پیوند عرضی دارند و در طی عمل آوری، شرینکیج می کنند. برخی اوقات، این عمل آوری در زمان اتصال قطعه، به طور کامل انجام نشده است. در این موارد، عمل آوری پیوسته ی قطعات در طی فرایند اتصال دهی و یا اون، منجر به ایجاد شرینکیج و ایجاد تنش های باقیمانده در اتصال می شود. بسته به طبیعت واکنش پیوند عرضی، محصولات فرعی فرار می توانند به دلیل عملیات های عمل آوری متعاقب، تولید شوند و موجب شوند تا لایه ی مرزی تضعیف شده، ایجاد گردد.
سطح مواد ترموست ممکن است اندکی از لحاظ شیمیایی متفاوت تر از عمق ماده باشد زیرا در طی عمل آوری و یا واکنش سطحی با اکسیژن و یا رطوبت، خواض شیمیایی سطحی اندکی متفاوت می شود. با جذب سطحی، اجزای بیشتری برای اتصال دهی چسب، وجود دارد.
تمیزکاری با سایش و حلال عموماً به عنوان یک عملیات سطحی برای پلاستیک های ترموست، استفاده می شود. این متداول است که یک عامل رهاکننده ی قالب در ماده ی ترموست وجود داشته باشد. این ماده باید پیش از ایجاد اتصال چسب، خارج سازی شود. عوامل رهایش قالب معمولاً بوسیله ی شستشو با مواد شوینده، شستشو با حلال و یا مالیدن حلال، خارج سازی می شوند. برای این کار از کاغذ تمیز و یا پارچه استفاده می شود. حلال های تمیزکننده مورد استفاده برای ترموست ها، عبارتند از: استون، تولوئن، تری کلرواتیلن، متیل اتیل کتون (MEK)، اتر نفتی با دمای جوش پایین و ایزوپروپانول.
فرایندهای سایش سطحی می تواند برای تمام پلاستیک های ترموست استفاده شود. فرایندهای سایش مکانیکی شامل سایش با کاغذ سنباده ی ریز، کربوراندوم و ساینده های آلومینایی، پشم فلزی یا شات بلست، می باشد. رویه های زیر برای پلاستیک ها ترموست پیشنهاد می شوند:
1. تخریب حلال با MEK یا استون
2. گریت بلست و یا بخار بلست و یا سایش با پارچه ی سمباده ای گریت 100 تا 300
3. شستشو با حلال
نرمی محیط ساینده، می تواند بر اساس سختی پلاستیک، تغییر کند. معمولاً این مسئله یک پارامتر مهم نیست به جز اینکه زیبایی سطح مهم می باشد.
چسب هایی که به صورت متداول برای اتصال دهی ترموست ها استفاده می شوند، عبارتند از: اپوکسی ها، یوریتان ها، سیانواکریلات ها، اکریلیک های ترموست و انواع مختلفی از سیستم های چسب غیر ساختاری. بحث بعدی شامل توصیف کوتاهی در مورد مواد زیرلایه ای ترموست، خواص مهم در مورد چسبندگی و فرایندهای خاص مورد استفاده برای این مواد، می باشد.
آلکیدها
رزین های آلکیدی شامل ترکیبی از رزین های پلی استری اشباع نشده، یک مونومر و یک پرکننده است. ترکیبات آلکیدی معمولاً حاوی الیاف شیشه می باشند اما آنها همچنین می توانند حاوی رس، کلسیم کربنات، آلومینا و سایر پرکننده ها نیز باشند. آلکیدها دارای مقاومت حرارتی، شیمیایی و مقاومت در برابر آب خوبی هستند و آنها دارای مقاومت قوس و همچنین خواص الکتریکی خوبی هستند. آلکیدها به سهولت قالب گیری می شوند و برای استفاده مقرون به صرفه هستند. شرینکیج پس از قالب گیری در این مواد نیز اندک است. بزرگترین محدودیت آنها دمای استفاده و رطوبت می باشد.قطعات آلکیدی عموماً بسیار صلب هستند و سطوح آنها سخت و مستحکم است. آماده سازی سطحی قطعات آلکیدی شامل تمیزکاری با محلول ساده و سایش مکانیکی می باشد. اپوکسی ها، یوریتان ها، سیانواکریلات ها، اکریلیک های ترموست به طور متداول به عنوان چسب، استفاده می شوند. چسب های الاستومری همچنین در کاربردهای غیر ساختاری، استفاده می شود.
دی آلیل فتالات
دی آلیل فتالات از لحاظ مقاومت عایق کاری و اتلاف الکتریکی، بهترین خواص بین پلاستیک های ترموست دارد. این خواص تا دمای 400 فارنهایت و بالاتر حفظ می شود و حتی در محیط های مرطوب نیز این پلاستیک ها عملکرد خوبی دارند. همچنین دی آلیل فتالات به سهولت قالب گیری و تولید می شوند. انواع مختلفی از ترکیبات شیمیایی برای رزین های دی آلیل فتالات وجود دارد اما دو نوع از این ترکیبات بیشتر استفاده می شوند: دی آلیل فتالات (DAP) و دی آلیل ایزوفتالات (DAIP) می باشند. تفاوت اصلی این است که DAIP تا دمای بالا مقاومت خود را حفظ می کند. هم DAP و هم DAIP دارای ثبات ابعادی خوبی هستند و شرینکیج آنها بعد از قالب گیری، اندک است. سطوح این ماده سخت و با تافنس بالاست و این مواد اثر اندکی از رطوبت به خود می گیرند. قطعات DAP در اصل قالب گیری می شوند و یا به صورت لایه ای به همراه الیاف شیشه، استفاده می شوند. تنها رزین های قالب گیری همراه با پرکننده، به صورت تجاری، موجود می باشند.آماده سازی سطحی نمونه وار شامل تمیزکاری با استون، MEK و یا سایر حلال های متداول می باشد. وقتی تمیزکاری انجام شد، زیرلایه سپس به صورت مکانیکی سایش می یابد. این کار با پاشش ماسه، گریت و یا بخار آب انجام می شود. سطح زیرلایه پس از این عملیات دوباره تمزکاری می شود. این کار با حلال تازه انجام می شود. چسب های نمونه واری که برای این مواد استفاده می شوند، عبارتند از اپوکسی ها، یوریتان ها و سیانواکریلات ها. پلی سولفیدها، فوران ها و چسب های پلی استری، نیز پیشنهاد شده اند. منبع تحقیق :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
