اتصال و آب بندی در زیرلایه های خاص (9)

شنبه، 18 آذر 1396

تخمین زمان مطالعه:

پدیدآورنده: علی اکبر مظاهری

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

محلول فنول آبی حاوی 12 % آب، متداول ترین حلال مورد استفاده برای تثبیت نایلون می باشد. بعد از اعمال حلال، قطعات با فشار به هم متصل می شوند. بعد از خشک شدن در هوا، قطعه ی اتصال یافته در آب جوشکان به مدت 5 دقیقه نگه داشته می شود تا فنول اضافی خارج شود. در مواردی که غوطه وری در آب امکان پذیر نباشد، اتصال ممکن است با در شرایط عادی و یا دمای 150 فارنهایت به مدت مشخص، نگهداری شوند. استحکام جابجایی در طی 48 ساعت ایجاد می شود و ماکزیمم استحکام نیز پس از 3 تا 4 روز بعد از اتصال دهی، ایجاد می شود. استحکام اتصال ایجاد شده به این شیوه، در حدود 2400 psi می باشد.
یک محلول رسورسینول در اتانول موجب ایجاد استحکام مشابعی می شود و این روش تثبیت حلال خورندگی کمتر و سمیت کمتری نسبت به فنول آبی دارد.
محلول تثبیت کننده بر روی سطوح مالیده می شود و بعد از 30 ثانیه، خشک می شود. این قطعات سپس مونتاژ می شوند و محکم در کنار هم قرار داده می شوند. اتصال در دمای اتاق، عمل اوری می شود. استحکام جابجایی در این قطعات پس از 90 دقیقه ایجاد می شود. همچنین استحکام ماکزیمم بعد از 4 تا 5 روز ایجاد می شود. اگر مناسب باشد، عمل آوری می تواند به 30 دقیقه کاهش زمان دهد. این کار در آون با دمای 150 فارنهایت انجام می شود.
کلسیم کلرید و اتانول نیز می توانند به عنوان یک عامل اتصال دهی، مورد استفاده قرار گیرند. این مواد در زمانی استفاده می شوند که از نایلون های با وزن مولکولی بالا، استفاده می شود. این چسب ها همچنین اتصال های داکتیل تری ایجاد می کند. دو سطح اتصال یافته رنگ زده می شود و بعد از 60 ثانیه، قطعات مونتاژ کاری می شوند. استحکام پیوند ایجاد شده در این روش، مشابه استحکام ایجاد شده از تثبیت با رسورسینول- اتانول است.
قطعات نایلونی می توانند همچنین از طریق روش های مختلف جوشکاری، به هم متصل شوند. این روش ها شامل جوشکاری دی الکتریک فرکانس بالا، جوشکاری نوسانی، التراسونیک و چرخشی می باشد. خواص مکانیکی اتصال جوش داده شده با این روش ها، به میزان رطوبتی وابسته می باشد که در سطح مشترک، گیر می افتد. تشکیل حباب در ناحیه ی جوشکاری، برخی اوقات موجب تخریب اتصال می شود. خوشبختانه، این مسئله در واقع بوسیله ی ظاهر شدن حباب و یا کف در سطح مشترک، نمایان می شود.

پلی کربنات

پلی کربنات ها در واقع از جمله پلاستیک هایی هستند که به عنوان ترموپلاست های مهندسی، طبقه بندی می شوند. علت این مسئله، ویژگی های کارایی بالای این مواد در طراحی های مهندسی است. پلی کربنات ها ضرورتاً استحکام ضربه ی خوبی دارند و استحکام آنها چندین برابر بیشتر از سایر ترموپلاست های مهندسی است. پلی کربنات ها مواد با تافنس بالا، صلب، شفاف و یا رنگی هستند. یک ویژگی مهم قالب گیری این مواد، شرینکیج قالب گیری پایین و قابل پیش بینی این مواد می باشد. این مسئله موجب می شود تا این ماده برخی اوقات نسبت به نایلون و استال ها، مزیت داشته باشند، مخصوصاً در قطعات با تلورانس پایین. پلی کربنات همچنین با سایر پلاستیک ها، آلیاژسازی می شود و بدین صورت استحکام و صلبیت آن، افزایش می یابد. پلی کربنات ها تا حدی نم گیر هستند مانند نایلون. از این رو، این مهم است که رطوبت آنها پیش از اتصال دهی، حداقل باشد.
پلاستیک های پلی کربناتی عموماً بوسیله ی تثبیت حلال و یا جوشکاری حرارتی، اتصال داده می شوند. به هر حال، نیازهای معین موجب شده است تا از روش تثبیت حلال استفاده شود. این مسئله به این دلیل است که این پلاستیک ها می توانند تحت تنش، ترک بخورند. وقتی بخواهیم قطعات پلی کربناتی را به قطعات فلزی اتصال دهیم، عمل آوری با چسب پیشنهاد می شود تا بدین صورت از ایجاد تنش در سطح مشترک، جلوگیری شود.
متیلن کلرید یک عامل تثبیت کننده ی حلال بسیار سریع برای پلی کربنات است. این حلال تنها برای آب و هوای معتدل پیشنهاد می شوند. یک مخلوط حاوی 60 % متیلن کلرید و 40 % اتیلن کلرید موجب خشک شدن آهسته تر می شود و از این رو، این مخلول برای تثبیت حلال استفاده می شود. اتیلن کلرید به تنها برای آب و هوای گرم، پیشنهاد شده است. این حلال ها ممکن است به همراه 1 تا 5 % وزنی رزین پلی کربنات مورد استفاده قرار گیرند. فشار اتصال دهی 200 psi برای این اتصال دهی، پیشنهاد می شود.
مواد پلی کربناتی می توانند با روش های مختلف جوشکاری حرارتی به هم متصل شوند. به دلیل میزان بالای صلبیت و ساختار آمورف، پلی کربنات می تواند به سهولت با روش جوشکاری التراسونیک و نوسانی، جوشکاری شود. جوشکاری با ابزار گرم نیز به طور موفقیت آمیز برای اتصال دهی قطعات پلی کربناتی، استفاده می شود. این پیشنهاد شده است که قطعات پیش از اتصال دهی با روش های جوشکاری، خشک شوند. شرایط خشک کردن ترجیحی، عبارتست از دمای 250 فارنهایت و زمانی که در حقیقت به ضخامت وابسته می باشد.
وقتی چسب ها برای اتصال دهی پلی کربنات، استفاده شوند، فرایندهای اتصال دهی بر پایه ی اپوکسی، یوریتان و سیانواکریلات، عموماً انتخاب می شود. جدول 1 نشاندهنده ی استحکام اتصال برای اتصال های پلی کربناتی جوشکاری شده با روش حلالی است که در مقایسه با اتصال های چسبی، بررسی شده اند. استحکام مربوط به اتصال های چسبی برای قطعات پلی کربناتی، در گستره ی 1000 تا 2000 psi است. به هر حال، ادعا می شود که سیانواکریلات ها می توانند استحکام هایی تا 3000 psi نیز ایجاد کنند. چسب های سیلیکونی RTV الاستومری برای اتصال دهی پلی کربنات ها در کاربردهایی پیشنهاد شده اند که استحکام پیوند متوسط و پایین مد نظر است. این اتصال ها، دمای سرویس دهی بالا و انبساط حرارتی خوبی دارند. عموماً یک پرایمر سیلیکونی نیز برای چسب های سیلیکونی RTV ضروری است.

حلال های پیشنهاد شده برای تمیزکاری پلی کربنات، عبارتند از متانول، ایزوپروپانول، اتر نفتی، هپتان و نفت سفید. کتون ها، تولوئن، تری کلرواتیلن، بنزن و یک سری از حلال های دیگر نیز به عنوان تینر رنگ آمیزی می توانند ممکن ترک خوردن پلی کربنات شوند. بعد از تمیزکاری، آماده سازی سطحی مانند عملیات های شعله ای و یا سایش، مورد استفاده قرار می گیرد. در عملیات های شعله ای، قطعات از میان بخشی اکسید کننده از شعله، عبور می کند. این عملیات زمانی به پایان می رسد که تمام سطح پولیش بخورد و به صورت درخشان در آید. سپس قطعات پیش از اتصال دهی، سرد می شوند.

پلی اولفین ها(پلی اتیلن، پلی پروپیلن و پلی متیل پنتان)

این گروه بزرگ از پلیمرها، که به عنوان پلی اولفین ها، طبقه بندی شده اند، در اصل ظاهر شبه واکسی دارند و از لحاظ شیمیایی، بسیار خنثی هستند. این مواد در دماهای پایین تر، با کاهش استحکام روبروست. تمام این مواد، در گریدهای مختلفی تولید و فروخته می شوند. پلی اتیلن نسبتاً نرم است و پایداری گرمایی آن در گستره ی دمایی 190 تا 250 فارنهایت، به نوع گرید، وابسته می باشد. پلی پروپیلن ها به صورت شیمیایی مشابه پلی اتیلن هستند اما خواص فیزیکی پلی پروپیلن های در دانسیته های سبک، نسبت به پلی اتیلن، بهتر است. شرینکیج قالب نیز یک مورد مسئله ساز است و در حقیقت باید در نظر گرفته شود. پل متیل پنتان یک پلیمر صلب و از لحاظ شیمیایی مقاوم می باشد که پایداری گرمایی بالاتری نسبت به سایر پلی اولفین ها، دارد. این ماده در محفظه های میکروویو، محصولات پزشکی با قابلیت اتوکلاو شدن و ... مورد استفاده قرار می گیرد.
به دلیل مقاومت شیمیایی استثنایی این مواد، پلی اولفین ها را نمی تواند با روش تثبیت حلال، اتصال داد. به دلیل انرژی سطحی پایین پلی اولفین ها می توانند بعد از فرایندهای آماده سازی سطحی، با چسب، به هم متصل شوند. متداول ترین روش برای اتصال دهی پلی اولفین ها، استفاده از روش های جوشکاری گرمایی است.
برای حصول اتصال چسبنده ی مناسب با پلی اولفین ها، سطح باید با روش های آماده سازی پیشنهاد شده در قبل، آماده سازی شود. این روش ها عبارتند از: پلاسمای، شعله، روش شیمیایی و عمل آوری با پرایمر. روش اچ اسید کرومیک، مشابه روش اچ EPL که برای عمل آوری آلومینیوم، می تواند برای عمل اوری سطحی قطعات پلی اولفینی استفاده شود. اخیراً عمل آوری با پلاسما نیز به عنوان یک فرایند عمل اوری بهینه برای اولفین ها، شناخته می شود. عمل آوری با پلاسما، چسبندگی خوبی در اتصال، ایجاد می کند. مشکلات مربوط به عملیات سطحی با پلاسما، سرعت پایین فرایند و نیاز به سرمایه گذاری فراوان برای ادوات مورد نیاز می باشد. عمل آوری با پلاسمای گازی، نیز یک روش مؤثر برای قطعات با شکل پیچیده می باشد. چسب های اپوکسی و نیتریل- فنولیکی، برای اتصال دهی پلاستیک های اولفینی مورد استفاده قرار می گیرند (البته پس از آماده سازی سطحی با پلاسما). استحکام برشی بیش از 3000 psi برای پلی اتیلن های عمل آوری شده به مدت 10 دقیقه در پلاسمای اکسیژن و اتصال یافته با چسب های اپوکسی، گزارش داده شده است. جدول 2 بیان کننده ی استحکام کششیی اتصال های پلی اتیلنی و پلی پروپیلنی با چسب های اپوکسی است. این زیرلایه ها، با روش های مختلف، عمل اوری سطحی شده اند.

پلی فنلین اکسیدها

این مواد (PPO) در واقع یک گروه از ترموپلاست های مهندسی هستند که به دلیل ثبات ابعادی در دماهای بالا، شاخص می باشند. همچنین گستره ی دمای سرویس دهی این مواد گسترده و مقاومت در برابر آب خاصیت دی الکتریک آنها نیز استثنایی است. چندین گرید از این ماده برای کاربردهای مهندسی، موجود می باشد. مواد PPO که در بازار موجود می باشند، پلی استایرنی هستند که اصلاح شده اند. PPO ها معمولاً بوسیله ی تثبیت حلال، اتصال داده می شوند.
اتصال های ایجاد شده از پلی فنیلن اکسید باید به صورت ترجیحی ثابت باشند، وگر نه اتصال ضعیفی در روش جوشکاری حلالی، ایجاد می شود. حلال های استثنایی برای تثبیت این پلیمرها، اتیلن دی کلرید، تولوئن، کلروفورم یا مخلوطی از 95% اتیلن دی کلراید و 5 % کربن تتراکلراید می باشند. یک مخلوط از 95 % کلروفورم و 5 % کربن تتراکلرید بهترین سیستم حلال برای اتصال دهی این پلیمرها، می باشد. البته تهویه ی این حلال، مشکلاتی ایجاد می کند و باید تهویه ی مناسبی در سیستم وجود داشته باشد. اتیلن دی کلرید نرخ واکنش آهسته تری را در تبخیر ساختارهای بزرگ ایجاد می کند (جدول 3).

روش های جوشکاری گرمایی برای قطعات پلی فنیلن اکسیدی عبارتند از: روش آب بندی حرارتی، جوشکاری چرخشی، جوشکاری نوسانی، جوشکاری سیم مقاومتی، اتصال دهی الکترومغناطیسی و التراسونیک، می باشد. اتصال دهی استثنایی نیز در صورتی ممکن است که علت آن، رسانایی گرمایی پایین پلی فنیلن اکسید اصلاح شده می باشد.
انواع مختلفی از چسب ها، برای اتصال دهی این ماده استفاده می شوند. قطعات باید بال استفاده از ماسه پاشی و یا اچ کرومیکی در دماهای بالا، عمل اوری شوند. متیل الکل یک حلال مناسب برای تمیزکاری سطحی این ماده است. چسب پرایمری، اپوکسی های اصلاح شده، چسب های نیتریل- فنولیکی و پلی یوریتان ها، از جمله چسب های مناسب برای این کار است. جدول 4 استحکام برشی اتصال های ایجاد شده از این پلیمر باا چسب های مختلف را نشان می دهد.