ساختارهای لانه زنبوری و پانل‌های ساندویچی

شیشه ها و سرامیک ها

زیرلایه های شیشه ای و سرامیکی عموماً مواد با انرژی سطحی بالایی هستند و بیشتر چسب ها، به سرعت آنها را تر می کنند. یک مشکل در زمینه ی اتصال دهی شیشه های نوری انتخاب چسبی است که از لحاظ اپتیکی، نور را از خود عبور دهد و خواص نوری شیشه را عوض نکند. یکی دیگر از مشکلات در این زمینه، شرینکیج چسب و تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی است که می تواند منجر به تولید تنش های داخلی شود.
چسب های مورد استفاده در زیرلایه های شیشه ای، عموماً شفاف هستند و از رزین های با گیرش گرمایی تولید شده اند که مقاومت به آب و UV در آنها مناسب می باشد. از این رو، می توان از آنها در کاربردهای خارج ساختمانی، استفاده کرد. این مواد، سیستم های انعطاف پذیری هستند که موجب ایجاد تنش در طی سیکل حرارتی نمی شوند. این چسب ها، عبارتند از پلی وینیل بوتیل فنولیک بوتیرال، فنولیک نیتریل، نئوپرن، پلی سولفید، سیلیکون، وینیل استات و چسب های اپوکسی انعطاف پذیر. چسب های پلی وینیل بوتیرالی به طور متداول برای تولید تولید شیشه های ایمنی، استفاده می شوند. چسب های تجاری که به طور متداول در اتصال دهی شیشه ها، استفاده می شود، در جدول 1 آورده شده است. چسب های نوری مورد استفاده برای اتصال دهی لنزها، معمولا از جنس پلی استر اصلاح شده با استایرن و چسب های بر پایه ی مونومرهای استایرنی، می باشند. اپوکسی ها نیز برای این کاربردها، استفاده می شوند. چسب های مورد استفاده برای اتصال دهی شیشه و سرامیک های لعاب دار، باید حاوی مقدار اندکی مواد فرار باشند زیرا این مواد غیر متخلخل هستند. چسب های اپوکسی مواد 100 % جامدی هستند که به احتمال زیاد برای این کاربردها، مناسب می باشند. اکریلیک های ترموست برای اتصال دهی شیشه ها و سرامیک ها به پلیمرهای ترموپلاست و سطوح فلزی، مناسب می باشند. در جاهایی که یک ناحیه ی وسیع در حال اتصال می باشد و یا مواد با ضریب انبساط حرارتی متفاوت، به هم متصل می شوند، پلی سولفیدها باید در نظر گرفته شوند زیرا این چسب ها، دارای ازدیاد طول بالایی هستند.
معمولاً تمیزکاری با حلال تنها برای آماده سازی سطحی نمونه های شیشه، استفاده می شود. به هر حال، تمیزکاری با حلال به همراه سندبلاست با ماسه ی بسیار ریز و یا اچ در کروم تری اکسید و سپس استفاده از حمام التراسونیک، برای افزایش استحکام اتصال بر روی این سطوح، پیشنهاد شده است. عملیات های سطحی شیمیایی و مکانیکی می تواند موجب تخریب کیفیت نوری شیشه ها، شوند.
بیشتر سطوح سرامیکی مانند سطوح فلزی، دارای یک لایه ی جذب شده از آب است که این لایه ممکن است موجب ایجاد مشکلاتی در زمینه ی اتصال دهی شود. اگر این آب، به صورت جزئی و با استفاده از حرارت دهی پیش از اتصال دهی، خارج شود، رطوبت اتمسفر ممکن است در طی کار قطعه در داخل آن نفوذ کرده و موجب شوند تا این مولکول ها، جایگزین مولکول های چسب شوند. برای فایق آمدن بر این مشکل، عوامل مزدوج کننده مخصوصاً سیلانول ها برای بهبود اتصال دهی میان چسب و سطح شیشه یا سرامیک، استفاده می شود. عوامل مزدوج کننده می توانند همچنین موجب رهایش تنش در سطح مشترک شوند و موجب کاهش در تنش های ایجاد شده از انبساط حرارتی میان زیرلایه و چسب، شوند.
چسب های مورد استفاده برای شیشه و یا سرامیک به فلز، نباید به طور کامل صلب باشند زیرا نرخ انبساط حرارتی برای این چسب ها، بسیار بزرگتر از زیرلایه می باشد. تغییرات دمایی می تواند منجر به تنش های قابل توجهی شود که این مسئله موجب ترک خوردن و شکست اتصال می شود. رابرهای نیتریلی، اپوکسی ها، آمیزه های رزین فنولیک، سیلیکون ها، سیانواکریلات ها و چسب های بی هوازی، برخی از چسب های آلی مهم مورد استفاده برای اتصال دهی شیشه و سرامیک به فلز می باشد. سیلکون ها می توانند از دمای منفی 100 درجه تا 450 فارنهایت، مورد استفاده قرار گیرند، در حالی که انعطاف پذیری خوبی در این حالت حفظ می شود. بزرگتری عامل محدود کننده در این حالت، هزینه ی بالای این چسب ها، می باشد. سیانواکریلات ها به طور خاص برای اتصال دهی شیشه به فلز، مناسب می باشند اما این چسب ها برای اتصال دهی سرامیک های متلخل مفید نیست. علت این مسئله، این است که تخلخل ببشتر چسب را جذب کرده و عمل آوری چسب را با مشکل مواجه می کند.

ساختارهای لانه زنبوری و سایر پانل های ساندویچی

پانل های ساندویچی ساختاری بیان کننده ی چیزی هستند که احتمالا یکی از کاربردهای متداول چسب های ساختاری می باشد. مواد رویه می توانند به گونه ای طراحی شوند که به ماده ی هسته بچسبند. مواد موجود در هسته می توانند از جنس آلومینیوم و مس باشند تا بدین صورت نسبت استحکام به وزن ساختار، افزایش یابد.
چسب هایی با خواص پرکنندگی برای هسته های لانه زنبوری، مورد نیاز می باشند. یک فنولیک اصلاح شده اغلب برای ساختارهای لانه زنبوری استفاده می شوند تا بدین صورت، استحکام بهبود یابد. این در حالی است که نئوپرن و یا چسب های بر پایه ی نیتریل اغلب در لانه زنبوری های کاغذی اشباع، استفاده می شوند. چسب های اپوکسی همچنین به طور متداول در تولید پانل های ساندویچی لانه زنبوری، استفاده می شوند.
صفحه ی سطحی فلزی، کاغذی یا پلاستیکی، ممکن است با انواع مختلفی از هسته ها، ترکیب شوند. چسب ها باید بتوانند تنش های برشی را از صفحه ی سطحی به هسته انتقال دهند. این بخش ها همچنین باید قابلیت مقاومت در برابر نازک شدن و تخریب لایه ی سطحی را دارا باشند.
چسب های مورد استفاده برای تولید ساختارهای لانه زنبوری، باید خواص متفاوتی نسبت به سایر چسب ها داشته باشند. به منظور حصول یک اتصال مناسب به هسته ی باز، مانند ساختار لانه زنبوری، چسب باید داری ترکیب منحصربفردی باشد تا بتواند سطح را تر کند و جریان را در طی مراحل اولیه ی عمل آوری خود، کنترل کنند. این جریان کنترل شده، از سیلان چسب جلوگیری می کند. چسب ها باید در برابر به درستی در داخل بخش مورد نظر قرار گیرند. این مسئله باید زمانی انجام شود که فشار اضافی در زمان عمل آوری، اعمال می شود. بسیاری از چسب ها به گونه ای فرموله شده اند که قابلیت پر کنندگی را داشته باشند و همچنین جریان کنترل شده ای را از طریق افزودن یک بافته ی موجی شکل و یا یک توری فیبری، ایجاد کنند. بافت های نازک که به آنها استری گفته می شود، از خروج کل چسب، از سطح اتصال، جلوگیری می کنند. این مسئله منجر به ایجاد یک ناحیه ی با استحکام پایین می کند.
چسب های مورد استفاده برای تولید ساختارهای ساندویچی، باید همچنین تافنس خوبی داشته باشند. این مواد باید در برابر بارهای اعمالی، مقاومت کنند. تجربه نشان داده است که تافنس بیشتر زمانی ایجاد می شود که خط پیوند بزرگتر از دوام و طول عمر آن باشد. اگر سطح این ساختارها به اندازه ی کافی انعطاف پذیر باشند، به نحوی که بتوانند بر روی یک غلطک عبور داده شوند، آزمون پوسته ای شدن بر طبق استاندارد ASTM D 1781 باید بر روی نمونه ها انجام شود تا بدین صورت تافنس در ساختار ساندویچی، اندازه گیری شود. مقدار نتیجه شده از استحکام پوسته ای شدن، به طور قابل توجهی با تغییر نوع زیرلایه، تافنس چسب، میزان چسب مورد استفاده، دانسیته ی هسته و اندازه ی سلول هسته، جهت پوسته ای شدن، میان آماده سازی سطحی و تخریب اتصال، عوض می شود.
چسب های متداول برای ساختارهای ساندویچی شامل چسب های نیتریل- فنولیک، خمیرهای اپوکسی اصلاح شده و فیلم ها، فیلم های اپوکسی- نایلون، فیلم های پلی ایمیدی و یوریتان های اصلاح شده می باشند. مواد فرعی مورد استفاده در فرایند اتصال دهی، شامل فوم های سنتزی، نوارها و پرایمرهای ممانعت کننده در برابر خوردگی می باشند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie