اتلاف استحکام

هوازدگی خارج ساختمانی

چسب ها و مواد آب بندی عموماً به طور قابل توجه تحت تأثیر هوازدگی متوسط در محیط های خارجی نیستند. به هر حال، یک سری مثال ها وجود دارد که بر روی کارایی اتصال مؤثر می باشد. این مهم است که این مواد در طراحی اولیه ی اتصال های چسبی و انتخاب مواد، در نظر گرفته شوند.
فاکتورهای تعیین کننده در محیط های غیر دریایی، رطوبت و حرارت است. دلیل این مسئله که چرا آب و هوای گرم و مرطوب منجر به تخریب بسیاری از اتصال های چسبی می شود، در بخش گذشته مورد بررسی قرار گرفت. در نزدیکی دریاها، آب نمک و اسپری آب نمک نیز باید در زمان بررسی اتصال چسب، در نظر گرفته شود. سیکل های گرمایی، اکسیژن، تابش فرابنفش و سرمای هوا، فاکتورهای با اهمیت کمتری هستند که بر روی بسیاری از چسب های ساختاری اثرگذار می باشند.
محیط های ساحلی غیر دریایی
وقتی چسب های ساختاری تحت هوازدگی قرار گیرند، این چسب ها ممکن است به سرعت و در طی 6 ماه تا یک سال، استحکام خود را از دست بدهند. بعد از دو تا سه سال، نرخ افت معمولاً کمتر می شود. سیستم های چسب که برای کابردهای خارجی فرموله شده اند، تخریب استحکام اندکی را در محیط های متوسط، دارند. شکل 1 نشاندهنده ی ویژگی های هوازدگی مربوط به چسب های اپوکسی بدون تنش می باشد. عمومیت بخشی های زیر در طراحی یک اتصال برای کاربردهای خارجی، مهم می باشند.
خطرناک ترین جاها، آن جاهایی است که رطوبت و دماهای بالا وجود دارد.
پانل های تحت تنش بیشتر از پانل های بدون تنش، تخریب می شوند.
پانل های فولاد ضد زنگ مقاومت بیشتری نسبت به پانل های آلومینیومی دارند.
سیستم های چسب عمل آوری با حرارت عموماً مقاومت بیشتری نسبت به سیستم های عمل آوری شده در دمای اتاق، دارد.
برای چسب های بهتر، پیوندهای غیر اشباع مقاومت نسبی بهتری در شرایط هوازدگی خارجی دارند، اگر چه تمام این اتصال ها، یک میزان از اتلاف استحکام را تجربه می کنند.
آزمون MIL-STD-304 یک آزمون متداول برای تعیین اثر هوازدگی و رطوبت بالا بر روی نمونه های چسب می باشد. به هر حال، تنها مقایسه ی نسبی می تواند در مورد این آزمون انجام شود. در واقع می توان نتایج واقعی را برونیابی کنیم. در این روش آزمون، پانل های اتصال یافته تحت هوای سرد (منفی 65 فارنهایت)، حرارت و رطوبت به مدت 30 روز، قرار می گیرند. اثر شرایط آزمون MIL-STD-304 بر روی استحکام اتصال ایجاد شده با چسب های ساختاری متداول در جدول 1 آورده شده است.

آب و هوای ساحل دریا

برای بیشتر اتصال های فلزی که در آب و هوای خارج منزل قرار دارند، محیط خوردگی شدیدتر از مسئله ی رطوبت است. مکانیزم تخریب در حقیقت خوردگی سطح مشترک فلزی است که منجر به ایجا یک لایه ی تضعیف شده در سطح مشترک می شود. روش های آماده سازی سطحی و پرایمرهایی که موجب می شوند خوردگی سطح مشترک کاهش یابد، برای جلوگیری از تخریب اتصال، استفاده می شود.
سریع ترین روش برای اندازه گیری تخریب های حاصله از خوردگی در اتصال های فلزی، ذخیره سازی نمونه ها در محفظه ی اسپری نمک حاوی محلول 5 % نمک (رطوبت 95 RH و دمای 95 فارنهایت) می باشد. این روش در استاندارد ASTM B 117 توصیف شده است. معمولاً چند صد ساعت برخورد برای نشان دادن مقاومت به خوردگی سیستم های اتصال مختلف، مورد نیاز می باشد.
شکل 1 بخش دوم این مقاله نشاندهنده ی استحکام برشی اتصال فولاد نرم با چسب های مختلف می باشد.
مقاومت اتصال چسب نسبت به آب و هوای حاوی نمک، نه تنها به نوع چسب وابسته است بلکه همچنین به روش آماده سازی سطحی و نوع پرایمر مورد استفاده نیز وابسته می باشد. دوام آلیاژ آلومینیوم اتصال یافته با انواع مختلف از روش های آنودایز و پیرسازی در اسپری نمک 3.5 % در جدول 2 آورده شده است.

مواد شیمیایی و حلال ها

برخی از چسب های آلی مستعد واکنش با مواد شیمیایی و حلال ها هستند، مخصوصاً در دماهای بالا. بیشتر آزمون های استاندارد برای تعیین مقاومت شیمیایی چسب ها تنها سی روز طول می کشد. در عمل، تمام چسب ها نسبت به این سیال ها در دوره ی زمانی کوتاه مدت و در دمای اتاق، مقاومت دارند. برخی از چسب های اپوکسی حتی در طی پیرسازی و یا برخورد روغن به انها، یک افزایش در مقاومت را نیز تجربه می کنند. این اثر احتمالا به دلیل افزایش خاصیت پلاستیکی این مواد در زمان برخورد با روغن می باشد.
دو خاصیت از اتصال های چسبی وجود دارند که آنها را در برابر برخورد مواد شیمیایی و در برابر محیط های حاوی حلال، محافظت می کند. یکی میزان بالای پیوند عرضی و دیگری ناحیه ی برخورد اندک مواد شیمیایی و حلال ها با این چسب ها می باشد.
بیشتر چسب های ترموست با پیوند عرضی مانند اپوکسی ها، فنولیک ها، پلی یوریتان ها و اکریلیک های اصلاح شده، مقاومت بالایی در برابر بسیاری از مواد شیمیایی دارند. این مسئله حداقل در دماهای پایین تر از دمای شیشه ای شدن، مشاهده می شود.
اتصال های چسبی معمولاً بسیار نازک هستند و به خوبی در برابر مواد شیمیایی مقاومت می کنند. این مسئله به طور خاص برای حالتی صدق می کند که سطوح چسبندگی غیر متخلخل و یا غیر قابل نفوذ باشند.
طراحان اتصال های چسبی این اثر آخری را با طراحی مناسب اتصال بدست آورده اند و توانسته اند محافظت را ماکزیمم کرده و یک آب بندی مناسب در حوالی لبه ها ایجاد کنند.
شکل 2 نشاندهنده ی اثرات دراز مد محیط های شیمیایی مختلف بر روی اتصال های آلومینیومی است که با استفاده از چسب های اپوکسی عمل آوری شده با حرارت، ایجاد شده اند. همانگونه که مشاهده می شود، دمای محیط غوطه وری یک فاکتور مهم در پیرسازی چسب ها به شمار می آید. وقتی دما افزایش می یابد، سیال بیشتری بوسیله ی چسب جذب می شود و بدین صورن نرخ تخریب افزایش می یابد. چسب های اپوکسی عموماً مقاومت بیشتری نسبت به انواع مختلفی از محیط های مایع دارند (در مقایسه با سایر چسب های ساختاری). به هر حال، مقاومت در برابر محیط های خاص، عموماً به نوع عامل عمل آوری در چسب، وابسته است. سیستم های عمل آوری آمین آروماتیک (مانند متافنیلن دی آمین) عموماً ترجیح داده می شوند. چسب های یوریتانی عموماً مقاومت بهتری نسبت به مواد شیمیایی ، حلال ها، روغن ها و گریس ها نشان می دهند. هیچ یک از چسب ها، بهترین چسب برای تمام محیط های شیمیایی نیست. به عنوان مثال، ماکزیمم مقاومت به بازها به معنای مقاومت ضعیف در برابر محیط های شیمیایی خاص می باشد. این سخت است که چسبی را پیدا کنیم که دو دو محیط شیمیایی مختلف، تخریب نشود. عموماً چسب هایی که بهترین مقاومت در برابر دماهای بالا را دارند، مقاومت خوبی نیز در برابر عوامل شیمیایی و حلال ها را دارند. علت این مسئله، ساختار با دانسیته ی پیوند عرضی بالا در این مواد می باشد.
با در نظر گرفتن پیرسازی اتصال های چسبی در محیط های شیمیایی، این مسئله می تواند به صورت زیر خلاصه شود:
آزمون های مقاومت شیمیایی از لحاظ غلظت، دما، زمان و خواص اندازه گیری شده، یکنواخت نیستند.
عموماً حلال های کلردار و کتون ها محیط های خشنی ایجاد می کنند.
حلال های با نقطه ی ذوب بالا مانند دی اتیل فورآمید و دی متیل سولفید محیط های خشنی ایجاد می کنند.
استیک اسید یک محیط خشن ایجاد می کند.
عوامل عمل اوری امینی برای اپوکسی ها، یک محیط اسیدی اکسیدکننده ایجاد می کند. عوامل عمل آوری انیدریدی محیطی را ایجاد می کنند که اندکی قلیایی است.
استاندارد ASTM D 896 روشی برای اندازه گیر ی مقاومت اتصال های چسبی در برابر عوامل شیمیایی ارائه می دهد. عوامل شیمیایی استاندارد نیز در استاندارد ASTM D 543
آورده شده است و روغن ها و سخت های استاندارد نیز در استاندارد ASTM D 471 آورده شده است. سیال های استاندارد آزمون و شرایط غوطه وری مورد استفاده برای بسیاری از چسب ها در جدول 3 آورده شده است.

خلأ و گازهای خروجی

چسب ها و مواد آب بندی ممکن است از اجزای با وزن مولکولی پایینی تولید شده باشند که می توانند در زمان برخورد با خلأ، از توده ی بالک جدا شوند. اگر این اجزای با وزن مولکولی پایین همچنین فشار بخار پایینی داشته باشند، آنها ممکن است در زمان برخورد با دماهای بالا (با و بدون خلأ) از توده ی بالک خارج شوند. این مسئله منجر به کاهش وزن کل و احتمال تخریب چسب ها و مواد آب بندی می شود. قابلیت یک چسب برای مقاومت طولانی مدت در برابر خلأ یک اهمیت اولیه برای مواد مورد استفاده در کابردهای فضایی و یا تولید ادواتی است که تحت خلأ کار می کنند. اجزای گاز خروجی همچنین یک منبع برای آلودگی محسوب می شوند و از این رو، می توانند مشکلاتی در زمینه ی ادوات الکترونیکی و آرایه های خورشیدی، ایجاد کنند.
میزان تبخیر چسب، تابعی از فشار بخار اجزا در یک دمای معین می باشد. اتلاف اجزای با وزن مولکولی پایین مانند پلاستیسایزرها یا رقیق کننده ها، می تواند منجر به سخت شدن و ایجاد تخلخل در چسب ها و مواد آب بندی شود. از آنجایی که بیشتر چسب های ساختاری حاوی پلیمرهای با وزن مولکولی بالا می باشند، برخورد فشارهایی کمتر از 〖10〗^(-9) torr برای رزین پایه، مشکل آفرین نیست.
به هر حال، دماهای بالا، تابش و سایر محیط های تخریب کننده، ممکن است موجب تشکیل بخش های با وزن مولکولی پایینی شود که در واقع موجب تخریب چسب در خلأ می شود.
چسب های اپوکسی و پلی یوریتانی به طور قابل توجهی تحت تأثیر خلأ 〖10〗^(-9) torr در زمان 7 روز و دمای محیط، قرار نمی گیرند. به هر حال، چسب های پلی یوریتانی در زمان پیرسازی تحت خلأ 〖10〗^(-9) torr و دمای 225 فارنهایت، میزان گاز خروجی قابل توجهی دارند. جدول 4 نشاندهنده ی نتایج مربوط به یک خلأ بالا است که در حقیقت موجب کاهش قابل توجهی در وزن چسب های تجاری و مواد آب بندی، نشده است. تابش
تابش ذرات با انرژی بالا و همچنین تابش الکترومغناطیسی مانند تابش نوترون، الکترون و گاما دارای اثرات مشابهی بر روی چسب های آلی هستند. تابش با انرژی کافی می تواند موجب گسستگی در زنجیره ی پلیمری مورد استفاده در ماده ی آب بندی و چسب شود. این مسئله موجب ترد شدن و تضعیف اتصال چسبی می شود. تخریب در زمانی بدتر است که چسب به صورت آنی در برخورد با تابش و دمای بالا، قرار گیرد. استاندارد ASTM D 1879 اطلاعات مفیدی در مورد اقدامات استاندارد برای روش هایی ارائه کرده است که بوسیله ی آن، مقاومت رزین در برابر تابش، ارزیابی می شود.
شکل 3 اثر دوز تابش بر روی استحکام کششی- برشی چند چسب ساختاری را نشان می دهد. عموماً وجود پیوندهای عرضی زیاد و چسب های با مقاومت حرارتی موجب می شود تا مقاومت بهتری نسبت به سیستم های با پایدار حرارتی پایین تر ایجاد شود. تقویت کننده های فیبری، عوامل عمل آوری و رقیق کننده ها، نیز اثر قابل توجهی بر روی مقاومت به سایش سیستم های چسبی، ایجاد می کند. در چسب های بر پایه ی اپوکسی، عوامل عمل آوری آروماتیکی مقاومت به تابش بزرگتری نسبت به عوامل عمل آوری آلیفاتیک، ایجاد می کنند. رزین های پلی استر و چسب ها و مواد آب بندی بی هوازی دارای مقاومت به تابش بالایی هستند. چسب های بی هوازی سال هاست که در محیط های تابشی مورد استفاده قرار می گیرند. این چسب ها در مواد آب بندی رآکتورهای هسته ای و ادوات جانبی، مورد استفاده قرار می گیرند.
در مطالعه های اولیه ای که بوسیله ی McCrudy و Rambosek انجام شده است، این نشان داده شده است که تابش اثر قابل توجهی بر روی استحکام کششی چسب های با پیوند عرضی زیاد، ندارد. چسب های نیتریل- فنولیکی مقاومت بیشتری در برابر تخریب تابشی نسبت به چسب های بر پایه ی اپوکسی دارند. مطالعه ها همچنین نشان داده است که در محیط های تابشی، لایه های چسب ضخیم استحکام بهتری نسبت به لایه های نازک دارند. ضخامت 10 میل برای استفاده از چسب در محیط های تابشی، پیشنهاد شده است.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Handbook of adhesives and sealants/ Edxard M. Petrie