چسب ها تنها برای موادی که بایستی چسبانده و بهم چسبانده شوند به کار برده نمی شوند. چسبندگی برای جوهر تحریر، وسایل بتونه کاری، رنگ ها وسایر سطوح پوششی، و وجوه میانی در مواد ترکیبی از قبیل فولاد یا بافت پارچه در تایر های لاستیکی و شیشه یا الیاف در پلاستیک ها ضرورت است. ما در طبیعت چسبندگی را بجای اتصالات و بست های مکانیکی ، در ساختن گیاهان و حیوانات در چسباندن استاد شده اند. صدف هایی که به هر چیز شناور در دریا می چسبند و توانایی قابل توجه بسیاری از حشرات برای راه رفتن بر روی سقف ها را می توان مورد تعمق قرار داد.
مشکل چسب ها به عنوان مفهوم اتصال اینست که آنها عموما بوسیله ی آب یا بخار آب سست می شوند . همچنین محدوده ی دمایی کار آنها کمتر از چسباننده های فلزی ( مهره ها ، پیچ ها، جوش ها و بست های آهنی و غیره . . . ) است. همچنین چسیب ها توسط دمای انتقال شیشه ای و تخریب شیمیایی محدود شده اند. برتری آنها شامل توانایی آنها برای اتصال مواد غیر مشابه و لایه های نازک از مواد، گسترش بار بر روی یک ناحیه ی وسیع، زیبایی و حالت آئرودینامیک آنها بر روی سطح خارجی اتصال ، و کاربرد آنها با استفاده از ماشین یا روبات می باشد.
خواص پایه ای :
چسب چیست و خواص اصلی آن چیست ؟ یک تعریف اینست ، ماده ای که اگر بر روی سطوح مواد به کار رود می تواند آنها را به هم متصل کند و در برابر جدا شدن متفاوت کند . عبارت چسبیدن و زیر لایه برای جسم یا ماده ای که بوسیله ی چسب متصل می شود به کار می رود. سایر عبارات اساسی عبارتند از زمان نگهداری برای مدت زمانی که یک چسب را قبل از استفاده می توان نگهداری کرد، و زمان پخت ماکزیمم زمان بین آخرین اختلاط و استفاده می باشد.
اساسا چسب باید دو کار انجام دهد :
(1) باید سطوحی که بر روی آن پخش می شود مرطوب کند یعنی زاویه تماس دو سطح را نزدیک صفر کند، وقتی که چسب استفاده می شود باید مایع با ویسکوزیته نسبتا پائینی باشد.
(2) سپس چسب باید ست گردد تا مانند یک جامد چسبیده محکم شود. این کار می تواند توسط واکنش های شیمیایی حذف حلال یا آب ، یا بوسیله ی سرد کردن در مورد چسب های ذوب داغ انجام شود. استثنایی نیز وجود دارد که درباره ی چسب های حساس به فشار است. که به طور ابدی چسبنده می مانند اینها چسب هایی هستند که در نوار چسب و برچسب های چسبناک به کارمی روند.
اساس شیمیایی :
چسب ها همگی حاوی پلیمر هستند، یا پلیمر ها در حین پیوند چسب شکل می گیرند. پلیمر ها به چسب ها قدرت چسبندگی می دهند، می توان آنها را به صورت رشته هایی ازمهره ها در نظر گرفت ( واحد های شیمیایی همانند، که به وسیله ی تک پیوند کووالانتها به هم متصل شده اند).
شکل : پلیمر ها خطی شاخه دار شبکه ای
پلیمر ها خطی و شاخه ای خواص مشابه ای دارند و تشخیص آنها آسان نیست، این پلیمر ها در دماهای بالا روان می گردند و در حلال های مناسب حل می گردند. خاصیت روان شدن و حل شوندگی آنها یک امر اساسی به ترتیب در چسب های ذوب داغ و چسب های بر پایه ی حلال می باشد.
پلیمر های شبکه ای در صورت گرم شدن جریان نمی یابند، ممکن است در حلال ها متورم گردند ولی حل نمی شوند. تمامی چسب های ساختمانی شبکه ای هستند زیرا این مواد خزش را از بین می برد. تایر های خودرو لاستیک طبیعی یا سنتزی شبکه ای هستند، و اگر آنها دچار خزش شوند باید در حین پارک کردن خودرو تغییر شکل دائمی در آنها ایجاد گردد و در یک جاده ی ناهموار جریان یابند.
بسیاری از چسب ها دارای افزودنیهایی هستند که پلیمر نیستند، این افزودنیها شامل پایدار کننده در برابر تخریب توسط اکسیژن و UV ، نرم کننده ها که قابلیت انعطاف را افزایش می دهند و دمای تبدیل شیشه ای را کاهش می دهند ، پر کننده های پودری معدنی که ممکن است میزان انقباض در سخت شدن را کاهش دهند ، باعث کاهش قیمت نیز میگردند ، خواص روان شدن را قبل از سخت شدن تغییر می دهند و خواص مکانیکی نهاییی را بهبود میبخشند، دیگر افزودنیها ممکن است مانند تغلیظ کننده و معرف های جفت کننده سیلانی باشند.
تئوریهای چسبندگی :
در باره چسبندگی شش تئوری وجود دارد : جذب فیزیکی، پیوند های شیمیایی، نفوذ، الکترواستاتیک، تئوری اتصالات داخلی مکانیکی و لایه ضعیف مرزی چون تمام پیوند های چسب شامل تماس ملکولهاست ، جذب فیزیکی همواره باید شرکت داشته باشد.
تئوری جذب فیزیکی :
جذب فیزیکی شامل نیروهای واندروالسی در بین سطوح می باشد . که در بر گیرنده ی چاذبه های بین دوقطبی های دام و دوقطبی القایی بوده ، و سه نوع هستند . E pp انرژی پتانسیل در خلاء ، از یک جفت دوقطبی دائم که r فاصله از مراکزشان است .
تئوری پیوند شیمیایی :
تئوری پیوند شیمیایی در مورد چسبندگی بر اساس تشکیل پیوند های کووالانت ، یونی یا هیدروژنی بین سطح می باشد. مدارکی مبنی بر این که پیوند های کووالانت با عوامل جفت کنندگی سیلانی تشکیل می شود وجود دارد. و ممکن است که چسب ها شامل گروه های ایزوسیانات باشند که با اتم های هیدروژن فعال از قبیل گروه های هیدروکسیل، اگر چوب یا کاغذ اجزاء مورد عمل باشند، واکنش می کنند. امکان دیگر واکنش یک چسب اپوکسید با سطحی شامل گروه های آمین برای ایجاد پیوند C-N می باشد.
تئوری نفوذ :
تئوری نفوذ این دیدگاه را مطرح می کند که پلیمر ها هنگام تماس ممکن است در همدیگر نفوذ کنند بنابراین مرز درونی سرانجام برداشته می شود بنابراین نفوذ پلیمر ها در یکدیگر در صورتی اتفاق می افتد که زنجیر های پلیمر ها متحرک و سازگار باشند ( به عبارت دیگر دما باید از دمای تبدیل شیشه ای بالا تر باشد). همچون اغلب پلیمر ها حتی آنهایی که دارای ساختار شیمیایی خیلی مشابهی هستند از قبیل پلی اتیلن و پلی پروپیلن ناسازگار هستند این تئوری معمولا تنها در مورد پلیمر های لاستیک مانند ، با پیوند های مشابه که ممکن است وقتی سطوح با چسب تماسی پوشیده شده و به یکدیگر فشرده شوند تشکیل گردد. همچنین برای حالت حلال – جوشی (Solvent- Welding) از ترموپلاستیک ها کاربرد دارد. مثالی از این حالت عبارتست از متورم نمودن دوسطح پلی استیرن توسط بوتانول و سپس فشردن آنها روی همدیگر است. حلال در کاهش دمای تبدیل شیشه ای در زیر دمای محیط وقتی که نفوذ درونی رخ می دهد موثر است. البته حلال بعدا تبخیر می شود. این مکانیسمی از چسبندگی در ساخت وسایل کار مدل پلاستیکی است. وسایل از پلی استیرن ساخته می شود و چسب محلولی از پلی استیری در حلال آلی است، هدف اصلی پلیمر غلیظ کردن چسب است . تعداد کمی از پلیمر ها هستند که با اندرزکنش های ویژه سازگار هستند. یکی از این جفت ها ( پلی متیل متا کریلات ) و پلی ( وینیل کلراید) می باشد. که امکان نفوذ درونی وقتی که چسب با ساختمان اکریلیک برای اتصال PVC استفاده می شود آزمایش شده است.
تئوری الکترواستاتیک
تئوری الکترواستاتیک از این طرح سر چشمه گرفته است که .وقتی دو فلز در تماس با یکدیگر باشند ، الکترون ها از یکی به دیگری منتقل می شوند و بنابراین یک لایه مضاعف الکتریکی تشکیل می شود که نیروی جذب را نشان می دهد. چون پلیمر ها نارسانا هستند مشکل به نظر می رسد که این تئوری برای چسب ها کاربرد داشته باشد.
پیوند درونی مکانیکی :
اگر سطحی که می خواهیم روی آن چیزی بچسبانیم دارای سطحی نا منظم باشد آنگاه ممکن است چسب در ناهمواری های سطح قبل از سخت شدن داخل شود. این پدیده تازه باعث ظهور تئوری پیوند درونی مکانیکی شد، که به اتصالات چسب با مواد متخلخل از قبیل چوب و منسوجات بسط داده شد. مثالی از این قبیل عبارتست از استفاده از اتو در لایه چسب در لباس می باشد. لایسه چسب ها حاوی چسب های ذوب داغ هستند. که پس از ذوب در پارچه نفوذ می کنند.
لایه مرزی ضعیف :
تئوری لایه مرزی ضعیف پیشنهاد می کند که سطوح تمییز پیوند های قوی تری با چسب ایجاد می کند، اما برخی از آلودگی ها از قبیل رنگ یا روغن یا گریس ها لایه ای ایجاد می کنند که چسبناکی ضعیف دارند. همه آلودگی ها لایه های مرزی ضعیف را تشکیل نمی دهند، زیرا در برخی از حالات آنها توسط چسب حل خواهند شد. در این محدوده چسب های ساختمانی اکریلیک برتر از اپوکسید ها هستند و این به دلیل توانایی آنها در حل کردن روغن ها و گریس ها می باشد.
پلیمر شدن :
در چسبندگی پلیمر شدن موضوع بسیار مهمی است. چرا که چسب ها بوسیله واکنش شیمیایی به وسیله پلیمر شدن افزایشی یبا تراکمی سخت می شوند، و پلیمر ها که جزء اساسی و غالبا عمده چسب هستند به وسیله فرایند های یکسانی سنتز می شوند.
پلیمر شدن تراکمی :
در پلیمر شدن تراکمی ملکول ها با یکدیگر واکنش می کنند ، این ملکول ها دارای گروه های شیمیایی هستند که از دو طرف واکنش پذیر می باشند . یعنی در هر ملکول دو گروه فعال وجود دارد ، و اگر ملکولهای سه عاملی در واکنش حضور داشته باشند پلیمر شاخه ای یا پلیمر با پیوند عرضی حاصل خواهد شد. در برخی موارد اما نه برای همیشه ، ملکول کوچکی مثل آب تشکیل می شود.
پلیمر شدن افزایشی :
ترکیباتی که شامل پیوند های دوگانه و یا حلقه ها می باشند می توانند توسط پلیمر شدن افزایشی پلیمریزه شوند، که در آنها اغلب حلقه ها و یا پیوند دوگانه باز میگردد و برای ایجاد زنجیر به یکدیگر متصل می شوند . پلیمر شدن افزایشی شامل یک واکنش زنجیرهای است که دارای مراحل متوالی آغاز ، انتشار و اختتام می باشد.
همپلیمر شدن :
اگر مخلوط پلیمر در یک پلیمر شدن افزایشی شامل تنها یک منومر باشد آنگاه واحد های تکراری پلیمر مشابه خواهند بود و عبارت همو پلیمر برای بیان آن استفاده می شود . اگر دو نومر A , B استفاده شود آنگاه هر دو در محصول وارد خواهند شد که همپلیمر(Copolymer) نامیده می شود. و به جز در موارد خاص ترتیب واحد های A, B در همپلیمر تصادفی تصادفی خواهد بود .
برای ساخت سه پلیمر (Trepolymer) سه منومر متفاوت به کار می رود. استفاده از واکنشگر های اضافی در پلیمر شدن تراکمی منجر به ایجاد همپلیمر( کوپلیمر) و سه پلیمر ( تری پلیمر) می گردد.
پیوند عرضی :c=c
اغلب پلیمر شدن های افزایشی که در چسب ها رخ می دهد شامل منومر های با یک پیوند دوگانه پلیمریزه شدن می باشند . افزایش منومر دوم با دو پیوند c=c باعث ایجاد محصولی شبکه ای می شود. پلیمر های تراکمی خطی از منومر های دو عاملی ایجاد می شوند ، و افزایش منومری با سه یا نیشتر گروه عاملی باعث ایجاد پیوند عرضی می شود. اپوکسید ها مثال خوبی از این نوع هستند .
در هر دو نوع پلیمر شدن ویسکوزیته در ابتدا افزایش می یابد . اما درنقطه ژل وقتی که بطور میانگین برای هر ملکول یک پیوند عرضی تشکیل شده ، ویسکوزیته بسیار سریع افزایش می یابد . اکنون تمام پلیمر های تک ملکولی شبکه ای است. بنابراین شبکه ای شدن بیشتر بعد از نقطه ی ژل اتفاق می افتد.
دمای تبدیل شیشه ای :
خواص مکانیکی پلیمر ها در دمای تبدیل شیشه ای به شدت تغییر می یابد، علت ااصلی این تغییر حرکت ملکولی است. قبل از Tg هیچگونه حرکت انتقالی یا چرخشی در اتم ها که ساختمان اصلی پلیمر را ساخته اند مشاهده نمی شود ولی در بالا تر از Tg وجود دارد. قبل از Tg پلیمر ها نسبتا سخت ، غیر قابل انعطاف و شکننده هستند ، در حالی که در بالای آن پلیمر ها نرم و قابل انعطاف می باشند. عبارت شیشه ای یا لاستیکی و یا چرمی برای توضیح خواص در دو محدوده دمایی به کار می روند.
هر دو نوع پلیمر شیشه ای و لاستیک به عنوان چسب کاربرد دارند. به عنوان مثال استفاده از چسب های شیشه ای برای اتصالات ساختمانی در مهندسی و سمنت های استخوان در جراحی و در مورد لاستیکی ، چسب های حساس به فشار و چسب های مورد استفاده برای اتصال به زیر لایه های قابل انعطاف را می توان بیان کرد. برای یک چسب غیر قابل قبول است که در طول کار با آن از دمای تبدیل شیشه ای عبور کند.
تئوری مورد استفاده برای بیان علت تبدیل شیشه ای تنوری حجم آزاد میباشد . اساس این است که پلیمر دارای حجم اشغال شده و یک حجم آزاد می باشد که همراه با افزایشی در اثر انبساط گرمایی می باشد. وقتی کسری از حجم آزاد به مقدار بحرانی که در حدود 25 در صد است برسد، قطعه های زنجیر متحرک می شوند و پلیمر وارد حالت مرحله چرم مانند می شود .
آماده سازی سطح برای چسبندگی و ضد چسبندگی
آماده سازی نامناسب یا نادرست سطح احتمالا دلیل عمده شکسته شدن اتصالات چسبی می باشد. چسب ها سطح گزینشی نیستند، چسب ها یا اغلب سطوح غیر آلوده متصل می شوند، سطوح بدون گروه های قطبی و بنابراین دارای انرژی آزاد سطحی پائین از قبیل پلی اولفین ها ، پلی تترا فلوئورو اتیلن (PTFE) و پلی (دی متیل سیلوکسان) استثناء هستند.
تئوری های چسبندگی بیان می کنند که اتصالات قوی بوسیله ی ایجاد دو قطبی هایی در سطح که نیروهای واندروالسی را افزایش می دهد با برطرف شدن لایه های مرزی سست و افزایش زبری سطوح بدست خواد آمد. مخصوصا وقتی که در فلزات هدف مورد نظر ابتدا افزایش استحکام اتصال تازه، ساخته شده نیست بلکه افزایش مقاومت در برابر آب می باشد.
آماده سازی سطح یک جسم می تواند سبب موارد یر گردد :
1- حذف آلودگی ها با لایه های پیوندی ضعیف
2- اصلاح شیمیایی سطح به وسیله ی ایجاد گروه های شیمیایی جدید.
3- تغییر شکل هندسی سطح
آلودگی می تواند به صورت های زیر باشد :
1- روغن ها و گریس ها روی سطح فلز
2- لایه های اکسیدی ضعیف یا جدا روی فلزات
3- مواد جدا کننده از قالب از قبیل سیلیکون ها ، فلئوروکربن ها و موم ها روی پلیمر ها.
4- افزودنیها و مواد با وزن ملکولی کم روی سطح پلیمر ها ، که تمایل دارند مواد خارجی را از توده به سطح منتقل کنند.
روش های سائیدگی :
روش های سائیدگی شامل دمیدن شن یا ماسه و دیگر ذرات هوا ، دمیدن با آلومینیا در آب و استفاده از کاغذ ها و پوششهای ساینده است. آنها قادرند آلودگی را بر طرف کنند و همچنین سطح را زبر نمایند. یک روش برای آماده سازی فولاد نرم ، شن پاشی و سپس به کار بردن عامل جفت کننده سیلان است.
استفاده از حلال ها :
سطح ممکن است بوسیله پاک کردن از طریق تماس یک حلال با استفاده از پارچه یا بوسیله چربی زایی بخار تمییز شود. روش های پاک کردن سست می تواند بیشتر سبب پراکندگی مجدد تا برطرف کردن آلودگی ها گرد. حلال ها در زدودن روغن ها و گریس ها بسیار موثر هستند، اما از نظر سلامت و ایمنی و ملاحظات محیطی توازن بر علیه آنها است.
