معرفی و کاربرد چسب‌های اپوکسی
فهرست مطالب:
- معرفی
- انواع چسب اپوکسی
- فرمولاسیون و افزودنی‌های چسب اپوکسی
- کاربرد چسب‌های اپوکسی
- راهنمایی و نحوه استفاده از چسب‌های اپوکسی
- نوآوری در صنعت (کاربرد پیشرفته چسب‌های اپوکسی)
معرفی چسب های اپوکسی
چسبها، مواد غیرفلزي هستند که با خاصیت چسبندگی خود باعث اتصال سطوح به یکدیگر میگردند. اصولا چسب ها بر پایه مواد آلی میباشند و در دسته هاي مختلفی تقسیم بندي می شوند:
- چسب هایی که به صورت فیزیکی عمل میکنند؛ که به دسته اي از چسبها مانند چسب هاي نواري، چسبهاي حرارتی، چسب هاي گرماذوب، پلاستیسول ها و غیره گفته میشود که یا با تغییري فیزیکی در حالت فیزیکی اولیه و یا با عملیات تبخیر در ابتدا یا حین عملیات چسباندن عمل میکنند و معمولا یک قسمتی هستند. این دسته از چسب ها می توانند همراه با عامل یا بدون حلال باشند.
- چسب‌هایی که با تغییري شیمیایی همراه هستند، که به دستهاي گفته می شود که در آنها یک یاچند واکنش شیمیایی انجام می گردد و عموما شامل دو قسمت می شوند. قسمت رزین و قسمت عامل پخت که میتوانند گستره وسیعی از مواد اولیه شیمیایی را شامل شوند. سیستمهاي دو قسمتی شامل رزین اپوکسی و پلی آمین ها و انیدریدها با مکانیزم پلیمریزاسیون زنجیري واکنش می دهند. در سیستم هاي تشکیل شده از رزین سیانواکریلات یا متاکریلات، واکنش از طریق پلیمریزاسیون زنجیري انجام می گردد و در سیستمهایی که رزین هاي آمینی یا رزین فنولی وجود دارد، واکنش از طریق پلیمریزاسیون مرحله اي صورت میپذیرد. پلییورتان نیز خانوادهاي دیگر از چسبهاي این دسته میباشد.
چسبهاي اپوکسی، ترکیبات شیمیایی پرکاربردي در بسیاري از صنایع از جمله خودرو، هوافضا و مصارف نظامی هستند. براي اینکه بتوان در زمینه ي چسب اپوکسی به یک فرمولاسیون موفق که کارایی و فرآیندپذیري مناسبی داشته باشد رسید باید به موارد زیر دقت شود:
1- انتخاب درست ترکیب رزین و عامل پخت باتوجه به کارایی مدنظر
2- تعیین نسبت استوکیومتري دقیق رزین وعامل پخت
3- اضافه کردن اصلاح کننده هاي فرمولاسیون با توجه به کارایی نهایی مانند پرکننده ها،رقیق کننده ها، چقرمه کننده ها و غیره.
4- در نظر گرفتن برهمکنش هاي میان اجزاي تشکیل دهنده ي فرمولاسیون بر روي خواص مکانیکی و حرارتی.
طراحی فرمولاسیون براي دستیابی به مشخصات و خواص نهایی مطلوب با قیمت مناسب، اهمیت مییابد. به همین دلیل، امروزه تعداد زیادي فرمولاسیون براي چسبهاي اپوکسی موجود است.
چسبندگی چسب هاي اپوکسی در کاربردهاي فلزي عموما بسیار بالا بوده و نیاز به استفاده از دیگر اتصالات را رفع می نماید؛ البته به این نکته باید دقت شود که دما نباید بسیار بالا باشد. هرچند که چسبه اي اپوکسی با توجه به اشکال لایه لایه شدن، قابلیت استفاده در بسیاري از کاربردها که داراي سیکل هاي دمایی خاصی هستند را ندارند. همچنین چسب هاي اپوکسی مقاومت پایینی نسبت به خوردگی زیرین دارند که بیانگر این موضوع است که به هنگام شروع خوردگی از حفره هایی که به هنگام توزیع چسب ایجاد شدهاند، خوردگی به سرعت از لایه هاي زیرین شروع شده و باعث کاهش کیفیت چسبندگی می گردد.
هنگامی که رزین با عامل پخت ترکیب می شود، چسب باید در مدت زمان مشخصی که بستگی به رزین، عامل پخت، فرمولاسیون و شرایط محیطی دارد، استفاده شود. به این زمان، فرصت کاربري می گویند. هنگام پخت چسب اپوکسی، یک واکنش گرمازا رخ می دهد. به گرمایی که این واکنش تولید می کند، اگزوترم می گویند. اگر اگزوترم کنترل نشود، میتواند باعث کاهش فرصت کاربري و در صورت بالا بودن آن، حتی باعث احتراق شود. اگزوترم را میتوان با کاهش واکنش پذیري اجزا و همچنین با کاهش حجم مورد آزمایش، کنترل کرد. معمولا روي چسب هاي اپوکسی پخت ثانویه نیز انجام می شود. با پخت اولیه در دماي محیط یا دماي بالا، پس از مدتی رزین سخت شده و قدرت پیوندها به حدي میرسد که میتوان ابزار نگهداري را جدا کرد و سپس براي پخت ثانویه، سیستم را در منبع گرمایی قرار داد تا به حداکثر قدرت پیوندها رسید.
علاوه بر رزین و عامل پخت، سایر مواردي که میتواند به چسب اضافه شود شامل پرکننده هاي معدنی براي کاهش قیمت تمام شده، رقیقکننده ها براي تنظیم ویسکوزیته و اصلاح ضریب انبساط گرمایی و پرکننده هاي لیفی به منظور بهبود خواص تیکسوتروپیک و قدرت چسبندگی استفاده می شوند. رزین هاي اپوکسی معمولا با رزین هاي دیگر براي بهبود خواص نهایی مورد نیاز، اصلاح می شوند؛ رزین هاي الاستومري میتوانند باعث بهبود استحکام کنده شدن وچقرمگی شوند.
انواع چسب های اپوکسی
چسب هاي اپوکسی به دو دسته تک جرئی و دوجزئی تقسیم می شوند. رزین و عامل پخت می توانند با یکدیگر ترکیب شده باشند که به این دسته، چسب هاي یک جزئی و یا به صورت جداگانه و در دو بسته بندي باشند که به این دسته، چسب هاي دو جزئی می‌گویند. چسبهاي تک جزئی، با حرارت و چسبهاي دو جزئی در دماي محیط یا دماي بالا پخت می‌شوند. معمولا چسب‌هایی که در دماي بالا پخت می‌شوند، چگالی شبکه‌اي شدن و دماي انتقال شیشه اي بالاتري نسبت به پخت در دماي محیط دارند؛ همچنین استحکام کششی بالاتر و مقاومت محیطی بهتر از جمله مزایاي پخت چسب در دماي بالا است. ولی با وجود سختی بالا، چقرمگی و استحکام کنده شدن آنها ضعیف‌تر است
تاریخچه‌ای از چسب‌های اپوکسی چسب‌های اپوکسی، با داشتن خواص شیمیایی و فیزیکی برجسته، از نیم قرن پیش به عنوان یکی از مهمترین مواد در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این مواد پیشرفته، که اغلب به صورت دو جزئی شامل رزین و هاردنر تولید می‌شوند، امروزه در بسیاری از کاربردهای صنعتی و ساختمانی نقش کلیدی دارند.
فرمولاسیون و افزودنی‌های چسب‌های اپوکسی
استفاده از مواد تیکسوتروپیک (عموما براي چسبهاي داراي دو جزء) براي سیستمهاي چسبی ضروري است. در سیستمهاي دو جزئی حاوي رزین و عاملپخت، باید خاصیت شره نکردن بلافاصله بعد از مخلوط شدن اجزا وجود داشته باشد. مخصوصا هنگامی که بر روي سطوح عمودي با ضخامت ۲۰ تا ۳۰ میلی متر اعمال می‌شوند و باید شکل اولیه را تا زمان ژل شدن یا مرحله ي بعدي پردازش حفظ کنند. تغییر سریع به بافت شره ناپذیر اغلب با استفاده از یک عامل تیکسوتروپیک مثل نانوسیلیکا انجام میشود تا یک مخلوط تیکسوتروپیک ویسکوز بدست آید. در غیر این صورت هنگامی که رزین و عاملپخت در معرض شرایط تنش برشی بالا قرار میگیرند، یعنی در طی مراحل مخلوط کردن و اعمال آنها، تنش حاصل میتواند ویسکوزیته را کاهش دهد که به نوبه خود منجر به تخریب شکل خارج شده از اکسترودر قبل از ژل شدن می شود. در برخی از موارد مخلوط حتی می تواند ساختار خود را از دست بدهد که این نشان دهنده یکی از محدودیت‌هاي مواد موجود بر اساس تیکسوتروپیک فیزیکی است.
پرکننده‌های چسب‌های اپوکسی
پرکننده‌ها موادي هستند که به منظور بهبود سختی، استحکام، ثبات ابعادي، چقرمگی، مقاومت گرمایی، میرایی، نفوذ ناپذیري و کاهش هزینه در پلیمرها استفاده می‌شوند. شکل هندسی، اندازه و توزیع اندازه ذرات، خواص فیزیکی و شیمیایی آنها و برهمکنش‌هاي موجود در سطح مشترک پلیمر – پرکننده به طور مستقیم بر عملکرد سیستم پرشده تاثیر میگذارد.
تنوع وسیعی از پرکننده‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی، شکل، اندازه و خواص وجود دارد. در یک تقسیمبندي کلی پرکننده ها را میتوان به انواع پرکنندههاي آلی و معدنی تقسیمبندي کرد. بیشتر پرکننده ها از جامدات معدنی هستند، با این حال پرکنندههاي آلی از قبیل مواد سلولزي، الیاف کتان و غیره نیز برخی اوقات به عنوان پرکننده در ترکیب چسب اپوکسی مورد استفاده قرار میگیرند. پرکنندههاي معدنی به عنوان عوامل اصلاح کننده خواص پلیمرها کاربردهاي بسیار زیادي دارند. به عنوان مثال آمیختن این ذرات با ماتریس پلیمري علاوه بر کاهش هزینه محصول، باعث افزایش مدول الاستیک، تنش تسلیم فشاري، دماي تغییر شکل گرمایی و بهبود بسیاري از خواص دیگر میشود. پرکنندههاي معدنی زیادي در ترکیب چسب اپوکسی استفاده میشود که در ادامه به مهمترین آنها اشاره میشود میگیرند.
پرکننده سیلیکا
سیلیکا ماده اي جامد با سختی و مقاومت بالا است که فقط با محلول هاي غلیظی همچون سدیم هیدروکسید، پتاسیم هیدروکسید و هیدروفلوئورید گازي واکنش میدهد. سیلیکا داراي یک ساختار شبکه‌اي سه بعدي است که گروه هاي سیلانول و سیلوکسان بر سطح آن قرار دارند و منجر به ماهیت آب دوست آن می‌شوند. سیلیکا اغلب به عنوان یک توسعه دهنده در ترکیب چسبها استفاده می‌گردد و مشابه کربنات کلسیم ماده معدنی فراوانی است که به اشکال کریستالی(کوارتز) یا بی‌نظم (آمورف) یافت میشود.
پرکننده نانوسیلیکا
نانوسیلیکا یا سیلیکاي دود داده شده یا سوخته نوعی دي اکسید سیلیکون غیر کریستالی است که در اندازه‌هاي ۱ تا ۳۰ نانومتر وجود دارد. این ماده در رنگ ها، پوشش‌ها، چسبها و همچنین در مواد عایق حرارتی مانند پنل‌هاي عایق به کار برده میشود اما در پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها تنها نقش پرکننده را دارد.
پرکننده تالک
تالک یک سیلیکات منیزیم هیدراته با صفحات نازک سفید رنگ است که به منظور کاهش هزینه با حداقل تاثیر بر خواص فیزیکی به کار می‌رود و همچنین با توجه به ساختار صفحه اي و نسبت ابعادي بالاي آن از این پرکننده به عنوان تقویت‌کننده درکاربردهاي مختلف استفاده میشود. از میان افزودنی‌هاي معدنی پلاستیک‌ها، تالک به دلیل ویژگی‌هاي عملکردي بالا یکی از بیشترین مورد استفاده را در میان گرمانرم‌ها دارد. به رغم این واقعیت که پلاستیک‌هاي پر شده با تالک داراي مقاومت کششی، مقاومت ضربه، خزش، سختی، مدول یانگ و استحکام تسلیم بالا هستند، اما طی دهههاي اخیر پرکنندههاي آلی به دلیل خواص بهتري مانند چگالی کم و زیست تخریبپذیري به عنوان رقباي تالک در برخی از سیستمهاي اپوکسی به کار میروند.
تقویت کننده‌های چسب‌های اپوکسی
تقویت کننده‌هاي چسبی معمولا مولکول‌هایی هستند که دو سر انتهایی آنها گروه عاملی واکنشپذیر وجود دارد، یک سر آن به منظور واکنش با سطح زیرلایه و سر دیگر براي اتصال به پلیمر طراحی شده است. این افزودنی عموما در پوشش‌ها استفاده شده که با ایجاد پیوند کووالانسی بین سطح زیرلایه و چسب، چسبندگی را افزایش میدهد. این نوع تقویتکننده‌ها میتوانند یک پیوند قوي با فلزات به ویژه استیل و آلومینیوم ایجاد کنند.
هاردنر: (سخت کننده)
ماده‌ای است که با رزین اپوکسی واکنش شیمیایی دارد و باعث تصلیب چسب میشود. انتخاب سخت‌کننده ممکن است بسته به نوع کاربرد، زمان پخت مورد نیاز و خواص نهایی چسب متفاوت باشد.
ویژگی‌های شیمیایی و مقاومت مکانیکی: پس از پخت، چسب اپوکسی سختی بالا و مقاومت مکانیکی قابل توجهی را به سطح چسبنده می‌بخشد.
کاربرد چسب‌های اپوکسی
چسب‌های اپوکسی به دلیل خواص منحصر به فرد خود، کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف پیدا کرده‌اند. استفاده از این نوع چسبها میتواند باعث افزایش کیفیت و عمر مفید محصولات شود. در ادامه به برخی از کاربردهای متداول چسب‌های اپوکسی در صنایع مختلف و صنعت ساختمان می‌پردازیم.
صنایع خودروسازی
- چسباندن قطعات
- استفاده از چسب‌های اپوکسی برای اتصال قطعات مختلف خودرو، از جمله قطعات داخلی و بدنه
- تعمیرات
- برای تعمیر و بازسازی قطعات خودرو که نیاز به مقاومت بالا در برابر فشار و دما دارند.
صنایع هوافضا
- کامپوزیت‌ها
- ساخت کامپوزیت‌هایی که در ساختار هواپیماها و فضاپیماها استفاده می‌شوند.
- عایق‌بندی
- به عنوان عایق در برابر حرارت و فشار در محیط‌های فضایی
صنعت الکترونیک
- مدارهای چاپی
- استفاده به عنوان ماده اصلی در ساخت مدارهای چاپی
- عایق‌بندی
- عایق‌بندی کابل‌ها و قطعات الکتریکی
صنعت ساختمان‌سازی
- کفپوش‌ها
- استفاده از چسب‌های اپوکسی برای ساخت کفپوش‌های مقاوم و زیبا
- چسب‌های اپوکسی به دلیل خواص مکانیکی و چسبندگی بالایی که دارند، در نصب اسلب، سرامیک و ساخت مصنوعات سنگی کاربردهای فراوانی دارند.
در ادامه به برخی از این کاربردهای صنعت ساختمان می‌پردازیم
- نصب اسلب و سرامیک
- نصب سرامیک اسلب روی کف
- برای نصب سرامیک‌های اسلب بزرگ بر روی کف، ابتدا باید سطح را تراز و آماده کرد. سپس با استفاده از چسب اپوکسی مناسب، سرامیک‌ها را به کف می‌چسبانند
- نصب سرامیک اسلب روی دیوار
در نصب سرامیک اسلب روی دیوارها، چسب اپوکسی به عنوان یک ماده چسبنده قوی عمل می‌کند که میتواند سرامیک‌ها را به دیوارهای سیمانی یا با شاسی فلزی متصل کند.
- ساخت مصنوعات سنگی
- روشویی‌های سنگی
بسیاری از روشویی‌های سنگی با استفاده از چسب‌های اپوکسی ساخته و آب‌بندی می‌شوند.
- بندکشی‌های خاص
برای بندکشی‌های حساس و خاص، از چسب اپوکسی استفاده میشود تا اتصال محکم و مقاومی ایجاد شود.
- اتصال قطعات فلزی به سنگ
چسب اپوکسی برای اتصال قطعات فلزی به سطوح سنگی و سرامیکی به کار می‌رود.
- نصب سنگ اسلب
- نصب سنگ‌های ساختمانی
- چسب اپوکسی برای نصب سنگ‌های ساختمانی در کف، نمای داخلی و بیرونی استفاده میشود.
- چسباندن سنگ به آهن
برای چسباندن سنگ به آهن و سایر مصالح، چسب اپوکسی به دلیل مقاومت بالا و چسبندگی قوی، گزینه‌ای ایده‌آل است. چسب‌های اپوکسی به دلیل مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی مختلف و چسبندگی قوی، در نصب و ساخت مصنوعات سنگی کاربرد فراوانی دارند و انتخابی مطمئن برای پروژه‌هایی هستند که نیاز به دوام و استحکام بالا دارند.
تعمیر و نگهداری
- استفاده در تعمیرات و نگهداری تجهیزات صنعتی.
- پوشش‌های محافظ
- به عنوان پوشش‌های محافظ برای مخازن و لوله‌ها در برابر خوردگی
چسب‌های اپوکسی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و مواد شیمیایی، عایق‌بندی مناسبی برای کابل‌های الکتریکی ارائه می‌دهند و میتوان توسط آنها سوراخکاری، تراشکاری، سنباده‌زنی و سنگ‌زنی را انجام داد. این چسبها با بسیاری از مواد چسبندگی مناسبی دارند و پس از خشک شدن حجم کاهش پیدا نمی‌کنند. این تنها بخشی از کاربردهای گسترده چسب‌های اپوکسی است و این مواد در بسیاری از زمینه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار میگیرند.
راهنمایی و نحوه استفاده از چسب‌های اپوکسی
در ادامه به نکات مهم استفاده از چسب‌های اپوکسی و نحوه استفاده از آنها برای چسباندن مواد مختلف آشنا خواهیم شد.
۱- آماده‌سازی سطح:
قبل از استفاده از چسب اپوکسی، سطح مورد نظر را از هر گونه خاک و آلودگی پاک کنید سطح را تمیز کنید تا هیچ اثری از گرد و غبار روی آن نماند.
۲-مخلوط کردن چسب:
دو جزء چسب اپوکسی را با هم مخلوط کنید. این دو جزء عموماً شامل رزین اپوکسی و هاردنر هستند. مخلوط کردن به دقت و به تناسب مقدار مورد نیاز انجام شود
۳-اعمال چسب:
چسب را بلافاصله پس از مخلوط کردن با استفاده از ابزار مناسب روی سطح مورد نظر اعمال کنید. به دلیل خواص چسبندگی قوی، مقدار کمی از چسب اپوکسی کافی است. اطمینان حاصل کنید که سطح کاملاً پوشانده شده است. برای فشار دادن به محل چسبندگی، از وسیله‌ای مانند کاردک استفاده کنید
۴-زمان خشک شدن:
چسب اپوکسی معمولاً برای کاملاً خشک شدن به مدت زمان طولانی نیاز دارد معمولاً چندین ساعت یا حتی چند روز پس از خشک شدن کامل، می‌توانید به کاربرد نهایی بپردازید.
۵-پاک‌کردن اضافات چسب
اگر چسب اپوکسی اضافی روی سطح باقی مانده است، از حلال یا استون برای پاک‌کردن آن استفاده کنید. با رعایت دقیق این نکات، می‌توانید از چسب اپوکسی بهره‌بردی موثر داشته باشید.
نوآوری در صنعت (کاربرد پیشرفته چسب‌های اپوکسی)
چسب‌های اپوکسی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردشان، نقش مهمی در پیشبرد نوآوری‌های صنعتی دارند. این مقاله به بررسی کاربردهای پیشرفته چسب‌های اپوکسی در صنایع مختلف می‌پردازد و نشان میدهد چگونه این محصولات به تحولات عمده‌ای در زمینه‌های متنوع از جمله ساختمان‌سازی، خودروسازی، هوافضا و الکترونیک کمک کرده‌اند.
چسب‌های اپوکسی و صنعت ساختمان‌سازی در صنعت ساختمان، چسب‌های اپوکسی به دلیل مقاومت بالا در برابر نیروهای مکانیکی و شیمیایی، به عنوان یک راه‌حل اتصال دائمی و قابل اعتماد مورد استفاده قرار میگیرند. از این چسبها برای نصب اسلب‌های سنگی، کاشی‌کاری، بندکشی و آب‌بندی استفاده میشود. همچنین، در تعمیرات ساختمانی و تقویت سازه‌های موجود، چسب‌های اپوکسی نقش کلیدی دارند. چسب‌های اپوکسی در صنایع خودروسازی در صنعت خودروسازی، چسب‌های اپوکسی به دلیل وزن سبک و استحکام بالا، جایگزین مناسبی برای پیچ و مهره‌ها و جوشکاری شدهاند.
این چسبها در اتصال قطعات بدنه خودرو، بهبود عملکرد آیرودینامیک و کاهش وزن کلی خودرو کاربرد دارند. چسب‌های اپوکسی و صنعت هوافضا در صنعت هوافضا، چسب‌های اپوکسی به دلیل مقاومت بالا در برابر دماهای شدید و فشارهای بالا، برای ساخت قطعات کامپوزیتی و عایق‌بندی استفاده می‌شوند. این چسبها به افزایش ایمنی و کارایی فضاپیماها و هواپیماها کمک میکنند. چسب‌های اپوکسی در صنعت الکترونیک چسب‌های اپوکسی در صنعت الکترونیک به عنوان عایق‌های الکتریکی و محافظت‌کننده‌های قطعات حساس مورد استفاده قرار میگیرند. این چسبها به دلیل خواص عایق‌بندی بالا و مقاومت در برابر رطوبت، در ساخت مدارهای چاپی و محصور کردن قطعات الکترونیکی کاربرد دارند. نوآوری‌های آینده پیشرفت‌های اخیر در فرمولاسیون چسب‌های اپوکسی، امکان تولید محصولات با ویژگی‌های خاص مانند خود ترمیم‌شوندگی، رسانایی حرارتی بالا و سازگاری با محیط زیست را فراهم کرده است.
این نوآوری‌ها امکان استفاده از چسب‌های اپوکسی را در کاربردهای جدید و هیجان‌انگیزی مانند چاپ سه‌بعدی و ساخت مواد پیشرفته فراهم میکنند. چسب‌های اپوکسی با توانایی‌های نوآورانه خود، به یکی از اجزای حیاتی در پیشبرد صنایع مختلف تبدیل شدهاند. با توجه به پتانسیل بالایی که در بهبود کیفیت، افزایش دوام و کاهش هزینه‌ها دارند، این چسبها نقش مهمی در توسعه فناوری‌های آینده خواهند داشت.
این مقاله با استفاده از اطلاعات موجود در منابع معتبر و به‌روز، تهیه شده است تا نمایی جامع از کاربردهای چسب‌های اپوکسی در صنایع مختلف و نوآوری‌های مرتبط با آنها ارائه دهد. اگر به دنبال اطلاعات بیشتری هستید یا سوال خاصی دارید، لطفاً با تیم همگر کامپوزیت ما در ارتباط باشید.
