آشنایی با چسب ها

چسب چیست؟

چسب ماده ای است که می تواند بین دو سطح، اتصال چسبی به وجود آورد. یک اتصال چسبی، دو سطح جامدِ به هم اتصال یافته است که لایه نازکی از یک چسب را شامل می شود. سطوح اتصال یابنده توسط چسب از طریق جذب فیزیکی (مثل نیروهای بین سطحی) و یا جذب شیمیایی (مثل نیروهای واندروالسی، القایی و پیوندهای هیدروژنی) به یکدیگر اتصال می یابند.

دسته بندی چسب ها:

امروزه انواع زیادی از چسب ها در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. چسب ها را می توان به روش های مختلفی دسته بندی کرد. از آن جمله به دسته بندی های زیر اشاره می شود:

دسته بندی چسب ها بر اساس کاربری و نوع مصرف چسب مثل چسب های آب بندی، چسب های قفل کننده، واشرسازها، چسب فوری، چسب های ساختاری و غیره

دسته بندی چسب ها بر اساس نوع مواد اتصال یابنده مثل چسب چوب، چسب کاغذ، چسب فلز و غیره

دسته بندی چسب ها بر اساس نام جزء اصلی در فرمول چسب مثل چسب اپوکسی، چسب سیلیکون و غیره

دسته بندی چسب ها بر اساس نوع سخت شدن و تثبیت چسب مثل تثبیت با واکنش شیمیایی، تثبیت با خروج حلال و تثبیت با سرد شدن

دسته بندی چسب ها بر اساس تعداد اجزای واکنش دهنده مثال چسب های تک جزئی و دو جزئی

اجزای چسب:

اجزای تشکیل دهنده یک چسب بر اساس فرایند چسباندن، نوع کاربری، طرح محل و نوع جنس سطوح اتصال تعیین می شود. خواص یک چسب ناشی از خواص هر یک از اجزاء آن است. در مخلوط اجزای مختلف یک چسب، یک جزء پایه وجود دارد که تعیین کننده استحکام اتصال چسبی است. این جزء یک پلیمر طبیعی یا مصنوعی مثل اپوکسی، پلی اورتان، رزین های آمینی، فنلی و سیلیکونی، نئوپرن، پلی سولفیدها، پلی وینیل استات یا استال، پلی اکریلیت ها، مشتقات سلولز و مواد طبیعی مثل پلی ساکاریدها از جمله نشاسته و دکسترین، صمغ ها و رزین های گیاهی، پروتئین های حیوانی و غیره است. علاوه بر این جزء پایه، اجزای دیگر چسب عبارتند از:

کاتالیزور یا پخت کننده: این جزء با جزء اصلی وارد واکنش شده و موجب تثبیت چسب می شود.

حلال یا رقیق کننده: نقش اصلی این جزء تنظیم و کنترل گرانروی چسب است و تامین یکنواخت یک پوشش نازک چسبی را میسر می سازد.

تسریع کننده: این مواد سرعت سخت شدن چسب را افزایش می دهد.

کند کننده و بازدارنده: این مواد سرعت سخت شدن چسب را کاهش می دهد یا متوقف می کند.

تعدیل کننده یا اصلاح کننده: این مواد از نظر شیمیایی خنثی بوده و به چسب اضافه می شوند تا نحوه استفاده و یا خواص فرایند چسبندگی را تغییر دهند. این مواد شامل پر کننده ها، نرم کننده ها، خیس کننده ها، ضد کف کننده ها و غیره هستند و هر کدام به منظور خاصی به چسب افزوده می شوند.

مکانیسم و تئوری های چسبندگی:

تئوری های مختلفی برای توجیه چسبندگی و مکانیسم اتصال چسبی ارائه شده است. از آن جمله می توان به تئوری های مکانیکی، نفوذی، الکترواستاتیک و جذب سطحی اشاره کرد.

در تئوری چسبندگی مکانیکی فرض می شود چسبندگی در اثر پر شدن و سخت شدن مایع چسب در حفره ها، درزها و یا شکاف های جسم چسبنده به وجود می آید.

در تئوری نفوذ فرض بر آن است که چسبندگی در نتیجه نفوذ مولکول های زنجیره ای و یا قسمتی از آن ها ایجاد شده و باعث به وجود آمدن یک پیوند قوی بین چسب و جسم چسبنده می شود.

در تئوری الکترواستاتیک تصور می شود که چسبندگی در اثر نیروهای الکترواستاتیکی به وجود می آید. طبق این تئوری، اتصال چسبی از یک لایه الکتریکی که بین چسب و جسم چسبنده وجود دارد تشکیل می شود که در ضمن قطع اتصال، یک اختلاف پتانسیل الکتریکی را موجب می شود.

در تئوری جذب سطحی که عمومیت و مقبولیت بیشتری دارد، چسبندگی به صورت یک پدیده سطحی معرفی می شود. به این ترتیب که چسب مایع ابتدا باید روی سطح جسم گسترده شود، به طوری که آن را تر نموده و مولکول های چسب به اندازه کافی به مولکول های سطح جسم نزدیک شوند تا نیروهای بین مولکولی به وجود آیند.

برای حصول چسبندگی دائمی، انرژی لایه مرزی بین دو سطح چسب و جسم باید کمتر از مجموع انرژی سطح جسم و چسب باشد. چسبندگی ممکن است در اثر تشکیل پیوندهای اولیه (اصلی) و ثانویه (بین مولکولی) باشد. پیوندهای اولیه که می توانند از نوع الکترووالانس، کوالانس و کوالانس-کئوردینانس باشند، در اثر اشتراک یا انتقال الکترون ها بین اتم ها یا مولکول های چسب و جسم چسبنده ایجاد شوند. پیوندهای ثانویه، حاصل نیروهای بین مولکولی دیپل-دیپل هیدروژنی و واندروالس است که نوع و مقدار این نیروها بستگی به ساختمان شیمیایی مواد دارد. این نیروها از چرخش مولکول های دارای دیپل الکتریکی، اثرات القایی مولکول های قابل پلاریزاسیون و پراکندگی نیروها در اثر حرکت های داخلی الکترون ها در مولکول ها حاصل می شود.

عوامل موثر بر انتخاب چسب:

برای انتخاب یک چسب به منظور کاربری در شرایط مشخص، چند عامل را باید در نظر گرفت. از جمله به موارد زیر اشاره می شود:

مواد اتصال یابنده: خواص فیزیکی و شیمیایی موادی که قرار است به هم چسبانده شوند و چگونگی آماده سازی سطوح آن ها از عوامل مهم در انتخاب چسب است. استحکام، ضخامت، انعطلف پذیری، انبساط حرارتی و شکل هندسی مواد اتصال یابنده از عوامل مهم و موثر در انتخاب چسب است.
سازگاری چسب و مواد اتصال یابنده از نظر بحث خوردگی شیمیایی و شرایط سرویس
نوع و میزان تنشی که چسب در معرض آن قرار می گیرد
تکنیک به کارگیری و مصرف چسب
فرایند تشکیل اتصال چسبی و متغیرهای فرایند مثل زمان لازم برای تشکیل پیوند، زمان خشک شدن، دمای اعمال، درجه حرارت و روش پخت چسب
شرایط سرویس و کاربری چسب مثل محدوده حرارتی، تنش های وارده، فشار، محیط های کاربری مثل مواد شیمیایی، آب سرد و گرم، روغن ها، حلال ها، مایعات هیدرولیک و غیره، شرایط محیطی مثل هوا، گازهای فعال، نور خورشید و غیره
عمر و دوام اتصال چسبی
هزینه

روش های سخت شدن چسب ها:

اتصالات چسبی در یک جسم اغلب تحت تاثیر مقداری بار مکانیکی است (از جمله بار ناشی از وزن قطعات اتصال یابنده) و برای اینکه قادر به انتقال تنش از سطحی به سطح دیگر باشد، باید لایه چسبی تبدیل به جامدی با توان و سختی کافی باشد. این بدان معنی است که وقتی چسب سطوح را کاملاً خیس کرده و تماس بین سطحی را برقرار نمود، باید سخت یا به اصطلاح ست شود. چسب ها با مکانیسم هایی از حالت مایع به جامد تبدیل می شوند. از جمله این مکانیسم ها عبارتند از:

سخت شدن به روش خروج حلال یا مایع معلق ساز:

محلول ها و لاتکس هایی که به عنوان چسب فرموله شده اند از انحلال و یا پراکنده شدن ذرات در حلال آلی یا آب به دست می آیند. در حالت محلول، چسب در مایعی که نقش حلال را دارد حل شده است، در حالی که یک لاتکس حاوی امولسیون چسب در یک مایع واسطه (معمولاً آب) می باشد. این مایعات (حلال های آلی و آب) گرانروی را کاهش می دهند تا چسب قادر باشد به خوبی سطوح را خیس کند. پس از آن حلال یا مایع واسطه باید خارج شود تا اتصال به خوبی صورت بگیرد. چسب های تماسی و پمادی معمولاً با این مکانیسم سخت می شوند.

از عمده ترین پلیمرهایی که به صورت محلول و لاتکس به کار می روند می توان موارد زیر را نام برد:

نشاسته که یک پلیمر طبیعی است که به صورت معلق در آب فرموله شده و به عنوان چسب در صنایع و محصولات کاغذی استفاده می شود.

پلی وینیل الکل که بر پایه آب به کار می رود و از آن به همراه لاتکس صمغ های طبیعی و پلی وینیل استات، چسب های ترشدنی توسط آب تولید می شود و از جمله در تمبرهای پُستی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پلی وینیل استات و کوپلیمرهای آن که معمولاً به صورت لاتکس به کار می روند و چسب های فرموله شده بر پایه آن ها کاربرد وسیعی در فرآورده های کاغذی از جمله صحافی کتاب، پاکت، کارتن و غیره و در صنعت چوب دارد.

پلی کلروپرن در یک حلال یا مخلوطی از حلال ها مثل تولوئن، متیل اتیل کتون، استون و غیره در مصارف خانگی رواج دارد.

سخت شدن از طریق سرد کردن

چسب هایی که از طریق سرد کردن تثبیت و سخت می شوند یک ترموپلاستیک و در درجه حرارت اتاق جامد هستند. با حرارت دادن به این چسب ها (معمولاً بین ۶۵ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد) نرم و مایع می شوند و پلیمر مذاب سطوح مواد اتصال یابنده را به خوبی خیس می کند. ماده پلیمری در فرمول چسب ظرفیت حرارتی پایینی دارد و وقتی منبع حرارتی برداشته می شود، چسب به سرعت حرارت را به مواد اتصال یابنده داده و در چند ثانیه سرد و تبدیل به جامد می شود. این چسب ها به چسب های حرارتی یا چسب های گرم-مذاب یا ذوبی هم موسوم اند. آن ها حاوی آب یا حلال تبخیر شونده نیستند و صد در صد جامدند. این چسب ها کاربرد زیادی در صنایع کفش، بسته بندی و چوب، صحافی کتاب، تولید جعبه های مقوایی، فرش و موکت، صنایع الکترونیک و اتومبیل دارد. از پر مصرف ترین پلیمرها در فرمول چسب های حرارتی، کوپلیمر اتیلن وینیل استات، پلی آمیدها و پلی اتیلن ها است.

سخت شدن از طریق واکنش شیمیایی:

چسب هایی که از طریق واکنش شیمیایی تثبیت و سخت می شوند معمولاً به صورت مونومر یا الیگومر بر روی سطوح اتصال یابنده قرار گرفته و سپس در همان موضع پلیمریزه می شوند. واکنش پلیمر شدن می تواند منتهی به یک چسب پلیمری به صورت یک رابر شبکه ای، یک ترموپلاستیک و یا یک ترموست شود. این نوع چسب ها در دمای اتاق به اشکال مختلفی مثل مایع با گرانروی پایین، پودر، خمیری و میله ای شکل وجود دارند. واکنش های سخت شدن را می توان در درجه حرارت اتاق، از طریق یک ماده تثبیت کننده (هاردنر) یا یک عامل پخت (کیورینگ) انجام داد. این چسب ها معمولاً دو جزئی هستند و جزء دوم درست قبل از مصرف به جزء اول اضافه می شود تا واکنش پلیمریزاسیون انجام گیرد. از جمله مهم ترین چسب های این گروه می توان به چسب های اپوکسی، چسب های فنلی، چسب های آکریلیک، چسب های پلی اورتان و چسب های پلی ایمید اشاره کرد که به عنوان چسب های ساختمانی کاربرد زیادی در انواع صنایع و اتصال فلزات دارند.

انواع چسب های صنعتی بر اساس کاربرد آن ها:

چسب های صنعتی بر اساس کاربرد آن ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند. در یک دسته بندی از مهم ترین گروه های چسب ها می توان به موارد زیر اشاره کرد: