چكیده
در این پژوهش از دو رزین فنولی نووالاك به همراه لاستیك نیتریل بوتادی ان (NBR) و رزین فنولی رزول به همراه پلی وینیل بوتیرال (PVB) با مقادیر 10، 20، 30، 40، درصد وزنی رزین جهت چسبندگی دو فلز بكار برده شده است. از دستگاههای كشش، ویسكومتر و آزمون ژل شدن جهت بررسی خواص این دو آلیاژ چسبی استفاده گردیده است. استحكام برشی و پوستگی هر دو آلیاژ نسبت به رزین اولیه با افزایش درصدهای وزنی NBR و PVB بهبود چشمگیری داشته، ویسكوزیته و سرعت پخت افزایش، اما زمان ژل شدن هر دو آلیاژ چسبی كاهش می یابد و مكانیسم شكست این دو آلیاژ چسبی مورد بررسی قرار گرفته است. كلمات كلیدی: رزین فنولی نووالاك، رزین فنولی رزول، لاستیك نیتریل بوتادی ان، پلی وینیل بوتیرال، استحكام برشی، استحكام پوستگی.
مقدمه
یكی از روش های اصلاح خواص چسب ها، آلیاژ كردن پلیمرها است. آلیاژ پلیمرها از اختلاط پلیمرهای گرما سخت با پلیمرهای گرمانرم یا لاستیك ها بدست می آید وقتی با پلیمرهای گرما نرم یا لاستیك ها مخلوط می شوند خواص چقرمگی و انعطاف پذیری بهتری از خود نشان می دهند. در حقیقت در آلیاژ چسب از مهمترین خاصیت هر جزء استفاده می شود. یكی از روش های كاربردی برای بهبود چقرمگی فنولی های پخت شده و افزایش استحكام ضربه ای آن آلیاژ كردن با NBR، PVB است. فنولی ها دارای سختی، پایداری ابعادی، مقاومت گرمای، مقاومت در برابر شعله و قابلیت قالبگیری بالایی هستند ولی خیلی ترد و شكننده هستند تمایل به كاهش حجم و جمع شدگی دارند، این خواص ویژه مربوط به ساختار آروماتیكی شدید شبكه ای شده، و گروههای هیدروكسیل تشدید كننده رزونانس آنها است. معایب رزین های فنولی كاربرد گسترده آنها را محدود كرده است این معایب را می توان با روش های شیمیایی یا با استفاده از الیاف، پر كننده های ذره ای یا آلیاژ كردن با مواد الاستومری اصلاح كرد. جزء لاستیك خواص الاستیسیته و جهندگی كامپوزیت را با مكانیزم های جذب، پخش و رهایش تنش تامین می كند. در این پژوهش تمركز عمده بر روی بهبود خواص دو آلیاژ رزین فنولی با لاستیك نیتریل بوتادی ان و پلی وینیل بوتیرال است كه كاربردهای فراوان در صنعت هوا فضا، صنعت خودروسازی (لنت ترمز، صفحه كلاچ، درزبند موتور ماشین و ...)، مخازن سوخت كشتی ها و صنعت ساختمان و .... دارند.
آزمایش
جهت تهیه آلیاژ لاستیكی رزین فنول – نیتریل بوتادی ان ار رزین فنولی نووالاك با مقادیر 10، 20، 30، 40، درصد وزنی رزین، لاستیك نیتریل بوتادی ان به همراه روان كننده، شتاب دهنده سریع، شتاب دهنده متوسط و هگزامتیلن تترامین به عنوان عامل پخت نووالاك كه به وسیله همزن مكانیكی با دور 400 rpm در دمای محیط به مدت 4 ساعت مخلوط شده اند، انتخاب شده است. مخلوط آماده شده پس از قرارگیری در سطح بستر آلومینیومی جهت پخت درون كوره با دمای 150 درجه سانتی گراد به مدت 10 دقیقه قرار داده شده است.
برای تهیه آلیاژ چسبی رزین فنول – پلی وینیل بوتیرال از رزین فنولی رزول به همراه مقادیر 10، 20، 30، 40، درصد وزنی رزین پلی وینیل بوتیرال با شرایط مشابه انتخاب و پخت شده است . نمونه های تهیه شده جهت اندازه گیری استحكام برشی و پوستگی به وسیله دستگاه كشش (سنتام 150 KN) و ویسكوزیته مخلوط آماده شده به وسیله ویسكومتر بروكفیلد مورد آزمون قرار گرفته است.
نتیجه و بحث
رزین های فنولیك نوع نووالاك، به علت شرایط خاص تولید (فرمالدهید كمتر در محیط) فقط دارای اتصالات متیلنی می باشند. نوع نووالاك را به نام فنولیك واكنش ناپذیر می شناسند و تنها با گرما قادر به پخت نیستند، بلكه با عامل پخت به همراه گرما قادر به تشكیل شبكه سه بعدی خواهند بود. برای تولید آلیاژ چسبی نووالاك – لاستیك نیتریل بوتادی ان با افزایش درصد وزنی لاستیك نیتریل بوتادی ان استحكام برشی افزایش چشمگیری را نشان می دهد. رزین نووالاك همراه با ذرات ریز هگزا متیلن تترامین (HMTA) كه به عنوان سخت كننده عمل می كند، همراه با لاستیك یك شبكه در هم فرورفته (IPN) را تشكیل می دهند، هنگام پخت، واكنش ایجاد اتصالات عرضی رزین نوالاك با HMTA منجر به یك فاز جامد ثانویه می شود و واكنش شیمیایی با فاز لاستیكی نیز متحمل است و از آن جاییكه قسمت اعظم تنش برشی در لبه های اتصال می باشد با افزایش مقدار درصد NBR تنش وارده به اتصال چسبی توسط فاز لاستیكی بیشتر دفع گردیده و از حركت بسترها در جهت مخالف جلوگیری می نماید كه این خود سبب افزایش استحام برشی می گردد.
در آلیاژهای چسبی رزین نووالاك- NBR استحكام پوستگی با افزایش درصد NBR افزایش داشته، به این دلیل كه مقاومت سیستم چسبی در برابر تغییر شكل كاهش می یابد. این كاهش مدول با افزایش استحكام پوستگی همراه است. آزمایشات متعدد نشان داده اند كه ناحیه اتصال نیافته درون لایه چسبی می تواند به عنوان منبع شروع شكست عمل كند كه این ناحیه، با نیروهای كوچك و عمود نسبت به نیروهای برشی به سرعت رشد می كند.بنابراین حتی در صورتیكه در شرایط سرویس دهی نیروهای پوستگی دخیل نباشند، لازم است آزمون پوستگی به عنوان یك ابزار ارزشمند كنترل فرآیند برای سازندگان و مصرف كنندگان اجرا شود.
با افزایش درصد پلی وینیل بوتیرال (PVB) میزان استحكام برشی چسب افزایش می یابد. استحكام برشی اتصال به پارامترهای متعددی وابسته است یكی از مهمترین این پارامترها، یكنواختی ضخامت خط چسب است. عملاً با افزایش درصد PVB مصرفی، میزان یكنواختی ضخامت چسب بهبود می یابد. پلی وینیل بوتیرال به دلیل داشتن نقطه ذوب بالاتر نسبت به رزول و با خاصیت تشكیل فیلم عالی، مانع از افت ویسكوزیته و جریان پذیری خط چسب در حین پخت در دمای بالا میگردد. با روان شدن چسب و خروج آن از بین دو بستر اتصال، منجر به ایجاد نواحی بدون چسب یا كم چسب می گردد كه در كاهش استحكام نهایی چسب بسیار موثر است. می توان ادعا كرد كه در نمونه حاوی 40% PVB، به دلیل داشتن پلی وینیل بوتیرال لازم این نیاز برآورده شده است. افزایش درصد PVB كه این افزایش درصد PVB منجر به كاهش عاملیت و به دنبال آن كاهش فعالیت شیمیایی سیستم می گردد. كاهش فعالیت شیمیایی سیستم نیز منجر به كاهش دانسیته شبكه ای شدن در محصول خواهد شد. به عنوان یك معیار عملی برای اندازه گیری میزان دانسیته شبكه ای شدن، می نوان از مقدار مدول چسب استفاده كرد كاهش درصد شبكه ای شدن در سیستم منجربه كاهش مدول محصول می گردد. تغییر مدول چسب به خصوص در ناحیه مسطح لاستیكی بسیار محسوس است كه باعث كاهش مقاومت چسب در برابر تغییر شكل و افزایش استحكام پوستگی است. با افزایش درصد PVB خط چسب نیز ضخیم تر شده و باعث افزایش استحكام پوستگی، افزایش خواص ضربه ای و حساسیت نسبت به تخریب محیطی بیشتر می شود. با افزایش درصد وزنی PVB ویسكوزیته افزایش، زمان ژل شدن و زمان پخت كاهش می یابد.
مقایسه استحكام سطح بستر آندایز شده و سطح معمولی
در اتصالات فلزی آلومنیوم، آماده سازی سطح یك نیاز اساسی است. آماده سازی سطح به منظور افزایش خیس شوندگی سطح و یا تمایل جذب سطح و همچنین افزایش دوام اتصال انجام می گیرد. سطوح تمیز پیوندهای قوی تری با چسب ایجاد می كند آماده سازی نادرست و نامناسب سطح احتمالاً دلیل عمدۀ شكسته شدن اتصالات چسبی می باشد. تئوری های چسبندگی بیان می كند كه اتصالات قوی به وسیله ایجاد دوقطبی هایی در سطوح كه نیروهای واندروالس را افزایش می دهد با بر طرف شدن لایه های مرزی سست و افزایش زبری سطوح به دست می آید. محلول های لازم برای شستشوی سطوح آلومنیومی طبق استاندارد ASTM 2651-90، آماده گردید. تیغه ها را پس از شستشو در دو محلول قلیایی و محلول اسیدی درون آون و در دمای 50 درجه سانتی گراد قرار داده تا خشك شوند حداكثر تا 2 ساعت بعد م یتوان آلیاژ چسبی را بر روی تیغه های پاكسازی شده قرار داد و برای پخت در آون گذاشت.
با ایتن عمل گروه های آندی سطح را افزایش داده و بدین ترتیب پیوندهای شیمیایی بیشتری بین لایه چسبی و بستر چسب ایجاد می گردد.
بررسی مكانیسم شكست
افزایش مدول شبكه چسبی باعث می شود امكان دفع تنش از طریق لایه چسبی كمتر شده و در نتیجه، تنش امكان بروز را فقط در مرز خط چسبی با سطح فلز می یابد و پیشرفت ترك از این ناحیه ادامه می یابد تا اینكه شكست كامل اتفاق افتد. در صورتی كه در شرایط زیر پخت (Under Cure) میزان چسبندگی لایه چسبی به سطح بستر، قابل توجه است و خط شكست اكثراً از میان لایه چسبی عبور می كند، طوری كه روی هر دو بستر، مقداری چسب باقی می ماند و در این حالت مكانیسم شكست نوع همچسبی مكانیسم غالب خواهد بود. همانطور كه اشاره نمودیم با كاهش درصد NBR و PVB مصرفی، میزان دانسیته شبكه ای چسب افزایش یافته و مدول چسب افزایش می یابد. به عبارتی میزان مقاومت چسب در برابر تغییر شكل افزایش یافته و خط پیشرفت ترك نه از درون لایه چسبی و نه از بستر آلومینیومی، بلكه از سطح مشترك این دو عبور می كند یعنی مكانیسم شكست نوع چسبی مكانیسم غالب شكست می گردد. در ضمن آنكه ضخامت بیشتر لایه های چسبی با درصد NBR و PVB بیشتر می تواند در بروز حالت شكست از نوع همچسبی می تواند موثر باشد.
نتیجه گیری
در هر دو آلیاژ چسبی فنولی با افزایش درصدهای وزنی NBR و PVB استحكام برشی و استحكام پوستگی افزایش داشته اما این مقادیر در آلیاژ چسبی نووالاك- NBR نسبت به آلیاژ چسبی رزول – PVB بیشتر است و به دلیل وزن مولكولی بالای NBR و PVB ویسكوزیته آلیاژ افزایش، زمان پخت و زمان ژل شدن كاهش می یابد. خواص رئولوژیكی این آلیاژها در مطالعات بعدی بررسی خواهن شد.
منبع: نشریه بسپار
آخرین ویرایش توسط مدیر:
