چسب اپوکسی

چسب اپوکسی یکی از پرکاربردترین‌ محصولات اپوکسی می‌باشد که از رزین اپوکسی و هاردنر تشکیل شده‌ است. چسب اپوکسی برای اولین بار در سال 1936 توسط دکتر Pierre Castan برای کاربردهای دندانی و از طریق پخت رزین اپوکسی بیسفنول A با آنیدرید فتالیک اختراع شد. عرضه تجاری چسب اپوکسی از اواخر دهه 1940 در اروپا و ایالات متحده آغاز شد.

اپوکسی به دلیل داشتن ویژگی‌هایی از جمله قدرت چسبندگی بالا به طیف گسترده‌ای از مواد، مقاومت بالا، مقاومت در برابر مواد شیمیایی و محیط و مقاومت در برابر خزش و بار پایدار، از پرکاربردترین چسب‌های ساختاری است که از صنایع عمومی، ساخت و ساز، مونتاژ الکترونیک و تولید خودرو گرفته تا صنعت هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شیمی چسب اپوکسی

اجزای اصلی تشکیل دهنده‌ی چسب اپوکسی در درجه اول رزین اپوکسی (پایه چسبندگی) و هاردنر اپوکسی (عامل پخت) است. مواد پرکننده، سخت کننده، نرم کننده و سایر مواد افزودنی مانند عامل اتصال سیلان، دیفرمر و رنگ دهنده و غیره را می‌توان در صورت لزوم فرموله کرد.

رزین اپوکسی عمدتا از واکنش هیدروژن فعال در فنل‌ها، الکل‌ها، آمین‌ها و اسیدها با اپی کوروهیدرین (ECH) و در شرایط کاملا کنترل شده سنتز می‌شود. متداول ترین رزین اپوکسی مورد استفاده در چسب اپوکسی رزین بیسفنول DGEBA است. رزین‌های اصلی اپوکسی تجاری و ویژگی‌های کلیدی آن در جدول زیر نشان داده شده است.

هاردنرها و آغازگرهای متداول که در چسب‌های اپوکسی مورد استفاده قرار می‌گیرند نیز در جدول زیر نشان داده شده است:

انواع چسب اپوکسی

چسب های اپوکسی بسته به نوع هاردنر و همچنین روش پخت اعمال شده، به گروه‌های مختلف تقسیم می‌شوند. از مهمترین تقسیم بندی‌ها می‌توان به دو گروه کلی چسب‌های تک جزئی (one-component)  و چسب‌های دوجزیی (Two-component) اشاره کرد. از طرف دیگر بر اساس انواع روش پخت نیز می‌توان چسب‌ها را به سه دسته‌ی پخت در دمای اتاق(Room temperature cure)، پخت با حرارت (Thermal cure) و پخت با اشعه‌ی ماورا بنفش (UV cure) تقسیم بندی کرد که در ادامه‌ی مقاله تمامی انواع  بررسی خواهند شد.

انواع چسب اپوکسی بر اساس جزء

چسب اپوکسی تک جزئی

چسب اپوکسی تک جزئی با مخلوط کردن تمام اجزای فرموله شده از جمله رزین اپوکسی و هاردنر از قبل تهیه و عرضه می‌شود. چسب اپوکسی تک جزئی نیاز به پخت در دمای بالا معمولاً دمای 125 تا 150 درجه سانتی گراد دارد ولی در دمای پایین در یخچال یا حتی فریزر نگهداری می‌شود.

چسب تک جزیی اپوکسی دارای مقاومت شیمیایی و محیطی بسیار عالی است. این محصول  به اشکال خمیر، مایع و جامد(مانند فیلم) موجود می‌باشد و استفاده‌ی آن بسیار آسان است. آنها به راحتی شکاف‌ها را پر می‌کنند و ویژگی‌های آب بندی عالی به ویژه در برابر مواد شیمیایی سخت را فراهم می‌کنند. چسب‌های اپوکسی تک جزئی اغلب به عنوان جایگزینی برای جوشکاری و پرچ استفاده می‌شوند و چسبندگی خوبی به فلزات دارند. این چسب‌ها بیشترین کاربردها را در صنعت هوا فضا برای مونتاژ اجزایی مانند پانل‌های هواپیما و پره‌های روتور هلیکوپتر دارند.

چسب اپوکسی دو جزئی

چسب اپوکسی دوجزیی که به نام چسب دوقلو نیز شناخته می‌شود شامل دو جزء رزین و هاردنر در ظرف‌های جداگانه است که در هنگام استفاده باید با یکدیگر ترکیب شوند. آنها به سرعت پس از مخلوط کردن دو ماده با هم پخته می‌شوند.

تقریباً تمام چسب‌های اپوکسی پخته شده در دمای اتاق در گروه دو جزئی ارائه می‌شوند. چسب‌های دوقلو دارای قابلیت انعطاف پذیری منحصر به فرد در کاربرد و عملکرد هستند. این سیستم‌ها می‌توانند برای ارائه طیف گسترده ای از خواص مکانیکی، حرارتی، نوری و الکتریکی فرموله شوند. در حالی که دارای نسبت‌های رزین و هاردنر متفاوت هستند، همه آنها توانایی پخت در دمای محیط یا در حرارت را برای بهبود سریعتر دارند.

چسب دوقلو اپوکسی عمر مصرفی از چند دقیقه تا چند ساعت دارد. مزیت عمده چسب دوقلوی اپوکسی این است که برای اتصال تقریباً تمام لایه های زیرین – فلز، پلاستیک، شیشه و سرامیک، محصولات چوبی و انواع مختلف لاستیک مناسب می‌باشد. به طور کلی آنها مقاومت بالایی در برابر تأثیرات فیزیکی و شیمیایی دارند و علاوه بر این از پایداری طولانی مدت بالایی برخوردار هستند. بسته به نوع آنها می‌توانند در دمای مداوم از 200 درجه فارنهایت (95 درجه سانتیگراد) تا 390 درجه فارنهایت (200 درجه سانتیگراد) مقاومت کنند. چسب‌های پخته شده معمولاً سخت و محکم هستند.

از دیگر مزایای چسب‌های دوقلوی اپوکسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مقاومت در برابر لرزش و ضربه
• پخت سریع در دمای محیط
• قابلیت پر کردن شکاف
• چسبندگی استثنایی به لایه های مشابه و غیر مشابه
• دوام طولانی مدت
• کاربرد آسان
• فرمولاسیون بدون حلال

انواع چسب اپوکسی بر اساس روش پخت

چسب‌های اپوکسی پخت در دمای اتاق

چسب‌های اپوکسی پخت در دمای اتاق همانطور که از اسمشان مشخص است به راحتی در دمای اتاق پخت می‌شوند و نیاز به عامل خارجی ندارند. این نوع چسب‌‌ها به طور معمول از نوع چسب دو جزیی هستند به طوری که با مخلوط کردن دو جز در شرایط دمای اتاق، رزین سریعاً با هاردنر واکنش می‌دهد و به ساختار گرماسختی تبدیل می‌شود که می‌تواند بسترهارا محکم به یکدیگر بچسباند. با استفاده از انواع مختلف هاردنر، می‌توان عمرمصرف و زمان پخت را در صورت لزوم طراحی کرد.

چسب های اپوکسی پخت با حرارت

چسب‌های اپوکسی پخت با حرارت که در هر نوع یک جزئی و دو جزئی بسته به نوع هاردنر مورد استفاده تهیه و عرضه می‌شوند برای پخت کامل نیاز به اعمال حرارت دارند. در مقایسه با نوع پخت در دمای اتاق، چسب‌های دوقلوی اپوکسی پخت با حرارت معمولاً دمای انتقال شیشه بالاتری دارند که برای کاربردهای مقاومت در برابر حرارت بالا مانند تولید خودرو و صنعت هوافضا مناسب است.

چسب های اپوکسی یک جزیی از آنجا که نیاز به  پیش مخلوط شدن قبل از استفاده ندارند، از این رو نگرانی در مورد مشکل اختلاط وجود نداشته و بنابراین به راحتی می‌توان از آنها استفاده کرد. بسیاری از چسب‌های جدید اپوکسی یک جزئی در سال‌های اخیر تجاری شده و اهمیت آنها بیشتر شده است.

عمر مصرف چسب‌های اپوکسی یک جز پخت با حرارت معمولاً طولانی است و بنابراین چسب‌های یک جزیی برای سیستم‌های توزیع اتوماتیک مناسب هستند. در مقایسه با چسب دوقلو، چسب‌های اپوکسی یک جزیی به راحتی قابل کنترل هستند.

چسب‌های اپوکسی پخت با UV

چسب‌های اپوکسی قابل پخت با نور ماورابنفش به سرعت پخته شده و در مونتاژهای الکترونیکی متفاوت و همچنین برای کاربردهای پیوندی معمول مانند مونتاژ ماژول سنسور تصویر، صفحه نمایش و مونتاژ ماژول که سرعت تولید سریع و عملکرد چسبندگی بالا وجود دارد، بسیار موفقیت آمیز استفاده شده است. در سال‌های اخیر چسب‌های اپوکسی کاتیونی اشعه ماورا بنفش و چسب‌های اپوکسی هیبربدی پخت حرارتی و اکریلات UV به بازار عرضه شده اند. چسب‌های اپوکسی پخت با UV مسئله مهار اکسیژن ندارند، جمع شدگی کم در اثر پخت و چسبندگی بهتری در مقایسه با چسب‌های اکریلات UV معمول دارد.

رزین‌های اپوکسی نوع سیکلو آلیفاتیک معمولاً برای چسب‌های اپوکسی کاتیونی اشعه ماورا بنفش انتخاب می‌شوند، زیرا سرعت پلیمریزاسیون کاتیونی آن سریع تر از رزین اپوکسی DGEBA است. چسب‌های اپوکسی کاتیونی اشعه ماورا بنفش به زمان پخت بیشتری نیاز دارند و در اتصال قطعات نوری، بسته بندی سنسور ماژول دوربین و برنامه های مونتاژ صفحه OLED استفاده می‌شوند.

محدودیت‌های چسب‌های اکریلات UV اشعه ماورا بنفش، از قبیل مشکل سطح پخت، جمع شدگی زیاد و قابلیت تطبیق ضعیف در مواجه با رطوبت است. با دو روش پخت حرارتی و پخت با اکریلاتUV ، چسب های اپوکسی ترکیبی UV و حرارتی برای بیش از دو دهه تولید و تجاری شده اند.

مونومر اکریلات، رزین اپوکسی، آغازگر نوری و هاردنر اپوکسی در درجه اول در چسب های ترکیبی UV و حرارتی فرموله می‌شوند. چسب‌های اپوکسی ترکیبی UV مزایای هر دو اکریلات UV و قسمت اپوکسی حرارتی را ترکیب می‌کنند. چسبندگی چسب‌های هیبریدی در مقایسه با چسب های اکریلات UV بهتر است و  با کوتاه کردن زمان اتصال به ثانیه از طریق اشعه ماورا بنفش، می‌توان بازده تولید را برای چسب های اپوکسی حرارتی، بهبود بخشید.

کاربردهای چسب اپوکسی

همانطور که در بالا نیز اشاره شد چسب‌های اپوکسی در زمینه های گوناگونی کاربرد دارند که در جدول زیر به طور خلاصه به این کاربردها اشاره خواهد شد.

گردآوری و ترجمه: واحد تولید محتوای گروه صنعتی مکرر

منابع:

• intechopen.com
• masterbond.com
• adhesives.org