کاربردهای فناوری نانو در صنعت چسب‌های مقاوم به حرارت

فناوری نانو نگرشی جدید به همهٔ علوم و فنون است. علم و فناوری نانو به پیشرفت و توسعه در علوم فیزیک، شیمی، مواد و مهندسی کمک بسیاری کرده است. کاربردهای گستردهٔ فناوری نانو در صنایع مختلف به‌خصوص مواد پیشرفته به دلیل قابلیت‌های منحصربه‌فرد محصولات تولید شده در مقایسه با محصولات موجود در بازار است. این فناوری در زمان کوتاهی توجه بسیاری از صنایع را به خود جلب کرده است. صنایع تولید مواد پیشرفته نقش مهمی را نه‌تنها در توسعه نانومواد بلکه در استفاده از آن در کاربردهای مختلف ایفا نموده است. یکی از صنایع مهم در کشورهای مختلف، صنعت چسب است. فناوری نانو در این صنعت نیز نقش مؤثری داشته و با افزایش قابلیت محصولات این صنعت توانسته جایگاه خود را تثبیت کند.

چسب ماده‌ای است که قابلیت نگه‌داشتن مواد در کنار هم با اتصال سطحی را داشته باشد. در یک ساختار پیوندی چسبنده، پیوند (یا اتصال) به محلی گفته می‌شود که دو ماده (موادی که به‌وسیله چسب به هم متصل می‌شوند) با لایه‌ای از چسب کنار هم نگه داشته می‌شوند [1]. برای اینکه ماده‌ای به‌عنوان چسب عمل کند باید چهار ویژگی زیر را داشته باشد:

• باید سطح را “تر” کند: قابلیت پخش شدن روی سطح را داشته باشد.
• باید به سطح بچسبد: به سطح متصل شده و حالت چسبناک به خود گیرد.
• قدرت اتصال خود را زیاد کند: ماده باید با تغییر ساختار، قدرت اتصال خود به سطح را افزایش دهد.
• باید پایدار باقی بماند: در اثر عواملی چون شرایط محیطی، گذر زمان و … پایداری خود را حفظ کند.

شکل 1. اتصال بین دو قطعه با استفاده از چسب.

شکل 1 نمایش شماتیک قرارگیری چسب بین ماده (1) و ماده (2) است. نیروی برهم‌کنش بین دو ماده و چسب که در عرض ماده/چسب ایجاد می‌شود، مسئول نگه‌داری دو ماده در کنار هم است. این نیروها ممکن است ناشی از برهم‌کنش‌های شیمیایی، فیزیکی و یا اتصال مکانیکی باشد. چسب در منافذ میکروسکوپی سطح ماده در محل اتصال نفوذ می‌کند. لایه چسبنده نقش مهمی در سیستم‌های اتصالی ایفا می‌کند که موجب انتقال بار از یک ماده به ماده دیگر می‌شود. اتصالات پیوندی حاصل از چسب به دلیل مزیت بالاتر نسبت به اتصالات مکانیکی سنتی به‌صورت وسیعی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از مزیت‌های این اتصالات عبارت‌اند از:

• فشارها به‌صورت مساوی در کل ناحیه اتصال توزیع می‌شود، بنابراین فشارهای موضعی بالا حداقل می‌شود.
• مقاومت بیشتری نسبت به اتصالات مکانیکی در مقابل فرسودگی دارند.
• مقاومت فوق‌العاده بالایی در مقابل ارتعاشات مکانیکی دارند.
• اتصالات مقاوم در برابر نفوذ را ایجاد می‌کند.
• موجب صرفه‌جویی در وزن و قیمت می‌گردد.

 

2) تاریخچه

چسب ازنظر لغوی ماده‌ای است که توانایی نگه‌داشتن مواد در کنار هم با کمک اتصال سطحی را دارد. نخستین مورد استفاده از چسب به چهارهزارسال قبل از میلاد برمی‌گردد. باستان‌شناسان در حین مطالعه در مکان‌های زندگی قبایل پیش‌ازتاریخ، به ظرف‌های شکسته تعمیر شده با رزین استخراج شده از شیره درختان دست یافتند.

دوره زمانی بین 1500-1000 قبل از میلاد مدارک بیشتری را درزمینهٔ استفاده از چسب به‌عنوان روش اتصال ارائه می‌دهد. نقاشی‌ها و دیوارنماها جزئیات عملکرد چسب چوب را نشان می‌دهد. در موزه‌های امروزی اشیا هنری بسیاری از مقبره‌های مصری وجود دارد که با انواعی از چسب‌های حیوانی متصل شده‌اند [1]. دوره بعدی فعالیت در خصوص چسب‌ها، به از زمان میلاد مسیح تا 500 سال پس از آن برمی‌گردد، زمانی که رومی‌ها و یونانی‌ها هنر صنایع‌دستی اتصال تکه‌های باریک چوب با استفاده از چسب را توسعه دادند. این هنر موجب اصلاح چسب‌های ساخته شده از حیوان و ماهی شد. بنابراین استفاده از مواد طبیعی مانند خون، استخوان، شیر، پنیر، سبزی‌ها و غلات برای ساخت چسب موردتوجه قرار گرفت [1]. پس‌ازاین دوره استفاده از چسب تا حدود سال 1500 بعد از میلاد کاهش پیدا کرد. در سال‌های 1700-1500 استفاده از چسب در ساخت اسباب خانه رونق گرفت. در سال 1700 استفاده وسیع از چسب تغییرات سریعی را در تاریخ چسب‌ها موجب شد. نخستین کارخانه تجاری تولید چسب از پوست حیوان در هلند در همین سال شروع به کار کرد. در سال 1750 نخستین پتنت در مورد چسب ماهی در بریتانیا منتشر شد. بعدازآن به‌سرعت پتنت‌های بیشتری در مورد چسب طبیعی حاصل از استخوان حیوان‌ها، ماهی، نشاسته و پروتئین شیر (کازئین) منتشر شد.

انقلاب صنعتی پیشرفت‌های قابل‌توجهی درزمینهٔ چسب‌ها ایجاد کرد که موجب گردید مواد جدیدی در فرمولاسیون چسب مورد استفاده قرار گیرند. اگرچه در حدود 6000 سال است که چسب‌ها شناخته شده‌اند اما در طول صدسال گذشته به‌سرعت توسعه پیدا کرده‌اند. توسعه پلاستیک‌ها و الاستومرها به‌سرعت موجب توسعه چسب‌ها شده است و فرمولاسیون‌های مختلفی از محصولات را ارائه می‌دهد که می‌تواند خواص مختلف چسب‌ها را مانند انعطاف‌پذیری، سختی، زمان پخت و مقاومت گرمایی و شیمیایی را بهبود بخشد [1].

3) انواع چسب‌ها

خواص چسب که مخلوطی از چند جزء است از خواص هر یک از اجزاء ناشی می‌شود. بنابراین شناخت خواص شیمیایی و فیزیکی هر جزء و بخصوص ترکیب اصلی در یک چسب ما را در انتخاب آن برای کاری معین یاری می‌نماید. انواع چسب‌ها در حالت کلی به 3 دسته طبقه‌بندی می‌شوند که به شرح ذیل است:

1. چسب‌های طبیعی
2. چسب‌های ترموستی
3. چسب‌های مذاب

 

1-3) چسب‌های طبیعی

1-1-3) چسب‌های حیوانی

این چسب‌ها از پروتئین استخراج شده از استخوان، مو، سُم و شاخ حیوانات با جوشیدن تهیه می‌شود. این پروتئین استخراج شده و استفاده اصلی آن در صنعت چوب و مبلمان سازی است[1]. در فرمول یک چسب حیوانی بندرت از یک عامل پخت (سخت‌کننده) استفاده می‌شود. در بعضی از کاربردها که نیاز به تشکیل اتصال عرضی است یک عامل پخت ( نظیرپارافرما آلدئید یا هگزا متیلن تترامین) را با محلول چسب مخلوط می‌کنند. چسب در این حالت با اعمال حرارت و در pH معادل ۵/۴ تا ۵ پخت می‌گردد. چسب‌های حیوانی برای چسباندن کلیه اجسامی که توسط آب خیس شده و آب به یکی از سطوح آن‌ها نفوذ می‌نماید، مانند (کاغذ، مقوا، پارچه و چوب) بکار می‌روند. چسب‌های حیوانی به‌غیراز پوست و استخوان از منابع دیگری هم مثل کازئین (از افزودن اسید به شیر حاصل می‌شود.)، آلبومین خون و رزین شلاک (صمغ ترشح‌شده از یک نوع حشره ) تهیه و مصرف می‌شوند.

 

2-1-3) چسب ماهی

این چسب‌ها به‌صورت مشابه از چسب‌های پایه پروتئینی است که از پوست و استخوان ماهی تهیه می‌شود. چسب ماهی چسبی فوق‌العاده شفاف است که نخستین چسب مورد استفاده برای امولسیون‌های عکاسی برای فیلم‌های عکاسی است [1].

 

3-1-3) چسب کازئین

این چسب از پروتئین موجود در شیر تهیه می‌شود و در مقابل آب مقاوم است. اولین استفاده از این چسب در به هم چسبانده ورقه‌های کاغذ سیگار بود. یک گرم از این چسب می‌تواند 2000 عدد ورقهٔ سیگار به هم بچسباند [1].

 

4-1-3) چسب‌های گیاهی

این چسب‌ها قابلیت انحلال در آب را داشته و می‌توانند به‌صورت ذرات معلق در آب درآیند و به‌سادگی از منابع طبیعی تهیه شوند. همه چسب‌های گیاهی تقریباً بر پایه نشاسته و دکسترین (از مشتقات نشاسته) هستند که از منابع گیاهی موجود در دنیا به دست می‌آیند. از عمده‌ترین منابع تهیه نشاسته می‌توان ذرت، گندم، سیب‌زمینی و برنج را نام برد این چسب‌ها به‌صورت مایع و یا جامد تهیه می‌شوند. اجزاء فرمول یک چسب بر پایه نشاسته عبارت‌اند از:

1. مواد فعالی که یک حالت ژلاتینی ایجاد می‌کنند. نظیر سود، کلرور روی، منیزیم و کلسیم

۲. حلال، عموماً آب

۳. مواد اصلاح کننده، مثل رزین‌های محلول در آب، براکس‌ها، فرمالین[1]، پروتئین‌ها و عامل ترکننده

۴. نرم‌کننده‌ها که انعطاف‌پذیری لایه چسب بین سطوح اجسام را تامین می‌کنند؛ نظیر گلیسرین تری بوتیل فسفات[2]، دی بوتیل فتالات[3]. ترکیبات تشکیل‌دهنده یک فرمول چسب طبق دستورالعمل مشخصی با یکدیگر مخلوط می‌گردند و درنتیجه چسب آماده استفاده می‌گردد [1].

 

5-1-3) چسب‌های سلولز

این چسب‌ها از پلیمر طبیعی موجود در درختان و گیاهان چوبی ساخته می‌شود. این چسب روی بسته‌بندی سلوفان روی پاکت‌های سیگار استفاده می‌شود[1].

 

2-3) چسب‌های ترموست – که خود به چند دسته تقسیم می‌شوند.

2-3 -1) اپوکسی‌ها

اپوکسی‌ها در اثر واکنش‌های شیمیایی پیچیده ساخته می‌شوند. رزین‌های مختلف از واکنش دو یا تعداد بیشتری ماده شیمیایی سنتز می‌شود. سپس رزین‌های حاصل با افزودن کاتالیست یا سخت‌کننده‌ها یا واکنش می‌دهند و یا پخته می‌شوند. سیستم‌های رزینی اپوکسی اولیه برای تغییر خواص فیزیکی با افزودن موادی مانند انعطاف‌پذیرکننده‌ها[4] برای مقاومت در برابر ضربه و انعطاف‌پذیری، رقیق‌کننده‌ها[5] یا حلال برای کاهش ویسکوزیته و تقویت‌کننده‌هایی[6] مانند فیبر شیشه‌ای، آلومینا، شن سیلیکا، خاک رس و پودرهای فلزی برای تغییر خواصی مانند مقاومت گرمایی و الکتریکی، استحکام و چسبندگی به سطوح خاص اصلاح می‌شوند [1].

چسب‌های اپوکسی می‌توانند به محدوده وسیعی از مواد (به‌ویژه فلزها) با استحکام بالا بچسبند. اپوکسی‌های قوی برای ساخت تیغه‌های چرخان برای هلیکوپترها و همچنین برای چسباندن پوسته‌های آلومینیومی به بال و دم هواپیماها استفاده می‌شوند.

 

2-3 -2) اپوکسی – نایلون

در صنایع چسب آلیاژهای اپوکسی – نایلون بیشترین استحکام را دارند و معمولاً به‌صورت فیلم خشک تولید می‌شوند. چسب‌های اپوکسی – نایلون در فشار و دمای بالا بکار رفته و بیشتر در چسباندن فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. این چسب‌ها در ساختار صفحات ساندویچی – لانه‌زنبوری (مثلاً تهیه قطعات کامپیوتر، هواپیما، الکترونیک) بکار گرفته می‌شوند. این آلیاژها در برابر حلال‌ها مقاومت خوبی دارند و از مقاومت عالی در برابر ضربه برخوردارند. مقاومت خزش آن‌ها در درجه حرارت اتاق مناسب است، اما با افزایش درجه حرارت این مقاومت کاهش می‌یابد. این چسب‌ها در برابر رطوبت و حرارت از مقاومت رضایت بخشی برخوردار نیستند.

 

2-3 -3) اپوکسی – فنلی

آلیاژهای رزین اپوکسی – زرین فنلی به‌منظور اصلاح مقاومت حرارتی اپوکسی‌ها جهت استفاده در درجه حرارت‌های بالا به‌عنوان چسب بکار می‌روند. این چسب‌ها خواصی ازجمله استحکام مناسب، مقاومت مناسب در برابر رطوبت و مواد شیمیایی، خزش پایین، چسبندگی مناسب، انقباض کم، مقاومت در برابر خستگی در درجه حرارت‌های بالا دارند. اما مهم‌ترین مشکل این چسب‌ها ترد شدن آن‌ها در درجه حرارت‌های زیر صفر است. این چسب‌ها به‌صورت گسترده‌ای در چسباندن فلزات به یکدیگر، ساختار صفحات ساندویچی (تهیه قطعات هواپیما، موشک و همچنین در اتصال ورقه پلاستیک‌های تقویت شده به یکدیگر و سرامیک‌ها) در درجه حرارت‌های بالا بکار می‌روند.

 

2-3 -4) اپوکسی – پلی سولفید

چسب‌های اپوکسی – پلی سولفید سال‌هاست که در صنایع مختلف برای چسباندن اغلب فلزات، پلاستیک‌ها، شیشه و سایر مواد مصرف می‌شوند. خواص آن‌ها بستگی به نسبت پلی سولفید به رزین اپوکسی، عامل پخت، پرکننده و اصلاح کننده دارد. چسب‌های پلی سولفید اپوکسی به اغلب اجسام می‌چسبند و به‌عنوان درزگیر هم بکار می‌روند. آن‌ها چسب ساختاری نیستند و در مواردی که نیاز به مقاومت مکانیکی زیاد نیست مصرف می‌شوند.

 

2-3 -5) اپوکسی سیلیکون

این چسب‌ها تا درجه حرارت حدود ˚C 260 مقاوم‌اند و به‌صورت نوارچسب پارچه‌ای نسوز تولید و مصرف می‌شوند. اشکال عمده این چسب‌ها پائین بودن استحکام برشی و توان پوسته‌ای شدن کم آن‌ها است. به همین علت این چسب‌ها مصرف زیادی ندارند و ازنظر مقاومت حرارتی هم چسب‌های مرغوب‌تری در بازار موجود است.

3-3) چسب‌های مذاب داغ[7]

چسب‌های مذاب داغ ترموپلاستیک‌هایی هستند که در دمای اتاق سخت و در دمای بالا به‌صورت مایع هستند. استفاده عمده از چسب مذاب داغ در بسته‌بندی کارتن است[1].

 

4. چسب‌های مناسب برای استفاده در دمای بالا و خواص مربوط به آن‌ها

کاربرد مواد کامپوزیتی در صنایع مختلف (مانند لوله‌کشی، هوافضا، خودرو و…) موجب افزایش تقاضا در ایجاد سیستم‌های اتصالات پیوندی با چسب شده است. استفاده از اتصالات چسبی به‌طور پیوسته در حال افزایش است. چسب‌ها در حال حاضر در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، الکترونیک و دریایی استفاده می‌شوند. انتظار می‌رود که این چسب‌ها در طیف وسیعی از شرایط محیطی عملکرد مناسبی داشته باشند که دما یکی از رایج‌ترین و مسلماً یکی از مهم‌ترین متغیرهاست. بنابراین تقاضای قابل‌توجهی برای توسعه اتصالات چسبی و چسب‌های مقاوم در برابر حرارت وجود دارد. این یک چالش قابل‌توجه است چراکه تقریباً همه چسب‌ها ساختاری پلیمری دارند. بنابراین قابلیت نسبتاً کمی برای مقاومت در برابر درجه حرارت بالا دارند. انواع مختلفی از چسب‌ها به این منظور طراحی شده‌اند و در حال حاضر در دسترس هستند. سیلیکون‌های لحیم‌کاری[8] دمای اتاق، اپوکسی‌ها با درجه حرارت بالا و حتی چسب‌های سرامیکی می‌توانند در گستره وسیعی از دما استفاده شوند.

همان‌طور که قبلاً اشاره شد اکثر چسب‌ها بر پایه پلیمر هستند و بنابراین در دمای بالای 200 درجه سانتی‌گراد تخریب می‌شوند. بنابراین پایداری شیمیایی چسب‌ها در دمای بالا یکی از عواملی است که باید هنگام انتخاب چسب در کاربردهای حرارتی به آن توجه کرد. یکی از خواص اصلی برای تعیین دمای کارکرد چسب در درجه حرارت بالا و یا پایین، دمای انتقال شیشه (t_g) است. زیر دمای t_g قدرت بالا با انعطاف‌پذیری کم مشاهده شده است. بالای دمای t_g برعکس این درست است و چسب انعطاف‌پذیر است اما قدرت مکانیکی کمی دارد. بنابراین چسب‌های مناسب برای دمای بالا، t_g بالایی دارند و چسب‌های مناسب برای کاربردهای دمای پایین، t_g پایینی دارند. به‌عنوان‌مثال، t_g اپوکسی دمابالا ممکن است در حدود ˚C 150 و چسب سیلیکونی برای استفاده در دمای پایین، t_g در حدود ˚C 65- باشد. در جدول 1 مقادیر t_g برای چسب‌ها ذکر شده است [2].

جدول 1) مقادیر دمای انتقال شیشه‌ای چسب‌ها

چسب	دمای انتقال شیشه (درجه سانتی‌گراد)
اپوکسی‌ها اپوکسی فنول اپوکسی نایلون اپوکسی پلی سولفید	200 50 50
فنول‌ها نیتریل فنول وینیل فنول نئوپرن فنول	120 70 70
چسب‌های دمای بالا بیسمایل ایمید پلی ایمیدی	280-210 430-340
پلی اورتان‌های سخت	50-20
سیانوآکریلات‌ها	80

 

4-1) چسب‌های پلی ایمیدی[9]

پلی ایمیدها چسب‌هایی هستند که می‌توانند در دمای بالای ˚C 200 مقاومت کنند. آن‌ها معمولاً بر پایه فیلم هستند که با یک حامل نایلونی یا پلی‌استری یا فیبر شیشه‌ای محافظت شده و برای استفاده به‌عنوان چسب‌های با دمای بالا مطلوب هستند. اکثر تحقیقات در پلی ایمیدها توسط محققان ناسا انجام شده است که روی نوع خاصی از پلی ایمید عملکرد بالا تحت عنوان LaRC تمرکز کرده‌اند. این پلی ایمید به‌عنوان چسب برای اتصالات فلزی مانند تیتانیم، آلومینیم، مس، برنج و فولاد زنگ نزن استفاده می‌شود. پروسه پخت برای پلی ایمیدها پیچیده است و برای ایجاد پخت کامل مواد در فشار اتصالی پایین، ممکن است دمایی نزدیک به ˚C 350 لازم باشد. محققان ناسا رفتار این مواد را تحت شرایط مختلف ازجمله دمای بالا مورد بررسی قرار دادند. سنت کلر[10] و همکارانش مجموعه تست‌هایی را روی گونه‌های متصل شده با چسب LaRC–TPI را مورد بررسی قرار دادند. قدرت این گونه‌ها در دمای اتاق بین 20.7 و 4_/41 مگاپاسکال متغیر بود و زمانی که در معرض درجه حرارت بالا قرار می‌گیرند، قدرت آن‌ها بین 13.8 و 20.7 مگاپاسکال قرار می‌گردد. هرژنرودر[11] و همکارانش روی نوعی دیگر از پلی ایمیدهای آمورف در دمای بالا تحقیق کردند که حداکثر قدرت آن‌ها در دمای اتاق 54.1 مگاپاسکال است و در دمای ˚C 121 به 3_/28 مگاپاسکال کاهش می‌یابد.

شکل 2. نمونه‌ای از چسب‌های پلی ایمیدی

4-2) چسب‌های بیسمایل ایمید (BMI)[12]

رزین‌های بیسمایل ایمیدی یکی دیگر از کلاس‌های پلیمر ترموستی است که تحت دما و رطوبت بالا خواص مکانیکی خود را حفظ می‌کنند و در گستره دمایی بزرگی خواص الکتریکی ثابتی دارند و اشتعال‌پذیر نیستند[3]. رزین‌های BMI قادر به تحمل دما در گستره بین ˚C 230 تا ˚C 290 هستند. بااین‌حال رزین‌های BMI به‌تنهایی به علت اتصالات عرضی بالا کاملاً شکننده هستند. این شکنندگی در محصولات صنعتی با ترکیب BMI با دی آلیل فنول A تا حدودی مهار می‌شود[3]. این کوپلیمر تمام عملکردهای دمای بالای رزین BMI را حفظ می‌کند، اما سختی آن نزدیک بهترین رزین‌های اپوکسی موجود است. در مقایسه با پلی آمیدها کار با رزین‌های BMI بسیار آسانتر است، به این دلیل که در حین پخت تبخیر نمی‌شود و بنابراین به فشار کمتری برای کاهش حفرات در لایه پیوندی نیاز دارند.

 

4-3) چسب‌های آکریلیک[13]

چسب‌های آکریلیک هم امکان اتصالات دمای بالا را دارند. درحالی‌که جایگزین‌های آکریلیک مانند سیانوآکریلات‌ها نسبتاً شکننده هستند، اکریلیک‌ها ممکن است قدرت مکانیکی کافی برای بسیاری از کاربردها داشته باشند. در آکریلیک، پلیمریزاسیون یک چسب مولکولی با وزن مولکولی بالا ایجاد می‌کند که دمای انتقال شیشه آن مستقل از دمای پخت است و به‌عنوان مقاومت دمایی آکریلیک پلیمره شده معرفی می‌شود که به‌وسیله پلیمرها و مونومرهای موجود قبل از پخت و شرایط پخت تعیین می‌شود [4].

حداکثر دمای عملیاتی برخی از سیستم‌ها معمولاً حدود ˚C 105 است که متناظر با دمای انتقال شیشه‌ای پلیمر متااکریلات است، اگرچه قرار گرفتن در معرض دمای بالا ممکن است باعث تجزیه حرارتی این سیستم‌ها شود. اکریلیک‌هایی که برای تحمل دمای بالای ˚C 149 فرموله شده‌اند، اغلب با اپوکسی‌ها ترکیب می‌شوند [2].

شکل 3. چسب آکریلیک

 

4-4) چسب‌های اپوکسی[14]

در چسب‌های اپوکسی دمابالا، به‌تازگی فرمولاسیونی مورد استفاده قرار گرفته است که قدرت و انعطاف‌پذیری بالایی را تا دمای حدود ˚C 200 فراهم می‌کند. داسیلوا [15]و همکارانش چسب‌های اپوکسی را در دمای بالا و پایین مورد مطالعه قرار دادند. با قرار دادن دمای اتاق به‌عنوان مبنا، کاهش 30 درصدی در قدرت اتصال در دمای ˚C 80 مشاهده شد و کاهش 10 درصدی نسبت به دمای اتاق در دمای ˚C 40 دیده شد [5].

شکل 4. چسب اپوکسی

 

4-5) چسب‌های فنولی[16]

چسب‌های فنولی ترکیبی از رزین فنول فرمالدهید هستند که جزء قدیمی‌ترین رزین‌های سنتز شده‌اند. این چسب‌ها چسبندگی بالایی برای مواد قطبی، قدرت مکانیکی مناسب، مقاومت در مقابل سوختن و خواص دمای بالای مناسبی دارند[2]. اگرچه استفاده از آن‌ها به گستردگی قبل نیست، رزین‌های فنولی با توجه به خواص بازدارنده حرارتی مناسب و تولید دود کم دوباره موردتوجه قرار گرفتند. همراه با فیبرهای کربنی، این رزین‌ها کامپوزیت‌هایی با عملکرد فوق‌العاده در دمای بالاتر از ˚C 500 ایجاد می‌کنند. این خواص باعث می‌شود که این نوع از چسب‌ها برای کاربردهای دمای بالا بسیار مناسب باشند. ساختار این چسب‌ها به دلیل داشتن اتصالات عرضی زیاد بسیار سخت است، به همین دلیل اکثر فنول‌های مورد استفاده در کاربردهای هوافضا، ترکیبی از رزین فنولی و لاستیک نیتریلی هستند. خواص این لاستیک ترکیبی از چقرمگی و مقاومت حاصل از لاستیک با پایداری شیمیایی و مقاومت حرارتی ناشی از ترکیب فنولی است [9]. این چسب‌ها معمولاً در تشکیل فیلم‌ها بکار برده می‌شوند و می‌توانند بخش‌های فلز در گستره دمایی ˚C 55- تا ˚C 260 را پیوند دهند [2].

 

شکل 5. چسب فنولی

 

4-6) چسب‌های سرامیکی[17]

چسب‌های سرامیکی برای دماهای بالا، بالای ˚C 300 به‌عنوان گزینه‌ای در دسترس هستند. این چسب‌ها بر مبنای ترکیبات معدنی هستند که با پرکننده‌های مختلفی ترکیب شده‌اند. چسب‌های سرامیکی شامل دو بخش هستند، یک بخش ترکیبات اتصال‌دهنده و دیگر بخش پرکننده است. در فرایند پخت این چسب‌ها دمایی در گستره ˚C 260 تا ‌ ˚C 1000 موردنیاز است که ممکن است یکی از دلایل ممانعت از استفاده از این چسب‌ها باشد. بومک[18] و همکارانش از چسب‌های سرامیکی برای اتصال مواد تیتانیمی استفاده کردند. این اتصالات ازنظر مکانیکی تست شدند و قدرت مکانیکی قابل‌توجهی را از خود نشان دادند.

شکل 6. چسب سرامیکی

 

4-7) چسب‌های سیلیکونی اتصال‌دهندهٔ دمای اتاق[19]

درحالی‌که بیشتر تحقیقات روی چسب‌های دمای بالا بوده است، نوع دیگری از چسب‌ها برای کار کردن در دمای زیر صفر وجود دارد. برای بسیاری از کاربردهای هوافضا، نیاز است که چسب‌ها در گستره دمایی ˚C 60- تا ˚C 200 عمل کنند. درحالی‌که گاهی اوقات چسب‌های با دمای بالا می‌توانند در این محدوده دمایی استفاده شوند، بیشتر آن‌ها به دلیل حساسیت بالا و افزایش شکنندگی برای استفاده به این منظور مناسب نیستند. راه‌حل معمول استفاده از چسب‌هایی نظیر سیلیکون‌ها و پلی اورتان‌ها است که در این دما هنوز انعطاف‌پذیر هستند. اکثر درزگیرها شبیه پلی سولفیدها، اپوکسی‌های انعطاف‌پذیر، سیلیکون‌ها، پلی اورتان‌ها و اکریلیک‌ها انعطاف‌پذیری کافی برای استفاده در دمای بالای ˚C 30- را دارند، اگرچه قدرت مکانیکی آن‌ها بسیار محدود شده است. RTV سیلیکون‌ها از سال 1970 برای دمای بالا و پایین استفاده شدند[10, 11] درحالی‌که بهبود قدرت چسب‌ها تحت گرادیان درجه حرارت بالا قابل‌توجه است، طبیعت پلیمری اکثر چسب‌ها عملکرد بالایی را در دماهایی که اکثر روش‌های اتصال مکانیکی می‌توانند حفظ شوند، ندارند.

اگرچه سیستم‌های اتصالات پیوندی چسبنده به دلیل کاربرد در صنایع مختلف توجه زیادی را به خود جلب کرده است، استفاده از این چسب‌ها به‌عنوان عامل اتصال معایبی مانند زمان پخت طولانی، مقاومت دمایی/رطوبتی پایین، نیاز به آماده‌سازی سطحی دقیق در بعضی موارد و مشکلات جداسازی نیز دارد. درنتیجه تلاش‌های زیادی برای اصلاح کردن خواص چسب‌ها برای غلبه بر چنین معایبی انجام گرفته است. به‌عنوان‌مثال، در یکی از این مطالعات اخیر از تقویت‌کننده‌های نانوساختاری برای رفع این مشکلات، بخصوص مقاومت دمایی پایین استفاده شده است. با توجه به قابلیت منحصربه‌فردی که با استفاده از نانومواد به این چسب‌ها ایجاد می‌شود، بررسی انواع نانوذرات و قابلیت حاصل از آن‌ها در ادامه گزارش مورد بحث قرار خواهد گرفت.

5) کاربرد نانوذرات در بهبود قابلیت چسب‌های دمابالا

نانوذره، ذره‌ای با ابعاد کمتر از 100 نانومتر است. در حقیقت نانوذره به‌صورت پلی بین مقیاس اتمی و بالک در نظر گرفته می‌شود. مزایای کلیدی مواد با ابعاد نانو مساحت سطح ویژه زیاد، انرژی سطحی بالا، کاهش تعداد عیوب ساختاری و خواص فیزیکی متفاوت از بالک است. برخلاف مواد بالک، که خواص آن‌ها مستقل از ابعاد است، خواص نانوذرات کاملاً وابسته به اندازه آن‌ها است. وابستگی ابعادی خواص نانوذرات به دلیل افزایش قابل‌توجه در نسبت اتم‌های روی سطح ذرات به کل اتم‌های تشکیل دهنده ذرات است، هنگامی‌که ابعاد ذرات به سمت صفر میل می‌کند.

انواع مختلفی از نانوذرات با استفاده از گستره وسیعی از مواد تولید شده‌اند. هر نانوذره خواص فیزیکی منحصربه‌فردی دارد که این خواص در مقیاس نانو فقط حاصل می‌شود. این خواص منحصربه‌فرد دانشمندان را در جهت تلاش برای مطلوب کردن خواص چسب‌ها با استفاده نانوذرات مختلف تشویق می‌کند. به این منظور باید فاکتورهایی نظیر خواص هدفمند چسب، سازگاری چسب و نانوذرات، عملکرد نانوذرات، شرایط عملکردی و.. در نظر گرفته شود. بنابراین به‌عنوان اولین قدم باید اطلاعات مناسب در خصوص خواص هر نانوذره و اینکه خواص چسب ساخته شده با گنجاندن نانوذرات تحت تأثیر قرار می‌گیرد به دست آورد. معمول‌ترین نانوذرات مورد استفاده در چسب بر اساس نوع آن‌ها طبقه‌بندی شده‌اند، که خلاصه‌ای از هر گروه در زیر آمده است.

 

5-1) نانوذرات بر پایه کربن

بین انواع مختلف نانوذرات، قابلیت بالای نانوذرات کربنی در بهترشدن خواص مختلف رزین‌ها و یا ماتریکس‌ها محققان زیادی را بر آن داشته است که تحقیقات گسترده‌ای را روی این دسته از ترکیبات انجام دهند. سه دسته از پیکربندی‌های معمول ترکیبات پایه کربنی شامل: ترکیبات بدون بعد (بعد صفر) یا ذرات کروی مانند نانوالماس، تک‌بعدی یا استوانه‌ای مانند نانولوله و یا دوبعدی مانند صفحات گرافنی است. استفاده از نانولوله‌ها در چسب‌ها موجب افزایش قابل‌توجه در خواص مکانیکی، خواص الکتریکی و خواص گرمایی نانوکامپوزیت‌ها می‌شود. همچنین نانوکامپوزیت‌های تقویت شده با نانوذرات گرافن به‌صورت قابل‌توجهی خواص گرمایی، مکانیکی و الکتریکی را بهبود می‌دهد. معایب اصلی نانومواد کربنی الف) کیفیت نامناسب نانوذرات کربنی به‌خصوص در فرم تولید انبوه و ب) قیمت آن‌ها است.

شکل 7. انواع الوتروپ‌های کربن

5-2) نانوذرات پایه فلزی

امروزه این مواد برای کاربردهای شیمیایی مختلف سنتز و اصلاح می‌شوند. نانوذرات فلزی از اکثر عناصر جدول تناوبی مانند نانوذرات طلا، نانوذرات نقره و اکسیدهای فلزی (مانند اکسید آلومینینم یا زیرکونیم) می‌توانند تشکیل شوند. بعضی از نانوذرات فلزی خواص منحصربه‌فردی دارند، برای مثال نانوذرات نقره خواص آنتی باکتریال دارند که آن‌ها را تبدیل به فلزات تجاری در مراقبت‌های پزشکی کرده است. این ویژگی از نانوذرات نقره سبب شده است که کاندیدای مناسبی برای گنجاندن در چسب‌ها با درجه حرارت بالا مورد استفاده برای کاربردهای پزشکی شوند.

5-3) POSS

POSS[20] نانوساختارهایی با فرمول تجربی RSiO_1.5 هستند که R اتم‌های هیدروژن یا گروه عاملی آلی است. نانوساختارهای POSS قطری در حدود 1-3 نانومتر دارند. در دهه گذشته، POSS به دلیل سایز کوچک و اتصال آسان در مواد پلیمری توجه زیادی را به خود جلب کرده است و به‌عنوان یک تقویت‌کننده مناسب در چسب‌های دمای بالا استفاده می‌شوند. POSS همچنین به‌صورت یک تسهیل‌کننده در جهت بهبود پراکندگی سایر نانوذرات هم استفاده می‌شود.

5-4) نانوذرات رس[21]

نانوذرات رس از سیلیکات‌های لایه‌ای با ساختار صفحه‌ای تشکیل شده‌اند. این نانوذرات نسبتاً ارزان هستند و نتایج امیدوارکننده‌ای را به‌عنوان تقویت‌کننده در پلیمرها از خود نشان می‌دهند. نانوذرات رس به پلیمرها برای افزایش خاصیت ممانعت از نفوذ گاز[14]، خواص مکانیکی[15]، خواص رئولوژیکی[16]، خواص مقاومت در مقابل انجماد و آتش گرفتن[17] می‌شود. نانوذرات رس با مواد آلی اصلاح می‌شوند و هیبریدی از ترکیبات معدنی-آلی با کاربردهای مختلف ایجاد می‌کنند.

شکل 8. (الف) نمای شماتیک ساختارهای لایه‌ای سیلیکات‌های رسی و (ب) و (ج) نانولایه‌های رسی که در حضور پلیمر از هم جدا شده‌اند.

 

5-5) نانوسیلیکاها[22]

نانوسیلیکاها دارای سطوح متخلخل نسبتاً بزرگی هستند که دارای تعداد زیادی گروه هیدروکسیل و پیوندهای اشباع‌نشده هستند. اثبات شده است که نانوسیلیکاها تقویت‌کننده‌های مؤثری برای پلیمرها در افزایش قدرت [18]، انعطاف‌پذیری[19] و دوام[20] آن‌ها هستند.

اخیراً مطالعات متعددی روی کاربرد نانومواد در تولید چسب‌های حرارت بالا و عملکرد مناسب نانوذرات و بهبود خواص چسب در دمای بالا انجام شده است. حدادی [23] و همکارانش تأثیر نانوسیلیکا و بورون کاربید را روی قدرت چسب‌های حرارت بالا برمبنای رزین‌های فنولی برای اتصالات گرافیت مورد بررسی قرار دادند [21].

گرافیت به دلیل خواص فیزیکی مناسب و همچنین پایداری شیمیایی و حرارتی به‌صورت وسیعی در هوافضا، متالورژی، خط لوله، شیمی، پتروشیمی، نفت و گاز کاربرد صنعتی دارد. مواد گرافیتی معمولاً اندازه بزرگ و شکل پیچیده‌ای دارند و استفاده از روش‌های مکانیکی مانند پرچ[24] کردن ممکن است موجب تمرکز فشار شود. بنابراین با استفاده از چسب‌هایی با قدرت بالا و پایداری مکانیکی و حرارتی مناسب می‌توان این مشکل را حل کرد. چسب‌های معدنی و آلی می‌توانند برای کاربرد در دمای بالا استفاده شوند. چسب‌های معدنی در مقابل حرارت مقاوم هستند، اما شکننده‌اند و این ویژگی استفاده از آن‌ها را محدود می‌کند. چسب‌های آلی قدرت اتصال فوق‌العاده‌ای دارند. ترکیبات معدنی در دمای بالای ˚C 300 شروع به تجزیه شدن می‌کنند، بااین‌حال باقی‌مانده حاصل از آن‌ها در دمای بالای ˚C 1000 به کارتریج کربن تبدیل می‌شود که خواص ترمو فیزیکی فوق‌العاده‌ای دارند[22]. این ویژگی باعث می‌شود که رزین‌های آلی شامل فنول فرمالدهید، اپوکسی و فوران‌ها به‌صورت ماتریسی از چسب‌های دمای بالا استفاده شوند[23, 24]. بین این ترکیبات، رزین‌های فنولی دارای خواص خوبی ازجمله مقاومت حرارتی، مقاومت خوردگی و قدرت چسبندگی بالایی هستند[24]. بااین‌حال کاربرد رزین‌های فنولی خالص در چسب‌های دمای بالا به دلیل تفکیک حرارتی محدودیت دارد و شکست می‌خورد[25]. در دماهای بالا، پیرولیز شدید منجر به تجزیه ساختار پلیمری می‌شود و درنتیجه موجب شکستن ساختار رزین و کامپوزیت می‌شود. بنابراین رزین‌های فنولی برای کاربرد دردمای بالا باید اصلاح شوند. جای دادن برخی گروه‌های شیمیایی مقاوم در برابر حرارت نظیر B-O در ساختار رزین‌های فنولی و افزودن نانولوله‌های کربن و بورون کاربیدها (B4C) داخل زمینه رزین فنولی بهبود پایداری گرمایی آن‌ها را موجب می‌شود. به‌علاوه جای دادن نانوذرات سیلیکا با درصد وزنی بهینه‌شدهٔ 47% به‌طور مؤثری قدرت پیوندی چسب را افزایش می‌دهد. گزارش شده است که در این درصد وزنی 387% افزایش در قدرت اتصال در مقایسه با رزین خالص در دمای ˚C 800 دیده می‌شود. بعلاوه افزودن 50% وزنی بورون کاربید، افزایش 725% را در قدرت پیوند در  ˚C800 و همچنین افزودن B4C و SiO2 افزایش 1050% در قدرت پیوند را موجب می‌شود.

جدول 2) نانوذرات افزوده‌شده به چسب و نوع آن‌ها

ماده	چگالی (گرم/سانتی مترمکعب)	اندازه ذرات	خلوص
SiO2	0.11	30-20 نانومتر	98-95
B4C	2.53	10 میکرومتر	98

قدرت اتصال گونه‌های گرافیتی با رزین فنولی و رزین فنولی همراه با نانوذرات سیلیکات و برومو کاربید در گستره دمایی 200 تا ˚C 1000 مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به شکل 8، در دمای ˚C 200 رزین فنولی خالی حداکثر قدرت اتصال را نشان می‌دهد. قدرت اتصال با افزایش دما از 200 تا ˚C 800 از 4 به 0.8 مگا پاسکال کاهش می‌یابد. در محدوده دمایی 400 تا ˚C 600 اجزای فرار مانند آب، فنول آزاد و دی‌اکسید کربن منجر به مقدار زیادی انقباض حجمی و درنتیجه ایجاد بسیاری از نقص‌ها در ساختار چسب به شکل حفره و ترک می‌شود. درنتیجه فشار داخلی در ساختار چسب شکل می‌گیرد. در ˚C 800 کربونیزاسیون رزین کامل می‌شود و ساختار رزین تخریب و تبدیل به کربن آمورف می‌شود. با افزایش دما از 800 تا ˚C 1000 کربن‌های آمورف سخت می‌شوند و قدرت اتصالات به 2.2 مگاپاسکال افزایش می‌یابد. درنتیجه رزین فنولی خالی برای کاربردهای دمای بالا نمی‌تواند استفاده شود.

قدرت اتصال گونه‌های گرافیتی با رزین فنولی شامل نانوذرات B4C و SiO2 در دماهای مختلف در شکل 8 ب نشان داده شده است. طبق شکل قدرت اتصال در رزین فنولی شامل نانوذرات B4C و SiO2 در همه دماها بیشتر از رزین فنولی است و قدرت اتصال در دمای ˚C200 و ˚C400 به‌صورت قابل‌توجهی بیشتر است.

 

ب

الف

شکل 9. قدرت اتصال اجزا گرافیتی متصل شده با الف) رزین فنولی بلانک ب) رزین فنولی شامل نانوذرات SiO2 و B4C

 

این بررسی نشان می‌دهد که حضور B4C و SiO2 به‌صورت پرکننده موجب کاهش فراریت می‌شود. بالای دمای ˚C 400 زمینه چسبی درگیر در واکنش کربونیزاسیون[25] می‌شوند و هنگامی‌که دما افزایش می‌یابد، قسمت اعظمی از ترکیبات فرار از آن آزاد می‌شوند. درواقع تبدیل B4C به B2O3 با دمای ذوب پایین در حدود ˚C 450 به انقباضات حجمی در ماتریکس چسب غلبه می‌کند و افزایش حجم 250% مشاهده می‌شود. B2O3 ذوب‌شده دارای رطوبت و خواص شیمیایی خوب است بنابراین نوعی تعامل شیمیایی بین سطح گرافیت و B2O3 می‌تواند تشکیل شود.

 

شکل 10. تشکیل پیوند شیمیایی بین B2O3 و گرافیت

در دمای ˚C 800 شبکه رزین تخریب می‌شود و رزین به کربن آمورف تبدیل می‌شود. افزایش قابل‌توجه قدرت پیوندی در ˚C 1000 مربوط به تشکیل بورون کاربید است. استحکام پیوندی رزین فنولی همراه با نانوسیلیکا و کاربید مخصوصاً در دمای بالاتر از ˚C 800 نشان می‌دهد که این ترکیب برای کاربردهای دمای بالا می‌تواند استفاده شود. مورفولوژی ساختار چسب روی گرافیت با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت.

شکل 11. عکس SEM از سطح گرافیت

حضور این میکرو حفره‌ها سطح تماس بین چسب و گرافیت را افزایش می‌دهد و این یکی از دلایلی است که موجب قدرت اتصال بالای چسب‌های فنولی می‌شود. در زیر تعدادی از نانوذراتی که در چسب مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای آن‌ها آورده شده است.

جدول 3. فهرست انواع نانوذرات مورد استفاده در چسب‌های دمابالا و قابلیت حاصل از آن‌ها

نام نانوذره	کاربرد
بورون کاربیدها (B4C)	بهبود پایداری گرمایی
نانوله کربن	بهبود پایداری گرمایی
نانوذرات سیلیکا	افزایش قدرت اتصال و پایداری گرمایی
بورونو نیترید	افزایش هدایت گرمایی و الکتریکی
نانوذرات آلومینیم	افزایش مقاومت برشی و طول عمر فرسودگی در چسب‌های دمای بالا

6) اقتصاد چسب‌های دمابالا

چسب‌های دمای بالا اتصال و قدرت کشش خود را در دمای بالا از دست نمی‌دهند. چسب‌ها توانایی اتصال مواد بسیاری ازجمله پلاستیک‌ها، فلزات، لاستیک‌ها و شیشه را دارند. انتظار می‌رود که میزان تولید جهانی چسب‌های دمای بالا با سرعت رشد %4.6 از سال 2016 تا سال 2019 به بیش از 4.5 میلیارد دلار در سال 2023 می‌رسد. صنایع بخش اصلی برای استفاده در بازار چسب‌های با درجه حرارت بالا هستند. تخمین زده شده بود که تقاضای بازار جهانی چسب‌های الکترونیکی به 1.1 میلیون تن در سال 2017 می‌رسد و احتمالاً یک سرعت رشد سالیانه در حدود 10.5% تا سال 2023 خواهد داشت. درآمد حاصل از این چسب‌ها در سال 2017، 3.28 میلیارد دلار تخمین زده شده است که احتمالاً به میزان 7.5 میلیارد دلار در سال 2023 می‌رسد.

صنعت الکترونیک این چسب‌ها را برای کاهش قیمت‌ها و کاهش وزن محصولات طراحی شده با جایگزینی اتصال‌دهنده‌های مکانیکی ترجیح می‌دهد. ازآنجایی‌که این چسب‌ها خواص رسانایی و گرمایی مناسبی دارند برای محل‌های جوش زدن (لحیم‌کاری) استفاده می‌شوند. چسب‌های اپوکسی به‌صورت وسیعی در این زمینه استفاده می‌شوند.

 

شکل 12. استفاده از چسب‌ها با درجه حرارت بالا در لحیم‌کاری

رشد صنعت اتومبیل همراه با نیاز به کاهش وزن وسایل نقلیه برای افزایش کارایی سوخت و جلوگیری از انتشار کربن احتمالاً باعث رشد بازار چسب می‌شود. پلی ایمیدها، پلیمرهای ترجیحی در صنعت اتومبیل به علت خواصشان در تحمل گرما و فشار هستند.

شکل 13. استفاده از چسب‌ها با درجه حرارت بالا در صنعت خودروسازی

افزایش دامنه کاربرد همراه با رشد صنعت هوافضا احتمالاً تأثیر مثبتی بر بازار چسب خواهد داشت. انتظار می‌رود که چسب‌های مورد استفاده در کاربردهای هوافضا تحت شرایط محیطی سخت عمل کنند. بازار چسب‌های دمای بالای آسیای میانه منطقه غالب طی چند سال گذشته بوده است و احتمالاً طی دوره زمانی ذکر شده بیشترین مصرف چسب دمابالا را خواهد داشت. کشورهایی مانند چین و هند با توجه به رشد جمعیت افزایش تقاضا در الکترونیک را خواهند داشت. تایلند و اندونزی با توجه به سیاست دولت، افزایش سرمایه‌گذاری خارجی در بخش خودرو را خواهند داشت که می‌تواند مصرف چسب دمابالا را افزایش دهد.

اروپا احتمالاً شاهد مصرف متوسطی به دلیل رشد صنعت اتومبیل طی دوره زمانی پیش‌بینی‌شده خواهد بود. کشورهایی مانند فرانسه، آلمان و بریتانیا روی توسعه اتومبیل‌ها با وزن پایین تمرکز کرده‌اند. این عوامل موجب رشد بازار چسب طی دوره زمانی پیش‌بینی‌شده می‌شود.

بازار چسب‌های دمای بالای آمریکای شمالی سرعت رشد ایستایی را طی دوره زمانی پیش‌بینی‌شده دارد. رشد صنعت هوافضا در امریکا منجر به نیاز به چسب‌های دمای بالا شده است. این چسب‌ها شامل مواد مقاوم در برابر دمای نزدیک به ˚C250 در طول چندین هزار ساعت در هواپیماهای نظامی هستند.

در بازار جهانی چسب‌های با درجه حرارت بالا، شرکت‌های برتر بروی قیمت همراه با نوآوری محصول به‌منظور رفع نیاز مشتری رقابت می‌کنند. شرکت‌های اصلی این بازار شرکت شیمیایی DOW، 3M، Master Bond و Henket هستند] 26[.

 

6) شرکت‌های فعال در این حوزه

1-6) شرکت‌های بین‌المللی

1-1-6) شرکت شیمیایی DOW

شرکت شیمیایی Dow یک شرکت چندملیتی آمریکایی است که دفتر مرکزی آن در میدلند میشیگان واقع شده است و در سال 2007 به‌عنوان دومین تولیدکننده مواد شیمیایی جهان از لحاظ درآمد شناخته شد. در فوریه 2009 نیز از لحاظ سهم بازار، رتبه سوم جهان را به خود اختصاص داد. Dow تولیدکننده انواع مواد پلاستیکی، شیمیایی و محصولات کشاورزی است که در بیش از 175 کشور جهان حضور داشته و سالانه بیش از یک میلیارد دلار صرف تحقیق و توسعه می‌کند. شرکت DOW در حوزه تولید چسب نیز از شرکت‌های موفق است. ازجمله محصولات این شرکت می‌توان به دو محصول Q2-7566 ADHESIVE و 3559 NEUTRAL SILICONE ADHESIVE SEALANT اشاره کرد. Q2-7566 ADHESIVE چسبی ساخته شده از پلی دی متیل سیلکوکسان با گرانروی بالاست که توانایی حفظ چسبندگی تا حدود دمای ˚C280 را دارد. طول عمر این چسب در زمان نگهداری در فروشگاه حدود 720 روز است.

3559 NEUTRAL SILICONE ADHESIVE SEALANT چسب سیاه‌رنگ تک جزیی است که توانایی به هم چسباندن فلزات، سرامیک‌ها، شیشه‌ها و بسیاری از ترکیبات پلاستیکی راداراست. هم‌چنین این چسب توانایی حفظ چسبندگی تا دمای حدود ˚C 180 را داراست ]27[.

 

شکل 14. شرکت شیمیایی DOW

 

2-1-6) شرکت 3M (3M company)

شرکت 3M، تری‌ام، شرکت آمریکایی چندملیتی مستقر در میپل‌وود، مینه‌سوتا یکی از حومه‌های سنت پل است. این شرکت در حوزه تولید چسب‌های مناسب برای محیط‌های با دمای بالا نیز موفق عمل کرده است ازجمله محصولات این شرکت می‌توان به چسب‌های نواری Ultra High Temperature 100 HT Adhesive Transfer Tape اشاره کرد. این چسب‌های برای کاربردهای صنعتی دماهای بالا گزینه‌های عالی هستند. این چسب در طولانی‌مدت، تا دمای حدود ˚C 177 و در کوتاه‌مدت تا دمای حدود ˚C 280 را تحمل می‌کند ]28[.

 

 

شکل 15. شرکت 3M

 

3-1-6) شرکت Master Bond

شرکت Master Bond یکی دیگر از شرکت‌های بزرگ فعال در حوزه تولید چسب واقع در ایالات‌متحده آمریکا است. یکی از بهترین محصولات این شرکت چسب EP35 است. چسب دوجزئی باقابلیت کار در دمای اتاق و تحمل دماهای بالا از ترکیبات اپوکسیدی با نام EP35 در این شرکت تولید شد. این چسب پیوندهای با قدرت بالا تولید می‌کند که توانایی چسبندگی خود را تا دماهای حدود ˚C260 حفظ می‌کند. این چسب همچنین توانایی مقاومت در برابر بسیاری از محیط‌های شیمیایی ازجمله بسیاری از حلال‌ها را دارد. این چسب علاوه بر این برای کار در دماهای پایین حدود ^˚F 60- نیز بهینه‌سازی شده است]29 [ازجمله دیگر شرکت‌های خارجی نیرومند درزمینهٔ تولید چسب می‌توان به شرکت‌های Henkel،Delo Industrial Adhesives، Three Bond Corp و Permabond Corp اشاره کرد.

 

2-6) شرکت‌های داخلی

1-2-6) شرکت سیلیکون ناب

شرکت سیلیکون ناب تنها تولیدکننده مواد پایه سیلیکونی با بومی‌سازی دانش و فناوری منحصربه‌فرد سیلیکون (Silicone Rubber Technology)، بزرگ‌ترین تولیدکننده محصولات سیلیکونی در خاورمیانه است. این شرکت همکار راهبردی- انحصاری شرکت HRS –Korea Co در ایران بوده و تحت لیسانس این شرکت به تولید محصولات با کیفیت بالا می‌پردازد. ازجمله محصولات این شرکت می‌توان به چسب‌های سیلیکونی تولید شده در این شرکت اشاره کرد. چسب سیلیکونی در مقایسه با سایر چسب‌های پلیمری که دارای پایه آلی می‌باشند دارای خواص ویژه و منحصربه‌فردی است که این به دلیل متفاوت بودن ساختار اسکلت اصلی در چسب سیلیکونی است. ازجمله خواص ویژه خواص ویژه چسب سیلیکون می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

– حفظ خاصیت الاستیسیته دردماهای پایین تا دمای ˚C 70- با استفاده از چسب سیلیکونی؛

– حفظ پایداری حرارتی تا دمای ˚C 200 و این‌که چسب سیلیکونی قابلیت حفظ پایداری حرارتی تا دمای ˚C 300 برای مدت‌زمان کوتاه دارا است]30[.

 

2-2-6) شرکت تکاب شیمی

این شرکت برای نیازهای مختلفی ازجمله صنایع چوب، بسته‌بندی با چسب‌های گرم و.. چسب تولید می‌کند. درواقع این شرکت نماینده شرکت Beardow & Adams است. به‌عنوان مثالی از تولیدات این شرکت، Beardow&Adams شهرت برجسته‌ای در صنایع چوب دارد. چسب‌های هات ملت شرکت B&A توسط اکثر سازندگان مهم ماشین‌های صنایع چوب، مورد تائید قرار گرفته است. این شرکت محدوده وسیعی از انواع چسب نسبت به نیازهای مختلف مشتریان را در اختیار دارد. ازجمله ویژگی‌های چسب‌های صنایع چوب این شرکت می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• چسب‌های هات ملت تولیدی این شرکت، مقاومت حرارتی بالا منطبق بر تست WPS 68 را دارد. این استاندارد بسیار بالاتر از استاندارد UK FIRE GOLd Award Standard است. بسته به نوع سطوح می‌تواند تا ˚C 100 اتصال مداوم در خط تولید را ایجاد نماید.
• سرعت ذوب شوندگی سریع در عملیات با سرعت بالا؛
• هات ملت پلی الفین با چسبندگی و مقاومت حرارتی بالا تا ˚C 140]32-31[.

3-2-6) شرکت چسب رازی

شرکت شیمیایی رازی بزرگ‌ترین تولیدکننده انواع چسب‌های صنعتی و خانگی، رزین‌های صنعتی، پلیونیل استات در ایران است که موفق به اخذ کاربری مهر استاندارد و استاندارد بین‌المللی کیفیت ISO 9001:2008 از شرکت QS سوئیس برای محصولات خود گردیده است. تنوع، گستردگی تولیدات و حجم انبوه تولیدات، شرکت شیمیایی رازی را از سایر کارخانه‌ها مشابه متمایز می‌نماید، شرکت شیمیائی رازی علاوه بر تولید انواع چسب‌های صنعتی برای اولین بار در کشور موفق به ساخت تیوب پلاستیکی گردیده که در صنایع آرایشی، بهداشتی، و… مصارف فراوانی دارد.

از شرکت‌های دیگر تولیدکننده چسب در ایران می‌توان از شرکت‌های زیر نام برد:

• شرکت تولیدی ایران چسب ]33[
• شرکت رزین‌های صنعتی ایران ]34[
• شرکت وداد پایدار] 35[
• شرکت فناوران نانوکامپوزیت آذربایجان ]36[

 

7) نتیجه‌گیری

با توجه به مطالعات انجام شده می‌توان نتیجه‌گیری کرد که چسب‌های آلی و معدنی را برای استفاده در دمای بالا می‌توان به کار برد. چسب‌های معدنی در مقابل حرارت مقاوم هستند، اما شکننده‌اند و این ویژگی استفاده از آن‌ها را محدود می‌کند. چسب‌های آلی قدرت اتصال فوق‌العاده‌ای دارند. این ویژگی باعث می‌شود که رزین‌های آلی شامل فنول فرمالدهید، اپوکسی و فوران‌ها به‌صورت ماتریکسی از چسب‌های دمای بالا استفاده شوند. بین این ترکیبات، رزین‌های فنولی دارای خواص خوبی ازجمله مقاومت حرارتی، مقاومت خوردگی و قدرت چسبندگی بالایی هستند. بااین‌حال کاربرد رزین‌های فنولی خالص در چسب‌های دمای بالا به دلیل تفکیک حرارتی محدودیت دارد و شکست می‌خورد و بنابراین باید اصلاح شوند. استفاده از کامپوزیت این رزین‌ها با نانوذراتی مانند نانوذرات سیلیکا و نانولوله‌ها می‌تواند خواص مقاومت در مقابل درجه حرارت بالای این ترکیبات را افزایش دهد و آن‌ها را برای کاربرد در دماهای بالا حتی دمای بالای ˚C1000 مناسب کند. درنهایت با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد چسب‌های نانویی دمابالا، صنایع مختلف نیاز بیشتری به این چسب‌ها خواهند داشت. با توجه به ظرفیت‌های موجود در کشور درزمینهٔ تولید انواع چسب و نانومواد، توجه به حوزه چسب‌های دمابالا می‌تواند آینده درخشانی را برای این صنعت فراهم آورد.

 

منابع

1. Nicholson, C., et al., History of adhesives. ESC Reports, 1991. 1
2. Marques, E., et al., Adhesive joints for low-and high-temperature use: an overview. The Journal of Adhesion, 2015. 91(7): p. 556-585.
3. Kinloch, A.J., Structural adhesives: developments in resins and primers1986: Elsevier Applied Science Publishers.
4. Creton, C., Pressure-sensitive adhesives: an introductory course. MRS bulletin, 2003. 28(6): p. 434-439.
5. Banea, M. and L.F. da Silva, The effect of temperature on the mechanical properties of adhesives for the automotive industry. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 2010. 224(2): p. 51-62.
6. Banea, M., et al., Effects of temperature and loading rate on the mechanical properties of a high temperature epoxy adhesive. Journal of Adhesion Science and Technology, 2011. 25(18): p. 2461-2474
7. Banea, M., L.d. Silva, and R. Campilho, Effect of temperature on tensile strength and mode I fracture toughness of a high temperature epoxy adhesive. Journal of adhesion science and technology, 2012. 26(7): p. 939-953.
8. Banea, M., L. da Silva, and R. Campilho, Mode II fracture toughness of adhesively bonded joints as a function of temperature: experimental and numerical study. The Journal of Adhesion, 2012. 88(4-6): p. 534-551.
9. de Sousa Marques, E.A., High temperature mixed-adhesive joints for aerospace applications. 2016.
10. Hockenridge, R., ‘Development of silicone adhesive formulations for thermal protection systems. General Electric Final Report, 1972.
11. Banea, M.D. and L.F. da Silva, Static and fatigue behaviour of room temperature vulcanising silicone adhesives for high temperature aerospace applications. Statisches Verhalten und Dauerfestigkeitsanalyse von vulkanisierten Silikonklebstoffen für Luftfahrtanwendungen bei hohen Temperaturen. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2010. 41(5): p. 325-335.
12. Campilho, R.D., et al., Modelling adhesive joints with cohesive zone models: effect of the cohesive law shape of the adhesive layer. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2013. 44: p. 48-56.
13. Machado, J., E. Marques, and L.F. da Silva, Adhesives and adhesive joints under impact loadings: An overview. The Journal of Adhesion, 2017: p. 1-3
14. Choudalakis, G. and A. Gotsis, Permeability of polymer/clay nanocomposites: a review. European polymer journal, 2009. 45(4): p. 967-984.
15. Park, J.H. and S.C. Jana, The relationship between nano-and micro-structures and mechanical properties in PMMA–epoxy–nanoclay composites. Polymer, 2003. 44(7): p. 2091-2100.
16. Pistor, V. and A.J. Zattera, Thermal and rheological properties of poly (ethylene-co-vinyl acetate)(EVA) nanoclay, in Handbook of Polymernanocomposites. Processing, Performance and Application2014, Springer. p. 129-152.
17. Ji, G. and G. Li, Effects of nanoclay morphology on the mechanical, thermal, and fire-retardant properties of vinyl ester based nanocomposite. Materials Science and Engineering: A, 2008. 498(1): p. 327-334.
18. Rong, M.Z., et al., Improvement of tensile properties of nano-SiO 2/PP composites in relation to percolation mechanism. Polymer, 2001. 42(7): p. 3301-3304.
19. Javni, I., et al., Effect of nano-and micro-silica fillers on polyurethane foam properties. Journal of cellular plastics, 2002. 38(3): p. 229-239.
20. Jalili, M.M., et al., Investigating the variations in properties of 2-pack polyurethane clear coat through separate incorporation of hydrophilic and hydrophobic nano-silica. Progress in organic coatings, (1) 59,2007: p. 81-87.
21. Haddadi, S.A., M. Mahdavian-Ahadi, and F. Abbasi, Effect of nanosilica and boron carbide on adhesion strength of high temperature adhesive based on phenolic resin for graphite bonding. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2014. 53(29): p. 11747-11754.
22. Wang, J., H. Jiang, and N. Jiang, Study on the pyrolysis of phenol-formaldehyde (PF) resin and modified PF resin. Thermochimica Acta, 2009. 496(1): p. 136-142.
23. Da Silva, L.F., R. Adams, and M. Gibbs, Manufacture of adhesive joints and bulk specimens with high-temperature adhesives. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2004. 24(1): p. 69-83.
24. Ratna, D., Handbook of thermoset resins2009: ISmithers Shawbury, UK.
25. Pilato, L., Phenolic resins: a century of progress2010: Springer.
26. https://www.gminsights.com/industry-analysis/high-temperature-adhesives-market
27. http://www.dow.com/.
28. http://www.3m.com/
29. https://www.masterbond.com/
30. http://siliconenab.com/
31. http://tecabchemie.com/FA/Default.htm
32. http://www.beardowadams.com/
33. http://www.iranchasb.co/
34. http://iirc-co.com/#
35. http://www.vedad.co/fa/
36. http://act-co.ir/fa/

 

[1] Formalin

[2] Glycerin tributyl phosphate

[3] Dibutyl phthalate

[4] flexibilizers

[5] dilutents

[6] reinforcements

[7] Hot Melt Adhesives

[8] Soldering

[9] Polyimide Adhesives

[10] St Clair

[11] Hergenrother

[12] Bismaleimide Adhesives

[13] Acrylic Adhesives

[14] Epoxy Adhesives

[15] da Silva

[16] Phenolic Adhesives

[17] Ceramic Adhesives

[18] Bhowmik

[19] Room Temperature Vulcanizing (RTV) Silicone Adhesives

[20] polyhedral oligomeric silsesquioxane

[21] Nanoclays

[22] Nanosilicas (SiO2)

[23] Haddadi

[24] Riveting

[25] carbonization

———————————————————————

بخش ترویج صنعتی ستاد توسعه فناوری های نانو و میکرو

 ====================================================================================

[جهت دسترسی به گزارش نهایی محصولات و شرکتهای دارای گواهی نانومقیاس ستاد توسعه فناوریهای نانو و میکرو به «کتب مرجع محصولات و تجهیزات نانو و صنعت» به نشانی (INDnano.ir/category/book) مراجعه کنید]

[همچنین برای دانلود فایل PDF کلیه گزارشات بهمراه جزئیات، به بخش گزارش های صنعتی پایگاه اینترنتی رسانه تخصصی نانو و صنعت (www.INDnano.ir/category/report) مراجعه نمایید]

 ====================================================================================