مروری بر چسب های مورد استفاده در صنعت ساخت فیلتر

مرجع پلیمر در بازار ایران: در جای جای کارخانه های تولید فیلتر، چسب ها مخلوط می شوند، اکسترود می شوند و بر روی اجزاء پوشش داده می شوند. با توجه به نقش حیاتی چسب ها در مونتاژ فیلتر، سازندگان فیلتر تمایل دارند در این باره بیشتر بدانند. در این مطلب، اطلاعات جامعی فراهم آورده شده است تا به درک و انتخاب مناسب فناوری های چسب برای کاربردهای اتصال خاص در کارخانه های تولید فیلتر یاری برساند.

اصطلاحات چسب

بیشتر مردم در مورد ‘چسب سفید’ یا ‘چسب زرد’ چیزهایی می دانند. اما تفاوت چسب ها فراتر از رنگ آنهاست. تعدادی از خواص فیزیکی، از چسبندگی اولیه گرفته تا عمر محصول، فرمولاسیون چسب ها را از هم متمایز می کند و به این ترتیب یکی را در مصارف خاص بهتر از سایرین می کند. به عنوان گام نخست در مبحث چسب های مورد استفاده در ساخت فیلترها، به شرح چهار خاصیت فیزیکی- سختی، ویسکوزیته، فرصت کاربری و درصد جامد- که به چسب های مصرفی در ساخت فیلتر مرتبط است پرداخته می شود.

سختی

سختی معیاری از مقاومت یک ماده به نفوذ سطحی در زمان اعمال یک نیرو است. در مورد پلیمرها، که شامل چسب ها هم می شود، سختی توسط مقاومت به فرورفتگی سنجیده می شود. با قرار دادن یک دندانه که فشار آن توسط یک فنر کالیبره شده ایجاد می شود، دستگاهی به نام سختی سنج عمق نفوذ به داخل پلیمر را اندازه گیری می کند.

سختی سنج با دو مقیاس متفاوت اندازه گیری را انجام می دهد: D و Shore A. مقیاس Shore A پلیمرهای نرم، مانند رابرها، را از مقیاس صفر تا ۱۰۰ می آزماید. تایر خودرو عموما سختی معادل ۵۵ تا ۷۰ در مقیاس Shore A دارد. بسیاری از پلاستیزول ها و یورتان های نرم در محدوده A50 تا A70 هستند. مقیاس Shore D مواد پلیمری سخت تر، مانند پلاستیک های سخت، را در مقیاس صفر تا ۱۰۰ اندازه گیری می کند و با مقیاس Shore A همپوشانی دارد.

بسیاری از اپوکسی ها و چسب های پلی یورتانی سخت تر تا سختی Shore D 70 تا ۸۵ پخت می شوند.

ویسکوزیته

ویسکوزیته مقاومت یک سیال به جریان را می سنجد. آب دارای ویسکوزیته کم و عسل دارای ویسکوزیته بالاست. معمولا ویسکوزیته به واحد سانتی پوآز (cPs) سنجیده می شود. آب cPs 1.0 و عسل cPs 20000 دارد. ویسکوزیته یک چسب امولسیونی پلی وینیل استات (PVA) که برای مونتاژ فیلترهای هوای مقوایی استفاده می شود در حدود cPs 3000 است.

ریزش چسب در ویسکوزیته cPs 50000 دشوار می شود، و ماستیک ها براحتی بالای cPs 100000 ویسکوزیته دارند.

فرصت کاربری یا Pot life

چسب های دوجزئی، مانند اپوکسی و برخی پلی یورتان ها، باید در کارخانه مخلوط شوند. فرصت کاربری (یا عمر مایع) نشانه ای از این است که برای چه مدتی از لحظه اختلاط، این چسب های دوجزئی قابل مصرف باقی می مانند. هم مقدار و هم دمای مخلوط چسب بر فرصت کاربری اثرگذار هستند.

برای مثال، مقداری از چسب در یک ظرف تولید حرارت می کند و سریعتر از همان مقدار چسب که به صورت یک لایه نازک پخش شده پخت می شود و بنابراین فرصت کاربری آن کوتاهتر است. افزایش دمای مخلوط هم فرصت کاربری را کوتاه خواهد کرد.

درصد جامد

چسب ها می توانند درصد جامد پایین یا بالا داشته باشند. بخش جامد چسب شامل عامل اتصال دهنده اصلی، به همراه پرکننده غیرآلی و افزودنی های غیرفرار می شود. محتوای غیرجامد معمولا آب یا حلال است که در حین پخت چسب تبخیر می شود. برخی چسب های دوجزئی از طریق واکنش شیمیایی بین دو جزء پخت می شوند.

این چسب ها حلال ها یا حامل های دیگری ندارند و ۱۰۰درصد جامد در نظر گرفته می شوند. از آنجا که حاوی آّب یا حلال نیستند، همزمان با پخت تمایل بسیار اندکی به جمع شدگی دارند. برخی از چسب ها درصد جامد کمی در حدود ۱۰ تا ۱۵ درصد دارند.

چسب ها و درزگیر ها در ساخت فیلتر

تولیدکنندگان از چسب ها برای ساخت تعداد زیادی از اجزاء فیلتر استفاده می کنند؛ برای مونتاژ واسطه فیلتر، اتصال واسطه فیلتر به یک قاب یا درپوش انتهایی، یا نصب واشر. بسیاری از این چسب ها شامل درزگیرها یا آمیزه های قالب گیری شونده هستند.

برخی فرایندهای مونتاژ به مشخصه های یک چسب و یک درزگیر همزمان باهم نیاز دارند. (در اینجا، چسب ماده ای است که بین دو سطح قرار می گیرد تا آنها را به هم متصل کند، درحالیکه درزگیر ماده ای است که داخل یک فضای خالی قرار داده می شود تا از نشت مایع یا گاز جلوگیری کند.

بطور مثال، وقتی واسطه های چین خورده به یک قاب فلزی یا سرپوش انتهایی متصل می شوند، چسب باید فیلتر را کنارهم نگه دارد و یک آببندی کامل برای راندن سیال از میان، و نه از اطراف، واسطه فراهم آورد.

هیچ چسبی به تنهایی نمی تواند الزامات متعدد اتصال و آب بندی را در داخل کارخانه سازنده فیلتر برآورده کند. هر چسب یا درزگیر، جدا از نوع آن، که برای ساخت فیلترها استفاده می شود باید معیارهای زیر را داشته باشد. به علاوه، تولیدکنندگان فیلتر تمایل دارند نوع درست چسب را برای هر کاربرد مطابقت دهند.

مصرف نهایی فیلتر را در ذهن داشته باشید

هر چسب یا درزگیر استفاده شده باید با مصرف نهایی فیلتر سازگاری داشته باشد. چسب و درزگیر بایستی مطابق با سیالی که قرار است فیلتر شود و همچنین دمای کارکرد فیلتر انتخاب گردد. چسب نباید در داخل سیال نرم یا حل شود. یک چسب هات ملت ممکن است در یک فیلتر با دمای کارکرد بالا ضعیف یا ذوب شود.

باقی ماندن در محل

لازم است که چسب یا درزگیر در محلی که برای آن مورد نظر قرار گرفته باقی بماند. مثلا، وقتی چسبی برای اتصال واسطه چین خورده به یک سرپوش انتهایی استفاده می شود، باید بطور یکنواخت در داخل سرپوش و در اطراف واسطه قرار بگیرد و به داخل واسطه بالا کشیده نشود.

مصرف راحت و ایمن

مصرف چسب یا درزگیر باید آسان و ایمن باشد و سرعت سخت شدن آن متناسب با کاربرد باشد. همچنین کارکرد خوبی با تجهیزات داشته باشد و موجب مشکلات نگهداری غیرضروری نشود.

انواع چسب ها

چسب های گرماسخت

این چسب ها عموما از طریق واکنش شیمیایی دو جزء یا گرما دیدن پخت می شوند. بعد از پخت، چسب خنثی می شود. این چسب ها دارای مقاومت گرمایی و شیمیایی خوبی هستند و برای کاربردهایی که نیازمند استحکام تحت شرایط متغیرند مناسب می باشند. دو گونه از این چسب ها رزین های اپوکسی و پلی یورتان ها هستند.

رزین های اپوکسی

رزین های اپوکسی یک و دوجزئی بطور گسترده ای در ساخت فیلتر برای کاربردهای گوناگون استفاده می شوند. بیشتر آنها در حالت پخت شده بسیار سخت هستند و بخوبی به فلز می چسبند. اگرچه اینها مقاومت دمایی و شیمیایی بالایی دارند اما رزین های اپوکسی می توانند نسبتا پرهزینه باشند و اغلب به آرامی پخت می شوند.

پلی یورتان ها

سازندگان چسب گستره وسیعی از چسب های پلی یورتان، در رنگ ها، سرعت های پخت، ویسکوزیته ها، و سختی های گوناگون عرضه می کنند. با اینکه فرمولاسیون های تک جزئی هم وجود دارد، اما پلی یورتان های دوجزئی برای کاربردهای فیلتر مناسب ترند.

فرمولاسیون های تک جزئی با رطوبت موجود در سطوح و هوا پخت می شوند، و پلی یورتان های دوجزئی از طریق واکنش دو جزء پس از اختلاط پخت می گردند. بیشتر پلی یورتان های دوجزئی در دمای محیط پخت می شوند اما می توان با گرما آن را شتاب داد.

پلی یورتان های سخت تر را می توان برای مونتاژ واسطه فیلتر به یک قاب یا سرپوش انتهایی از جنس پلاستیک یا فلز استفاده کرد. گونه های نرم تر را می توان به عنوان درزگیر بین یک فیلتر و محل قرارگیری آن بکار برد و نیاز به یک واشر جداگانه را از میان برد. پلی یورتان ها فاقد مقاومت به برخی مواد شیمیایی و حلال ها هستند و بنابراین بهترین مصرف آنها در فیلترهای آب، هوا و روغن است.

چسب های گرمانرم

چسب های گرمانرم، شامل پلاستیزول ها و هات ملت ها، دستخوش تغییر زیادی در مدت فرایند پخت آنگونه که چسب های گرماسخت می شوند، نمی گردند. این چسب ها فاقد مقاومت شیمیایی و گرمایی و نیز استحکام گرماسخت ها هستند. ولی فرمولاسیون تک جزئی شان، آنها را به لحاظ صرفه اقتصادی و آسانی مصرف ممتاز می کند.

پلاستیزول ها

سازندگان فیلتر مدتها از پلاستیزول PVC به عنوان چسب و برای قالب دهی استفاده کرده اند. آنها به اختلاط نیازی ندارند و می توانند مستقیما از یک بشکه پمپ شوند. پخت آنها نیز بر اثر گرمادهی بالا برای حداقل ۱۰ دقیقه انجام می پذیرد- با این حال گرمادهی این مواد شیمیایی خطری برای محیط زیست به شمار می رود و هزینه های انرژی کارکرد

یک کوره خیلی زود هرگونه صرفه جویی حاصل از قیمت کمتر پلاستیزول ها را از بین می برد. سختی Shore A 35 تا ۴۵  آنها را قادر می سازد تا آب بندی کاملی در محل قرارگیری فیلتر ایجاد کنند. بسیاری از فیلترهای هوا و آب از سرپوش های انتهایی پلاستیزولی قالب گیری شده استفاده می کنند.

پلاستیزول ها در رنگ ها و سختی های زیادی موجود هستند. آنها را می توان برای چسبندگی بهتر به فلز به منظور اتصال واسطه فیلتر به سرپوش های انتهایی فلزی، یا برای مقاومت بهتر در برابر روغن و گرما مورد اصلاح قرار داد.

هات ملت های مرسوم

هات ملت های متداول برای روی هم قرار دادن فلز و واسطه در فیلترهای هوا استفاده می شوند. ماده واکس یا پلاستیک گرم می شود و بصورت داغ اعمال می گردد؛ با سرد شدن هات ملت به دمای محیط استحکام به سرعت ایجاد می شود. بسیاری از هات ملت ها از ماده مشابه سطح مورد استفاده در خود فیلتر درست می شوند تا از نگرانی در مورد سازگاری شیمیایی کاسته شود. هات ملت های متداول عموما برای استفاده در دماهای بالا مناسب نیستند.

هات ملت های واکنشی پلی یورتانی

هات ملت های واکنشی پلی یورتانی مزایای هات ملت های به سرعت سخت شونده را همراه با سختی ناشی از شبکه ای شدن پلی یورتان ها در کنار هم دارند. آنها در نهایت تحت رطوبت محیطی پخت می شوند.

سیانواکریلات ها

سیانواکریلات ها چسب هایی با سرعت گیرایی بالا و تک جزئی هستند و معمولا برای اتصال رابر یا نئوپرن روی یک فیلتر استفاده می شوند. آنها با قرار گرفتن در معرض رطوبت فورا پخت می شوند اما فواصل را پر نمی کنند و لازم است دو سطح در تماس نزدیک باهم قرار داشته باشند.

چسب های پایه حلالی و پایه آبی

چسب های پایه حلالی و پایه آبی دارای مزایا و معایب زیر هستند:

محصولات پایه حلالی به سرعت خشک می شوند، و حلال ها به چسبندگی خوب به بسیاری از سطوح کمک می کنند. محدودیت های ایمنی و زیست محیطی دو مشکل اصلی حلال های آتشگیر هستند. بیشتر چسب های پایه حلالی با حلال های آتشگیر فرمول بندی می شوند، که مصرف آنها نیازمند احتیاط زیاد است، و ممکن است مقادیر زیادی ترکیبات فرار داشته باشند.

محصولات پایه آبی جایگزین های جذابی برای چسب های پایه حلالی هستند. اگرچه که محصولات پایه آبی مرسوم بسیار آهسته تر از پایه حلالی ها خشک می شوند، اما تجهیزات ویژه ای می توانند زمان خشک شدن را شتاب بخشند. برخی فرمولاسیون های نوین تر هم هستند که اتصال آنی ایجاد می کنند.

سمنت های تماسی

سازندگان فیلتر عموما از سمنت ها برای اتصال واشرهای رابری یا مقوایی یه قاب ها یا سرپوش های انتهایی فلزی استفاده می کنند. چسب به هر دو سطح اتصال زده می شود و تا زمان خشک شدن چسب جدا از هم نگه داشته می شوند. به محض اینکه چسب حالت خشک شده بخود بگیرد، باید سطوح را به هم متصل کرد.

بهترین کاربرد سمنت های تماسی بر روی مواد غیرمتخلخل است. انواع فرمولاسیون های پایه حلالی و پایه آبی از این سمنت ها موجود است، گرچه حلال ها می توانند برای برخی سطوح مهاجم باشند.

چسب های الاستومری پایه حلالی

این گروه از چسب های تک جزئی را می توان برروی فیلترهای هوا و برای نصب واشرها استفاده کرد. سطوح باید زمانی که چسب خیس است به یکدیگر متصل شوند و حداقل یکی از سطوح باید امکان عبور حلال را به منظور وقوع پخت بدهد.

بتونه ها و ماستیک ها

بتونه ها و ماستیک ها محصولاتی با ویسکوزیته بالا اما خشک شدن آهسته همراه با خواص پرکنندگی عالی فواصل هستند.

آنها اتصالاتی فوری و قوی برای استفاده در چسباندن مواد کاغذی یا شیشه ای چین خورده به قاب جذب هوای فیلترها ایجاد می کنند. درزگیر سفت به داخل حفرات قاب اعمال می شود و این مجموعه به دور واسطه چین خورده پیچانده می شود.

چسب های حساس به فشار

چسب های حساس به فشار (PSAs)، با فرمولاسیون های پایه آبی و حلالی، برای روی هم قرار دادن دو نوع واسطه فیلتر یا برای چسبناک کردن واسطه فیلتر به منظور بهبود بازدهی هوا استفاده می شوند.

برخلاف سمنت های تماسی، این چسب ها به یک سطح زده می شوند و می توان در هر زمانی پس از خشک شدن سرهم شوند و گاهی برای اتصال واشرها روی فیلترها ترجیح داده می شوند.

چسب های پلی وینیل استات (PVA)

پلی وینیل استات ها غیرگران، دارای راحتی مصرف و ایمن هستند. پایه آنها آبی است بنابراین عاری از حلال و قابل شستشو با آب هستند. برای اتصال اجزاء سلولزی بسیار مناسبند. سطوح باید هنگامی که لایه PVA هنوز خیس است متصل شوند و تا زمان خشک شدن چسب بدون حرکت باقی بمانند.

برخی از PVA ها شبکه ای شده هستند و مقاومت به آب خوبی دارند. محصولات گرانتر اتصال فوری ایجاد می کنند، درحالیکه محصولات ارزانتر به مقداری زمان گیرایی نیاز دارند.

اختلاط و توزیع چسب های دوجزئی

در زیر سه روش برای اختلاط و توزیع چسب های دوجزئی آمده است.

اختلاط دستی آسان

ساده ترین روش آن است که دو جزء بصورت وزنی یا حجمی با دقت اندازه گیری شوند تا مقادیر دقیق مورد نیاز مخلوط گردند.

کارتریج های از پیش بسته بندی شده

هر دو جزء بصورت کارتریج های یک بار مصرف از پیش بسته بندی شده اند و از طریق یک نوک در انتهای هر کارتریج بیرون رانده می شوند. ماده کارتریج باید با محتوی آن سازگار باشد و آن را در برابر نور و رطوبت محافظت کند. مانند کارتریج های بتونه، این کارتریج ها به تفنگ های توزیع کننده نیاز دارند که دستی یا برقی (معمولا پنوماتیک) هستند.

تفنگ ها و کارتریج ها با نسبت های اختلاط مختلف وجود دارند، و تفنگ های پنوماتیک را می توان برای فرایندهای تولیدی موجود مجهز به سوییچ و  تایمر کرد.

سیستم های اختلاط سنجشی

این تجهیزات برای اختلاط و توزیع دقیق چسب ها طراحی شده اند. برخی ماشین ها تنها یک نسبت ترکیب را توزیع می کنند درحالیکه سایرین می توانند محدوده ای از نسبت ها را پوشش دهند. اگرچه قیمت این سیستم های اختلاط بالاست، اما سازندگان فیلتر می توانند به سرعت سرمایه خود را از راه صرفه جویی حاصل از خرید حجم انبوه چسب ها بازیابند.

توزیع چسب های تک جزئی

مصرف چسب های تک جزئی عموما ساده تر است، اما در بیشتر موارد باید از طریق تجهیزات جداگانه توزیع شوند.

پاشش

تجهیزات پاشش برای توزیع چسب های حساس به فشار و سمنت های تماسی بخوبی کار می کنند. این تجهیزات از پمپ های کوچک دستی و بطری های پاشش تا واحدهای پاشش بزرگتر ایرلس، HVLP و مرسوم تنوع دارند.

مخزن فشار برای PVA ها

مخازن فشار از فشار هوا برای راندن چسب PVA از میان یک مسیر سیال به سمت یک هد یا تفنگ توزیع کننده استفاده می کنند.

پخش کننده ها و پوشش دهنده ها

پخش کننده های خودکار چسب و تجهیزات کوتینگ غلتشی بطور مستقیم چسب ها را به سطوح منتقل و از اتلاف و آشفتگی جلوگیری می کنند.

پمپ کردن

یک پمپ سنگین داخل بشکه چسب قرار داده می شود و چسب را تحت فشار به سمت یک تفنگ یا هد بیرون ران توزیع می کند.

تجهیزات هات ملت

هات ملت ها اغلب برای استفاده در تجهیزات توزیع کننده ویژه طراحی می شوند. بنابراین، بهتر است ابتدا تجهیزات را انتخاب کرد و چسب پیشنهاد شده برای آن را مصرف نمود.

۵ نکته در انتخاب چسب ها

برای انتخاب یک چسب مناسب باید به ۵ پرسش زیر پاسخ داد:

1. فیلتر در چه جایی استفاده خواهد شد؟ هر چسبی که در فیلتراسیون استفاده می شود باید با سیالی که قرار است فیلتر شود سازگاری داشته باشد. دمای کارکرد و عمر محصول دو پارامتر مهم دیگر هستند.
2. به چه مقدار چسب نیاز است؟ سازنده فیلتر با خرید چسب ها در مقادیر انبوه بجای مخازن کوچکتر در هزینه صرفه جویی می کند. هرچه چسب بیشتری مصرف شود، بازه بازگشت سرمایه برای تجهیزات توزیع کننده کوتاهتر خواهد بود. اگرچه، چسب های انبوه به برخی از انواع تجهیزات توزیع کننده نیاز دارند. بشکه ها و کیسه های بزرگ به تجهیزات جابجایی مواد هم نیاز دارند.
3. آیا نگرانی هایی برای ایمنی یا محیط زیست وجود دارد؟ بسیاری از چسب ها حاوی حلال هایی هستند که در صورت مصرف نادرست می توانند خطرناک باشند. مقررات VOC و هزینه انرژی برای کوره های پخت هم باید در نظر گرفته شوند.
4. آیا چسب مورد آزمون قرار گرفته است؟ برخی شرکت های چسب دارای آزمایشگاه هایی برای ارزیابی محصولات خود هستند. برخی شرکت های فیلتر نیز چنین تجهیزاتی را دارند. سازندگان فیلتر در زمان وارد کردن چسب های جدید به کارخانه باید به انجام آزمون ها تکیه کنند. همچنین می توانند یک مرحله آزمایشی را برای آزمودن مجموعه کامل فیلتر تحت شرایط “دنیای واقعی” انجام دهند.
5. چه چسب هایی گزینه های احتمالی هستند؟ در بسیاری موارد، بیش از یک نوع چسب برای یک کاربرد مناسب است. برخی چسب ها ممکن است قیمت بسیار پایین تری از سایرین داشته باشند اما به کوره های دما بالا نیاز داشته باشند که خرید و عملکردشان گران است. چسب های دیگر ممکن است به خرید تجهیزات توزیع نیاز داشته باشند. تجهیزات موجود نیز می تواند انتخاب چسب را تحمیل کند.

گردآوری و ترجمه: الهام علیزاده (عضو تیم علمی مرجع پلیمر در بازار ایران)