چسب های سیلیکون (Silicone sealants) سالهاست که در کاربردهای مختلف در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند. دوام و ماندگاری بسیار بالای آن ها نسبت به چسب های ارگانیک یا آلی دلیل اصلی استفاده گسترده از آن هاست.در 25 سال گذشته استفاده از چسب سیلیکون به عنوان چسب ثانویه در ساخت یونیت های دو جداره به طرز چشمگیری افزایش یافته است. این روند نتیجه آگاهی بیشتر طراحان از قابلیت ها و دوام چسب های سیلیکونی و هم چنین استفاده بیشتر این محصول در ساخت کرتن وال می باشد.
ترکیب شیمیایی چسب سیلیکون
تفاوت اصلی چسب سیلیکون با چسب های آلی نظیر پلی یورتان و پلی سولفاید در ترکیب شیمیایی آن هاست. پایه اصلی چسب سیلیکون پلیمری به نام سیلوکسان siloxane است. بر خلاف چسب های ارگانیک که از پیوند اتم های کربن واکسیژن تشکیل می شوند، پلیمر سیلیکون از پیوند اتم های سیلیکون و اتم های اکسیژن به وجود می آید.
علیرغم اینکه تولید کنندگان چسب سیلیکون در سرتاسر دنیا ممکن است فرمول منحصر به فردی را در ساخت این نوع چسب به کار گیرند اما می توان گفت موارد زیر در تمام محصولات سیلیکونی مشترک است.
- پلیمر سیلوکسان (Siloxane polymer)
یک مولکول بزرگ که بر اساس تکرار اتم های سیلیکون و اکسیژن ساخته می شود که ماده اولیه مورد نیاز برای تشکیل یک چسب الاستومری است.
- پر کننده (Filler)
سیلیس یا کربنات کلسیم است که برای تقویت چسب،استحکام و انعطاف پذیری اضافه می شود.
- Crosslinker
برای ایجاد پخت، یکپارچگی شبکه پلیمری و شکل گیری الاستومر اضافه می شود.
- کاتالیزور (Catalyst)
ماده ای مبتنی بر فلز که واکنش چسبندگی و تشکیل الاستومر را سرعت می بخشد.
- تقویت کننده چسبندگی (Adhesion promoter)
میزان چسبندگی چسب به سطوح شیشه ای و اسپیسر را بهبود می بخشد.
- رنگدانه (Pigment)
جهت افزودن رنگ به چسب
- پلستیسایزر (Plasticizer)
باعث بهبود دوام چسب در هنگام انبار آن شده و همچنین انعطاف پذیری آن را بهبود می بخشد.
در فرآیند خشک شدن چسب یا پخت اجزا مختلف آن در هم تنیده و سخت می شود و در نهایت به یک الاستومر جامد تبدیل می شود. در تصویر زیر یک چسب سیلیکونی که زمان پخت آن طی شده است را مشاهده می کنید.
به دلیل تفاوت هایی که در ساخت چسب های سیلیکونی وجود دارد ممکن است برخی از ویژگی های آن ها با یکدیگر متفاوت باشد.به عنوان مثال برخی از چسب های سیلیکونی تک جزئی(one-component) بوده و برخی دو جزئی (two-component).
چسب های سیلیکونی تک جزئی در اثر واکنش با رطوبت موجود در هوا خشک می شوند در نتیجه روند خشک شدن آن ها از سطح مجاور با هوا به سمت عمق چسب است. بسته به عمق چسب اعمال شده ممکن است یک تا دو هفته زمان نیاز باشد تا این چسب به طور کامل خشک شود.
از طرف دیگر چسب های دو جزئی با سرعت بیشتری نسبت به چسب های تک جزئی خشک می شوند و روند خشک شدن آن ها از عمق چسب و از زمانی که دو جزء ترکیب می شوند آغاز می شود. به طور کلی چسب های دو جزئی در کمتر از یک روز به حد نهایی خشک شدن می رسند.
عناصر تشکیل دهنده چسب می توانند بر ویژگی های مهم آن نظیر چسبندگی، مقاومت کششی و زمان خشک شدن آن اثر بگذارند. به عنوان مثال هر چه پر کننده ها (filler) در چسب بیشتر باشد باعث تقویت و استحکام بیشتر چسب شده اما از طرف دیگر extrusion rate را کاهش می دهد.
مهم ترین ویژگی چسب های سیلیکونی:
علت تمایز چسب های سیلیکونی و آلی در پیوند های بسیار قوی بین اتم های اکسیژن و سیلیکون می باشد. به بیانی دیگر انرژی بسیار زیادی برای شکستن این پیوند مورد نیاز است. در جدول زیر میزان انرژی مورد نیاز جهت شکست پیوندهای مختلف را مشاهده می کنید.
|
نوع پیوند |
میزان انرژی مورد نیاز جهت شکست پیوند Kcal/Mol |
|
پیوند سیلیکون-اکسیژن |
128 |
|
پیوند سیلیکون-کربن |
88 |
|
پیوند کربن-کربن |
80 |
|
پیوند کربن-اکسیژن |
81 |
همانطور که در جدول بالا می بینید پیوند بین سیلیکون و اکسیژن بسیار قوی تر از سایر پیوند هاست. به همین دلیل چسب سیلیکون در برابر تغییرات حرارتی و هم چنین اشعه ماورا بنفش خورشید ثبات خود را حفظ می کند.
دوام و پایداری چسب سیلیکون:
شرایط محیطی بر میزان چسبندگی و عملکرد کلی چسب سیلیکون اثر می گذارد. در مدت زمانی که یک یونیت دو جداره استفاده می شود چسب ثانویه در معرض فاکتورهای مختلفی نظیر اشعه UV، بار باد،گردش حرارت و هم چنین تغییرات شدید در دمای هوا می باشد. با گذشت زمان،چسب های سیلیکونی عملکرد بسیار خوبی نشان داده و می توانند ویژگی های اساسی خود را حفظ کنند.علت این پدیده پیوند بسیار قوی بین اتم های سیلیکون و اکسیژن می باشد.
حفظ یکپارچگی در برابر اشعه ماورا بنفش:
اشعه ماوراء بنفش با طول موج 0.29-0.35 نانومتر انرژی کافی برای شکست پیوند های کربن-کربن و یا کربن-اکسیژن را دارد. پیوندهایی که اساس تشکیل چسب های ارگانیک هستند.اشعه UV باعث ترک خوردگی،کاهش چسبندگی، شکننده شدن و در نهایت ریزش چسب های ارگانیک می شود. اما از آن جایی که چسب های سیلیکونی فاقد پیوند های کربن-کربن و یا کربن-اکسیژن هستند لذا در برابر اشعه UV پایداری خود را حفظ می کنند.
مقاومت چسب سیلیکون در شرایط آب و هوایی نامساعد:
در دمای معتدل، تمامی چسب های ثانویه می توانند خاصیت الاستومری(الاستیک و پلیمر به معنای «پلیمر الاستیک» ساخته شده‌است، به دسته خاصی از پلیمرهای خطی اطلاق می‌شود که هنگام اعمال نیرو، از خود مقدار فوق‌العاده زیادی تغییر شکل الاستیک نشان می‌دهند. بسیاری از آنها می‌توانند تا چندین برابر طول اصلی خود کشیده شوند. با از بین رفتن نیروی کششی، تغییر شکل کاملاً بازیابی می‌شود و مواد به سرعت به شکل اولیه خود بازمی‌گردند.) خود را حفظ کرده و توان کافی در برابر استرس های وارد شده را نشان می دهند. اما در دماهای بسیار بالا یا پایین،چسب های ارگانیک تغییرات قابل ملاحظه ای پیدا می کنند.
در دماهای پایین، چسب های ارگانیک یا آلی بیشتر خاصیت پلاستیک پیدا کرده در نتیجه بسیار سفت و شکننده می شوند. در دماهای بالا این نوع چسب نرم شده و در نتیجه استحکام خود را به طرز قابل توجهی از دست می دهد و شکننده می شود.این در حالیست که چسب های سیلیکونی مقاومت بالایی را نشان داده و ویژگی های خود را حفظ می کنند.
میزان انتقال رطوبت و گاز
به دلیل نفوذپذیری بالا چسب های سیلیکونی فقط می توانند به عنوان چسب ثانویه در یونیت های دوجداره به کار گرفته شوند.چسب های سیلیکونی اجازه می دهند تا رطوبت با سرعت بیشتری نسبت به چسب های آلی نفوذ کند بنابراین نمی توان از آن ها به تنهایی استفاده کرد.
در جدول زیر می توان میزان نفوذ پذیری چسب های مختلف در برابر رطوبت،در دمای محیط را با یکدیگر مقایسه کرد.
| نوع چسب |
میزان نفوذپذیری در برابر رطوبت gram/day/sq.meters |
| چسب اولیه گرم(بوتیل) | 1-1.5 |
| چسب پلی یورتان | 3-4 |
| چسب پلی سولفاید | 4-10 |
| چسب سیلیکون | 15-25 |
چسب اولیه یا بوتیل باید به همراه چسب سیلیکون به عنوان چسب ثانویه به کار گرفته شود تا عملکرد بسیار موثری در یونیت های دوجداره داشته باشند. بوتیل با نرخ پایین ورود رطوبت و بخار هوا و چسب سیلیکون با چسبندگی مناسب به شیشه و اسپیسر و هم چنین طول عمر بالا می توانند بهره وری یونیت دو جداره را بهبود بخشند.
علیرغم اینکه برخی از چسب های آلی در برابر رطوبت مقاوم تر از چسب سیلیکون هستند باید توجه داشت که این مقایسه در دمای اتاق صورت گرفته است و در دماهای بالاتر که میزان رطوبت محیط بیشتر می شود احتمال دارد میزان نفوذپذیری چسب پلی سولفاید به میزان چسب سیلیکون و یا حتی بالاتر از آن شود.
تزریق گاز و چسب های سیلیکونی
گرما به سه روش تابش،رسانش و همرفت انتقال می یابد.به کارگیری پوشش های کم گسیل یا Low-E به طرز چشمگیری انتقال گرما به روش تابش را در یونیت های دو جداره بهبود بخشیده است. هدف از تزریق گاز نیز کاهش انتقال حرارت و بهبود بهره وری انرژی یونیت های دو جداره است.هم چنین تزریق گاز می تواند انتقال صدا را کاهش داده و ویژگی های آکوستیکی یونیت را بهبود بخشد.
در واقع تزریق گازهایی که رسانایی حرارتی پایین تری نسبت به هوا دارند انتقال حرارت به روش رسانش را شیشه های دو جداره کاهش می دهند.
در جدول زیر می توان رسانایی حرارتی گازهای مختلف را با یکدیگر مقایسه کرد. (هوا به صورت تقریبی از 79 درصد نیتروژن و 21 درصد اکسیژن تشکیل می شود.)
|
گاز |
رسانایی حرارتی (calorie) (cm) |
|
هوا |
60.3 |
|
اکسیژن |
61.6 |
|
نیتروژن |
60.3 |
|
آرگون |
41.3 |
در نمودار زیر می توان R-Value ساختارهای متفاوت را مشاهده نمود.یک شیشه تک لایه R-Value معادل 1 و U-Value=1 دارد.یک ساختار دو جداره که شیشه های آن شفاف و بدون پوشش بوده و هم چنین حفره میانی آن با هوا پر شده است R-value معادل 2 و U-value=0.5 دارد. با اضافه کردن شیشه Low-E عدد R-value به 3 رسیده و U-Value نیز معادل 0.33 می باشدو در نهایت با تزریق گاز و به کارگیری شیشه پوشش دار عدد R-Value تا 4 بالا می رود. (U-Value=0.25)
توصیه هایی برای تزریق گاز موثر درشیشه دو جداره
عوامل مختلفی نظیر طراحی و نیروهای انسانی می توانند بر کیفیت تزریق گاز شیشه های دو جداره اثر بگذارند.
- طراحی
طراحی یونیت شیشه بر تزریق گاز موثر آن اثر می گذارد. هدررفت گاز می تواند با افزایش مقاومت در برابر نشتی،کاهش یابد.نشت گاز را می توان با کاهش سطح تزریق گاز کم کرد و هم چنین با افزایش مسیر انتقال گاز بهبود بخشید.
- آموزش نیروی انسانی متخصص
به کارگیری نیروهای متخصص در کیفیت تزریق گاز بسیار مهم است.آموزش نیروهای مشغول به کار می تواند در افزایش کیفیت محصول نهایی نقش مهمی بازی کند.
از جمله الزامات بسیار مهم می توان به موارد زیر اشاره کرد:
سطح شیشه ها و اسپیسر باید کاملا تمیز باشد تا بتوان از چسبندگی کامل چسب های ثانویه و اولیه اطمینان حاصل کرد.
هم چنین اسپیسرها باید کاملا هم راستا باشند تا عمق و میزان چسب در تمام نقاط یکسان باشد. به گوشه های اسپیسر باید توجه ویژه ای کرد هم چنین هر گونه حفره در سطح اسپیسر باید کاملا با بوتیل پر شود. هر حفره در سطح اسپیسر مانند دری باز عمل می کنند که گاز بدون کمترین مقاومتی از آن عبور می کند.
بسیار مهم است که بوتیل به صورت کاملا یکدست و یکپارچه روی سطح اسپیسر اعمال شود.هر گونه حفره در بوتیل می تواند به منزله نشت گاز باشد.
بررسی کیفیت چسب سیلیکون با انجام دو آزمایش:
1.تست پروانه (Butterfly test)
برای چسب های چند جزئی،آزمایش پروانه در هر بار راه اندازی پمپ باید انجام شود.هدف از این تست اطمینان از ترکیب مناسب چسب می باشد.
روش انجام آزمایش:
مقدار مشخصی چسب را روی یک ورق کاغذ می ریزیم و کاغذ را از وسط تا می کنیم. با دست چسب میانی را فشار داده و کاغذ را باز می کنیم. نحوه ترکیب چسب را بررسی کنید. در شروع به کار پمپ ممکن است لکه چسب سفید باشد. در صورت دیدن رگه های چسب سفید،نمونه دیگری را آزمایش کنید. ترکیب نهایی چسب باید کاملا یکنواخت و عاری از رگه های سفید باشد.
در صورتی که با تکرار این آزمایش باز هم به ترکیب مناسب نرسیم،نشان دهنده آن است که میکسر دستگاه به مشکل برخورده است و نیاز به بازبینی تیم فنی دارد.
2.تست به قوام رسیدن چسب (Snap time)
چسب های دو جزئی به زمانی مشخص برای رسیدن به قوام مناسب نیاز دارند. برای انجام این آزمایش ما به یک ظرف که در آن چسب کاملا میکس شده ریخته ایم،نیاز داریم.یک چوب بستنی داخل چسب گذاشته و هر 5 الی 10 دقیقه آن را به آرامی از داخل چسب بیرون می کشیم و مشاهده می کنیم که چسب چگونه رفتار می کند.اگر با خارج کردن چوب بستنی چسب به آن بچسبد و اصطلاحا خود را گرفته باشد به این معناست که چسب به زمان snap رسیده است.
علاوه بر موارد بالا شرایط انبار و نگه داری چسب های سیلیکون بسیار مهم است لذا پیشنهاد می شود جهت استفاده از این نوع چسب حتما به اطلاعات اختصاصی و فنی محصول رجوع شود.
این مقاله بر اساس مقاله زیر نوشته شده است.