بخشی از مقاله
اصلاح چسبندگی پلی یورتان به سیلیکون رابر
چکیده
معمولاﹰ اصلاح سطح پلیمرها نظیر سیلیکون رابر به روشهای مختلف شیمیایی، فتوشیمیایی، کرونا، پلاسما و تابش پر انرﮊی با افزایش قطبیت سطح پلیمر باعث بهبود چسبندگی آن به پلی یورتان می شود. یکی از روشهای جایگزین، اصلاح سطح بواسطه آغشته کردن سطح سیلیکون رابر با پرایمرهای سیلانی می باشد که به عنوان ملکولهای پل ساز بین سطح سیلیکون رابر و پلی یورتان عمل می کنند. پرایمرهای سیلانی انواع گروههای مختلف فعال نظیر وینیل، اپوکسی، آمینی و گوگردی جهت واکنش با سطح آلی دارند. در این کار اثر انواع مختلف پرایمرهای سیلانی جهت افزایش چسبندگی سیلیکون رابر به پلی یورتان بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که پرایمر آمینی باعث چسبندگی مناسب بین سیلیکون رابر و پلی یورتان می شود. همچنین تأثیر نسبت های مولی هر کدام از پرایمرها در میزان چسبندگی پلی یورتان به سیلیکون رابر بررسی شده است.
کلمات کلیدی: سیلیکون رابر، پلی یورتان
مقدمه
چسبندگی به حالتی بین دو ماده اشاره می کند که در آن دو ماده غیرمشابه به وسـیله تمـاس بـین سـطحی معین یکدیگر را نگه می دارند بطوریکه نیروی مکانیکی مـی توانـد در طـول لایـه بـین سـطحی عبـور کنـد. نیروهای بین سطحی که دو فاز را کنار هم نگه می دارند ممکن است ناشی از نیروهای وانـدروالس، اتـصالات شیمیایی و یا برهم کنش های الکترواستاتیکی باشد ب١ و ٢م. استقامت مکـانیکی سیـستم نـه تنهـا بوسـیله نیروهای بین سطحی بلکه بوسیله خواص مکانیکی ناحیه بین سطحی نیز تعیین می شود. وقتیکه یک ساختار پیوند شده (اتصالات ناشی از چسبندگی) تحت تنش های کم، می شکند، اغلب گفته مـی شـود کـه سـاختار داری چسبندگی ضعیف است ب٣م. سیلیکون رابرها به علت داشتن خواص فـوق العـاده ای نظیـر مقاومـت در برابر حرارت، الکتریسیته، آب و هوا، همواره به عنوان یکی از مواد پر مصرف بوده اند. این ترکیبات بـه عنـوان پلیمرهای مهندسی در ساخت قطعات الکتریکی و ماشینها استفاده می شوند. برای بدست آوردن یک محصول با عمر مفید زیاد لازم است که سیلیکون با ماتریس چسبندگی قوی داشته باشـد. پلـی یورتـان هـا مقاومـت سایشی مورد نیاز جهت جلوگیری از صدمه دیدن سطوح سیلیکونی را تأمین می کنند با این حال چسبندگی پی یورتان به سیلیکون رابر مناسب نیست. و لازم است سطح ماتریس سیلیکونی فعال شود ب٤و٥م.
هدف از فعال سازی سطح، بهینه سازی شیمی و مورفولوﮊی یک لایه سطحی نـازک مـی باشـد. تأثیرگـذاری فعال سازی سطح، به نوع ماده پایه و میزان فعال سازی بستگی دارد. بطور مثال، حلالهایی که سطح بعـضی از مواد پایه را تمیز می کنند ممکن است در موارد دیگر موجب برهمکنش با سطح ماده شوند و مورفولوﮊی ماده را تغییر دهند. انرﮊی سطحی کامپوزیت ها معمولاﹰ پایین است، به همین علت تـر کـردن سـطح آنهـا بـا یـک چسب مشکل است. برای فعال سازی سطح کامپوزیت ها روشهای متعـدد شـیمیایی، مکـانیکی و انرﮊیتیکـی وجود دارد. یکی از این روشها استفاده از عمل آوری پلاسما است. در این فرآیند سیلیکون رابـر پـس از آنکـه تحت پلاسمای گازی مشخصی قرارگرفت بطور غیر منتظره چسبندگی زیادی به پلی یورتان نشان مـی دهـد. گاز مورد استفاده در این سیستم می تواند اکسیژن، نیتروﮊن، دی اکسیدکربن، هوا و یا هلیوم باشد ب٦ و ٧م.
روش بعدی وارد کردن یک کوپلیمر در آمیزه است که حاوی گروههایی باشد که با هـر دو جـزﺀ، چـسبندگی سازگاری داشته باشد. در این روش کوپلیمر Bب1دستسحقخب١ را وارد آمیزه سیلیکون مـی کننـد و سـپس آمیزه حاصل را به سب آغشته می کنند ب٨م. روشهای دیگری برای فعال سازی سطح کامپوزیت ها وجود دارد که شامل :عمل آوری از طریق تخلیه الکتریکی، فعال سازی سطح با شعله، استفاده از پرایمرهـا، صکهئته2پح و لاطصک2ططAمی باشد ب٩ و ١٠م.
مکانیزم اصلی که بر طبق آن بتوان علل تأثیرگذاری فعال سازی سطح را توضیح داد بسیار پیچیـده اسـت. دلایلی که برای بهبود کار این اتصالات برای فعال سازی سطح پیشنهاد می شود شامل موارد زیر می باشد. ١- حذف لایه های مرزی ضعیف در سطح، نظیر اجسام آلوده، لایه های اکسید شده،اجـزاﺀ بـا وزن مولکـولی کم و سطوح شکننده و شل.
٢- بهبود ترکنندگی سطوح کم انرﮊی
٣- بهینه سازی شیمیایی نظیر ایجاد گروههای شیمیایی قطبی ٤- افزایش زبری سطح که موجب بهبود گره خوردگی مکانیکی یا افزایش سطوح قابل اتصال می شود.
پرایمرها:
استفاده از خواص ترکنندگی پرایمرها برای کاربرد پوشش (چسبهای با ویسکوزیته بالا) مناسب می باشد. یکی دیگر از مزایای پرایمر، بوجود آوردن نیروهای قوی بین سطحی فی ما بین پوشش پلیمر و زیر لایـه فلـز مـی باشد. برای مثال می توان از پرایمرهای پایه سیلان جهت حصول اطمینان از چسبندگی کـافی بـین پوشـش سیلیکون رابر و سطوح مختلف و یا از پرایمرهای پایه بنزوتری آزول جهت رسیدن به پیوند محکـم بـر سـطح مس نام برد.
پرایمرها انواع گوناگونی دارند. در بین پرایمرهای آلـی، پرایمرهـای پایـه سـیلان،بیـشترین مـصرف را دارنـد. پرایمرهای پایه سیلان یکی از مهمترین پرایمرهایی اند که دارای کاربرد زیادی جهت بهبود پیوندهای چسبی مــی باشــند. پرایمرهــای مــذکور بــرای اولــین بــار در ســال ١٩٤٠ م . جهــت آمــاده ســازی شیــشه و کامپوزیت های لیفی به منظور افزایش پایداری محیطی بین سطحی شیشه- پلیمر و نتیجتـاﹰ بهبـود مقاومـت این مواد در مقابل آب مصرف شده اند. پرایمرهای پایـه سـیلان کـه بـه عنـوان عامـل جفـت کننـده نامیـده می شوند، در مصارف متنوعی از قبیل کامپوزیت ها، رنگ ها، چـسب هـا، پلیمرهـای حـاوی پرکننـده هـای معدنی استفاده می شود. یکی از دلایل استفاده از پرایمرهای پایه سیلان افزایش دوام اتصالات پوشش هـا بـه زیرلایه های معدنی و فلزی می باشد. این افـزایش چـسبندگی بـر روی سـطوحی از قبیـل شیـشه، سـیلیکا، سیلیکون، مس ،فولاد، آلیاﮊهای آلومنیوم و آلیاﮊهای تیتانیوم بدست می آید. ب١١-٩م.
نوع حلال،دب و شرایط خشک کردن، نوع سطوح اتصال یابنده و نوع ساختار شیمیایی ماده پرایمر سیلانی بر استحکام اتصال اثر دارد ب١٢م. پرایمر سیلانی معمولاﹰ به صورت محلول رقیق آبی بکار مـی رود. جهـت کـسب نتیجه بهتر از نظر کارائی اتصال،لازم است پرایمر سیلانی قبل از اسـتعمال روی سـطح مـورد نظـر هیـدرولیز گردد تا تشکیل تری هیدروکسی سیلانول بدهد. زمـانی کـه پرایمـر روی سـطح مـورد نظـر قرارگرفـت بایـد پلیمریزه گردد و به پلی سیلوکسان شبکه ای تبدیل گردد تا به علت وزن مولکولی پایین بعنـوان لایـه مـرزی عمل نماید. از طرف دیگر باید روی سطح جذب شـیمیایی شـود تـا چـسبندگی ذاتـی خـوبی تـشکیل دهـد. پیوندهای کووالانسی بین سطحی تشکیل شده،دارای خصلت یونی اند. این نوع فعل و انفعال سـطحی پرایمـر باعث شده است که به آنها عامل جفت کننده گویند.
مواد اولیه
مواد مورد استفاده شامل سیلیکون رابر ساخت شرکت بایر- جنرال الکتریـک بـا سـختی Aکطپلاح ٧٥،پرایمـر سیلانی، پلی یورتان و الیاف کربن بود. که روشهای تهیه و ترکیـب شـیتهای سـیلیکونی رابـر و پلـی یورتـان توضیح داده می شود. پرایمرهای سیلانی مورد استفاده، ساخت شرکت پطصطح، به شرح زیر انتخاب شدند.
