अर्ध-क्रिस्टलीय थर्मोप्लास्टिक के बंधन की सर्वोत्तम पद्धतियाँ

अर्ध-क्रिस्टलीय थर्मोप्लास्टिक के बंधन की सर्वोत्तम पद्धतियाँ

सामान्य श्रेणी से लेकर उच्च-प्रदर्शन श्रेणी तक, अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर को स्वयं से तथा भिन्न सामग्रियों से जोड़ना कठिन होता है। आसंजन के लिए आवश्यक मज़बूत आणविक बंधन बनाने हेतु सब्सट्रेट की सतहों का स्वच्छ होना (प्रायः पूर्व-उपचार के साथ) अनिवार्य है। चिपकाने वाले पदार्थ का चयन और उचित क्योरिंग अपेक्षित परिणाम पाने के लिए निर्णायक हैं।

सामान्यतः पॉलिमर ठोस अवस्था में दो प्रकार की संरचना (मॉर्फ़ोलॉजी) दर्शाते हैं – “अमॉर्फ़स” और “अर्ध-क्रिस्टलीय।” कुछ स्थितियों में कुछ पॉलिमर दोनों संरचनाएँ दिखा सकते हैं। अमॉर्फ़स पॉलिमर, जैसे ऐक्रेलिक और पॉलीकार्बोनेट, का कोई निश्चित गलनांक नहीं होता (वे धीरे-धीरे नरम होते हैं)। इनके अणु अनियमित रूप से उन्मुख और आपस में उलझे होते हैं (पकी हुई स्पैगेटी की तरह), और ये काँच जैसे पारदर्शी दिखते हैं। अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर का गलनांक स्पष्ट होता है और इनके अणु नियमित रैखिक संरचना वाले क्रमबद्ध क्षेत्रों में सघन रूप से बंधे होते हैं। क्रिस्टलाइट प्रकाश को प्रकीर्णित करते हैं, इसलिए ये सामान्यतः अधिक अपारदर्शी होते हैं। शृंखलाओं की सघन पैकिंग से उत्पन्न प्रबल अंतरआण्विक बलों के कारण अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर मज़बूत प्लास्टिक बनाते हैं। (चित्र 2 देखें।)

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर स्वभाव से ही जोड़ने में कठिन होते हैं, क्योंकि वे जल-विरोधी (हाइड्रोफ़ोबिक), रासायनिक रूप से निष्क्रिय होते हैं और उनकी सतह की गीला होने की क्षमता (अर्थात निम्न सतह ऊर्जा) कम होती है। ये विशेषताएँ प्रदर्शन के लिए अत्यंत वांछनीय हैं, किंतु कम वेटेबिलिटी निर्माताओं के लिए बंधन में चुनौतियाँ खड़ी करती है। इसके अतिरिक्त, नायलॉन जैसे अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर वायुमंडल से अपने द्रव्यमान के तीन प्रतिशत से अधिक नमी सोख लेते हैं। नमी अपने आप में आसंजन संबंधी समस्याएँ पैदा करती है। इसलिए मोल्डिंग के तुरंत बाद बंधन प्रक्रिया पूरी करना, या पुर्ज़ों को डेसिकेंट के साथ नॉन-पॉली बैग में कसकर पैक करना महत्वपूर्ण है। प्रोसेसिंग और पुर्ज़े के प्रदर्शन के लिए उचित सुखाने की प्रक्रिया अनिवार्य है।

मुख्य निष्कर्ष

• संरचना तय करती है कि बंधन कितना आसान होगा। ऐक्रेलिक और पॉलीकार्बोनेट जैसे अमॉर्फ़स पॉलिमर अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर की तुलना में अधिक आसानी से जुड़ते हैं।
• टॉल्यूइन, ज़ाइलीन, एसीटोन या MEK से सफ़ाई करें। अल्कोहल केवल ऊपरी गंदगी हटाता है, हाइड्रोकार्बन संदूषण नहीं।
• सिलिकोन, मोल्ड रिलीज़ और एंटी-स्लिप एजेंट बंधन को बाधित करते हैं और पूर्व-उपचार से पहले इन्हें हटाना आवश्यक है।
• आसंजन विफलता की दृश्य पहचान होती है — चिपकाने वाला पदार्थ केवल एक सब्सट्रेट पर बचता है, दोनों पर नहीं।
• इन पॉलिमर के लिए एपॉक्सी, ऐक्रेलिक और यूरेथेन संरचनात्मक चिपकाने वाले पदार्थों के आम वर्ग हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर को अमॉर्फ़स पॉलिमर की तुलना में जोड़ना कठिन क्यों है?

इसका कारण उनकी आणविक संरचना है। ऐक्रेलिक और पॉलीकार्बोनेट जैसे अमॉर्फ़स पॉलिमर में अणु अनियमित रूप से उन्मुख और उलझे होते हैं तथा कोई निश्चित गलनांक नहीं होता; वे धीरे-धीरे नरम होते हैं। अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर में क्रमबद्ध संरचना होती है, और यही क्रम उस वेटिंग का प्रतिरोध करता है जिस पर आसंजन निर्भर करता है।

अर्ध-क्रिस्टलीय सतहों की सफ़ाई के लिए कौन-से सॉल्वेंट उपयोग करने चाहिए?

कंपनी की सॉल्वेंट नीति और राज्य के कानून के अनुसार मध्यम से उच्च क्षमता वाले टॉल्यूइन, ज़ाइलीन, एसीटोन या MEK। उपयुक्त सफ़ाई एजेंटों का उल्लेख पॉलिमर डेटा शीट में मिलता है। अल्कोहल एक कमज़ोर सॉल्वेंट है, जो ऊपरी गंदगी हटाता है पर हाइड्रोकार्बन संदूषकों को नहीं।

आसंजन विफलता और संसंजक (कोहेसिव) विफलता में अंतर कैसे करें?

इससे कि चिपकाने वाला पदार्थ कहाँ बचा है। आसंजन विफलता चिपकाने वाले पदार्थ और चिपकाई गई सतह (एडहेरेंड) के इंटरफ़ेस पर होती है, और दृश्य रूप से चिपकाने वाला पदार्थ केवल एक सतह पर बचता है, दूसरे सब्सट्रेट पर नहीं। संसंजक विफलता में यह दोनों पर रह जाता है।

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर के लिए कौन-से चिपकाने वाले पदार्थ उपयुक्त हैं?

संरचनात्मक चिपकाने वाले पदार्थ — एपॉक्सी, ऐक्रेलिक और यूरेथेन आम तौर पर उपयोग होते हैं। दो-घटक एपॉक्सी में एपॉक्सी रेज़िन को हार्डनर के साथ मिलाया जाता है, और जोड़ के डिज़ाइन में तनन, संपीडन, अपरूपण (शियर), पील और क्लीवेज बलों का ध्यान रखना होता है, जो प्रायः एक साथ लगते हैं।

कौन-सा संदूषण बंधन को सबसे अधिक बिगाड़ता है?

कम आणविक भार वाली सामग्रियाँ: सिलिकोन, मोल्ड रिलीज़ उत्पाद और एंटी-स्लिप एजेंट। ये सीधे बंधन को बाधित करते हैं, और यदि ये सतह पर मौजूद रहें तो कितना भी पूर्व-उपचार इसकी भरपाई नहीं कर सकता।

सतह की सफ़ाई और पूर्व-उपचार

उच्च आसंजन बंधन-शक्ति पाने के लिए सतह की तैयारी निर्णायक है। सतहें स्वच्छ और धूल, ग्रीस व तेल के संदूषण से मुक्त होनी चाहिए। सिलिकोन, मोल्ड रिलीज़ उत्पाद और एंटी-स्लिप एजेंट जैसी कम आणविक भार वाली सामग्रियाँ (LMWM) बंधन को बाधित करती हैं। अर्ध-क्रिस्टलीय सतहों को उचित रूप से साफ़ करने और LMWM सामग्रियों को हटाने के लिए सामान्यतः मध्यम से उच्च क्षमता वाले टॉल्यूइन, ज़ाइलीन, एसीटोन या MEK (कंपनी की सॉल्वेंट नीति और राज्य के कानून के अनुसार) का उपयोग करना चाहिए। उपयुक्त सफ़ाई एजेंटों का उल्लेख पॉलिमर डेटा शीट में मिलता है। अल्कोहल कमज़ोर सॉल्वेंट है और केवल ऊपरी गंदगी हटाता है, हाइड्रोकार्बन संदूषकों को नहीं।

हर समय उचित तकनीक अपनाना आवश्यक है, जिसमें लिंट-फ़्री कपड़ों का उपयोग और पाउडर-फ़्री सुरक्षात्मक दस्ताने पहनना शामिल है। अतिरिक्त सॉल्वेंट न हटे हुए रसायनों की कमज़ोर सीमा परतें बना देता है, जिससे धुंधली परत जम जाती है और बंधन बाधित होता है।

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर के बंधन अनुप्रयोगों में अक्सर सॉल्वेंट सफ़ाई के तुरंत बाद प्लाज़्मा पूर्व-उपचार की आवश्यकता होती है। गैस-प्रावस्था सतह ऑक्सीकरण पूर्व-उपचारों में इलेक्ट्रिकल कोरोना डिस्चार्ज, इलेक्ट्रिकल वायुमंडलीय प्लाज़्मा, इलेक्ट्रिकल एयर प्लाज़्मा, फ्लेम प्लाज़्मा और निम्न-दाब RF कोल्ड गैस शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं की पहचान “गैस प्लाज़्मा” उत्पन्न करने की क्षमता से होती है, जो मुक्त इलेक्ट्रॉनों, धनात्मक आयनों और अन्य कणों से बनी अत्यंत अभिक्रियाशील गैस है। इससे सतह का रासायनिक प्रकार्यीकरण भी होता है। भौतिकी की दृष्टि से इन प्लाज़्मा के उत्पन्न होने की क्रियाविधियाँ भिन्न हैं, परंतु सतह की वेटेबिलिटी पर इनके प्रभाव समान हैं। प्रत्येक विधि अनुप्रयोग-विशिष्ट है और उसके अपने लाभ और/या सीमाएँ हैं।

उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिकल पूर्व-उपचार सभी पॉली-एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन को नहीं हटाते/साफ़ नहीं करते, इसलिए सॉल्वेंट सफ़ाई जारी रखना आवश्यक हो सकता है। RF कोल्ड गैस पूर्व-उपचार हाइड्रोकार्बन हटा देता है, इसलिए पूर्व-सफ़ाई आवश्यक नहीं है।

सामान्य नियम के रूप में, स्वीकार्य आसंजन बंधन तब प्राप्त होता है जब सब्सट्रेट की सतह ऊर्जा द्रव या चिपकाने वाले पदार्थ के पृष्ठ तनाव से लगभग 10 dynes/cm अधिक हो। अनुपचारित नायलॉन की सतह ऊर्जा लगभग 40 dynes/cm होती है। इसलिए उपचार के बाद वांछित सतह ऊर्जा 50-54 dynes की सीमा में होनी चाहिए। इस स्थिति में द्रव सतह पर “फैल जाता” या चिपक जाता है। सतह ऊर्जा “वेटिंग” मापने की एक सामान्य विधि परीक्षण पद्धति ASTM D2578 के अनुसार कैलिब्रेटेड dyne घोलों का उपयोग है।

चिपकाने वाले पदार्थ और क्योरिंग

परिभाषा के अनुसार, “आसंजन विफलता” चिपकाने वाले पदार्थ और एडहेरेंड (सब्सट्रेट) के इंटरफ़ेस पर होती है। दृश्य रूप से, चिपकाने वाला पदार्थ किसी भी स्थान पर केवल एक सतह पर बचा रहता है, दूसरे सब्सट्रेट एडहेरेंड पर नहीं। किसी भी आसंजन बंधन अनुप्रयोग में जोड़ का इष्टतम डिज़ाइन निर्णायक है। बंधित जोड़ों पर तनन, संपीडन, अपरूपण (शियर), पील या क्लीवेज बल लग सकते हैं, प्रायः एक साथ।

अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर के अनेक आसंजन बंधन अनुप्रयोगों में संरचनात्मक चिपकाने वाले पदार्थ (एपॉक्सी, ऐक्रेलिक और यूरेथेन सहित) आम तौर पर उपयोग किए जाते हैं। दो-घटक एपॉक्सी में एपॉक्सी रेज़िन और हार्डनर को मिलाया जाता है, या पहले से मापे “ड्यू-पैक” एप्लिकेटर लिए जाते हैं। इष्टतम अपरूपण और तनन-शक्ति गुणों के लिए एकसमान, पतली बॉन्ड लाइन मोटाई (0.002 से 0.007 इंच) को प्राथमिकता दी जाती है। पूर्ण क्योर समय सामान्यतः 75°F पर लगभग सात दिन होता है, किंतु अनुप्रयोग और परिवेश की स्थितियों के अनुसार बदलता है। ऊष्मा (120-210°F) देकर क्योरिंग की गति बढ़ाई जा सकती है, जिससे अतिरिक्त पॉलिमरीकरण होता है और एपॉक्सी के गुण बेहतर हो सकते हैं। मोल्डिंग के बाद लगाई जाने वाली ऊष्मा की ऊपरी सीमा सामान्यतः पॉलिमर का हीट डिफ़्लेक्शन तापमान होता है। बेक समय और तापमान अनुप्रयोग-विशिष्ट हैं।

बंधन-शक्ति बढ़ाने के लिए अतिरिक्त चिपकाने वाला पदार्थ लगाना एक आम गलत प्रथा है। अत्यधिक चिपकाने वाला पदार्थ हानिकारक होता है और बंधन विफलताओं का प्रमुख कारण है। उदाहरण के लिए, एपॉक्सी चिपकाने वाले पदार्थों का तापीय प्रसार गुणांक अपेक्षाकृत अधिक होता है। बॉन्ड लाइन को पतली और एकसमान मोटाई में रखना आवश्यक है (अधिकतम अपरूपण-शक्ति के लिए सामान्यतः 3-5mil)। चिपकाने वाले पदार्थ का आपूर्तिकर्ता विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए इष्टतम बॉन्ड लाइन मोटाई पर मार्गदर्शन दे सकता है। पहले से मापे “ड्यू-पैक” एप्लिकेटर मिश्रण की समस्याएँ दूर करते हैं और अधिक सटीक मिश्रण अनुपात देते हैं। वे बेहतर स्टॉइकियोमीट्रिक रासायनिक अभिक्रियाएँ भी सुनिश्चित करते हैं, जिससे शक्ति और आउटगैसिंग गुण बेहतर होते हैं।

जोड़े जाने वाले पुर्ज़े की मोल्डिंग के बाद की सतह बनावट के संदर्भ में, सॉल्वेंट सफ़ाई और प्लाज़्मा पूर्व-उपचार के अतिरिक्त टेक्सचर्ड सतह यांत्रिक इंटरलॉकिंग आसंजन बढ़ाती है। टेक्सचर मोल्ड टूल के भीतर ही या हाथ से Scotch-Brite पैड द्वारा दिया जा सकता है। उदाहरण के लिए, NTMA मोल्ड कैविटी फ़िनिश “40-Diamond buffed 1200 Grit” से बंधन-शक्ति संभवतः फ़िनिश “10-Fine Diamond 8000 Grit” (0-3 माइक्रोन सीमा) की तुलना में बेहतर होगी। थोड़ी-सी टेक्सचर्ड सतह भी लाभदायक होती है। (चित्र 3 देखें।)

संक्षेप में, अर्ध-क्रिस्टलीय पॉलिमर का उच्च-शक्ति आसंजन बंधन प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित की अनुशंसा की जाती है:

• सुनिश्चित करें कि मोल्डिंग से पहले रेज़िन को उचित रूप से सुखाया गया हो।
• मोल्डिंग के बाद यथाशीघ्र बंधन प्रक्रिया करें।
• सतह की गंदगी और हाइड्रोकार्बन संदूषकों को हटाने के लिए पुर्ज़े की सतह को सॉल्वेंट से साफ़ करें।
• सतह की वेटिंग/रासायनिक प्रकार्यीकरण बढ़ाने के लिए (सॉल्वेंट सफ़ाई के अतिरिक्त) प्लाज़्मा सतह पूर्व-उपचार अपनाने पर विचार करें।
• पतली, एकसमान चिपकाने वाली बॉन्ड लाइन लगाएँ। यदि उत्पाद की सतह टेक्सचर्ड हो तो अतिरिक्त लाभ मिल सकते हैं।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण प्रक्रियाओं – सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, लेज़र मार्किंग और उत्पाद सुरक्षा – में विशेषज्ञता रखने वाली इंजीनियरिंग कंपनी है। वे 30 से अधिक वर्षों से नई प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण समस्याओं का समाधान कर रहे हैं। Sabreen से 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.adhesionbonding.com. पर जाकर संपर्क किया जा सकता है।

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