Yarı kristalin termoplastikleri yapıştırmada en iyi uygulamalar

Yarı kristalin termoplastikleri yapıştırmada en iyi uygulamalar

Genel amaçlı kalitelerden yüksek performanslı kalitelere kadar yarı kristalin polimerleri kendileriyle veya farklı malzemelerle yapıştırmak zordur. Yapışma için gerekli güçlü moleküler bağları oluşturmak amacıyla altlık yüzeylerin temiz olması (çoğu zaman yüzey ön işlemiyle birlikte) gerekir. Yapıştırıcının seçimi ve doğru kürleme, istenen sonuca ulaşmada kritik öneme sahiptir.

Polimerler katı halde genel olarak iki tür morfoloji sergiler: “amorf” ve “yarı kristalin”. Bazı koşullarda bazı polimerler her iki morfolojiyi de gösterebilir. Akrilik ve polikarbonat gibi amorf polimerlerde gerçek bir erime noktası yoktur (kademeli olarak yumuşarlar). Moleküller rastgele yönelmiş ve birbirine dolanmıştır (pişmiş spagetti gibi) ve cam benzeri saydam bir görünüm sergilerler. Yarı kristalin polimerlerde keskin bir erime noktası vardır ve moleküller, düzenli doğrusal yapıya sahip düzenli bölgeler halinde bir araya paketlenir. Kristalitler ışığı saçtığı için genellikle daha opaktırlar. Yarı kristalin polimerler, sıkı zincir paketlenmesinin getirdiği güçlü moleküller arası kuvvetler nedeniyle sağlam plastikler oluşturma eğilimindedir. (Bkz. Şekil 2.)

Yarı kristalin polimerlerin yapıştırılması doğaları gereği zordur; çünkü hidrofobik, kimyasal olarak inert ve yüzey ıslatılabilirliği düşüktür (yani yüzey enerjisi düşüktür). Bu özellikler performans açısından son derece arzu edilir olsa da zayıf yüzey ıslatılabilirliği üreticiler için yapıştırma zorlukları yaratır. Ayrıca naylon gibi yarı kristalin polimerler atmosferden kütlesinin yüzde üçünü aşan miktarda nem çeker. Nem, tek başına yapışma sorunlarına yol açar. Bu nedenle yapıştırma işlemlerini kalıplama işleminden hemen sonra yapmak veya parçaları nem çekici (desikant) ile birlikte polietilen içermeyen torbalarda sıkıca paketlemek önemlidir. Doğru kurutma prosedürü, proses ve parça performansı için kritiktir.

Önemli çıkarımlar

• Morfoloji yapıştırılabilirliği belirler. Akrilik ve polikarbonat gibi amorf polimerler, yarı kristalin polimerlere göre daha kolay yapışır.
• Toluen, ksilen, aseton veya MEK ile temizleyin. Alkol yalnızca yüzeydeki kiri giderir, hidrokarbon kirliliğini gidermez.
• Silikonlar, kalıp ayırıcılar ve kaymayı önleyici katkılar yapışmayı engeller ve ön işlemden önce uzaklaştırılmalıdır.
• Yapışma hatasının görsel bir izi vardır: kalıntı yapıştırıcı her iki altlıkta değil, yalnızca bir altlıkta kalır.
• Epoksiler, akrilikler ve üretanlar bu polimerler için yaygın yapısal yapıştırıcı ailelerdir.

Sıkça sorulan sorular

Yarı kristalin polimerleri yapıştırmak neden amorf polimerlere göre daha zordur?

Nedeni moleküler morfolojileridir. Akrilik ve polikarbonat gibi amorf polimerlerin molekülleri rastgele yönelmiş ve birbirine dolanmıştır; gerçek bir erime noktaları yoktur ve kademeli olarak yumuşarlar. Yarı kristalin polimerler ise düzenli bir yapıya sahiptir ve yapışmanın dayandığı ıslatmaya direnen şey bu düzendir.

Yarı kristalin yüzeyleri temizlemek için hangi çözücüler kullanılmalıdır?

Şirketin çözücü politikasına ve eyalet yasalarına uygun olarak orta ila yüksek güçte toluen, ksilen, aseton veya MEK. Uygun temizleme maddeleri polimer veri sayfalarında belirtilir. Alkol zayıf bir çözücüdür; yüzeydeki kiri giderir ancak hidrokarbon kirleticileri gidermez.

Yapışma hatası ile kohezyon hatası nasıl ayırt edilir?

Yapıştırıcının nerede kaldığına bakarak. Yapışma hatası, yapıştırıcı ile yapıştırılan yüzey arasındaki arayüzde oluşur ve görsel olarak kalıntı yapıştırıcı yalnızca tek yüzeyde bulunur, ikinci altlıkta bulunmaz. Kohezyon hatasında yapıştırıcı her iki yüzeyde de kalır.

Yarı kristalin polimerler için hangi yapıştırıcılar uygundur?

Yapısal yapıştırıcılar; epoksiler, akrilikler ve üretanlar yaygın olarak kullanılır. İki bileşenli epoksi, bir epoksi reçinenin sertleştirici ile karıştırılmasını içerir; birleşim tasarımı ise çekme, basma, kayma, soyulma ve ayrılma (yarılma) kuvvetlerini, çoğu zaman bir arada, dikkate almalıdır.

Hangi kirlilik bir yapıştırmayı en güvenilir biçimde bozar?

Düşük moleküler ağırlıklı maddeler: silikonlar, kalıp ayırıcı ürünler ve kaymayı önleyici katkılar. Bunlar yapışmayı doğrudan engeller ve yüzeyde durdukları sürece hiçbir ön işlem bunu telafi edemez.

Yüzey temizleme ve ön işlem

Yüzey hazırlığı, yüksek yapıştırma mukavemeti elde etmede kritik öneme sahiptir. Yüzeyler temiz olmalı; kir, gres ve yağdan arındırılmış olmalıdır. Silikonlar, kalıp ayırıcı ürünler ve kaymayı önleyici katkılar gibi düşük moleküler ağırlıklı maddeler (LMWM) yapışmayı engeller. Yarı kristalin yüzeyleri uygun şekilde temizlemek ve LMWM maddelerini uzaklaştırmak için genellikle (şirketin çözücü politikasına ve eyalet yasalarına uygun olarak) orta ila yüksek güçte toluen, ksilen, aseton veya MEK kullanılmalıdır. Uygun temizleme maddeleri polimer veri sayfalarında belirtilir. Alkol zayıf bir çözücüdür ve yalnızca yüzeydeki kiri giderir; hidrokarbon kirleticileri gidermez.

Her zaman doğru teknik kullanılmalıdır; bu, tiftik bırakmayan bezlerin kullanılmasını ve pudrasız koruyucu eldiven giyilmesini içerir. Fazla çözücü, uzaklaştırılmamış kimyasalların zayıf sınır tabakaları oluşturmasına ve yapışmayı engelleyecek bir bulanıklık birikmesine yol açar.

Yarı kristalin polimerlerin yapıştırma uygulamalarında çoğu zaman çözücü ile temizlemenin hemen ardından plazma ön işlemi gerekir. Gaz fazı yüzey oksidasyonu ön işlemleri arasında elektriksel korona deşarjı, elektriksel atmosferik plazma, elektriksel hava plazması, alev plazması ve düşük basınçlı RF soğuk gaz plazması bulunur. Bu prosesler, serbest elektronlardan, pozitif iyonlardan ve diğer türlerden oluşan son derece reaktif bir gaz olan “gaz plazması” üretme yetenekleriyle karakterize edilir. Kimyasal yüzey fonksiyonelleştirme de gerçekleşir. Fizik biliminde bu plazmaların üretildiği mekanizmalar farklıdır, ancak yüzey ıslatılabilirliği üzerindeki etkileri benzerdir. Her yöntem uygulamaya özeldir ve avantajları ve/veya sınırlamaları vardır.

Örneğin elektriksel ön işlemler tüm çok halkalı aromatik hidrokarbonları uzaklaştırmaz veya temizlemez; bu nedenle çözücü ile temizlemeye devam etmek gerekebilir. RF soğuk gaz ön işlemi hidrokarbonları uzaklaştırır, dolayısıyla ön temizlik gerekmez.

Genel kural olarak, altlığın yüzey enerjisi sıvının veya yapıştırıcının yüzey geriliminden yaklaşık 10 dyne/cm daha yüksek olduğunda kabul edilebilir yapışma elde edilir. İşlem görmemiş naylonun yüzey enerjisi yaklaşık 40 dyne/cm'dir. Dolayısıyla işlem sonrasında istenen yüzey enerjisi 50-54 dyne aralığında olmalıdır. Bu durumda sıvının yüzeyi “ıslattığı” veya yüzeye yapıştığı söylenir. Yüzey enerjisi “ıslanmasını” ölçmenin yaygın bir yöntemi, ASTM D2578 test yöntemine uygun kalibre dyne solüsyonlarının kullanılmasıdır.

Yapıştırıcılar ve kürleme

Tanım gereği “yapışma hatası”, yapıştırıcı ile yapıştırılan yüzey (altlık) arasındaki arayüzde meydana gelir. Görsel olarak, kalıntı yapıştırıcı herhangi bir noktada yalnızca bir yüzeyde kalır, ikinci altlıkta kalmaz. Optimum birleşim tasarımı, her yapıştırma uygulamasında kritik öneme sahiptir. Yapıştırılmış birleşimler çekme, basma, kayma, soyulma veya ayrılma kuvvetlerine, çoğu zaman bir arada, maruz kalabilir.

Yarı kristalin polimerlerin birçok yapıştırma uygulamasında yapısal yapıştırıcılar (epoksiler, akrilikler ve üretanlar dahil) yaygın olarak kullanılır. İki bileşenli epoksi, bir epoksi reçine ile sertleştiricinin karıştırılmasından veya hazır “duo-pak” aplikatörlerin kullanılmasından oluşur. Optimum kayma ve çekme mukavemeti özellikleri için düzgün ve ince bir yapıştırma hattı kalınlığı (0,002 ila 0,007 inç) tercih edilir. Tam kürlenme süresi genellikle 75°F'de yaklaşık yedi gündür, ancak uygulamaya ve ortam koşullarına göre değişir. Kürlenme hızı, ısı eklenerek (120-210°F) artırılabilir; bu ek polimerleşmeye yol açar ve epoksiye daha iyi özellikler kazandırabilir. Polimerin ısı sapma sıcaklığı, kalıplama sonrası uygulanan ısıl işlemler için genellikle üst sınırdır. Pişirme süresi ve sıcaklığı uygulamaya özeldir.

Yaygın bir hatalı uygulama, yapışma mukavemetini artırmak için fazladan yapıştırıcı sürmektir. Aşırı yapıştırıcı zararlıdır ve yapıştırma hatalarının önde gelen nedenlerinden biridir. Örneğin epoksi yapıştırıcıların ısıl genleşme katsayıları nispeten yüksektir. Yapıştırma hatları ince ve kalınlıkça düzgün tutulmalıdır (maksimum kayma mukavemeti için genellikle 3-5 mil). Yapıştırıcı tedarikçisi, belirli uygulama için optimum yapıştırma hattı kalınlığı konusunda rehberlik sağlayabilir. Önceden ölçülmüş “duo-pak” aplikatörler karıştırma sorunlarını ortadan kaldırır ve daha doğru bir karışım oranı sağlar. Ayrıca daha iyi stokiyometrik kimyasal reaksiyonlar sağlayarak daha iyi mukavemet ve gaz çıkışı özellikleri elde edilmesini sağlar.

Yapıştırılacak parçanın kalıptan çıktığı haliyle yüzey dokusu açısından, dokulu bir yüzey, çözücü ile temizleme ve plazma ön işlemine ek olarak mekanik kilitlenme yapışmasını artırır. Doku, kalıp takımı içinde veya elle Scotch-Brite ped kullanılarak oluşturulabilir. Örneğin NTMA kalıp boşluğu yüzey işlemi “40-Diamond buffed 1200 Grit”, “10-Fine Diamond 8000 Grit” (0-3 mikron aralığı) yüzey işlemine kıyasla büyük olasılıkla yapışma mukavemetini iyileştirir. Hafif dokulu yüzeyler bile faydalı olacaktır. (Bkz. Şekil 3.)

Özetle, yarı kristalin polimerlerde yüksek mukavemetli adhezyon ile birleştirme elde etmek için aşağıdakiler önerilir:

• Reçinenin kalıplamadan önce doğru şekilde kurutulduğundan emin olun.
• Yapıştırma işlemini kalıplamadan hemen sonra, mümkün olan en kısa sürede yapın.
• Yüzey artıklarını ve hidrokarbon kirleticileri gidermek için parça yüzeyini çözücü ile temizleyin.
• Yüzey ıslanmasını/kimyasal fonksiyonelleştirmeyi artırmak için (çözücü ile temizlemeye ek olarak) plazma yüzey ön işlemi uygulamayı değerlendirin.
• İnce ve düzgün bir yapıştırıcı hattı uygulayın. Ürünün yüzeyi dokuluysa ek faydalar sağlanabilir.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme süreçlerinde (yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme, lazer markalama ve ürün güvenliği) uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. 30 yılı aşkın süredir yeni teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Sabreen'e 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ya da www.adhesionbonding.com. adreslerini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

---