اتفاق شکستگی چسب در اغلب موارد مشخص اتفاق می افتد که با شکستگی های کوچک سخت همراه می شود.

این مقاله با توضیح کوتاهی از انواع شکستگی و  اصول چسبندگی چسب آغاز می شود.

چسبانواع شکستگی ها

انواع شکستگی ها شامل موارد زیر می شود :

مدل ترکیبی، که تَرک در بعضی از نقاط چسب گسترده می شود و در بقیه نقاط در میانه ی راه اتفاق می افتد، می باشد. ترک های ترکیبی سطح می توانند با درصد خاصی از چسب و ناحیه ی چسبناک نشان داده شود. نوع متناوب مسیر ترک که اگر ترک ها از یک رابط به رابط دیگری بروند، رخ می دهد. این نوع از شکست، در فشار و انبساط لایه ی  چسبی ظاهر می شود. شکستگی نیز ممکن است در چسبنده رخ دهد اگر که چسب سفت تر از چسبنده باشد.

در این مورد، چسب سالم باقی می ماند و هنوز به یک لایه و باقی مانده ی دیگر لایه ها پیوند خورده است. برای مثال، زمانی که یک نفر بر چسب قیمت را می کَند و جدا می کند، معمولا چسب روی برچسب و سطح باقی می ماند. این شکستِ انسجام می باشد.

اگر هنوز لایه ای از کاغذ همچنان چسبیده و روی سطح باقی مانده باشد، چسب خراب نشده است.

مثال دیگر زمانی است که کسی تلاش می کند بیسکوئیت خامه دار را از هم جدا کند و همه خامه در یک طرف باقی می ماند، این خراب شدن چسب است، تا خراب شدن چسبنده .

طراحی چسب های درزگیر

طریقه ی خراب شدن :

به عنوان قانون کلی طراحی، خواص مواد جسم بیشتر به نیروی پیش بینی شده در طول استفاده از آن نیاز دارد. (به عنوان مثال ، هندسه ، بارها و…) کار مهندسی، داشتن یک مدل خوب برای ارزیابی عملکرد آن است. برای بیشتر اتصالات چسبی، می تواند از ماشین ترک استفاده کند. مفاهیمی چون عامل تمرکز فشار و سرعت انتشار انرژی کششی می توانند برای پیش بینی شکست و خرابی استفاده شود. در چنین مدل هایی، حرکت کردن خود لایه های چسب، اهمال است و فقط خود پیوند در نظر گرفته می شود. خرابی همچنین به نوع باز شدن پیوند بستگی دارد.

مدل ۱: یک حالت باز یا کششی است که فشار برای ترک ها طبیعی است.

مدل ۲: یک حالت متغیر یا حالت صاف کردن شکاف است که سطوح یک شکاف بر روی دیگر سطوح در جهت عمودی به طرف لبه های شکاف حرکت می کنند. این به طور معمول حالتی است که چسب بالاترین مقاومت را در برابر شکستگی از خود نشان می دهد.

مدل ۳: یک حالت سخت و طریقه ی یک شکاف به صورت غیر مستقیم است.

زمانی که معمولا فشار ثابت می شود، طراحی قابل قبول اگر ممکن باشد، از ترکیب روش انتخاب مواد از انتخاب مواد تولید کننده و اصلاح هندسی، خواهد بود. در ساختارهای پیوند چسبی، علم هندسه و فشار/ بار الکتریکی جهانی با وسیله ی ملاحظه های ساختاری و طراحی روش که بر ویژگی های محصول چسبی و تغیرات محلی بر هندسه، تمرکز می کنند. افزایش استحکام پیوندی معمولا با طراحی هندسی به دست می آید، به طوری که :

  • بخش پیوند بزرگ است
  • بیشتر فشار بر روی حالت ۲ می باشد
  • گسترش ترک های مداوم به دنبال پیدا شدن خرابی های موضعی می آید.

پایایی زندگی :

برخی از چسب ها و موم ها دارای عمر کمی هستند. در معرض گرما، اکسیژن، بخار آب و … قرار گرفتند و می توانند در طول زمان کیفیت چسب را پایین بیاورند و از کارکرد خوب آن جلوگیری کنند.

موم یا چسب به عنوان یک ماده غیرفلزی که از مکانیسم چسبندگی ( ایجاد شده بین چسب و بستر) و مکانیسم انسجام (ایجاد شده در خود چسب) توسعه یافته است، می تواند به ۲ زیر مجموعه بپیوندد.

همان طور که در تعریف فوق بیان شده است، چسب یک ماده غیر فلزی است. معمولا ما به عنوان ماده ای که به وسیله ی پلیمرهای آلی در حالت مایع تشکیل شده است و زمانی که به کار گرفته می شود و بعد از پخت به صورت جامد در می آید یا سخت می شوند. به دنبال تعریف از چسب در هر جفت پیوند طرح زیر را پیدا می کنیم.

مبنی بر شکل قبلی و تعریف از چسب، نیاز داریم که ۳ مفهوم مهم را تعریف کنیم :

  • سطح/ لایه
  • چسبندگی
  • انسجام

تعریف سطح /لایه _ ارتباط بین چسب یا پیوند را که می خواهیم بگوییم، برای مثال :

  • اگر ۲ بشقاب آلمینیومی را به هم وصل کنیم، هر کدام از بشقاب های آلمینیومی یک سطح / لایه است، در این مثال لایه ی ۱ و لایه ی ۲ هر دو با هم مساوی هستند.
  • اگر بخواهید شیشه ی جلوی یک قاب رنگ شده ی آلمینیومی را به هم وصل کنید، ما یک لایه شیشه و یک لایه آلمینیوم رنگ شده خواهیم داشت.

در این مثال لایه ی ۱ با لایه ی ۲ فرق نی کند.

تعریف چسبندگی :

چسبندگی قدرت یا مکانیسمی است که چسب را با هر لایه نگه می دارد. کلمه ای که به مکانیسم چسبندگی یا قدرتی که در بین لایه ها ی باریک بین لایه و خودِ چسب است “لایه مرزی” گفته می شود.

تعریف انسجام :

قدرت انسجام همه ی قدرت یا مکانیسمی است که خود چسب دارد و نگه می دارد. تعریف چسب و انسجام به قدرتی که چسب را کنار لایه (چسبندگی) نگه می دارد و خودِ چسب ( انسجام) بر می گردد.

این قدرت ها مربوط می شوند به :

  • پیوند های شیمیایی
  • قدرت های درون مولکولی

پیوندهای شیمیاییِ با ظرفیت یکسان بین اتم ها توسعه پیدا می کنند. ساخت مولکولی و پلی مری  ممکن می شود، همچنین پیوندهای شیمیایی اجازه می دهد که زنجیره های مختلف پلیمری فشرده تر شوند و ساختار های پیوندی بلندتری داشته باشند. ( ترموستی/ قابل سفت شدن در مقابل حرارت) قدرت های درون مولکولی بین مولکول ها که رخ می دهد امکان ایجاد ساختارهای بی نظم با قابلیت ارتجاعی عالی و تغییر شکل پذیری (دگردیس پذیری) را می دهد. پیوندهای شیمیایی و قدرت درون مولکولی عنصرهای محکمی هستند که چسب را با سطح (چسبندگی ) و خود چسب (انسجام) را نگه می دارند. چسب، به هر جسمی که قادر به نگهداری مواد کنار هم در روشی علمی توسط اتصال سطح که در برابر جدایی مقاوت می کنند، گفته می شود. چسب به عنوان یک واژه ی کلی شامل؛ موم، لعاب، چسب، خمیر/سریش. واژه ای قابل جا به جایی که اغلب برای هر ماده ای آلی که به صورت پیوند چسبی است استفاده می شود. مواد غیر آلی مانند سیمان پورتلند، همچنین می توان آن را چسب در نظر گرفت. در مفهوم، آنها موادی را مانند آجر و میله بین سطح اتصالی کنار هم نگه می دارند، اما این مقاله بحث محدودی در مورد چسب های آلی، هم طبیعی و هم مصنوعی دارد.

چسب های طبیعی از زمان عهد عتیق شناخته شده اند. حکاکان مصری در ۳۳۰۰ سال قبل تکه ای باریکی از روکش چسبی را به نمایش گذاشته بودند که چوبی از درخت انجیر بوده است. پاپیروس، یک پارچه ی غیر بافتنی اولیه که شامل فیبرهایی از گیاهی نی مانند که با خمیر آرد به هم پیوند خورده است. قیر، رزین های درختی و موم زنبور عسل به عنوان عامل درزگیر و بتونه کاری (پوشش های محافظ)  و چسب در دوران باستان و قرون وسطی مورد استفاده قرار می گرفت. برگ های طلایی از نسخ خطی برگه ها را با سفیده تخم مرغ به هم پیوند می زدند و اشیاء چوبی را با چسبی از ماهی، شاخ، پنیر پیوند می زدند. تکنولوژیِ چسب های حیوانی و ماهی در طول قرن ۱۸ و قرن ۱۹  پیشرفت کرد، پلاستیک و نیترو سلولز بر پایه ی سیمان معرفی شدند. پیشرفت قطعی در تکنولوژی چسب، گرچه تا رسیدن قرن ۲۰ طول کشید، در طول این زمان چسب های طبیعی پیشرفت کرد و خیلی از مواد مصنوعی از آزمایشگاه ها خارج شدند تا چسب های طبیعی در بازارها جایگزین آنها شدند. تکنولوژی چسب بر رشد سریع هواپیما و صنعت هوافضا در نیمه دوم قرن ۲۰ تاثیرات بسیاری داشت. تقاضا برای چسب هایی که دارای درجه کیفیتی بالایی بودند و از استحکام ساختاری خوبی برخوردار بودند و در برابر شرایط آب و هوایی سخت و پوسیده شدن مقاوم بودند به پیشرفت اجرایی خوبی از مواد که سرانجام راه خود را به صنعت و برنامه های خانگی پیدا کردند، زیاد شده بود.

اولین استفاده از چسب در ایتالیای مرکزی

اولین استفاده از چسب در ۲۰۰ هزار سال قبل در ایتالیای مرکزی کشف شد هنگامی که در تکه سنگ توسط قیر پوست درخت توس پوشانده شدند. این اتفاق به عنوان قدیمی ترین کشف انسان برای استفاده از سنگ های قیر پوش در نظر گرفته می شود. چسب قیر درخت توس یک چسب تک جزئی ساده می باشد که پایه گیاهی و به اندازه کافی چسبناک بوده و نسبت به شرایط محیطی آسیب پذیر و شکننده می باشد. اولین استفاده از چسبهای ترکیبی در آفریقای جنوبی کشف شد. در آنجا تکه های سنگی ۷۰ هزار ساله کشف شده اند که به داخل دسته تبر وارد شده اند و با چسبی از ترکیب صمغ گیاهی و گِل اُخری (اکسید آهن طبیعی) به پوشش داده شده اند که افزودن گِل اُخری به صمغ گیاهی محصول قوی تری را تولید می کند و مانع از فروپاشی صمغ تحت شرایط مرطوب می شود. توانایی تولید چسبهای قوی تر به انسانهای عصر حجر میانه اجازه داد تا تکه های سنگ را با تنوع بیشتری به میله ها وصل کنند که این امر منجر به توسعه ابزارهای جدید شد.

چسب

مثال های بیشتری از استفاده چسب توسط انسان های ماقبل تاریخ در سایت های دفن اقوام باستانی کشف شده است.

مطالعات باستان شناسان در رابطه با چسب

باستان شناسان با مطالعه این سایت ها دریافته اند که ۶ هزار سال پیش مردان قبایل مردگان خود را همراه با ظروف گلی شکسته تعمیر شده با رزین های درختان دفن کرده اند. تحقیق دیگر توسط باستان شناسان استفاده از قیرهای سیمانی برای بستن عاج فیل به مجسمه در معابد بابلی حدود ۴ هزار سال قبل از میلاد مسیح را آشکار می کند.

در سال ۲۰۰۰ میلادی یک مقاله کشف مرد ۵۲۰۰ ساله را در مرز ایتالیا و اتریش گزارش داد که متعلقات متعددی همراه او کشف شد که در آنها آثاری از استفاده از چسب ارگانیک برای وصل کردن قطعات سنگ یا فلز به شفت های چوبی مشاهده شد. چسب به عنوان یک رزین آنالیز شد که نیازمند حرارت دادن در طول تولید آن بود.

نخستین ارجاعات به چسبها در ادبیات اولین بار در ۲۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح ظاهر شد. سوابق تاریخی بیشتر استفاده از چسب از دوران بین ۱۰۰۰-۱۵۰۰ پیش از میلاد مسیح پیدا شده است. آثار مکشوفه این دوره عبارتند از نقاشی هایی که عملیات چسب زدن چوب را به تصویر می کشد و یک تابوت ساخته شده از چوب و چسبی در آرامگاه پادشاه توت عنخ آمون. سایر آثار مصر باستان از چسب حیوانی به منظور اتصال یا لمینت کردن استفاده کرده اند. لمینت کردن چوب برای کمان و مبلمان منجر به طولانی کردن عمر آنها شده است و با استفاده از چسبی بر پایه کازئین (پروتئین شیر). همچنین مصریان باستان خمیرهای پایه نشاسته ای را برای چسباندن پاپیروس به لباسها و گچ ابداع کرده بودند.

از سال ۱ تا ۵۰۰ میلادی یونانیان و رومیان سهم زیادی در توسعه چسبها داشته اند. روکش کاری و معرق توسعه داده شد، تولید چسب از حیوان و ماهی بهبود یافت و سایر مواد استفاده شد. یونانیان استفاده از آهک هیدرات به عنوان ملات را آغاز کردند در حالی که رومی ها ملات آهکی را با استفاده از مخلوط کردن آهک با خاکستر آتش فشانی و شن و ماسه توسعه دادند. این ماده به عنوان سیمان پوزولانی شناخته می شود که در سازه های رونی استفاده شده است. همچنین رومی ها به عنوان اولین کسانی شناخته می شوند که از قیر و موم زنبور به عنوان درزگیر بین تخته های چوبی در قایق ها و کشتی ها استفاده کردند.

در آسیای مرکزی ظهور مغول ها در حدود سال ۱۰۰۰ میلادی به کمان های با قدرت و برد خوب چنگیزخان شناخته می شود. این کمان ها با استفاده از چوب درخت لیمو و شاخ گاو که توسط نوعی چسب ناشناخته چسبانده شده بودند، ساخته می شدند.

در اروپا استفاده از چسب در دوره ۱۵۰۰-۱۷۰۰ میلادی کاهش یافت. پس ازاین دوره کابینت و مبلمان سازان مشهور جهان شروع به استفاده از چسب نمودند. توسعه چسبهای مدرن از سال ۱۶۹۰ با ساخت اولین کارخانه چسب در هلند آغاز شد. این کارخانه چسبهایی از پوست حیوانات تولید می کرد. در سال ۱۷۵۰ اولین کارخانه چسب بریتانیایی برلی تولید چسب از ماهی شروع به کار کرد. دهه های بعدی قرن بعدی شاهد تولید چسب کازئین در کارخانه های آلمانی و سوئیسی بود. در سال ۱۸۷۶ اولین کارخانه آمریکایی با نام برادران راس برای تولید چسب کازئین شروع به کار کرد.

لاستیک طبیعی از سال ۱۸۳۰ به عنوان ماده اولیه برای تولید چسب استفاده شد. پیشرفت ها در صنعت خودروسازی و نیاز به ضربه گیرهای لاستیکی ملزم به داشتن پیوند قوی و پایدار بین لاستیک و فلز بود. این امر موجب تولید چسب پایه حلالی لاستیکی ب ای اتصال لاستیک به فلز در سال ۱۹۲۷ شد. در سال ۱۹۲۵ صنعت چسبهای نواری حساس به فشار ایجاد شد. کلیدی ترین قدم در توسعه پلاستیک های سنتزی معرفی پلاستیک های ترموست با نام کالیت فنولی در سال ۱۹۱۰ بود. دو سال بعد از رزین های فنولی به عنوان روکش لاک در تخته چندلایه استفاده شد. در اوایل دهه ۱۹۳۰ فنول ها اهمیت ویژه ای به عنوان چسب به دست آوردند. دهه های ۱۹۲۰ تا ۱۹۴۰ به واسطه جنگهای جهانی اول و دوم شاهد پیشرفت چشمگیر در توسعه و تولید پلاستیک ها و رزین های جدید بود. این پیشرفت ها از طریق استفاده از مواد جدید منجر به بهبود پیشرفت چسبها شد. با تغییر نیازها و تحولات تکنولوژی، توسعه چسبهای سنتزی جدید تا به امروز ادامه دارد. با این حال، به دلیل قیمت پایین همچنان استفاده از چسبهای طبیعی رایج می باشد.