Yapıştırıcı çeşitleri

Yapısal yapışkanlar, epoksi (termal dirençli ve yüksek mukavemetli), akrilikler (hızlı bağlanma kabiliyeti olan çok yönlü yapıştırıcılar, daha az yüzey işlemi gerektirir), siyanoakrilatlar (plastik ve kauçuk hızla iyileşebilir ancak sıcaklık ve neme karşı zayıf direnç), poliüretanlar (düşük sıcaklıklarda esnek ve yorulmaya dayanıklı), anaerobikler (silikon alt tabakaların yapıştırılması için uygun), silikonlar (10 düşük stresli uygulama için mükemmel dolgu macunu, yüksek sıcaklık direnci ve yüksek derecede esneklik sunar) ve yüksek sıcaklık yapıştırıcıları (poliimidler, bismaleimidler ve fenolikler). Kompozit malzemeler için yüksek sıcaklık reçine matris sistemlerinin kullanımının artması sebebiyle onlarla uyumlu ve eşit derecede termal olarak stabil çalışabilecek yapışkan sistemlerin geliştirilmesi gerekmektedir. Bileşik matrisler olarak yaygın olarak kullanılan epoksiler, reçine ve yapışkan arasındaki uyumluluk nedeniyle kompozitler birleştirmek için sıklıkla kullanılırlar (da Silva ve ark., 2011).

Mükemmel bir bağ elde etmek için uygun bir yapıştırıcı kullanılmalıdır. Uygun bir yapıştırıcı seçmek, genellikle çok çeşitli seçenekler nedeniyle titiz bir işlemdir. Tüm uygulamalar için uygun olan evrensel bir yapıştırıcı henüz yoktur. Dolayısıyla, bir yapışkanın seçiminde müşterek ömrü, jel-zamanı, sertleşme süreci, yapışkan uygulama yöntemi ve alt tabaka türü ve malzeme özellikleri, çalışma sırasında beklenen stresler ve

çevre koşulları gibi birkaç faktöre bağlıdır. Bir yapıştırıcının maliyeti yapıştırıcı seçiminde özellikle kritik bir faktördür.

Yapışkan özellikleri önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle, çeşitli konfigürasyonlarda TTBB'lardaki gerilmeleri değerlendirmek için bir yapıştırıcının mekanik özellikleri belirlenmelidir. Bunlar, gerilme-şekil değiştirme eğrisi, elastikiyet modülü ve hasar yükü ve şekil değiştirmeyi içerir (Hyer, 2009).

Hasar yükü ve şekil değiştirme gibi spesifik parametrelerle birlikte yapıştırıcı özelliklerinin geliştirilmesi için yaygın olarak kullanılan testler için özel test numunelerine ihtiyaç vardır. Yapışma yüzeyinde kohesiv hasarının meydana gelmesi için yüzey hazırlığının yeterli şekilde yapılması gerekmektedir ve test numunesi geometrisine gerilmenin saf bir alan oluşturarak yayılması gerekmektedir. Temas noktasına düzenli bir şekilde dağılması ve birleşme çizgisi boyunca stresin yağunlaşmaması gerekmektedir (Reddy, 2006).

Yapıştırıcı karakteristiğini deneysel olarak net bir şekilde belirlemek için birçok ISO ve ASTM standartları geliştirilmiştir. Geliştirilen bu test metodları genel olarak soyulma, kayma, çekme, basma mukavemeti, yorulma ve dinamik özelliklerini elde etmek için kullanılmaktadır. Örneğin, ASTM D3433 standardında belirlenmiş olan çift konsol kiriş (ÇKK) testi kırılma mekaniğini incelemek için kullanılan geleneksel test metodudur (Volkersen, 1938, Goland ve Reissner, 1944, Allman, 1977, Ojalvo ve Eidinoff, 1978, Professor ve William, 1980, Chen ve Cheng, 1983, Adams ve Mallick, 1992, Luo ve Tong, 2004).

2.1.2.1 Epoksi reçine

Epoksi reçineler termoset polimer grubundan olup monomer konfigürasyonlarında iki veya daha fazla oksiran (epoksit grubu) halkası ile karakterize edilmiş malzemelerdir (Ratna, 2009). Bu halkalar, çok yönlü yapısal uygulanabilirliklerine bağlı olarak çapraz bağlanmış bileşikler oluşturan çeşitli reaksiyonlara katılabilir. Bu reçineler kürleştiğinde çok yönlü yapısal uygulanabilirliklerine bağlı olarak çapraz bağlı bileşikleri oluşturan çeşitli reaksiyonlarla birlikte yapısal uygulamalar için uygun malzeme formunu alırlar. Şekil 2.2. ’de epoksit halkasının yapısı görülmektedir.

Şekil 2.2. Epoksit halkası

Epoksit yapıştırıcılar birçok komponentlerin yapıştırılmasında yaygın olarak kullanılırlar. Birbirine benzer olan ya da olmayan parçaların yapıştırılmasında kullanılan çok yönlü bir yapışkandır. Böylece alüminyum ve alaşımları, titanyum ve alaşımları, düşük ve yüksek karbon çelikleri, nikel, bakır, fiber takviyeli plastikler (termoplastik ve termoset matrisli kompozitlerin her ikisi de), cam, beton ve ahşaplar gibi tabakaların hepsinde kullanılmaktadır. Bu da demek oluyor ki havacılık, otomotiv, inşaatlar, elektrik ve elektronik, mobilya, aşındırıcılar (taşlar, zımparalar) gibi geniş bir alanda kullanılabilmektedir.

Dezavantaj olarak, bu reçine sistemleri düşük tokluk değerlerine sahiptir. Kırılganlığın, yüksek çapraz bağlanmalarıyla ilişkili olabileceğine inanılmaktadır ve bu da moleküler hareketi zorlaştırmaktadır. Bu da kırılma sırasında düşük enerji emilimine ve dolayısıyla daha düşük kırılma tokluğuna neden olur (Scherzer, 1994). Bu problemin sertleştirme süresi ve işleme tekniği gibi işlem parametrelerini optimize ederek üstesinden gelinebilir. Bu üstün özelliklerinden dolayı polimerlerin sertleştirilmesi yüksek bir ilgi konusu olmuştur ve dezavantajlarını çözmek için de farklı yaklaşımlar değerlendirilmektedir. İşleme kolaylığı nedeniyle, sekonder faz takviyesi, geleneksel işleme yöntemlerine göre çeşitli avantajlara sahiptir. Ayrıca, ticari uygulamalara ve gelişmelere bakıldığında, polimerlerin sekonder takviyesi, tek tek malzemelerde bulunmayan özelliklerin elde edilmesi için en kolay yollardan biridir.

Epoksi sistemleri için yaygın olarak kullanılan ikincil bir takviyeler, karbon nanotüpler (CNT's), fullerenler (Bucky balls) ve grafen nanoparçacıklar (GNP) gibi karbon esaslı nanopartikülerdir (McElvain ve ark., 1997). Karbon ailesinin tüm nano formlarında, istisnai mekanik, termal, elektriksel ve bariyer özelliklerinden dolayı sekonder faz takviye malzemesi olarak grafenin kullanımı konusunda artan bir ilgi vardır.

Epoksi halkası özellikle aktif hidrojen atomu olduğunda açılabilir. Aktif hidrojen grubu alifatik ve aromatik aminler, alkol grupları gibi malzemelerden elde edilir. Birleşme reaksiyonu infüzyon olabilme yapısına sahip iki reaktif türe sahip olması koşuluyla (bunlardan biri en ikiden fazla içermelidir) bir çapraz bağa sebep olur (Packham, 2005).

Üçüncül aminler, imidazoller, BF3 bileşikleri, antimuan fluorür bileşikleri ve iodinyum ce fülfonyum tuzları gibi diğer malzemeler anyonik ve katyonik olarak epoksi reçinenin sertleşmesinin başlatıcısı olabilirler.

Bisfenol epoksi reçinenin amino gruplarındaki aktif hidrojenlerin her ikisinin de epoksi halkasını reaktif edecek olan bir aromatik amin ile sertleşmesinin tipik şematik gösterimi şekil 2.3. ‘de verilmiştir.

Şekil 2.3. Epoksi yapıştırıcıların kürleşme esnasında çapraz bağlanması (Packham, 2006)