Termal olaraq genişlənə bilən yapışdırıcı formulasiyası, qızdırılma zamanı tərkibindəki fiziki genişlənmə agentinin həcmcə böyüməsi sayəsində iki səth arasındakı boşluğu doldura bilən və daha sonra termoset çarpaz bağlanma ilə quruluşunu sabitləşdirən yapışdırıcı sistemidir. Bu tədqiqat BADGE/Dicy əsaslı bərk film yapışdırıcının genişlənməsini birbaşa izləmək üçün optik mikroskopa Peltier qızdırma lövhəsini inteqrasiya edən orijinal xarakterizasiya üsulu hazırlamışdır. Yapışdırıcı iki şüşə lövhə arasına sabit boşluqla yerləşdirilmiş; qızdırılma zamanı yumşalma, fiziki genişlənmə agentinin böyüməsi, üst şüşə ilə təmas, yayılma və bərkimə prosesləri real vaxtda müşahidə edilmişdir. Nəticələr uğurlu təmasın yaranmasının yalnız maksimum genişlənmədən deyil, genişlənmə ilə çarpaz bağlanma arasındakı zamanlamadan asılı olduğunu göstərir.

Tədqiqatda 1, 10, 20 və 30 °C·min⁻¹ qızdırma sürətləri ilə 130–175 °C arasında müxtəlif bərkimə temperaturları araşdırılmışdır. Fiziki genişlənmə agenti təxminən 140 °C ətrafında sürətlə böyüməyə başlamış, 150–160 °C intervalında daha sabit davranmış, daha yüksək temperaturlarda isə qabığın yığılması və uçucu maddə itkisi ilə əlaqəli həcm itkisi göstərmişdir. Xüsusilə 0,70 mm-lik boşluqda qızdırma sürətinin artırılması şüşə ilə təmas edən sahəni nəzərəçarpacaq dərəcədə yüksəltmişdir; yayılan səth 1 °C·min⁻¹-də %0,9 ± 0,3 olduğu halda 30 °C·min⁻¹-də %98,6 ± 0,3-ə çatmışdır.

Bu nəticələr yapışdırıcının mexaniki möhkəmliyinin birbaşa ölçümü deyil. Mikroskopiya üsulu əsasən genişlənmə, təmas və yayılma keyfiyyətini araşdırır. Bundan əlavə, tədqiqat seçilmiş bərk film BADGE/Dicy yapışdırıcısına və Unicell MS4600 fiziki genişlənmə agentinə xasdır; fərqli kimyəvi sistemlər və maye yapışdırıcı sistemləri ayrıca təsdiqlənməlidir.

Avtomobil yapışdırıcılarında boşluq problemi

Metal hissələrin yapışdırılması avtomobil istehsalında qaynaq və mexaniki birləşdirmə üsullarını tamamlayan mühüm montaj yanaşmasıdır. Epoksi əsaslı struktur yapışdırıcılar korroziyaya davamlılıq, yorulma möhkəmliyi və yükün paylanması kimi üstünlüklər təmin edə bilər. Lakin sac hissələrin formalaşdırılması zamanı metal/yapışdırıcı/metal sendviç quruluşunda lokal boşluqlar yarana bilər.

Bu boşluqlar yapışdırıcının qarşı səthlə tam təmas qurmasına mane ola bilər. Təmas çatışmazlığı həm yapışma performansını azalda, həm də suyun irəliləyə biləcəyi üstün yollar yarada bilər.

Tədqiqatda araşdırılan yanaşma ilkin qalınlığı təxminən 0,50 mm olan yapışdırıcının bərkimə zamanı həcmcə genişlənərək daha böyük boşluqları doldurmasıdır.

Termal olaraq genişlənə bilən yapışdırıcı necə işləyir?

Termal olaraq genişlənə bilən yapışdırıcı, termoset yapışdırıcı matrisinə əlavə olunan fiziki genişlənmə agenti mikrokürələrinin qızdırıldıqda böyüməsi ilə boşluğu doldurur; eyni temperatur dövründə BADGE/Dicy çarpaz bağlanma reaksiyası irəliləyərək genişlənmiş quruluşun sərtləşməsini təmin edir. Uğurlu nəticə üçün mikrokürə genişlənməsi yapışdırıcının özlülüyü həddindən artıq yüksəlməzdən əvvəl baş verməlidir.

BADGE/Dicy yapışdırıcı sistemi

Formulasiyanın əsas kimyəvi əsası bisfenol A diglisidil efir (BADGE) ilə disiandiamid (Dicy) arasındakı reaksiyadır. Dicy, stoxiometrik dəyərə nisbətən 1,35 molar artıq istifadə edilmişdir. Kommersiya formulasiyası həmçinin %0,35 kütlə payında karbamid əsaslı sürətləndirici və %10–15 intervalında mineral doldurucu ehtiva edir.

Tədqiqatda iki əsas formulasiya müəyyən edilmişdir:

• TEAF: fiziki genişlənmə agenti ehtiva edən termal genişlənə bilən yapışdırıcı.
• TEAFW: fiziki genişlənmə agenti ehtiva etməyən müqayisə formulasiyası.

TEAF daxilində PEA nisbəti %1–3 kütlə intervalındadır. Filmlər otaq temperaturunda bərkdir, təxminən 85 °C şüşələşmə temperaturuna və 0,50 ± 0,03 mm ilkin qalınlığa malikdir.

Kommersiya sirri səbəbindən bütün komponent nisbətləri açıqlanmamışdır. Buna görə tədqiqat metodoloji baxımdan ətraflı olsa da, kommersiya formulasiyasının tam kimyəvi şəkildə yenidən hazırlanmasını mümkün etmir.

Fiziki genişlənmə agenti

İstifadə olunan Unicell MS4600 PEA bərk polimer qabıq daxilində maye alkan qarışığı daşıyan sferik mikrohissəciklərdən ibarətdir. Qızdırıldıqda nüvə buxarlanır və polimer qabığı xaricə doğru genişləndirir.

Mikrokürələrin ilkin orta diametri təxminən 15–20 µm-dir. Təchizatçı məlumatına görə agent təxminən 113–123 °C ətrafında genişlənməyə başlamalı və 163–175 °C ətrafında maksimum həcmə çatmalıdır. Tədqiqatın mikroskop müşahidələrində isə aydın sürətli genişlənmə təxminən 140–150 °C intervalında görülmüşdür.

PEA-nın temperaturla davranışı

130 °C-də mikrokürələr 25 dəqiqənin sonunda belə ilkin ölçülərinə yaxın qalmışdır. 140 °C-də böyümə ilk dəqiqə ərzində başlamış və təxminən beş dəqiqə ərzində böyük ölçüdə tarazlaşmışdır.

150 °C-də orta diametr 25 dəqiqənin sonunda 92,72 ± 4,23 µm-ə çatmışdır. Bu, araşdırılan izotermal temperaturlar arasında güclü və sabit genişlənmə davranışını göstərir.

165, 170 və 175 °C-də isə fərqli davranış ortaya çıxmışdır. Orta diametr ilk beş dəqiqə ərzində təxminən 90 µm səviyyəsinə qalxdıqdan sonra azalmağa başlamışdır. 25 dəqiqənin sonunda orta diametr:

• 165 °C-də 81,94 ± 4,82 µm,
• 170 °C-də 76,39 ± 6,10 µm,
• 175 °C-də 66,55 ± 7,33 µm

kimi ölçülmüşdür.

Mənbə bu kiçilməni qabıqdakı çatlar və ya polimer divar vasitəsilə diffuziya nəticəsində daxili uçucu maddələrin itirilməsi və qabığın zamanla yığılması ilə əlaqələndirir.

Uzun müddət yüksək temperaturda nə baş verir?

175 °C-də 1 saatlıq qızdırma zamanı genişlənmiş kürələrin bir-birinə yaxınlaşaraq koalesans göstərdiyi və qabıqların yığıldığı müşahidə edilmişdir. Beləliklə, əvvəlcə ayrı kürələrdən ibarət sistem zamanla bir-birinə bağlanan daha nizamsız quruluşa çevrilə bilər.

Soyudulduqdan sonra mikrokürələr ilkin ölçü və paylanmalarına qayıtmır. Mənbə bu müşahidəni genişlənmə prosesinin geri dönməz xarakterinə işarə edən nəticə kimi qiymətləndirir.

Yapışdırıcının çarpaz bağlanması

BADGE/Dicy reaksiyasında əsas mərhələlərdən biri Dicy-nin BADGE üzərindəki oksiran halqasını açmasıdır. Bu proses hidroksil qrupları yaradır və ardınca nitril qrupları ilə müxtəlif çarpaz bağlanma reaksiyaları baş verə bilər.

FTIR-ATR ölçmələrində 910 və 874 cm⁻¹ ətrafındakı piklərin azalması oksiran halqalarının sərf olunması ilə əlaqələndirilmişdir. Bərkimədən sonra 1682–1686 cm⁻¹ bölgəsində yeni zolaqların yaranması və bəzi digər zolaqlardakı sürüşmələr çarpaz bağlı quruluşun yaranması ilə əlaqələndirilmişdir.

Mənbə TEAF formulasiyasında müşahidə edilən spektral dəyişikliklərin tsiklik karbamid qruplarına aparan mexanizmlə uyğun ola biləcəyini irəli sürür. Lakin bu şərh mexanizm hipotezi xarakteri daşıyır və müəlliflər sürətləndiricisiz formulasiya ilə əlavə təcrübələrin lazım ola biləcəyini bildirirlər.

Genişlənmə ilə bərkimənin sinxronlaşdırılması niyə vacibdir?

Genişlənmə ilə bərkimənin sinxronlaşdırılması vacibdir, çünki fiziki genişlənmə agenti yapışdırıcı hələ kifayət qədər aşağı özlülükdə olarkən böyüməlidir; çarpaz bağlanma çox erkən irəliləsə, özlülük yüksələrək mikrokürələrin böyüməsini və yapışdırıcının boşluğu doldurmasını məhdudlaşdırar, həddən artıq gec sərtləşmə isə genişlənmiş quruluşun istənilən anda sabitlənməsini gecikdirə bilər.

Qızdırma sürətinin DSC davranışına təsiri

DSC ölçmələri 1, 10, 20 və 30 °C·min⁻¹ qızdırma sürətlərində aparılmışdır. Qızdırma sürəti artdıqca bərkimənin başlanğıc və pik temperaturları daha yüksək temperaturlara sürüşmüşdür.

175 °C-yə çatdıqda təxmini çevrilmə dərəcələri 1, 10, 20 və 30 °C·min⁻¹ üçün müvafiq olaraq %100, %55, %18 və %6 hesablanmışdır. Bu nəticə yavaş rampalarda çarpaz bağlanmanın daha aşağı temperaturlarda və daha erkən irəlilədiyini göstərir.

1 °C·min⁻¹ şəraitində yapışdırıcı PEA-nın güclü şəkildə genişlənməsindən əvvəl əhəmiyyətli dərəcədə çarpaz bağlanır. Mənbənin şərhinə görə yüksələn özlülük sonradan mikrokürə böyüməsini məhdudlaşdıra bilər.

20 və 30 °C·min⁻¹ şəraitində isə PEA genişlənməsi təxminən 140–141 °C ətrafında baş verərkən aydın bərkimə başlanğıcı müvafiq olaraq 148 və 154 °C-dir. Beləliklə genişlənmə yapışdırıcı matrisi sərtləşməzdən əvvəl başlaya bilər.

İzotermal bərkimə temperaturunun təsiri

130, 140, 160 və 175 °C izotermal bərkimə şəraitində çarpaz bağlanmanın tamamlanma müddəti temperatur artdıqca qısalmışdır.

130 və 140 °C-də bərkimiş materialların daha aşağı şüşələşmə temperaturu və daha aşağı reaksiya entalpiyası göstərməsi, bu şəraitdə çarpaz bağlanmanın 160 və 175 °C şəraitinə nisbətən daha az irəliləmiş ola biləcəyinə işarə edir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Optik mikroskopiya qurğusu

PEA genişlənməsini izləmək üçün Olympus BX51 optik mikroskopu və Olympus DP20 CCD kamerası istifadə edilmişdir. Mikroskop transmissiya rejimində ×50 ilə ×500 böyütmə intervalında işlədilmişdir.

Temperatur nəzarəti LTS350 Peltier qızdırma lövhəsi və TP94 temperatur modulu ilə təmin edilmişdir. Bu qurğu nümunənin müəyyən edilmiş temperatur rampası boyunca mikroskop altında birbaşa müşahidə olunmasını mümkün etmişdir.

PEA hissəcik ölçüləri ImageJ 1.54g ilə təhlil edilmiş və hər şərait üçün 250 hissəciyin diametri əl ilə ölçülmüşdür.

İki şüşə lövhə arasındakı yapışdırıcı təcrübəsi

Orijinal xarakterizasiya üsulunda təxminən 10 × 10 × 0,50 mm ölçüdə və təxminən 0,05 g kütlədə xam yapışdırıcı parçası iki mikroskop şüşəsi arasına yerləşdirilmişdir.

Teflon zolaqlar iki şüşə arasında sabit boşluq yaratmaq və kənar təsirlərini məhdudlaşdırmaq üçün istifadə edilmişdir. Üst şüşənin üzərinə 24,4 g ağırlığında deşikli metal hissə yerləşdirilmişdir.

İki boşluq hündürlüyü sınaqdan keçirilmişdir:

• 0,50 mm,
• 0,70 mm.

Xam yapışdırıcının ilkin qalınlığı təxminən 0,50 mm olduğundan 0,70 mm quruluşunda real həcm boşluğu mövcuddur və genişlənmə bu fərqi bağlamalıdır.

Səth təması necə ölçüldü?

Mikroskop görüntülərində üst şüşə ilə təmas edən yapışdırıcı sahələri tünd, təmas etməyən sahələr isə açıq görünür. Görüntülərin kontrastı ImageJ ilə artırılmış və Huang həddləmə üsulu istifadə edilərək təmas sahəsi faizlə hesablanmışdır.

Hər nümunə üçün beş görüntü təhlil edilmişdir.

Bu ölçmənin “yapışma möhkəmliyi” olmadığını vurğulamaq lazımdır. Ölçülən kəmiyyət şüşə ilə təmas edən səthin nisbətidir və real mexaniki bağ möhkəmliyini birbaşa ölçmür.

Qızdırma zamanı müşahidə olunan mərhələlər

Optik mikroskop altında ardıcıllıqla aşağıdakı səth dəyişiklikləri müşahidə edilmişdir:

1. Başlanğıc: bərk film quruluşu.
2. Boşluq yaranması: Tg keçildikcə material yumşalır və səthdə boşluqlar görünür.
3. Genişlənmə: PEA mikrokürələri böyüməyə başlayır.
4. “Pop” mərhələsi: PEA-nın səthdə sürətlə görünən hala gəldiyi keçid.
5. Yayılma: genişlənən yapışdırıcı üst şüşəyə çatır və təmas sahəsi böyüyür.
6. Sabitləşmə/bərkimə: çarpaz bağlanma irəlilədikcə quruluş sərtləşir.

0,50 və 0,70 mm boşluqların müqayisəsi

20 °C·min⁻¹ qızdırma və 175 °C-də 25 dəqiqəlik bərkimə şəraitində:

0,50 mm quruluşunda şüşə səthi ilə demək olar tam təmas yaranmışdır. 0,70 mm boşluqda isə eyni termal dövr yapışdırıcının yalnız təxminən səthin yarısı ilə təmas etməsinə imkan vermişdir.

0,50 mm boşluqda qızdırma sürəti

1 °C·min⁻¹-lik yavaş qızdırma istisna olmaqla digər üç şəraitdə demək olar tam səth təması əldə edilmişdir.

0,70 mm boşluqda qızdırma sürətinin güclü təsiri

Bu sıra tədqiqatın ən aydın nəticələrindən biridir. Daha böyük 0,70 mm boşluqda qızdırma sürəti artdıqca təmas sahəsi böyük ölçüdə artmışdır.

1 °C·min⁻¹ şəraitində yapışdırıcı erkən çarpaz bağlandığı üçün özlülük yüksəlmiş və genişlənmə böyük ölçüdə maneələnmişdir. 30 °C·min⁻¹ şəraitində isə PEA-nın genişlənməsi daha erkən baş vermiş, yapışdırıcı üst lövhəyə daha aşağı temperaturda çatmış və demək olar tam təmas təmin etmişdir.

150 °C PEA üçün niyə vacibdir?

PEA-nın ayrıca araşdırıldığı təcrübələrdə 150 °C izotermal şərait genişlənmə baxımından ən səmərəli şəraitlərdən biri kimi bildirilmişdir. Lakin istinad yapışdırıcı sisteminin sənaye bərkimə temperaturu 175 °C-dir.

Bu iki optimumun fərqli olması tədqiqatın əsas mühəndislik problemini yaradır: fiziki genişlənmə agentinin ən yaxşı davranışı ilə termoset matrisin istənilən çarpaz bağlanma şəraiti eyni temperaturda baş verməyə bilər.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Optik mikroskop + Peltier qızdırma qurğusu genişlənən yapışdırıcıların bərkimə zamanı birbaşa müşahidəsini mümkün etmişdir.
• PEA-nın sabit genişlənməsi araşdırılan sistemdə təxminən 140–160 °C intervalında müşahidə edilmişdir.
• 160 °C-dən yuxarı uzunmüddətli qızdırma mikrokürələrdə kiçilmə və çökmə meylini artırmışdır.
• Qızdırma sürəti çarpaz bağlanmanın başlanğıc temperaturunu və yapışdırıcının genişlənmə üçün istifadə edilə bilən özlülük pəncərəsini dəyişdirmişdir.
• 0,70 mm boşluqda sürətli qızdırma şüşə ilə təmas sahəsini böyük ölçüdə artırmışdır.
• Genişlənmə ilə bərkimə arasındakı zamanlama boşluq doldurma performansının kritik müəyyənedicilərindən biridir.

Bu üsul real yapışma möhkəmliyini ölçürmü?

Xeyr. Təklif olunan mikroskopiya üsulu əsasən yapışdırıcının genişlənmə davranışını, iki səth arasındakı boşluğu doldurma qabiliyyətini və üst şüşə ilə təmas edən səthin nisbətini xarakterizə edir; tədqiqat birbaşa kəsmə, soyulma və ya dartılma tipli mexaniki yapışma möhkəmliyi ölçümü aparmır. Buna görə yüksək yayılan səth faizi daha yaxşı təmas şəraitini göstərir, lakin təkbaşına son mexaniki bağ möhkəmliyinə bərabər deyil.

Məhdudiyyətlər

• Kommersiya formulasiyasının bütün komponent nisbətləri açıqlanmamışdır.
• PEA davranışı Unicell MS4600-a xasdır; digər fiziki genişlənmə agentləri fərqli temperatur pəncərələri göstərə bilər.
• Üsul hazırkı formasında bərk film şəklində olan termoset yapışdırıcılara yönəlmişdir.
• Müəlliflər üsulun maye epoksi və ya poliuretan sistemlərinə birbaşa tətbiq edilə bilməyə biləcəyini bildirirlər.
• Şüşə lövhə modeli real avtomobil metal səthlərinin bütün kimyəvi, mexaniki və həndəsi xüsusiyyətlərini təmsil etmir.
• Təmas faizi birbaşa yapışma möhkəmliyi deyil.
• Üsulun daha geniş formulasiya və genişlənmə agenti ailəsində təsdiqlənməsi tələb olunur.

Tətbiqi mənası

Bu üsulun mühəndislik dəyəri genişlənə bilən yapışdırıcının yalnız son köpük quruluşuna baxmaq əvəzinə bərkimə prosesi davam edərkən boşluğu nə vaxt və necə doldurduğunu birbaşa izləyə bilməsidir.

Bu yanaşma xüsusilə metal/yapışdırıcı/metal sendviç strukturların istehsalında, formalaşdırma səbəbindən yarana biləcək boşluqları doldurmaq üçün istifadə olunan genişlənə bilən yapışdırıcıların termal dövrlərinin müqayisəsində faydalı ola bilər.

Mənbə və Metod Qeydi

Bu Verianla məzmunu Florian Cavodeau, Sophie Bistac və Maurice Brogly tərəfindən hazırlanmış An Original Method to Characterize the Expansion of Thermally Self-Expandable Adhesive Thermoset Formulations Using Optical Microscopy adlı tədqiqata əsaslanaraq müstəqil şəkildə hazırlanmışdır.

Məqalə Adhesives jurnalında 2026-cı ildə, Cild 2, Məqalə 10 olaraq dərc edilmişdir. DOI: 10.3390/adhesives2020010. Nəşr tarixi 2 May 2026-dır. Nəşriyyat MDPI-dır və tədqiqat Creative Commons Attribution (CC BY) lisenziyası altında açıq girişli olaraq yayımlanmışdır.

Tədqiqat BADGE/Dicy əsaslı termal genişlənə bilən bərk film yapışdırıcısını fiziki genişlənmə agenti Unicell MS4600 ilə birlikdə araşdırır. Genişlənmə davranışı optik mikroskop və Peltier qızdırma lövhəsi ilə izlənmiş; çarpaz bağlanma prosesi DSC və FTIR-ATR ilə xarakterizə edilmişdir.

Optik xarakterizasiya üsulu iki şüşə lövhə arasındakı idarə olunan 0,50 və 0,70 mm boşluqlarda yapışdırıcının genişlənməsini və təmas sahəsini birbaşa müşahidə edir. ImageJ PEA hissəcik diametrini və üst şüşə ilə təmas edən səthin nisbətini təhlil etmək üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqat birbaşa mexaniki yapışma möhkəmliyi sınağı deyil. “Spreaded surface” kimi verilən faizlər üst şüşə ilə təmas edən sahəni təmsil edir. Buna görə təmas nisbəti ilə son bağ möhkəmliyi eyni elmi kəmiyyət deyil.

Tədqiqat qismən L&L PRODUCTS EUROPE SAS tərəfindən maliyyələşdirilmişdir. Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bildirmişlər. Xam məlumatların, o cümlədən mikroskop videolarının, sorğu əsasında tədqiqatçılar tərəfindən paylaşıla biləcəyi qeyd edilmişdir.

Mənbədə təqdim olunan optik mikroskop görüntüləri, DSC əyriləri və kimyəvi reaksiya sxemləri bu mətndə eynilə yenidən yayımlanmamışdır. Rəqəmsal məlumatlar və metodoloji əlaqələr mənbəyə sadiqlik qorunaraq Verianla üçün yenidən qurulmuşdur.