چکیده
نوع اتصال چسبی متداولترین روش در لوله و اتصالات PVC است. در اتصال به روش چسبی، مدت زمان خشک شدن چسب و قدرت پیوند ایجاد شده از عوامل مهم در انتخاب چسب حلالی مناسب PVC می¬باشند. در این مطالعه، ویژگی¬ها و قدرت چسبندگی دو چسب حلالی از برندهای مختلف وارداتی مطابق با استاندارد ملی ایران به شماره 1174 بررسی می¬شوند. در این مطالعه، استحکام برشی برروی آزمونه¬هایی از لوله با قطر اسمی 20 (20 میلی متر) که با مادگی آن به روش چسبی متصل شده¬اند، در فواصل زمانی 1 ساعته، 24 ساعته و 336 ساعته مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین با مشاهده عکس هایی که پس از جدایش محل های اتصال تهیه شده است، کیفیت چشمی متصل شدن هر چسب، بررسی شد. یکنواختی توزیع شدن چسب خشک شده در سطح آزمونه را می توان به کیفیت چسب ارتباط داد. از نتیجه این پژوهش به نظر می رسد که هر دو چسب مناسب می باشند ولی قدرت چسبندگی چسب حلالی S1 از چسب حلالی S2 بیشتر است.
 

1- مقدمه
پلی (وینیل کلراید) (PVC) دومین ترموپلاستیک رایج بعد از پلی الفین¬ها می¬باشد و سالیان زیادی است که بطور گسترده¬ در صنعت استفاده می¬شود. بطور عمومی بیش از ۵۰ درصد از  PVCتولید شده در دنیا در ساختمان سازی به علت ارزانی و اتصال راحت استفاده می‌شود [1].
روش های اتصال لوله و اتصالات PVC را می توان به اتصال چسبی و پوش فیت تقسیم بندی نمود که نوع اتصال چسبی متداولتر است. از معايب نصب سامانه لوله گذاری به صورت پوش فيت می توان به افزایش یافتن هزینه های نصب اشاره نمود.
در اتصال چسبی، چسب نقش يك حلال را ايفا نموده كه سطح بيروني اتصال نرگي و سطح دروني اتصال مادگي را در خود حل نموده و پس از مدتي باعث يكپارچه شدن دو سطح اتصال و در نهايت يك جوش بين دو سطح به وجود مي آورد. برای چسباندن دو اتصال نرگی و مادگی PVC به یکدیگر توسط چسب PVC، استفاده از واژه “Cement” صحیح نمی باشد. این واژه برای چسبیدن دو قطعه لاستیکی مناسب است. با توجه به یک فاز شدن نرگی و مادگی پس از چسب زدن با چسب PVC، استفاده از واژه “Solvent Cement” توصیه می شود. زیرا دو قطعه در یکدیگر توسط چسب حل و جوش می شوند.  
چسب حلالی PVC آمیزه ای از پلیمرهای پلاستیکی، غلظت دهنده ها و پایدارکننده ها که در مخلوطی از حلال ها حل شده اند، می باشند. اغلب این چسب مایعی ویسکوز و یکنواخت است. این چسب ها برای محل های اتصال از جنس پی وی سی نرم یا پلی اتیلن یا پلی پروپیلن استفاده نمی شود. این چسب ها برای مصارف ساختمانی هم چون انواع محل های اتصال مربوط به پروفیل ها و لوله های فاضلاب و برای مصارف آبرسانی و کشاورزی کاربرد دارند.
هرچه وزن مولکولي حلال بيشتر باشد کمتر بداخل پلاستيک نفوذ مي کند و با سرعت کمتري تبخير مي شود و از طرف ديگر حلال هاي خيلي سبک، زود تبخير مي شوند و فرصتي براي نفوذ به داخل سطح را نخواهند داشت. از اینرو معمولا از مخلوط دو يا چند حلال با فراريت هاي مختلف در ساخت چسب حلالی استفاده مي شود. به لحاظ فراريت زياد حلال، بسته بندي اين محصول بايد به گونه اي باشد که حلال در حين حمل يا عدم استفاده تبخير نگردد وگرنه چسب خاصيت خود را از دست خواهد داد. 

چسب غلیظ شده را نباید با حلال ها رقیق نمود زیرا خاصیت چسبندگی خود را از دست می دهند. همچنین چسب نباید در معرض هوای آزاد قرار بگیرد زیرا حلال آن تبخیر می شود و به صورت ژلاتین در می آید و دیگر قابل استفاده نیست. در استفاده از چسب ها باید توجه داشت که بعضی از چسب ها را نمی توان در درجه حرارت پایین به لوله زد و بعضی از چسب ها زود سفت می شوند و کار با آنها را باید به سرعت انجام داد. 

در متصل نمودن لوله و اتصالات PVC برای کاربردهای فاضلابی، به علت تحت فشار داخلی نبودن قطعات از سوی سیال داخل، نوع چسب حلالی زیاد دارای اهمیت نمی باشد. اما در کاربردهای تحت عنوان فشار قوی به دلیل اینکه باید محل اتصال نیز تحت آزمون فشار داخلی هیدرواستاتیک حداقل 6/1 برابر فشار اسمی (PN) لوله متناظر قرار گیرد، استفاده از چسب حلالی مناسب بسیار با اهمیت می باشد [2].
استاندارد ملی ایران به شماره 1174 (1353) که برگرفته از استاندارد بین المللی ایزو 1-7387 (1983) می باشد، در سال 2009 میلادی (1392 شمسی) مورد تجدید نظر واقع شده است. قدمت این استاندارد بیانگر قدمت لوله های PVC برای کاربردهای آبرسانی تحت فشار در دنیا می باشد [3].
در مطالعه حاضر، دو چسب حلالی وارداتی با نام های S1 و S2 از لحاظ قدرت چسبندگی مورد بررسی قرار می گیرند. این دو چسب از ترکیه و آلمان وارد شده اند. بررسی توسط آزمون استحکام برشی و نیز از طریق بررسی های ظاهری و میزان پرکننده صورت می پذیرد. این آزمون ها در آزمایشگاه شرکت پلیمرتوس انجام شده است و دستگاه کشش دارای گواهی کالیبراسیون معتبر می باشد.

2- روش تحقیق

1-2- تهیه آزمونه جهت بررسی استحکام برشی
جهت انجام آزمون استحکام برشی مراحل ذیل باید برای هر چسب به طور جداگانه انجام پذیرد.
1-    لوله به قطر اسمی20 را به قسمت های مساوی به اندازه mm  75 برش داده.
2-    قطعات برش خورده را به صورت گروه های دو تایی تقسیم نموده.
3-    طبق شکل 1، یکی از قطعات هر گروه را با استفاده از دستگاه کوپل، تبدیل به مادگی (بوشن) نموده.
4-    مشخص نمودن ناحیه ای به اندازه mm 10 برروی قطعه نری، که باید چسب خورده شود و داخل مادگی شود. 
5-    شستن قطعات با مواد شوینده و سپس خشک نمودن آنها با پارچه ای تمیز.
6-    با استفاده از یک قلم مویی باریک، مقداری چسب حلالی با مقدار برابر را بر روی قسمت مشخص شده نری و داخل مادگی پخش نموده.
7-    بلافاصله محل های چسب خورده را به هم متصل نموده و با اعمال نیرو به سمت جلو به مدت 30 ثانیه نگه داشته و حداقل 10 دقیقه هیچ ضربه ای به آن وارد نشود.
8-    چسب بیرون زده را با پارچه تمیز، پاک نموده.
نرگی و مادگی مطابق شکل 1 تهیه می شوند. 
 

این آزمون در سه بازه زمانی 1، 24 و 336 ساعته انجام می پذیرد. نیرو اعمال شده با سرعت mm/min 5 و توسط دستگاه کشش مطابق شکل 2 صورت می پذیرد.
استحکام برشی قطعات به هم چسبیده از معادله 1 به دست می آید:
 

R: استحکام برشی بر حسب مگاپاسکال (MPa)؛
F: نیروی لازم جهت انفصال بر حسب نیوتن (N)؛
d: قطر داخلی بوشن بر حسب میلی متر (mm)؛
L: طول قسمت اتصال بر حسب میلی متر (mm)؛
 

2-2- تهیه آزمونه جهت بررسی چشمی ناحیه چسب خورده
جهت بررسی چشمی پیوند ایجاد شده پس از جدایش، 12 آزمونه مستطیل شکل به طول mm 70 مطابق شکل 3 در دو گروه شش تایی تهیه می شود. سپس برروی 3 آزمونه در یک گروه از چسب S1 و در گروه دیگر از چسب S2 به مقدار برابر و به طول mm 30، پخش می شود. سه آزمونه دیگر هر گروه را برروی آنها به مدت 2 ساعت قرار داده و پس از این زمان آنها را در میان دو فک دستگاه کشش، با اعمال نیرو با سرعت mm/min 5، از یکدیگر جدا نموده و از نظر چشمی بررسی می شود.
 

3-2- درصد خاکستر

هدف از این بررسی مقایسه استفاده از مواد معدنی در چسب حلالی می باشد. اغلب باید میزان استفاده از پرکننده حداکثر 5 درصد باشد [4]. 
در ابتدا کروزه خالی را درون کوره با حرارت 850 درجه سانتی گراد قرار داده تا به جرم ثابتی برسد، سپس آنرا درون دسیکاتور قرار داده تا به دمای اتاق بازگردد. سپس کروزه را با دقت یک ده هزارم گرم توزین کنید. مقدار 5-2 گرم نمونه را درون کروزه ریخته و دوباره وزن کنید. کروزه را حرارت دهید تا نمونه سوزانده شده و مقدارکمی خاکستر باقی بماند. این عمل تا زمانی ادامه می یابد که هیچ گونه دودی متصاعد نگردد. سپس کروزه را در ابتدای کوره با دمای 850 درجه سانتی گراد قرار دهید و به آرامی آنرا به داخل کوره منتقل نماید. پس از 30 دقیقه، کروزه را از کوره خارج کرده و درون دسیکاتور به مدت یک ساعت قرار دهید تا به دمای اتاق برسد، آنگاه با دقت یک ده هزارم آنرا توزین کنید. مجددا تحت همان شرایط عملیات تکرار شود تا به جرم ثابتی برسید، دو وزن بدست آمده نباید بیش از  mg5/0 اختلاف داشته باشند. کل مدت زمان قرار گرفتن درکوره نبایستی بیش از سه ساعت باشد.
 

میزان خاکستر به دست آمده از معادله 2 به دست می آید:

درصد فیلر-1=درصد رزین پلیمری
M0: جرم نمونه اولیه (gr)
M1: جرم خاکستر نهایی (gr)
 

3- یافته های تحقیق
در بند 3 از استاندارد 1174 آورده شده است که: 
چسب حلالی باید عاری از هرگونه ذرات خارجی و حل نشده و در دمای محیط حالت ژله ای کامل نداشته باشد و قابلیت کاربرد با قلم موی را نیز دارا باشد. همچنین حلال مورد استفاده در چسب حلالی PVC باید تتراهیدروفوران و سیکلوهگزانون باشد.
در هر دو چسب حلالی S1 و S2 این ویژگی ها رعایت شده است. 

1-3- استحکام برشی
از مشاهده نیروهای به دست آمده در شکل 4، استحکام برشی نمونه ها محاسبه و در جدول 1 آورده شده است. از نتایج حاصله مشخص می شود که هر دو چسب الزامات استاندارد ملی 1174 را پاس می نمایند. اما مشهود است که نمونه S1 در تمامی ساعات دارای استحکام برشی بیشتری نسبت به نمونه S2 می باشد.
 

2-3- بررسی چشمی ناحیه چسب خورده
با توجه به شکل 5 به نظر می رسد چسب S1 با آزمونه تشکیل یک فاز داده است و به خوبی با آزمونه جوش خورده است. اما چسب S2 نتوانسته است بطور کامل با آزمونه تشکیل یک فاز یکپارچه را دهد و این می تواند در قدرت چسبندگی تاثیر منفی داشته باشد. 

شکل (5)- آزمونه ها پس از جدایش. تصویر سمت راست S₁ و چپ S₂

3-3- مقایسه درصد خاکستر
پس از انجام محاسبات، مقدار خاکستر چسب S1 5/2 درصد و چسب S2 5 درصد می باشد. کروزه های حاوی چسب پس از خارج در شکل 6 مشاهده می شوند.

4- جمع بندی و نتیجه گیری
استحکام برشی چسب حلالی S1 در آزمون یک ساعته بیش از دو برابر چسب حلالی S2 می باشد. اهمیت این موضوع به خاطر افزایش یافتن سرعت نصب در هنگام کمتر بودن زمان گیرایش اولیه می باشد. این امر باعث کاهش هزینه های نصب می شود. در واقع زمان خشک شدن چسب حلالی S1 کمتر از S2 می باشد. استحکام برشی چسب S1 در زمان های یک روزه و دو هفته¬ای نیز از چسب S2 اما نه بطور چشمگیری بیشتر می باشد. با مشاهده نحوه خشک شدن چسب های پس از جدایش آزمونه ها، می توان نتیجه گرفت که چسب حلالی S2 نتوانسته است همانند چسب حلالی S1 باعث حل شدن دو قطعه در یکدیگر شود. شاید بتوان استفاده از رزین بیشتر در چسب S1 را به چسبندگی قویتر آن نسبت به چسب S2 ارتباط داد.  

مصطفی پورنصراله*

*  کارشناس ارشد مهندسی شیمی-مهندسی پلیمر، شرکت لوله و اتصالات U-PVC ، پلیمرتوس

برای مشاهده اخبار شرکت پلیمر توس می توانید اینجا را مشاهده کنید.

مراجع

[1] Sterky K, Jacobsen H, Jakubowicz I, Yarahmadi N, Hjertberg T (2010), Influence of processing technique on morphology and mechanical properties of PVC nanocomposites, European Polymer Journal, vol. 46, no. 6, pp. 1203–1209.
]2[شماره استاندارد ملی ایران 5-13361 (1389)، پلاستیک ها- سیستم های لوله گذاری برای کاربردهای آبرسانی و فاضلاب و زهکشی تحت فشار مدفون در خاک و بالای سطح زمین - پلی وینیل کلرید سخت (pvc-u) – قسمت 5 - کارایی سیستم.
]3[شماره استاندارد ملی ایران 1174 (1392)، چسب های حلالی برای اتصال لوله های پی وی سی سخت - ویژگی ها و روشهای آزمون
[4] Charles NB, Forest H, Amrit P (2009) Universal solvent cement, Publication number US7592385 B2,  

Investigation of shear strength of the PVC pipes Joint with two different solvent cement 

Poly (vinyl chloride) pipes (PVC) one of the most popular pipes that in the construction industry is considered of the world. Easy installation method is an important feature of these pipes. Jointing pipe and fittings to each other done in different ways based on the type of pipe. The adhesive joints type is most common method in PVC pipes and fittings. In adhesive jointing method, glue drying time and power of bonds are important factors in choosing a suitable PVC solvent adhesive. In this study, features and adhesion strength of two solvent adhesive on various imported brands in accordance with the national standard of Iran NO 1174 is investigated. In this study, shear strength on specimens of 20 nominal pipe diameters (20 mm) that are connected to the jack on the adhesive method, at intervals of 1 hour, 24 hour and 336 hour are examined. Also on seeing the photos that was taken after the separation binding sites, checked out visual quality of connecting any adhesive. Uniform distribution of dry adhesive on the surface of the test can related to adhesive quality. The results of this study, it seems that both of adhesives are appropriate but the Adhesion strength S1 adhesive solvent is more than S2. 

Keywords: 
PVC Solvent Cement; Adhesion Strength; Shear Strength; joint.