กาวกาว

กาวเป็นสารที่ช่วยให้เราติดวัสดุสองอย่างเข้าด้วยกัน มีอยู่ตามธรรมชาติหรือสังเคราะห์ขึ้น และพบได้ในหลายรูปแบบ

กาวมีพื้นฐานมาจากโพลิเมอร์ ซึ่งเป็นสายโซ่ของอะตอมที่จับตัวกันได้ง่าย (การเกาะกัน) และกับสารอื่นๆ (การยึดเกาะ) กาวส่วนใหญ่มีน้ำอยู่ในสูตร ดังนั้นกาวจะไม่แข็งตัวทันทีที่ทา

พันธะเคมี

พันธะเคมีเป็นหนึ่งในแนวคิดที่สำคัญที่สุดในวิชาเคมี และอธิบายปรากฏการณ์ทางเคมีอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การทำงานของโมเลกุลและปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังอธิบายว่าทำไมอะตอมจึงถูกดึงดูดเข้าหากันและผลิตภัณฑ์เกิดขึ้นได้อย่างไรหลังจากปฏิกิริยาเกิดขึ้น

กระบวนการสร้างพันธะเคมีเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสองอะตอมเพื่อสร้างโมเลกุลที่เสถียร อะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะมีประจุเป็นลบ ในขณะที่อะตอมที่ได้รับอิเล็กตรอนจะมีประจุเป็นบวก

การถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี รวมถึงผ่านพันธะโควาเลนต์ พันธะแวนเดอร์วาลส์ พันธะเวเลนซ์ และการก่อตัวของโมเลกุลไฮโดรเจน (H) พันธะเคมีบางประเภทเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมของโลหะกับอะตอมของอโลหะ ในขณะที่ประเภทอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมกลุ่มต่างๆ

เพื่อสร้างพันธะเคมี อะตอม XNUMX อะตอมต้องมีระยะห่างสมดุลโดยที่พลังงานศักย์ของระบบมีค่าน้อยที่สุดและแรงผลักจะหยุดลง สิ่งนี้เรียกว่าความยาวพันธะของโมเลกุล

พันธะระหว่างสองอะตอมอาจเป็นแบบถาวรหรือชั่วคราวก็ได้ ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของอะตอม ปฏิกิริยาเคมีที่รุนแรงระหว่างอะตอมทำให้เกิดพันธะเคมีถาวร ในขณะที่ปฏิกิริยาเคมีที่อ่อนลงส่งผลให้เกิดการยึดเกาะชั่วคราว

เมื่อพื้นผิวไม่พร้อมสำหรับการยึดติด มีหลายสิ่งที่สามารถทำได้เพื่อปรับเปลี่ยนพื้นผิว ซึ่งรวมถึงการเตรียมพื้นผิว ไพรเมอร์กาว และการเคลือบเพื่อปรับปรุงการยึดเกาะ

การใช้กาวกาวที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการยึดติดระหว่างสองพื้นผิวให้สำเร็จ คุณจะต้องเลือกโพลีเมอร์ที่สามารถสร้างพันธะกับทั้งวัสดุพิมพ์และตัวกาว ตัวอย่างเช่น อีพอกซีเรซินสามารถใช้เชื่อมกระจกกับไม้ได้ ในขณะที่เทอร์โมพลาสติกโพลิเมอร์สามารถใช้เชื่อมพลาสติก เช่น อะลูมิเนียมผสมอะลูมิเนียม

หากคุณไม่แน่ใจว่ากาวชนิดใดดีที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ ให้ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ พวกเขาสามารถช่วยคุณกำหนดผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดสำหรับโครงการของคุณและมั่นใจได้ว่าคุณจะได้รับการยึดเกาะที่ดีโดยไม่มีความเสียหายกับพื้นผิวที่คุณกำลังเชื่อมต่อ

เมื่อเลือกกาว ให้พิจารณาประเภทของวัสดุพิมพ์ที่จะติดและช่วงอุณหภูมิที่ต้องใช้ โดยทั่วไป กาวที่ออกแบบมาสำหรับช่วงอุณหภูมิเฉพาะจะทนทานกว่ากาวที่ไม่ คุณยังสามารถพิจารณาผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการพัฒนาให้ทนทานต่อสารเคมีหรืออุณหภูมิ

พันธะแวนเดอร์วาลส์

แรงแวนเดอร์วาลส์เป็นแรงเคมีที่ขึ้นกับระยะทางในระยะสั้นซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับพันธะโควาเลนต์หรือไอออนิก เกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลที่อยู่ใกล้กัน เช่น เมื่ออะตอมและโมเลกุลสัมผัสกัน พวกมันอ่อนแอกว่าทั้งพันธะโควาเลนต์และไอออนิก แต่ยังคงมีบทบาทสำคัญในโมเลกุล

พวกมันมีแรงดึงดูดสูงหากโมเลกุลอยู่ใกล้กัน และแรงผลักสูงหากพวกมันอยู่ห่างกัน ความแรงของพวกมันไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ยกเว้นปฏิกิริยาไดโพล-ไดโพล

การดูดซับของโมเลกุลก๊าซที่พื้นผิวของตัวดูดซับและการเกาะตัวกันของเฟสควบแน่นสามารถอธิบายได้ด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่ออธิบายการก่อตัวของผงเหนียว ซึ่งถูกทำให้เป็นฟลูอิไดซ์หรือลำเลียงด้วยลมได้ง่ายกว่าแป้งที่มีเนื้อหยาบมากกว่า

แรงระหว่างโมเลกุลเหล่านี้เป็นผลมาจากความใกล้เคียงชั่วคราวระหว่างบริเวณที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ตัดกันในโมเลกุลใกล้เคียง ในสารบางชนิด ความใกล้เคียงเหล่านี้ถูกเหนี่ยวนำโดยไดโพลไฟฟ้าถาวรในโมเลกุลที่บิดเบือนการกระจายอิเล็กตรอนของโมเลกุลที่มีขั้วหรือไม่มีขั้วที่อยู่ใกล้เคียงเป็นการชั่วคราว

ตัวอย่างเช่น กราไฟต์ประกอบด้วยแผ่นบาง ๆ หลายชั้นที่มีอิเล็กตรอนแบบแยกส่วนในแต่ละอะตอมของคาร์บอน ขณะที่อิเลคตรอนแบบแยกส่วนเหล่านี้เคลื่อนที่ไปมา พวกมันจะสร้างไดโพลชั่วคราวขนาดใหญ่มากที่เหนี่ยวนำให้เกิดไดโพลตรงข้ามในแผ่นด้านบนและด้านล่าง ไดโพลชั่วคราวเหล่านี้สามารถเหนี่ยวนำให้ทั่วทั้งผลึกได้ในที่สุด

กาว เช่น กาว ใช้การยึดติดแบบแวนเดอร์วาลส์เพื่อติดพื้นผิวสองด้านเข้าด้วยกัน กาวประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็กที่มีแรงไฟฟ้าสถิตอ่อนมากระหว่างโมเลกุลที่ดึงดูดพื้นผิวที่กระจายอยู่และโมเลกุลที่อยู่บนพื้นผิวอื่นๆ

เมื่อคุณเกลี่ยกาว มันจะสร้างแรงไฟฟ้าสถิตที่อ่อนมากหลายล้านแรงระหว่างโมเลกุลทั้งบนพื้นผิวที่กาวกระจายอยู่และโมเลกุลที่อยู่อีกพื้นผิวหนึ่ง กองกำลังเหล่านี้เรียกว่ากองกำลังแวน เดอร์ วาลส์ ซึ่งตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์โยฮันเนส ดิเดอริก ฟาน เดอร์ วาลส์ ผู้ค้นพบกองกำลังเหล่านี้

แรง Van der Waals เป็นพื้นฐานสำหรับ 'ความหนืด' ของสารยึดติดทั้งหมด นอกจากนี้ยังช่วยให้กาวติดยึดเกาะกับวัสดุอื่นๆ เช่น ไม้ โลหะ และพลาสติก พวกเขายังเป็นปัจจัยสำคัญในการยึดเกาะของแขนขาตุ๊กแกซึ่งมีเซแทที่เท้าซึ่งทำให้พวกมันสามารถเกาะและปีนกำแพงได้

พันธะเหนียว

กาวติดเป็นกาวประเภทหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปในการติดวัสดุเข้าด้วยกันในการใช้งานที่หลากหลาย ซึ่งรวมถึงยานพาหนะ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ผลิตภัณฑ์ดูแลส่วนบุคคล และอาคาร กาวสามารถเป็นของเหลวหรือแป้งเปียก และสามารถยึดติดได้เมื่อสัมผัสหรือต้องมีขั้นตอนการบ่มก่อนใช้งาน นอกจากนี้ยังสามารถทำเพื่อรองรับการยึดติดที่แข็งหรือยืดหยุ่น หรือเพิ่มเป็นสองเท่าของซีล

ไม่ว่าจะเป็นพันธะระหว่างน้ำกับขี้ผึ้ง หรือกาวกับสีเปล่า การที่ของเหลวเหล่านี้เกาะติดกันเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในระดับจุลภาค เมื่อใช้ความรู้นี้ วิศวกรสามารถตัดสินใจได้ดีขึ้นเมื่อเลือกกาวที่ดีที่สุดสำหรับการใช้งาน

การยึดเกาะของกาวถูกกำหนดโดย IUPAC ว่าเป็น “กระบวนการยึดเกาะของสารกับพื้นผิวของสารอื่น” กระบวนการติดกาวต้องการการทำให้วัสดุซับสเตรตเปียกน้ำที่ดี และความเข้ากันได้ของกลุ่มโมเลกุลในกาวและซับสเตรต สิ่งนี้ทำได้โดยปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างกาวและพื้นผิว ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุทั้งสอง

ความแข็งแรงของการยึดเกาะของกาวมักจะถูกกำหนดโดยการวัดที่เรียกว่างานของการยึดเกาะ ซึ่งใช้เพื่อกำหนดว่าต้องใช้แรงเท่าใดในการดึงผลิตภัณฑ์ที่ยึดติดออกจากกัน สิ่งนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษในการใช้งานเชิงกล เช่น แรงเฉือนและแรงแยกที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการต่อเชื่อม

มีปัจจัยต่างๆ มากมายที่สามารถส่งผลต่อความแข็งแรงของกาว รวมถึงประเภทของความเค้นที่จะนำไปใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ยึดติด การรู้ว่าความเค้นใดมีแนวโน้มที่จะปรากฏบนผลิตภัณฑ์ที่มีการยึดติดมากที่สุดจะช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกกาวที่มีแรงยึดเกาะที่แข็งแรงที่สุดได้

ความแข็งแรงของการยึดเกาะของกาวขึ้นอยู่กับมุม th ระหว่างสัมผัสกับพื้นผิวของเหลวและพื้นผิวของสารตั้งต้น ซึ่งเรียกว่ามุมสัมผัส หากมุม th มีขนาดเล็ก แรงยึดเกาะระหว่างของเหลวกับพื้นผิวจะมีระดับสูง ในทางกลับกัน ถ้ามุม th มาก แรงยึดเกาะระหว่างของเหลวกับพื้นผิวจะมีระดับต่ำ

พันธะทางกล

การติดด้วยกาวเป็นวิธีการทั่วไปในการต่อวัสดุ สามารถใช้เชื่อมโลหะ พลาสติก แก้ว ยาง เซรามิก และวัสดุอื่นๆ เข้าด้วยกัน นอกจากนี้ยังสามารถใช้กาวเพื่อปิดรอยต่อระหว่างวัสดุสองชนิดได้อีกด้วย ทำให้สามารถกระจายแรงเค้นได้อย่างสม่ำเสมอ ลดแรงเค้นบนพันธะและป้องกันการกัดกร่อน

การติดด้วยกลไกเกี่ยวข้องกับการใช้สารยึดติด โดยปกติจะเป็นกาวโพลียูรีเทนหรือเมทาไครเลต กาวเหล่านี้มีความแข็งแรงและใช้ได้กับทั้งพื้นผิวที่บางและหนา รวมทั้งพื้นผิวที่ผ่านการบำบัดด้วยสารเคมีหรือสึกกร่อน

กาวโดยทั่วไปจะบ่มภายใต้แรงกด แต่ก็สามารถบ่มด้วยแสงได้เช่นกัน ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการต่อวัสดุพิมพ์ต่างๆ เนื่องจากง่ายต่อการจัดการและจะไม่เปลี่ยนรูปร่าง

วิธีที่ดีในการเตรียมพื้นผิวสำหรับการยึดติดเชิงกลคือการขัดและขัดพื้นผิวเพื่อขจัดสารเคลือบผิวหรือสิ่งปนเปื้อนใดๆ เช่น สี สนิม หรือจาระบี การปรับสภาพทางเคมี เช่น การกัดด้วยกรดหรือการจุ่มวัสดุในตัวทำละลายก็สามารถช่วยได้เช่นกัน

การทำให้พื้นผิวขรุขระจะเพิ่มพื้นที่ผิวที่กาวกาวจะแทรกซึมเข้าไปในรูพรุน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการที่กาวจะประสานเข้ากับวัสดุยึดติดได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งหากพื้นผิวเคลือบด้วยดินเหนียวหนัก

ข้อดีอีกประการของเทคนิคการเชื่อมประสานนี้คือสามารถนำไปใช้กับชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือขนาดเล็ก ทำให้กระจายความเค้นได้อย่างสม่ำเสมอ สิ่งนี้มีประโยชน์เมื่อใช้กระบวนการเชื่อมชิ้นส่วนโครงสร้างน้ำหนักเบา เช่น ในการสร้างตัวถังรถยนต์

อย่างไรก็ตาม การขาดแรงยึดเหนี่ยวในทันทีอาจทำให้ยากต่อการใช้งานบางประเภท ปัญหานี้แก้ไขได้โดยการรวมกาวเข้ากับวิธีการต่ออื่นๆ เช่น การเชื่อมแบบจุดหรือหมุดย้ำ สิ่งนี้เรียกว่าการต่อเชื่อมแบบไฮบริด และส่งผลให้จุดสูงสุดของความเครียดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อมลดลง ทำให้กาวสามารถให้แรงยึดเกาะได้ทันที

ความสามารถในการลดปฏิกิริยาจลนศาสตร์ของผลิตภัณฑ์ได้นำไปสู่การพัฒนาวัสดุประเภทใหม่ที่เรียกว่า MIMA ซึ่งสามารถป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการได้โดยการเปลี่ยนสิ่งกีดขวาง steric ที่ส่วนต่อประสานเชิงกล สิ่งนี้นำไปสู่การประยุกต์ทางเทคโนโลยีหลายอย่าง รวมถึงการปกป้องสีย้อมอินทรีย์จากการเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อม