בע"ה
כט' במרחשוון, תש"פ
27 לנובמבר, 19
דבקים והדבקות
שלום לכולם.
לאור שאלות שנשאלתי ולטובת מאגר הידע בקרב העובדים בעץ בישראל, אני רוצה להקדיש פוסט לענייני הדבקות.
השתדלתי להעמיק את ההבנה המקצועית שלנו לגבי דבקים והדבקות, אבל לא יותר מידי.
בואו נתחיל.
אז ככה:
עלולות להיווצר בעיות בהדבקה עקב החלטות שגויות או התנהלויות לא נכונות, שלפחות את חלקן אנסה לחסוך בפוסט הזה וגם מעט להרחיב יותר בתחום הדבקות העץ.
לפתיחת הפוסט, הנה סיפור.
אני העמקתי בעולם הדבקים וההדבקות לאחר מקרה מסוים שבו הייתי צריך להדביק זכוכית למתכת. קיבלתי המלצה מאיש מקצוע (שפיץ בתחומו) על דבק (מאד מוכר....) שאמור לעשות את העבודה. התייצבתי בחנות וקניתי את הדבק. כמה דקות לאחר ההדבקה החיבור הרגיש ממש כיציקה אחת ואני הרגשתי שהמשימה בוצעה.
מה שלא הייתי מודע לו באותו הזמן הוא מונח שנקראת "קינטיקת עוצמת ההדבקה" כלומר, איך נראית עוצמת ההדבקה לאורך זמן. לא אלאה אתכם בפרטים, אבל לאחר מספר חודשים היה ניתן בהינף אצבע לנתק את ההדבקה בין הזכוכית למתכת.
כיום אני עובד עם דבק שמדביק עץ, זכוכית, מתכות, אבן, שיש ועד... בעוצמת הדבקה ברמה של ריתוך, ומה שלא פחות חשוב לי, זה שעוצמת ההדבקה כלל לא דועכת אלא משתבחת עם השנים.
חיבורים
יש שתי דרכים עקרוניות לחבר בין שני גופים (לאו דווקא עץ):
-
מכאנית: למשל- ברגים, מסמרים, סיכות, אזיקונים, התאמות גיאומטריות בין הגופים.
-
כימית: הדבקה.
עקרונית, הדבקות תמיד תתבססנה על שתי מונחים שבאנגלית נקראים:
Adhesion ו-Cohesion (מונח שהזכרתי בפוסט שדן בענייני גימור מבריק מול גומר מאט וכאן יקבל משמעות פרקטית נוספת).
המונח Adhesion מציין את החיבור הכימי שנוצר בין החומר המודבק לדבק, כלומר אילו אינטראקציות כימיות נוצרות בין הדבק לחומר המודבק. לפעמים נרצה adhesion בעל חוזק גבוה ולפעמים נרצה Adhesion בעל חוזק נמוך. תלוי במטרת ההדבקה.
המונח Cohesion בעברית- "קשירות" מציין את האינטראקציות הכימיות בתוך הדבק עצמו. Cohesion גבוהה- קשרים כימיים חזקים יותר בין רכיבי הדבק עצמו- הדבקה חזקה יותר ולהיפך. אופי ה-Cohesion יקבע גם אם להדבקה תהיה דרגת אלסטיות או שהיא תהיה יותר פריכה/ שבירה.
דוגמא: הדבקת זכוכיות על ידי זפת נותנת הדבקה שהיא אולי האלסטית ביותר בעולם!
דרך אגב, המונחים Adhesion ו-Cohesion רלוונטיים גם לרבים מהגימורים.
קשרים כימיים
מכיוון שבהדבקה אנחנו רוצים לייצר קשרים כימיים שיצמידו שניים (או יותר) חלקים אחד לשני, כדאי להבין את מהות הקשרים הכימיים אותם אנחנו מייצרים. הנקודה הזו עקרונית על מנת להבין את עולם ההדבקות.
בכימיה ישנם חמישה סוגים של קשרים בין אטומים:
-
קשרים קוולנטי
-
קשר מתכתי
-
קשרים יונים
-
קשרי מימן
-
קשרי ואן דר וואלס
לא ניכנס בפוסט הזה למאפיינים של סוגי הקשרים השונים ומה הם ההבדלים ביניהם. מה שכן חשוב לי לכתוב זה שלסוגי הקשרים השונים יש מאפייני עוצמת חוזק הקשר הנוצר בין האטומים.
הרשימה מסודרת לפי חוזק הקשרים הכימיים, כך שלמעט מיקרים מסוימים, קשרים קוולנטים יתנו לנו את הקשר החזק ביותר בין האטומים וקשרי ואן דר ואלס יתנו את הקשרים הרופפים ביותר בין האטומים.
למה זה חשוב?
לפעמים נרצה מהדבק שלנו לייצר עוצמת הדבקה גבוהה ואז סביר שההדבקה תתבסס יותר על קשרים קוולנטים ולפעמים נרצה דווקא הדבקה חלשה יחסית (דפי memo, חיבור זמני בין תבנית דוגמא לחתיכת עץ).
יש מי שגורס שהדבקה נשענת גם על אינטראקציה מכאנית בין הדבק לחומר המודבק.
כיצד?
מכיוון שאפילו כשמדובר בזכוכית, ברמה המיקרונית פני השטח אינם חלקים, עצם הכניסה של הדבק לגומחות קטנות והתקשותו שם יוצרת חיבור מכאני, גם ללא אינטראקציה כימית, בין הגוף המודבק לדבק.
קחו, לדוגמא, כפית פלסטיק המונחת בתוך כוס. נשפוך אפוקסי המיועד ליציקות לתוך הכוס וניתן לו שהות להתקשות בפנים. אם נרצה לשלוף את הכפית תישלף איתה גם יציקת האפוקסי. האם זה אומר שהאפוקסי בהכרח נדבק גם לכפית? ממש לא בהכרח, אבל מכאנית האפוקסי חייב את הכפית להישאר צמודה אליו.
פני השטח המודבקים
בדרך כלל, פני שטח נקבוביים (porous), כמו עץ, יאפשרו הדבקות קלות/ חזקות יותר, ופני שטח חלקים, למשל זכוכית, יציבו אתגר גדול יותר בפני הדבקים.
משמעות לעובדים בעץ: ליטוש גס של פני השטח בגריט 40 או 60 יתן חוזק הדבקה גבוה יותר בהשוואה לפני שטח המלוטשים בגריטים גבוהים.
מדוע?
לדבק יותר יותר "נישות" להיכנס אליהן- יותר שטח פנים להיאחז בו.
הערה- העיקרון הזה לא תמיד נכון.
תלוי בהדבקה המדוברת.
למשל- סלוטייפ ידבק הרבה יותר טוב למשטח זכוכית מאשר למשטח לביד (סנדווי'ץ).
מה שיהיה תמיד נכון לגבי פני השטח המודבקים הוא הכלל העקרוני לכל סוגי ההדבקות:
על מנת למצות את יכולת ההדבקה של כל הדבקים, פני השטח המודבקים יצטרכו להיות נקיים עד כמה שניתן (חלקיקי אבק יכולים לפגוע קשות בהדבקות) ובטח ללא שאריות שמנוניות.
סוגי דבקים
סוגי הדבקים בעולם הולכים ומתרבים עם השנים.
הנה כמה מהקבוצות המוכרות יותר של הדבקים (כשבכל קבוצה ניתן למצוא לעיתים עשרות סוגים שונים...):
-
פוליאוריטאן- חוץ מלהיות דבק, הפוליאוריטאן משמש גם כגימור וגם כחומר ליציקת מוצרים כמו פלסטיק (בתהליך יציקה שונה משל פלסטיק). מבוסס על שרשראות של יחידות שנקראות Urethane .
-
אפוקסי- משפחה גדולה (!) של חומרים בעלת טווח תכונות מאד רחב כתלות בחומרי הגלם המשמשים ליצירת האפוקסי. סוגי האפוקסי השונים בעולם מבוססים על תגובה כימית מסוימת המשותפת שנקראת אפוקסידציה (epoxidation). התגובה עצמה כוללת פתיחת קשר קוולנטי כפול בין שני אטומי פחמן סמוכים ויצירת קשר קוולנטי דו צדדי לחמצן. התוצר הסופי, יכולותיו ותכונותיו תלויות רבות בחומרי המוצא.
-
דבק PVA שזה קיצור של Polyvinyl Acetate-
-
Poly- מלשון הרבה, Vinyl- מלשון קשר כפול בין פחמנים (שנעלם כשנוצרות שרשראות הענק).
כנראה דבק העץ הנפוץ בעולם. מבוסס על שרשראות ענק של מולקולה קטנה יחסית הנקראת אצטאט. חוץ מהריח האופייני לדבקי PVA, יש לדבק הזה סוגים שונים בעלי תכונות שונות, כתלות בחומרים נוספים המוספים לדבק.
שני יתרונות חשובים שיש לדבק PVA הם:
-
מולקולת האצטאט עצמה מאד פוטצניאלית ליצירת קשרים כימיים חזקים (הרבה אטומי חמצן זמינים).
-
שרשראות האצטאט מכילות הסתעפויות קטנות רבות (הסתעפות על כל חוליה בשרשרת) מה שמעלה משמעותית את יכולת היצירה של הקשרים הכימיים עם החלקים שאותם רוצים להדביק.
-
דבקים על בסיס פולימרים ספציפיים- הנה כמה דוגמאות מתוך, כנראה, עשרות או מאות דבקים פולימרים:
סופר 7, סיקה, דבק חם, דבק סיליקון, בשבוע שעבר ראיתי עוד אחד חדש שאני לא זוכר את שמו. משמשים רבות גם בעולם האטימה. המשותף לכולם הוא יצירת שרשראות ענק (כמו בדבקים אחרים) על ידי מולקולות מסוימות שחוזרות לאורך השרשראות שהן בעלות פוטנציאל גבוה לייצר חיבור כימי לחומר אחר.
-
דבקים על בסיס רקמות של בעלי חיים או רקמות צמחים- למשל דבק עצמות, דבק עורות, דבק אלבומין, דבק קזאין ועוד... משמשים בעולם הנגרות המסורתית.
-
דבק ציאנואקרילי- מוכר כדבק 3 שניות או super glue. החל את דרכו בשנות ה-40 של המאה הקודמת. מבוסס על חיבור בין חומצה אקרילית לקבוצה ציאנידית.
-
דבקים על בסיס שרפים- בעלי פוטנציאל הדבקה לסוגי חומרים לא פשוטים להדבקה.
-
דבקים משופעלים- דבקים על בסיס חומרים שהופכים לבעלי יכולת הדבקה כתוצאה מחשיפה לקרינה אולטרה סגולית (אור UV) או חשיפה ללחץ. האלמנטים הללו- קרינה אולטרה סגולית או לחץ, גורמים לשינויים בסדר האלקטרונים בחומרים הללו והם הופכים דביקים.
-
דבקי מגע: משפחה של דבקים שהתכונות המשותפות להן הן:
-
מיושמים על שני הצדדים המודבקים.
-
מצריכים זמן המתנה לפני הצמדת החלקים (לפעמים כמה שעות...).
-
מייצרים הדבקה מיידית או ממש לאחר מספר שניות לאחר הצמדת החלקים (לכן יש לתכנן במדויק את ההצמדה לפני שמבצעים אותה).
-
ועוד...
אתגרים סביבתיים בהדבקה
-
קרינת UV מהשמש עלולה לפגוע בחלק מהקשרים הכימיים הנוצרים בהדבקה לכן צריך לשים לב שלעבודות חוץ משתמשים בדבק המוגדר עמיד לתנאי חוץ או, אם יש צורך, דבק עמיד לקרינת UV ישירה, שזו דרגה אחרת של עמידות לתנאי חוץ.
-
חום או קור עלולים לפגוע באיכות ההדבקה של הדבקות מסוימות.
-
הדבקות מסוימות עלולות להיחשף לחומרים כימיים החל ממים, מי מלח, חומצות, בסיסים, חומרים מחמצנים (אקונומיקה) וכו'.
כל אחד מהאתגרים הסביבתיים הנ"ל מצריך בחירה של דבק המסוגל לעמוד באתגר.
קינטיקת עוצמת ההדבקה
דבקים שונים מגיעים לשיא חוזק ההדבקה שהם מייצרים בפרקי זמן שונים.
דבק ציאנואקרילי (סופר גלו) ידוע ביצירת עוצמת הדבקה מירבית בתוך שניות מספר.
לעומת זאת, לדבקים אחרים עשוי לקחת ימים בכדי להגיע לעוצמת הדבקה מירבית.
חשוב לדעת שיש דבקים שמשמרים את עוצמת ההדבקה המירבית שלהם לאורך שנים ויש כאלו (חלקם ידועים בשוק...) שמגיעים בתוך פרק זמן קצר יחסית לעוצמת הדבקה גבוהה שהולכת ודועכת עם הזמן, עד שלאחר מספר חודשים ההדבקה עלולה להיות די חלשה.
שימו לב לעניין קינטיקת עוצמת ההדבקה...!
איך בוחרים דבק?
בעולם התעופה קיים דבק אפוקסי מיוחד המיועד לתיקון סדקים במנועי סילון. מידת החום במנועי סילון מגיעה גם ל-2000 מעלות צלזיוס, ודבק האפוקסי הזה אמור להיות עמיד לטמפרטורות הללו, ללחצים וכוחות G גבוהים וגם להדביק מתכות מורכבות.
מרשים, נכון?
האם זה אומר שהיינו רוצים את הדבק הזה כדי לתקן איתו מחבר של כיסא?
לא בטוח שדבק האפוקסי הזה בכלל מדביק עץ...!
שיקולים בבחירת דבק
רשימת השיקולים בבחירת דבק אינה רק עוצמת ההדבקה, כמו שאנשים עלולים לנטות ולפי הנתון היחיד הזה להחליט.
הנה עוד כמה שיקולים שלפיהם כדאי לבחור את הדבק:
-
כמה קל ונוח להשתמש בדבק? למשל:
-
דבקים נוזליים נוחים לשימוש בעוד שהרבה מהדבקים מהפולימרים המורכבים הם כל כך צמיגיים שניתן לעבוד איתם רק על ידי שפורפרות ו"אקדחי סיליקון".
-
רוב הדבקים מגיעים מוכנים לשימוש ואילו דבק אפוקסי דורש ערבוב טוב (ממש טוב!) לפני השימוש בין הדבק לבין המקשה שלו, תהליך הדורש זמן וסבלנות.
-
מה הוא אורך חיי המדף של הדבק? לדבקים פולימרים מסוימים או על דבקים בסיס שרפים אורך חיי מדף קצר מאד יחסית. שימו לב לתאריך התפוגה שעל הדבק...!
-
האם הדבק ידידותי למשתמש ולכדור הארץ? ניתן להשיג תוצאות הדבקה מעולות גם עם דבקים איכותיים שלא מייצרים אדים רעילים לנשימה או רעילות למגע למשתמש או פסולת רעילה לסביבה.
-
מה הוא זמן הייבוש של הדבק? כמה זמן יש לנו על מנת להתאים בין החלקים ותוך כמה זמן תיווצר הדבקה איכותית?
-
כמה פשוט וקל לנקות שאריות דבק?
-
אילו סוגי חומרים מדביק הדבק, ובאיזו איכות הדבקה?
-
האם ההדבקה אמורה להיחשף למים, חומצות, בסיסים או לחומרים כימיים מסוימים?
-
האם אנו רוצים בסיום ההדבקה דבק שקוף (עבודות עץ, זכוכית...) או שזה לא משנה לנו?
-
האם אנחנו מעוניינים לגוון את הדבק?
-
כמה זמן מיועדת ההדבקה להחזיק? האם זה עניין של מספר דקות או מאות שנים?
תכל'ס
מנקודה זו, אנסה לצמצם את הדיון לעבודה עם דבקי PVA מכיוון שהם היותר נפוצים בעבודה עם עץ.
תזכורת- PVA = Polyvinyl Acetate.
על מנת לגוון את הכתיבה (והקריאה), אכתוב בצורה של טענות ותשובות.
אתייחס בתשובותיי בעיקר לדבק PVA ספציפי הנקרא Weldbond. אין הכוונה לשווק את הדבק. זהו הדבק שאני עובד איתו כבר זמן ממושך בפרויקטים שונים ומגוונים עם חומרים שונים ועל יכולותיו ותכונותיו אני יכול להעיד מניסיון אישי.
אז הנה מבחר טענות ותשובות לגבי דבקי PVA
טענה: כל סוגי דבקי ה-PVA הם על בסיס מים.
תשובה: נכון. מים משמשים כממס ל- Polyvinyl Acetate. זה נותן מקדם בטיחות מאד גבוה לעבודה עם הדבקים הללו.
טענה: כל סוגי דבקי ה-PVA הם בעצם בעלי אותן תכונות.
תשובה: ממש לא נכון. חלקם עמידים יותר לתנאי חוץ, חלקם פחות. חלקם עמידים יותר למים, חלקם פחות. חלקם בעלי עוצמת הדבקה טובה, חלקם ממש מרתכים חלק לחלק.
טענה: כל סוגי דבקי ה-PVA דורשים אחסון מעל 10 מעלות.
תשובה: כעקרון, זה נכון. טמפרטורות נמוכות פשוט גורמות לפולימר להיפרד מהמים.
טענה: דבק PVA מדביק את כל העצים באותה מידה של חוזק הדבקה.
תשובה: לא נכון. עצים בעלי תכולת שמן גבוהה יחסית מועדים לחוזק הדבקה נמוך יותר. הדבר נכון לא רק לדבקי PVA אלא לדבקים בכלל. בכל מקרה, דבק טוב ייצר עוצמת הדבקה גבוהה מאד גם בעצים בעלי תכולת שמן יחסית גבוהה.
טענה: דבק PVA מדביק רק עץ, נייר וקרטון.
תשובה: לא נכון. ה-Weldbond מדביק (ממש ממש חזק...) גם פורמייקה, זכוכית, קרמיקה, אריחים, פורצלן, שיש, מתכות, בטון, לבנים, מוזאיקה, רעפים, מלט, לבד, עור, בדים, ענבר ועוד.
טענה: דבק PVA תמיד יתייבש עם גוון צהבהב או חום.
תשובה: לא נכון. ה-Weldbond מתייבש שקוף.
טענה: דבק PVA יכול להיות לא רעיל כלל.
תשובה: נכון. סוג מסוים של Titebond מוגדר כ-food safe. ה-Weldbond מוגדר כלא רעיל כלל ובעל תקן אקולוגי בין-לאומי.
טענה: אם ה-Weldbond מסוגל להדביק כל כך הרבה סוגי חומרים, יש לו חיי מדף קצרים יחסית.
תשובה: לא נכון. 5 שנים תוך כדי שימוש רציף. זמן מכובד.
טענה: כשמצמידים חלקי עץ לאחר מריחת הדבק אנחנו רוצים עוצמת הצמדה (קליבה) מירבית, ממש גבוהה, סופר חזקה.
תשובה: לא נכון. קליבה שמצמידה את החלקים כראוי מספיקה, לא צריך למעוך את העץ. במקרים רבים, בשימוש ב-Weldbond אין צורך כלל בקליבה.
טענה: ניקוי שאריות דבק PVA חייב להיעשות מיד לאחר הצמדת החלקים.
תשובה: לא בהכרח. ישנה אפשרות להמתין כמה דקות עד שהדבק ייהפך ג'לי ואז להסיר את עודפי הדבק עם חתיכת עץ או מתכת או פלסטיק או באמצעות קשית.
שאלה: כיצד נראה גרף קינטיקת עוצמת הדבקה של Weldbond?
תשובה: כעקרון, קינטיקת עוצמת ההדבקה של ה-Weldbond נראה כך:
-
4-6 דקות לסידור החלקים. (ניתן להאריך את משך הזמן בתנאים מסויימים).
-
בתוך שעה הדבקה משמעותית.
-
בתוך 24 שעות הדבקה חזקה מאד.
-
בתוך יומיים-שלושה ה-Weldbond מגיע לשיא עוצמת ההדבקה שלו, שהיא מהגבוהות הקיימות כיום בעולם.
-
כל עוד ההדבקה לא נחשפת לתנאי קיצון, עוצמת ההדבקה המירבית של ה-Weldbond נשמרת לאורך שנים רבות.
גרף השוואתי של קינטיקת עוצמת ההדבקה מצורף לפוסט.
אשמח להרחיב את הפוסט ולענות לעוד שאלות, לקבל הערות והארות!
ב ה צ ל ח ה !
כל טוב!
אסף
