چسب پلی یورتان انعطاف پذیر

چسب های پلی یورتان انعطاف پذیر

رفتار ترمومکانیکی اتصالات چسب پلی یورتان در سازه های چوبی جنبه مهمی است که باید برای اطمینان از دوام و ایمنی سازه های چوبی، به ویژه در مناطق زلزله خیز درک شود. از آنجایی که الوارهای چوبی، به ویژه چوب چند لایه، مصالح ساختمانی محبوبی هستند، بایستی به رفتار اتصالات بین عناصر چوبی توجه شود. استفاده از چسب های پلی یورتان انعطاف پذیر جایگزین امیدوارکننده برای اتصالات مکانیکی معمولی در سازه های چوبی مقاوم در برابر لرزه است. این تحقیق پتانسیل اتصالات پلی یورتان در دمای بالا به عنوان جایگزین امیدوارکننده ای برای اتصالات چوبی سنتی و قابلیت بازسازی آن پس از آتش‌سوزی را بررسی می کند. پاسخ مشترک بین چوب و پلی یورتان تحت تنش های خمشی و کاربرد گسترده‌تر چسب‌های انعطاف‌پذیر در ساخت سازه های چوبی به منظور بهبود عملکرد مکانیکی و فیزیکی نیز در اینجا بررسی می شود.

الوار متقاطع (CLT) به دلیل سختی بالا، استحکام کششی، مقاومت فشاری درون صفحه، شکل پذیری محدود و ظرفیت اتلاف انرژی یک مصالح ساختمانی پرطرفدار است. ارتباط بین عناصر فردی CLT در شکل پذیری و اتلاف انرژی سازه های چوبی، تضمین سختی و استحکام بین عناصر ساختاری بسیار مهم است. رفتار CLT در هنگام زلزله عمدتا تحت تاثیر عملکرد اتصالات بین پانل های مجاور و سایر عناصر ساختاری است. بنابراین در این نوع  سازهاه، مناطق خطر اصلی درطول تنش های استثنایی بر گره ها و اتصالات متمرکز می شوند. عملکرد مکانیکی این اتصالات تحت تاثیر عوامل متعددی ازجمله گونه های چوبی، انواع چسب و طراحی مشترک است. در سال های اخیر، چسب های پلی یورتان به دلیل دارا بودن خواص پیوند عالی و سازگاری با مواد چوبی به محبوبیت زیادی رسیده اند. پلی یورتان به دلیل خواص عایق حرارتی بسیار عالی، یک ماده پرکاربرد در صنعت ساختمان محسوب می شود. درحال حاضر از چسب های اپوکسی برای چسباندن میله های فولادی، ورق های فلزی یا کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف در مناطق لرزه خیز باهدف تقویت سازه استفاده می شود. ازطرف دیگر، از چسب های انعطاف پذیر برای تعمیر سازه های بنایی و بتنی و همچنین حفاظت لرزه ای ساختمان ها استفاده می شود. دوام اتصالات چسب تحت تاثیر عوامل متعددی همچون مواد، تنش ها و محیط است.

والی و همکارانش مطالعاتی را بر روی اتصالات دو همپوشانی انجام دادند که شامل عناصر الیاف شیشه (GFRP) و چسب های پلی یورتان باهدف افزایش استحکام و افزایش ضخامت اتصال می شود. لیائو و همکارانش نیز تاثیر ضخامت لایه چسب و زاویه اتصال را بر رفتار اتصال چسب بررسی کرده و به این نتیجه رسیدند که انرژی شکست چسب های شکننده با کاهش ضخامت لایه چسب افزایش می یابد. علاوه براین، تاثیر رطوبت و دما بر خواص چسب نیز مطالعه شد. موسی و همکارانش هم اثربخشی چرخه های گرمایش و سرمایش بر رزین های اپوکسی را بررسی کرده و دریافتند که خواص مکانیکی پس از خنک شدن بازسازی شده یا حتی بهبود می یابند. اتصالات چسبی که در دماهای بالا استفاده می شوند و اتصالات انعطاف پذیر نیز غلظت تنش را کاهش داده و تنش ها را مجددا در منطقه بزرگتر پراکنده می کنند. چندین مدل نیز برای تخمین توزیع تنش در لایه های چسب با درنظر گرفتن عواملی مانند تغییر شکل اجزای چسبنده، گشتاور خمشی و کرنش های بزرگ ایجاد شده است. داسیلوا و همکارانش بررسی مفصلی از مدل های تحلیلی در اتصالات چسب ارائه داده و به این نتیجه رسیدند که در فرایند طراحی باید هندسه، دما و نوع تحلیل درنظر گرفته شود. با این حال، رفتار حرارتی مکانیکی در محل اتصالات پلی یورتان در سازه های چوبی به طور گسترده مورد مطالعه قرار نگرفته است.

برای پر کردن این شکاف علمی، این مطالعه باهدف بررسی رفتار ترمومکانیکی اتصالات پلی یورتان در سازه های چوبی تدوین شده است. در این مطالعه اثرات دما بر عملکرد اتصالات پلی یورتان در عناصر چوبی، با تمرکز بر دوام و توانایی آنها در حفظ خواص فیزیکوشیمیایی تحت تخریب حرارتی بررسی خواهد شد. اتصالات پلی یورتان در سازه های چوبی یک ویژگی حرارتی مکانیکی جالب را نشان می دهند که آنها را برای مداخلات پس از آتش سوزی کارآمد می کند. با قرار گرفتن این اتصالات در دماهای بالا مانند آتش، پایداری استحکام باند افزایش می یابد؛ علت این امر پایداری حرارتی عالی مواد پلی یورتان و مقاومت در برابر تخریب است. کیوسن و همکارانش مقاومت پلی یورتان منفرد (استفاده شده در این مطالعه) در برابر عوامل مختلف پیری را تایید کردند که در دماهای بالا تا 200 درجه سانتیگراد خواص پایداری خوبی دارد. با این حال، درک محدودیت ها و حالت های آسیب احتمالی اتصالات پلی ورتان در سازه های چوبی تحت شرایط دمایی مختلف ضروری است. به منظور طراحی ساختمان های چوبی جدید، معرفی این انواع جدید اتصالات پلی یورتان مهم هستند زیرا مزایای زیادی نسبت به اتصالات چسب سنتی دارند. انعطاف پذیری اتصالات پلی یورتان امکان حرکت و تغییر شکل بیشتر، به ویژه در سازه های چوبی که تغییرات در رطوبت و دما را تجربه می کنند، را فراهم می کند.

جمع بندی

در این مطالعه، ما با تعریف یک مدل عنصر محدود باهدف شبیه‌سازی رفتار حرارتی مکانیکی نوع جدیدی از اتصالات چسب پایه پلی یورتان با کد شناسایی PL207028 (B1) سروکار داریم. نشانه های مهمی در رابطه با رفتار فوق غیرخطی پلی یورتان در گذشته به دست آمد که توسط مواد به صورت ترکیبی (چوب و پلی یورتان) مهار می شود. تیر کامپوزیت کاهش تدریجی قدرت و انحراف نهایی را با افزایش دما به عنوان خواص مکانیکی فروپاشی ماتریس پلاستیکی تجربه می کند. با این حال، این تضعیف آنقدر شدید نیست که خطرناک باشد. حتی برای نمونه های آزمایش شده در دمای 80 درجه سانتیگراد، شکست واقعی همیشه در چوب رخ می دهد؛ اگرچه نمونه های با ضخامت 4 میلیمتر پدیده لایه لایه شدن در دمای 80 درجه سانتیگراد را تجربه کردند که منجر به تمرکز بیشتر تنش در زیر تخته چوبی خوابیده شد. در اینجا همچنین از این نتایج تجربی در یک مدل اجزای محدود استفاده شد که شبیه سازی آزمون تجربی در محیط عددی را فراهم می کند. هدف دوگانه این بود که بتوان پروژه و بررسی رفتار مشترک چوب-پلی یورتان را گسترش داد. این جنبه بسیار مورد توجه است زیرا نظارت بر این نوع تعامل بدون ایجاد پدیده های اختلال مرتبط در نتیجه نهایی آزمون دشوار است. این مدل با استفاده از استراتژی مدل‌سازی میکرو ساخته شد که در آن هر ماده با استفاده از عناصر آجری تعریف شد. علاوه براین، خواص مکانیکی نیز برای هر ماده با جزئیات تعریف شد؛ به طوری که چوب دقیقا رفتار ناهمسانگرد واقعی را شبیه سازی می کند، درحالی که پلی یورتان دقیقا از پیوندهای تشکیل دهنده هایپرالاستیک رایج پیروی می کند. نتایج حاصل از این مطالعه در توصیف رفتار اصطکاکی پلی یورتان و چوب بسیار مهم است و زمینه را برای بهینه سازی این نوع اتصالات فراهم می کند. روش پیشنهادی پتانسیل رشد را دارد زیرا می تواند در تمام مواد کامپوزیت چند لایه اعمال شود. این نوع کاربرد را می توان در سایر اتصالات پلاستیکی (چسبنده و غیرچسبنده) برای سازه های چوبی و همچنین در عناصر کاملا متفاوت مانند تقویت‌کننده‌های مش الیافی، سازه‌های شیشه-سیمانی وغیره درنظر گرفت. گام بعدی به روز رسانی مطالعه موردی، ستفاده گسترده در یک ساختار کامل و ارزیابی رفتار کلی چسب انعطاف پذیر پلی یورتان خواهد بود.