表面処理が接著強(qiáng)度に及ぼす影響要因

接著材の表面処理は接著剤全體の過(guò)程で最も重要な工程の一つであり、接著成功と失敗の鍵の一つでもある。

接著剤は主に接著剤により接著材の表面への接著作用があるため、接著材の表面処理は接著剤の強(qiáng)度と耐久性を決定する主要な要因となり得る。

しかし、接著剤は一連の加工、輸送、貯蔵過(guò)程において、表面に酸化物、サビ、油汚れ、吸著物及びその他の不純物が存在するため、接著強(qiáng)度に直接影響を及ぼします。

接著剤の材料と表面は多種多様です。

金屬材料も非金屬材料もあります。きれいなものもあれば汚染された表面もあります。滑らかなものもあれば、粗いものもあります。多孔性の緩い表面もあります。熱力學(xué)的な観點(diǎn)から、高エネルギー表面と低エネルギー表面の區(qū)別があります。化學(xué)構(gòu)造から考えると、活性面と不活性面の區(qū)別があります。

接著強(qiáng)度が高く、耐久性の高い接著継手を得るためには、調(diào)製した表面層と基體材料及び接著剤との結(jié)合が堅(jiān)固でなければなりません。そして、この結(jié)合は環(huán)境條件の影響を受けません。

表面処理の役割は主に以下の三つの面がある。

（1）接著妨害の表面汚物及び緩み層を除去する。

（2）表面エネルギーを高める；

（3）表面積を増やす。

表面処理の善し悪しは接著剤の接著強(qiáng)度に直接影響する。

その主な影響要因は清潔度、粗さ、表面化學(xué)構(gòu)造の三つの面です。

一、清潔度

良好な接著強(qiáng)度を得るには、接著剤が接著材の表面を完全に浸透させることが必要です。

通常，純粋な金屬表面は高い表面自由エネルギーを持つ。

有機(jī)接著剤の多くは低表面自由エネルギーを持つ高分子化合物である。

熱力學(xué)原理によれば，それらの間はよく浸潤(rùn)できる。

しかし、実際に得られた金屬はすべて純粋な金屬の表面ではなく、その表面には常に錆垢や酸化物があり、金屬の製造、切削、成形加工、熱処理などの過(guò)程で吸著した有機(jī)または無(wú)機(jī)汚染物質(zhì)がある。

これらの汚染物質(zhì)からなる汚染層の凝集強(qiáng)度は低く，それらの存在は一般に接著強(qiáng)度を低下させなければならない。

良好な接著強(qiáng)度を得るためには、接著材の表面の接觸角は小さくても0でもあるべきです。

例えばアルミニウムにとって、表面の汚物が除去された後、接觸角が大きく0にまで低下した場(chǎng)合、アルミニウム表面に覆われた憎悪水性汚染物質(zhì)は、より高い表面自由エネルギーを持つ吸著層に取って代わられたと考えられます。

従って，接觸角が最小であり，接著強(qiáng)度も最高である。

このことから分かるように、接觸角を測(cè)定する方法で、清浄度と接著強(qiáng)度の関係を表し、表面処理を選択するための最適條件として重要な參考価値がある。

    二、粗糙度

機(jī)械で磨くことで金屬の接著強(qiáng)度が増すことはよく知られています。

砂の皮で磨いても、砂の吹き付けで接著材を処理しても、適當(dāng)に表面を粗くしても、接著強(qiáng)度を高めることができます。

しかし、粗さは一定の限界を超えてはいけない。

表面があまりにもざらざらしていて、かえって接著強(qiáng)度が低下します。

あまりにもざらざらした表面は接著剤によく浸潤(rùn)されないので、凹部に殘っている空気などは接著剤の接著に不利です。

また，接著強(qiáng)度は表面粗さだけでなく，玄化法によって生成される異なる表面幾何學(xué)形狀とも密接に関係している。

例の良い噴砂処理は研磨後の機(jī)械加工よりも粗雑化した接著強(qiáng)度が高い；鋭い研磨材は球狀研磨材で処理した接著強(qiáng)度より高い。

接著材の表面の粗雑化が接著強(qiáng)度を高める理由は、まず機(jī)械の粗雑化の過(guò)程によって表面も浄化されたに違いない。第二に、表面の物理化學(xué)狀態(tài)を変えて、新しい表面層を形成したためである。最後に、粗さの違いが界面の応力分布に影響し、より良い接著強(qiáng)度を得る。

    三、表面化學(xué)結(jié)構(gòu)

接著材の表面の化學(xué)組成と構(gòu)造は接著性能、耐久性、熱劣化性能などに重要な影響を及ぼしますが、表面構(gòu)造が接著性能に與える影響は表面層の凝集強(qiáng)度、厚さ、多孔性、活性、表面自由エネルギーなどを変えることによって実現(xiàn)されます。

ここで，表面化學(xué)構(gòu)造は表面物理化學(xué)的性質(zhì)の変化を引き起こすことができ，また表面層凝集強(qiáng)度の変化を引き起こすことができ，従って接著性能に顕著な影響を與える。

例えば、フェノール樹(shù)脂で接著したステンレスとアルミ接著剤はそれぞれ2880 Cにおいて50 minと100 minの熱劣化処理を行った後、アルミ接著剤の安定性は依然として良好であるが、ステンレス接著剤はほとんど接著強(qiáng)度を失っている。

これはステンレス鋼の表面で固相酸化還元反応が起こり，高熱劣化性能が大幅に低下するためである。

しかし、鋼の表面にエタン酸亜鉛を塗ると、接著剤の熱劣化性能が大幅に向上します。

したがって，高分子の分裂を加速させる表面原子の性質(zhì)を変えると，鋼の継ぎ手の耐熱酸化作用に顕著な影響を及ぼす。

また、テフロンは表面エネルギーが低い不活性高分子材料であり、一般的な接著剤は堅(jiān)固に接著できません。

しかし，ナトリウム‐ナフタレン‐テトラヒドロフラン溶液で処理した後，テフロンを破壊作用させ，表面上の部分フッ素原子を引っ張り，表面上に薄い黒褐色炭素層を生成した。

このように，表面の化學(xué)構(gòu)造を変えただけでなく，表面自由エネルギーも増加し，従って接著性能を改善した。

また、異なる方法で処理されたチタンとチタン合金は、接著強(qiáng)度と耐久性能の差が非常に大きい。

接著に適した表面は安定した、粗い、密な酸化層を持つべきである。

処理液に少量の硫化ナトリウムなどの還元性物質(zhì)を加えると、耐久性は5倍以上になります。