接着不良

接着不良の破壊モードのメカニズムを理解し、製品寿命を通じて性能を発揮する堅牢で耐久性のある接合部を設計する方法をご紹介します。

接着不良の見分け方

接着破壊（アドヒーシブ・フェイリャー）とは、接着剤（またはコーティング、印刷インク、シーラント）と被着体との界面で生じる接合不良です。凝集破壊（コヒーシブ・フェイリャー）は、破断によって接着剤の層が両方の表面に残る現象です。破壊モードを検証することで、接合部の強度と耐久性に影響を及ぼすプロセス変数について貴重な知見が得られます。接合プロセスには接着力と凝集力の両方が関与しており、破壊には複数の破壊モードが同時に関係することが少なくありません。破壊モードは、接着破壊（界面）、凝集破壊（接着剤内部）、基材破壊（材料破壊）、混合モード破壊（接着破壊と凝集破壊の組み合わせ）の4種類に分類されます。層間剥離（デラミネーション）は、製造工程中、または製品の保管・使用期間中のいかなる時点でも発生する可能性があります。堅牢な接着接合には、接合強度と接合耐久性の両方が求められます。重大な破壊メカニズムが適切に特定されないまま、メーカーが解決策を追い求めて不要かつ高額な設備を購入してしまうケースが少なくありません。

接着不良の破壊モードの種類とその発生原因

二つの材料間の接着には、表面科学、接合部設計、そして接着剤（またはインク・コーティング）の化学的性質が関わります。接着接合部は、接着的に破壊する場合と凝集的に破壊する場合があります。破壊モードとは、応力や力が加わった結果として接着接合が破断・破壊するメカニズムを指します。接合部が破壊した際には、その根本原因を特定することが極めて重要です。

接着接合部は接着的または凝集的に破壊することがあります

接着破壊

接着破壊は、接着剤と被着体（基材）との界面で発生します。接着剤は基材からきれいに剥離し、外観上は接着剤の残留物がいずれか一方の表面にのみ残ります。接着破壊のほとんどは、異物混入、化学添加剤の接着ライン内への移行、接合界面の粘度や厚みの特性、不適切な硬化、そして熱膨張特性の違いによって接着接合部に過度な応力を生じさせる温度変動など、製造工程に起因します。接着剤が基材表面を適切に濡らさなければ、接合強度は最大値に達しません。

接着破壊

粘度

凝集破壊

凝集破壊は接着剤自体が破断する現象であり、両方の被着体（基材）の対応する面に接着剤が視覚的に残っていることが特徴です。接着剤と基材との接合強度は、接着剤自体の強度よりも高くなります。現場で発生する凝集破壊は、多くの場合、接合部設計の不備が原因です。

基材破壊

基材破壊（被着体破壊）は、接合部ではなく実際の材料自体が破断する、最適な接合強度を示す状態です。

混合モード破壊

混合モード破壊は、界面が部分的に劣化しているため、接着破壊と凝集破壊の両方の特徴を示します。この破壊モードは本質的に、接合強度が凝集破壊強度を下回る過渡的な状態です。

製造における強固な接着接合部の設計方法

接着接合部は、部品設計、成形、材料と保管、前処理、組み立て、そして稼働現場の条件など、さまざまな理由で破壊します。グローバル製造が主流となった今日、部品はある国で製造され、組み立てのために別の国へ輸送されることが少なくありません。このプロセスだけでも、接着をより困難にする要因が加わります。

接着接合部はなぜ破壊するのか？

接着不良は、部品設計、成形、材料と保管、前処理、組み立て、そして使用環境条件など、さまざまな原因により発生します。今日のグローバルな製造環境では、部品がある国で製造され、組み立てのために別の国へ納入されることが日常的に行われています。このプロセスだけでも、接着をより困難にする要因が加わります。

前処理

ホワイトペーパー

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プラスチック接着の課題を解決する

プラスチック接着問題を解決する科学

PPSの接着接合方法

接着接合の測定技術

表面濡れ性前処理方法

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ポリマー表面と接触角が接着接合に与える影響

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ポリマーの形態と加工方法は、最終的に接着作業の難易度を左右します。一般に、半結晶性プラスチックは非晶性プラスチックよりも接着が困難です。アセタール、ナイロン、ポリオレフィン、PPS、ポリカーボネート、PTFE、ゴム／エラストマーは特に大きな課題となります。シリコーンなどの移行性外部潤滑剤スプレーは、空気中を伝って他のすべての機械に運ばれ、成形部品に付着するため、成形工場では絶対に使用してはなりません。

高い接着強度を得るには、表面処理が極めて重要です。表面は汚れ、グリース、油分がなく清浄でなければなりません。シリコーン、離型剤、防滑剤などの低分子量材料（LMWM）は接着を阻害します。プラスチック表面を洗浄する際、溶剤を過剰に使用すると弱境界層が形成され、曇り（ヘイズ）の堆積が生じて接着を妨げます。プラズマ表面処理を使用する場合は最適な濡れレベルが存在し、過剰処理と処理不足の両方を避ける必要があります。

接触角と表面エネルギー。固体と液体の相互作用における接触角とその物理的特性を理解することは、最適な接着接合の表面濡れ性条件を判断する上で貴重な情報となります。液体（水、印刷インク、接着剤、コーティングなど）の表面張力に対して固体基材の表面エネルギーが高いほど「濡れ性」は良好となり、接触角は小さくなります。接触角は、表面化学的性質の変化と表面形状（トポグラフィー）の変化の両方の影響を受けます。

前進接触角は基材表面の低エネルギー（未改質）成分に最も敏感に反応する一方、後退接触角は表面前処理によって導入された高エネルギーの酸化基により敏感に反応します。したがって、後退接触角こそが、dyne溶液を用いて測定した前処理後の表面改質成分を最も特徴的に表す指標となります。そのため、表面改質を施したすべての材料において、前進接触角と後退接触角の両方を測定することが重要です。

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SABREENグループは、「プラスチック二次加工の専門家集団」として国際的に広く認知されています。極めて高い環境信頼性が求められる用途を含め、あらゆる種類のアプリケーションに対応する堅牢なプロセスソリューションを開発・実装しています。ミッションクリティカルなゼロディフェクトのジェット戦闘機キャノピー放出システムから、ドローン、電子機器、水中構造物まで幅広く手掛けています。SABREENは40年以上にわたる実務経験を持ち、150件を超える技術出版物の著者でもあり、お客様に合わせてカスタムエンジニアリングされた接着接合プロセスソリューションを提供します。お客様の現場で作業を行う際には、プラズマ前処理装置と表面分析装置を持ち込み、貴社の生産ラインで接着ソリューションを実演いたします。

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