ASTM D3359 テープ試験

ASTM D3359 テープ試験

要点

• ASTM D3359 は、塗膜を素地まで切り込み、感圧テープを引き剥がして密着性を評価する試験です。迅速で定性的ですが、切り込み・貼付・引き剥がしの操作者による差が結果に影響します。
• 方法A（X字カット）は現場や厚膜向け、方法B（碁盤目カット）は実験室や約125 µm（5 mil）以下の薄膜向けです。
• テープも試験方法の一部です。当初指定されていた3M Scotch 610は製造終了となっており、異なるテープで得た結果は比較できません。
• 5Bという結果は、今回そのテープに対して塗膜が耐えたことを示すにすぎず、耐久性を保証するものではありません。耐摩耗性、耐湿性、促進劣化後の密着性試験と併用してください。

ASTM D3359 テープ試験

ASTM D3359（テープ試験による密着性評価の標準試験方法）は、塗膜を切り込み、その上に感圧テープを貼って剥がし、塗膜が除去された量を0～5の段階で評価することで、塗膜と基材との密着性を判定する手順です。もともとは金属上の塗料向けに作られましたが、ブレード、定規、テープ、基準図があれば実施できるため、プラスチック業界でも成形品やフィルム上のインク、コーティング、加飾仕上げの日常的な確認方法として広く使われています。

広く普及していることは、同時にこの試験の弱点でもあります。試験は定性的で、切り込みも引き剥がしも手作業で行われ、テープ自体も指定・記録しなければ管理されない変数となります。この点を理解して使えば優れたスクリーニング手段ですが、テープと方法を明記せずに合否の仕様として用いると、供給者と顧客の間で決着のつかない議論を招きます。

2つの方法

方法A：X字カット

長さ約40 mmの切り込みを2本、塗膜を貫いて基材に達するように入れ、それぞれの中央付近で30～45度の角度で交差させます。交差部にテープを貼って密着させ、引き剥がします。結果は5A（剥がれ・除去なし）から0A（X字の範囲を超える除去）で評価します。方法Aは、約125 µm（5 mil）を超える厚い塗膜や、精密な格子状の切り込みが難しい現場での使用を想定しています。

方法B：碁盤目カット

各方向に6本または11本の平行な切り込みを入れ、小さな正方形の格子を作ります。切り込み間隔は乾燥膜厚によって決まり、約50 µm（2 mil）以下の膜では1 mm、50～125 µmの膜では2 mmです。125 µmを超える塗膜には、代わりに方法Aを用います。テープを引き剥がした後、格子を観察して次のように評価します。

結果を左右する手順上の要点

• 切り込みは基材まで達している必要があります。刃が鈍い、あるいは切り込みが浅いと、格子の下で塗膜が連続したままとなり、評価が実際より良くなります。プラスチックでは逆の誤りにも注意が必要で、柔らかい基材に深く食い込むと、密着とは無関係の応力が生じて亀裂の起点になります。
• テープの貼付。テープは切り込みの中央に置き、指で押さえた後、消しゴムなどで強くこすって完全に密着させます。空気が残ったり、こすり残しがあったりすると、剥がれが軽くなり、誤って合格と判定されます。
• 保持時間と引き剥がし。規格では、貼付後の短い時間内（約90秒）にテープを剥がすこと、また可能な限り180度に近い角度で自身に沿って素早く引き戻すことを求めています。ゆっくり剥がしたり、角度が小さかったりすると、塗膜にかかる応力が下がり、やはり評価が実際より良くなります。
• 検査。評価は、十分な照明の下で規格中の基準図と比較して行い、できれば試料の区別を知らない検査者が行います。
• 報告。方法、乾燥膜厚、テープのブランドと製品名、繰り返し数、各回の評価を記載します。テープ名が併記されていない評価は不完全です。

どのテープを使うか：3M 610、600、810

旧版の規格では、特定の製品として、幅25 mmの半透明の感圧テープである3M Scotch 610が指定されていました。3Mが610を製造終了とした後は、Permacel P-99が代替品として広く使われ、規格でも参照されましたが、これも現在は生産されていません。現行版のD3359は、方法を単一の製品に結び付けていません。テープは当事者間で合意して結果とともに報告するものとされ、テープごとに密着力が異なるため、異なるテープで得た結果は比較できないと明記されています。

実際には、次の3種類が試験室で使われるテープの大半を占めています。

• 3M Scotch 600は、透明で光沢のある汎用テープで、正式なD3359試験で現在よく選ばれています。3種類の中では一般に最も粘着力が強いテープです。
• 3M Scotch Magic 810は、どのデスクにもあるつや消しの「目立たない」テープで、製造現場でのインク密着の簡易確認に広く使われています。密着力は一般に600より低いため、810で合格した塗膜が600でも合格するとは限りません。
• 製造終了となった610は、古い仕様書や作業指示書にまだ見られます。610を指定している仕様書は、入手可能なテープ名に改訂し、過去の結果を引き継ぐ場合は相関データも添える必要があります。

重要なのは、特定のテープが正しいということではなく、テープが切り込み間隔と同じ試験パラメータであり、結果はテープと併記して初めて意味を持つという点です。

プラスチックと印刷インクへのD3359の適用

成形品やフィルムでは、テープ試験は塗膜そのものだけでなく前処理の確認にもなります。0Bまたは1Bと評価され、正方形の塗膜ごと基材からきれいに剥がれる場合は、界面に問題があります。原因は低い表面エネルギー、汚染、離型剤、添加剤のブルーム、脆弱な境界層などです。これは界面破壊（接着破壊）であり、対策はインクではなく、上流の表面前処理や洗浄にあります。一方、剥がれが切り込みの縁や交点に限られる場合は、脆い、または過硬化した塗膜が、ブレードによる応力集中部で凝集破壊を起こしていることを示します。界面破壊と凝集破壊の違いについては、プラスチックで接着接合が不良になる理由のガイドで解説しています。

印刷されたプラスチックには、さらに2つの点が当てはまります。第一に、UV硬化型や2液型のインクは数時間から数日にわたって密着性が向上または低下し続けるため、インクは印刷直後、完全硬化後、環境暴露後にそれぞれ試験するのが一般的です。第二に、印刷された軟包装には、軟質基材上のインク向けに作られたテープ試験法としてASTM F2252があり、こちらの方が適切な参照規格となることが少なくありません。評価ではなく数値が必要な場合は、テープ試験の代わりに、ASTM D4541による引き剥がし密着試験やせん断試験片を用います。これらの比較検討は、コーティングとインクの密着性および耐摩耗性の測定技術で解説しています。

結果の解釈

プラスチック上のインクや加飾コーティングの生産仕様では、4B以上が一般に求められ、前処理が適切な表面では5Bが期待されます。ただし評価はスクリーニングとして扱ってください。5Bは、このテープを用い、この温度で、現時点で塗膜が接着していることを示すだけです。500時間の湿度暴露、食器洗浄機の1サイクル、車内での1年間の後にどうなるかは分かりません。実際の用途で受ける摩耗、薬品、環境の各試験とテープ試験を併用してください。開発段階では、前処理を並べて比較する際に、試験の迅速さが大きな利点となります。

関連用語と参考情報

• コーティングとインクの密着性および耐摩耗性の測定技術
• 表面エネルギー
• 接触角
• プラスチックにおける接着不良
• プラスチックへのインクジェット印刷

実運用での活用

The Sabreen Groupは、前処理の選定から試験方法の仕様策定、不具合解析に至るまで、プラスチック上のインクおよびコーティングの密着性について、独立した立場でエンジニアリング支援を提供しています。密着性の仕様を作成する場合、前処理の適格性を確認する場合、市場不具合を調査する場合は、当社のエンジニアリングサービスチームがお手伝いします。お客様の用途について、ぜひお問い合わせください。

よくある質問

ASTM D3359 テープ試験とは何ですか？

塗膜を基材まで切り込み、その上に感圧テープを貼って剥がし、除去された塗膜の量を0～5の段階で評価することで、塗膜の密着性を評価する標準的な方法です。迅速で定性的な試験で、プラスチック上のインクやコーティングに広く使われています。

ASTM D3359 ではどのテープが指定されていますか？

従来は3M Scotch 610、その後Permacel P-99でしたが、どちらも現在は製造終了です。現行版では、当事者間でテープを合意し、結果とともに報告することが求められています。テープごとに密着力が異なり、結果を相互に比較できないためです。正式な試験では3M 600、簡易的な確認では810 Magic Tapeが一般的です。

方法Aと方法Bの違いは何ですか？

方法Aは1回のX字カットを用い、現場での使用や約125 µmを超える厚い塗膜を想定しています。方法Bは1 mmまたは2 mm間隔の碁盤目カットを用い、より薄い膜の実験室での試験を想定しています。

5Bという評価は何を意味しますか？

塗膜の除去がなく、切り込みの縁が完全に滑らかな状態です。4Bは、交点で小さな薄片が剥がれるものの、格子面積の5%未満にとどまる状態です。プラスチック上のインクの生産仕様の多くは、4B以上を求めています。

テープ試験だけでインクやコーティングの適格性を確認できますか？

できません。この試験が確認するのは、1種類のテープを用いた試験時点での密着性のみです。摩耗、薬品、湿度、熱に対する耐久性は別に試験する必要があり、定量的な値が必要な場合は、引き剥がし試験やせん断試験を代わりに用います。

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