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?；瘜W(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、熱処理などの過程で吸著した有機(jī)または無機(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。