表面処理が接着強度に及ぼす影響要因

接着材の表面処理は接着剤全体の過程で最も重要な工程の一つであり、接着成功と失敗の鍵の一つでもある。

接着剤は主に接着剤により接着材の表面への接着作用があるため、接着材の表面処理は接着剤の強度と耐久性を決定する主要な要因となり得る。

しかし、接着剤は一連の加工、輸送、貯蔵過程において、表面に酸化物、サビ、油汚れ、吸着物及びその他の不純物が存在するため、接着強度に直接影響を及ぼします。

接着剤の材料と表面は多種多様です。

金属材料も非金属材料もあります。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。熱力学的な観点から、高エネルギー表面と低エネルギー表面の区別があります。化学構造から考えると、活性面と不活性面の区別があります。

接着強度が高く、耐久性の高い接着継手を得るためには、調製した表面層と基体材料及び接着剤との結合が堅固でなければなりません。そして、この結合は環境条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）接着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着剤の接着強度に直接影響する。

その主な影響要因は清潔度、粗さ、表面化学構造の三つの面です。

一、清潔度

良好な接着強度を得るには、接着剤が接着材の表面を完全に浸透させることが必要です。

通常，純粋な金属表面は高い表面自由エネルギーを持つ。

有機接着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。

熱力学原理によれば，それらの間はよく浸潤できる。

しかし、実際に得られた金属はすべて純粋な金属の表面ではなく、その表面には常に錆垢や酸化物があり、金属の製造、切削、成形加工、熱処理などの過程で吸着した有機または無機汚染物質がある。

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

良好な接着強度を得るためには、接着材の表面の接触角は小さくても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、接触角が大きく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は、より高い表面自由エネルギーを持つ吸着層に取って代わられたと考えられます。

従って，接触角が最小であり，接着強度も最高である。

このことから分かるように、接触角を測定する方法で、清浄度と接着強度の関係を表し、表面処理を選択するための最適条件として重要な参考価値がある。

    二、粗糙度

機械で磨くことで金属の接着強度が増すことはよく知られています。

砂の皮で磨いても、砂の吹き付けで接着材を処理しても、適当に表面を粗くしても、接着強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、かえって接着強度が低下します。

あまりにもざらざらした表面は接着剤によく浸潤されないので、凹部に残っている空気などは接着剤の接着に不利です。

また，接着強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学形状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械加工よりも粗雑化した接着強度が高い；鋭い研磨材は球状研磨材で処理した接着強度より高い。

接着材の表面の粗雑化が接着強度を高める理由は、まず機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、表面の物理化学状態を変えて、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、より良い接着強度を得る。

    三、表面化学结构

接着材の表面の化学組成と構造は接着性能、耐久性、熱劣化性能などに重要な影響を及ぼしますが、表面構造が接着性能に与える影響は表面層の凝集強度、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されます。

ここで，表面化学構造は表面物理化学的性質の変化を引き起こすことができ，また表面層凝集強度の変化を引き起こすことができ，従って接着性能に顕著な影響を与える。

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

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、接着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、一般的な接着剤は堅固に接着できません。

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，表面の化学構造を変えただけでなく，表面自由エネルギーも増加し，従って接着性能を改善した。

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

接着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を加えると、耐久性は5倍以上になります。