2019/10/10この記事では、接着剤の基礎知識として、接着剤の原理とこれからの時代に求められる接着剤がどのようなものかを解説します。接着剤がどのような原理で「くっつき」、どのような工夫を施すことで「はがれにくく」なっているのかを知ることが、接着剤を理解する第一歩です。接着剤の適用用途や対応すべき材料の幅は広がっています。それに伴い、接着剤に求められる条件も変化していくため、今後接着剤に求められる期待と解決すべき課題も、接着剤を理解する上で押さえておきたいポイントです。▽おすすめ関連記事(PR)多用途で活躍するセメダインの『スーパーX』から見るものづくりにおける接着剤セメダインの新たな接着剤のコンセプト提案力とそれを可能とする開発力とは「くっつきやすい」とはどういうことか「はがれにくい」とはどういうことかこれからの時代に求められる接着剤まとめ「くっつきやすい」とはどういうことか接着剤が「くっつきやすい」とはどういうことなのでしょうか。ここでは、「くっつきやすさ」を接着剤の原理と硬化時の歪みの度合いから解説します。接着剤は、1機械的結合、2化学的結合、3物理的結合の3つの要素が複合的に作用することでくっつくと言われています。3つの要素を順番に見ていきましょう。液状の接着剤が被着材表面の孔や谷間に入り込み、硬化することで、接着されるという考え方です。船の錨(アンカー)が海底に食い込む様子に例えて、「アンカー効果」や「投錨効果」とも呼ばれます。接着剤と被着材が化学結合することで接着するという考え方です。化学結合の例として、原子同士が互いに電子対を共有することで結合する共有結合などがあります。接着材と被着材各々の分子同士が、互いに引き合う力によって接着するという考え方です。分子同士が互いに引き合う力を分子間力と言い、分子間力の例として、ファンデルワールス力や水素結合などがあります。なされるためには、接着剤が被着材の孔や谷間に入り込んだり、接着剤・被着材の距離が分子間力の及ぶ範囲まで接近したりする必要があります。そのため、接着剤を被着材表面に塗布する際に、被着材の表面を均一に濡らすことが重要です。接着剤が被着材に良く馴染み、均一に塗布された状態を、「濡れ性が良い」と言い、濡れ性が良いと接着力が高くなります。濡れ性は、接触角θを用いて定量的に表現することができ、接触角θが小さいほど濡れ性が良く、θが大きいほど濡れ性が悪く(はじきやすく)なります。<図2><図2>濡れ性と接触角(引用:セメダイン株式会社)硬化時の歪みの度合い接着剤で材料同士が「くっついた」状態となるのは、接着剤が硬化したタイミングです。接着剤は、硬化時に収縮して歪みが生じますが、歪みの度合いが大きいと、接着層に内部応力が生じて、接着強度が弱くなってしまいます。硬化時の歪みの度合いも「くっつきやすさ」を考える上で重要な指標ということを覚えておきましょう。「はがれにくい」とはどういうことか接着剤は、「くっつきやすさ」に加えて「はがれにくさ」を備えている必要があり、この「はがれにくさ」は以下の3つのポイントで決まります。・接着剤にかかる応力が適切に分散されているか・熱や湿度など環境への耐性があるか・接着剤・被着材の耐久性があるかここでは、「はがれにくい」とはどういうことかを、応力を分散させる接合設計、耐久性の観点から解説します。接着剤には様々な応力がかかりますが、応力が一部分に集中するとはがれやすくなってしまいます。した剥離を避けるために、接着剤にかかる応力を「広い面積」に「一様に」分布させるような接合設計を行います。接合設計で押さえておくべき点は、以下の3点です。・接着面積をなるべく広く取る・薄く、均一に、連続した接着層をつくる・応力を引張やせん断方向に制御し、剥離方向への応力を小さくするこの3点を踏まえた接合設計の例として、突合せ継ぎ手、重ね合わせ継ぎ手などがあります<図3>。<図3>接合設計の例(引用:セメダイン株式会社)耐久性はがれにくさを実現する2つ目のポイントは、耐久性です。耐久性は接着後に置かれる環境(1外的要因)や、接着剤自体や接着する対象物(被着剤)の状態(1内的要因)に影響されます。熱や湿度などの環境への耐性です。湿度が高い環境で使用される場合、湿度への耐性が低ければ役に立ちませんね。使用される環境を想定し、その環境への耐性を備えている必要があります。よる)「分解」や(吸水・吸油などによる)「膨潤」といった劣化現象が発生します。耐久性は、接着剤自身や被着材の状態、状態変化への対応力といった内的要因にも影響されます。<接着剤自身の状態>外見上は対象物が固定された状態であっても、接着層の内部では架橋反応の進行などによって分子構造が変化し、接着剤内部にかかる応力が大きくなり、はがれやすくなることもあります。そのため、完全に反応を終了させたり、架橋の進行を抑制するなど、固定後に接着剤自身をなるべく変化させないような工夫が必要です。<被着材の状態>接着剤により被着体を変質させてしまう場合、耐久性に影響を与える場合があります。接着剤成分によりソルベントクラック(プラスチックなどの表面に溶剤などによる微小のクラックを発生させる現象)が発生した場合に、繰り返しの疲労がかかると、クラックが進展し想定よりも早く部材が破壊してしまうことがあります。被着材の性質と影響を考慮し接着剤を選定する必要があります。被着剤の表面状態にも注意が必要です。表面に酸化被膜などの脆弱層が形成されている場合は除去するなどの処理が必要です。<被着材の状態変化への対応力>被着材・接着剤共に熱などにより膨張・収縮しますが、熱膨張率は被着材・接着剤で異なり、一般に熱膨張率は接着剤のほうが大きくなります。そのため、接着剤が硬化した後に被着材が膨張・収縮すると、接着剤に歪みが生じ、内部応力がかかります。接着剤に弾性を持たせ、接着層でこの応力を上手く吸収・分散することで、被着材の変化に対応できるようになります。貢献、新材料への対応など、様々なことが求められます。ここでは、接着剤への期待と、接着剤が克服すべき課題を確認していきましょう。接着剤は、従来のボルトや溶接での接合に代わる信頼性の高い接着接合の実現や、IoTデバイス・自動車などの軽量化への貢献が期待されています。建設現場においては、従来は信頼性の観点からボルトや溶接による接合を行っていましたが、このような接合は、信頼性はあるものの作業工数が大きくなります。そのため、信頼性と作業工数の削減を両立する接合方法として、接着接合への期待が高まっています。この他にも、接着剤接合は、ボルトや溶接での接合に比べて接合部分の軽量化を図れるため、軽薄短小化が進むIoTデバイスや、自動車軽量化における異種材料の接合方法としても注目を集めています。接着剤には、新材料への対応やせん断強度と伸びの両立など、まだまだ解決すべき課題があります。ここで、接着剤の課題も理解しておきましょう。様々なメーカーや研究機関で、新材料の研究開発が進んでいます。接着剤を「くっつきやすく」「はがれにくい」ものにするためには被着材との関係が重要ですが、新材料の各々の特性に対応できる接着剤の開発は、非常に難しいことが現実です。開発される新材料にも対応できるような接着剤の開発が求められています。一度接着した構造物を解体する場合などは、接着接合した材料同士を剥がす必要があります。これまでの接着剤は、「くっつく」ことと「はがれにくい」ことが主眼に置かれていましたが、今後、建築や工業(モバイル端末や自動車など)の用途で利用されるようになると、「解体性」も重要な評価軸の1つとなります。Goals、持続可能な開発目標)への取り組みが求められます。高性能な接着剤を開発すれば良い時代ではないということですね。まとめ接着剤の基礎知識として、「くっつく」、「はがれる」とはどういうことか、今後の接着剤への期待・課題はどのようなものかを解説しました。この他の記事では、「接着剤の使い分け」を解説する予定です。そちらにも目を通してみてくださいね。接着剤は、接着対象や環境など様々な条件に適したものを選ぶことで狙った効果を発揮します。適した接着接合を行うことにより、対象物をより長持ちさせたり、作業効率を向上させたりすることが期待できます。本記事では接着剤の種類と3つの接着剤選びのポイントについて解説します。多用途で活躍するセメダインの『スーパーX』から見るものづくりにおける接着剤セメダインの新たな接着剤のコンセプト提案力とそれを可能とする開発力とは産業用途での活用が進む注目の接合技術『マジックテープ(R)』のしくみと実力に迫るダイカストや冷間プレスに替わる新たなアルミ加工技術「アルミホットスタンプ」の開発現場に潜入ファイバーレーザー溶接がさらに使いやすく!スパッタ問題を解決に導く独創的な技術が生まれた背景こちらの記事もおすすめ(PR)あわせて読みたい3Dプリンター開発状況と3Dプリントのメリットを最大限に生かすための考え方「DFAM」とは?さらなる進化を遂げるFDM3Dプリンター材料!造形精度だけでなく様々な用途に対応する熱可塑性プラスチックとは金属3Dプリンターで注目される新素材『アルミニウム合金粉末』の開発事情とは産学連携による最新事例:低温2面摩擦接合機の装置開発~低温摩擦接合(後編)耐食性・加工性・コストに注目。2019』で発見!~半導体の研究開発や製造に欠かせない製品たち産業用インスペクションで注目される国産ドローン専門メーカーが持つ経験と独自の機体開発手法に迫る(前編)コンデンサーが原点。詳しく解説~鋳造品に生じる「欠陥」の原因と対策~解決!金属加工における欠陥1こちらの記事もおすすめ(PR)みんなの試作広場は、材料選定のノウハウやポイント、材料や加工技術の基礎知識や最新情報をご紹介するモノづくりに関わる“ひと”と“未来”をつなぐWebメディアです。Reserved.ShareTweetTop。