(Fri)久しぶりのプラモで科学しよう第5回は"接着"についてです。毎度のことですが、細けぇことはいいn(ryな方は一番下の面白くないボタンをどうぞ。長い期間、推敲というか書き込み続けた記事なのでか〜〜〜〜〜〜〜〜なり長いです。驚異の8000文字オーバーです。ブログ始めてからの最長記事になります。一気に読むと死ねるので数日に分けて読むのをオススメします。プラモを作るうえで避けて通れない接着です。最近のガンプラは接着剤がいらないようになっていますが接着剤を使わないなんてプラモじゃない!という接着原理主義の人がお送りしますwはっきり言って、接着は非常に難しい話です。普段、なにげなく使っていますがとっても化学的な話になります。表面界面特性や表面エネルギー、ファンデルワールス力に共有結合などなどなど。頭痛くなりそうなのでプラモに関係あるところを掻い摘んで紹介します。プラモで使われる接着剤は大きく分けて2種類に分けられます。一つはプラモ用接着剤といわれるものです。スチロール樹脂用接着剤と瓶のどこかに書いてあるはずです。合わせ面にたっぷり塗ってムニュ着したりするアレです。これは溶着という方法で2つのものを接着しています。こちらは接着剤というよりは溶剤と言ったほうがいいでしょう。一つは瞬着やアルテコなどです。これらは2つの合わせ面を違う物質でくっつけるものです。こちらがいわゆる接着剤というものです。これら2つの接着剤は接着メカニズムが全く違います。それぞれに長所と短所がありますのでこの特性を知っていれば適材適所で接着剤が選べます。プラの接着したい面を考えます。この二つの面を接触させるだけで接着できるといいのですがなかなかそうは行きません。何かしらの技術が必要になってきます。この二つの面を接着する方法の一つが溶着です。溶着とは接着する面の表面を一度溶かして二つの面を合わせた後で溶けた部分を固めることでくっつける方法です。溶着では始めに表面を溶かす必要があります。この方法の場合は表面が溶ければいいので溶かす方法はなんでもかまいません。金属系だとバーナーで炙って熱で溶かして接着しますね。いわゆる溶接というやつです。溶接の種類もいろいろありますが、ここでは置いておきます。押し付けて擦り合わせて摩擦熱で溶かして溶接する方法もあります。熱で溶かした場合には内部に残留応力が残ることがあります。熱で変形していた部分が冷えて形が変わるために発生する内部の力です。この残留応力はなかなかくせものです。破壊の原因になったりもします。〜〜〜〜うんちく〜〜〜〜〜〜代表例はあの有名なタイタニックですね。氷山があるような冷たい海水に船体が浸かったことで残留応力に耐え切れなくなって船体が真っ二つになりました。ないと、ぶつかって船体が真っ二つになるなんて力学的に考えられません。この事件がきっかけになって残留応力が広く知られるようになりました。〜〜〜〜ここまで〜〜〜〜〜〜プラモでも熱で表面を溶かして接着することは理論的には可能です。やったことないですが。残留応力が発生した場合はプラだと脆性材料なのでポッキリいくでしょうね。(いーかげん)プラモではプラモ用接着剤で表面を溶かします。プラモ用接着剤とはプラモを溶かす液です。プラモの材料のポリスチレン(PS)というポリマーを溶かすことが出来るものであればなんでも接着剤として使用できます。溶かす力があまりにも強いととんでもないことになります。溶かすことができれば何でも使えると言いましたがそれを応用しているのが流し込みタイプの接着剤ですね。揮発が早いので大きなパーツ同士の接着には向きませんが小さいパーツを接着するのには最適ですね。流し込みの主成分はおそらくアセトンとかの有機溶媒でしょう。アセトンが入っているかどうかは硬化した瞬着を溶かすかどうかでわかります。実験したことないですが、だれかやってみません?平たく言うと、瞬着で付けた部分に流し込んだら取れたってことになるんですが。瞬着で接着した間違って付けたパーツを流し込みで外すとか白化した部分を流し込みでなでてリカバーするとかできるかもしれません。塗膜がどうなるか考えたくもないですけれど。ホームセンターで安く売っているラッカーシンナーはPSを溶かすので流し込みの変わりに利用できます。単価がかなり安くなりますよ。溶かす力は流し込み接着剤に比べて強いのでちょっとでも余計なところにつくとえらい目に会います。専用の流し込み接着剤があるのなら特に使う必要ありません。ガンプラの関節などのABS樹脂で出来たパーツの場合はPS用の接着剤では溶かすことができないのでABSを溶かす溶剤のABS用接着剤が必要になります。ABSとは(A)アクリロニトリル(B)ブタジエン(S)スチロール樹脂の頭文字をとった呼称です。Sのスチロールがスチレンですね。バンダイの技術は世界一ィィィィなのでABSのPSの比率を上げているみたいでPS用接着剤でも少し溶けるのでわざわざABS用を買わなくてもなんとか接着できます。合わせ目を消すのは結構大変ですけどね。接着する面の話に戻ります。溶かした表面同士を合わせて溶けたPSが固まるまで保持すれば接着完了です。溶着で接着すると接着した部分も元の材料と基本的には同じ強度になります。実際は上の図のようにうまくいきません。溶けた部分を合わせるのでやわらかい樹脂が表面にはみ出ます。溶剤で溶かして接着する場合にはこのむにゅがないとヒケてしまいます。最初の図のようにはみ出させないで接着するとヒケがでてしまいます。固体を溶かすと溶ける前と後では体積が変わります。一般には溶けると体積が大きくなります。水は固体(氷)になると体積が大きくなりますが、これは例外中の例外です。水分子の極性がどうとかで説明できますが、プラモとは関係ないので割愛します。合わせ目部分で溶けた状態(貼り合せてすぐ)でツライチの状態でも固まると体積が減少するのでくぼんできます。これが”ヒケ”になります。プラを溶剤で溶かした場合には注意が必要です。揮発性の溶剤で溶かしていますから時間と共に溶剤が蒸発します。溶剤がなくなったところは穴が開いている”ス”になってしまいます。実際は図のように大きな穴ではありませんが、スが入ると体積が減少します。これも”接着面のヒケ”と言われる状態です。これは特に溶きパテで顕著に現れます。揮発性の溶剤を使う限り、この現象はなくなりません。接着したら3日は乾燥させろといいますが溶剤が完全に蒸発した状態にするということになります。乾燥が足りなくて内部に溶剤が残っていると折角合わせ目をきれいにしてもその部分がヒケてしまいますね。プラモ用接着剤を使ったときはしっかりと乾燥させましょう。接着時間を多く取らなかったために接着後にヒケることが多々あります。このヒケとスを最小にするためにも合わせ目からできるだけ溶けた樹脂を押し出してむにゅが沢山でるようにします。接着面に溶けたプラが少なくなるのでヒケも少なく強度も上がってきますよ。流し込み接着剤を使う場合には多くの場合むにゅとかすることはありません。溶けたプラがごくわずかでむにゅしてもほとんどでてきませんしスもわずかしかできないからだと思われます。次に瞬間接着剤やアルテコとかでの接着です。これは異種材料の接着に効果を発揮します。上で説明したようにPS樹脂同士であればお互いを溶かして接着することができますが一方しか溶かせない場合には接着できません。プラとパテの組み合わせとかレジンと金属の組み合わせとかですね。熱で両方溶かしたとしても収縮率が違うため、うまく接着できません。いう場合は2つの材料の間を取り持つものをつかって接着します。工業的には電子部品の半田付けなんかが代表例ですね。この場合は2つの材料の間に別の材質を挟んで接着します。この接着強度は接着剤の特性によって大きく変わります。瞬間接着剤はほとんどのものに対して接着力を持ちますが主成分のシアノアクリレートというものが多くの材料に対して親和性が強いので接着が可能になります。主成分の名前からわかるように、瞬間接着剤はアクリル樹脂の一種になります。瞬間接着剤は物理吸着と物理的な結合(アンカリング)を主に利用しています。これは表面のでこぼこに接着剤が入っていってでこぼこをしっかりと捕まえることでくっついている状態です。アルテコの中身がなにかわかかりませんがアルテコの場合も同様だろうと思います。瞬着が表面のでこぼこに入り込んでいるだけなのでこの接着面は衝撃に非常に弱いです。パーツを落としたら瞬着で付けた部分が取れたという経験がある人も結構いると思います。瞬着を使う場合は接着面をしっかりと荒らしていると接着剤が表面のでこぼこを掴まえやすくなるので少しは取れにくくなりますよ。原理的に溶着と違ってとれなくすることは無理ですけれど。ポリキャップ(PC)を瞬着でつけようとして失敗したことありませんか?瞬間接着剤で接着できない代表例がポリエチレンです。ランナーのどこかににPEと書いてあるとポリエチレン製です。ポリエチレンは非常に安定な物質でシアノアクリレートでもくっつくことができません。PCの固定は機械的固定(ダボに入れるとかパテで周りを囲むとか)しないとできません。これを逆手にとって瞬着やアルテコをPEやPP(ポリプロピレン)の板の上で硬化させると硬化後に簡単にとれるので、平面が簡単に作れます。この方法は、ガンダムスクラッチビルドマニュアルに書いてあってもう知られた方法ですね。自分で大発見と思ってたのに、残念。指に瞬着が付いてなかなか取れない時に昔はアセトンで手を洗ったりしてました。危険なので良い子は真似してはいけません。手がガサガサになります。上でもちょっと書いていますがアセトンはシアノアクリレートを溶かします。しても瞬着でつけたパーツを取りたい時はアセトンで溶かすという最終最強手段もあります。プラも解けてしまいますからレジン(ウレタン樹脂)とか金属パーツにしか使えませんね。ところで瞬間接着剤を表面に塗ってから接着するまでには何が起こっているのでしょうか。主成分のシアノアクリレートは水分と反応して硬化する性質を持っています。この水分は極少量でいいのが利点です。瞬間接着剤を塗布するとその瞬間から空気中の水分やプラの表面に吸着している水分子を捕まえて硬化が始まります。接着剤が少量であればそれこそ名前の通りに瞬間的に硬化します。大量に塗布した場合に効果まで時間がかかるときは水の中にいれると速く硬化します。内部まで水が浸透するのには時間がかかります。表面だけ硬化してなかは未硬化ということも起きますから注意してください。短時間で硬化して接着が終わるというのはモデラにとって魅力的です。接着に待ち時間がありませんからテンションが下がらずに済みます。一度硬化してしまえば、ヒケることがありません。したら、瞬着の欠点は・・・?欠点が無いなら瞬着でいいじゃないかと思いますね。欠点その1上でも述べた通り、衝撃に弱いです。動かして遊ぶ場合や力がかかるパーツの接着にはあまり適しません。取れてしまうことがあります。いうときは溶着でがっちり接着したほうが強度が高くなるので安心です。欠点その2最大の欠点と言ってもいいかもしれません。瞬着を塗った周囲が白くなることがあります。私はこれが怖くて塗装後にはほとんど使ってません。接着した周囲が白くなるのでしょうか??ビバリーヒルズコップでエディーマーフィーが犯人の指紋をみるのに瞬間接着剤をつかっているシーンがあります。犯人の指紋がついたものの横に瞬着を盛ってそれを水槽の上に置くと指紋が浮き上がってくるというシーンです。おっさんはこれだから・・・。シアノアクリレートは揮発性です。指紋(水分が付着している場所)に触れるとそこで硬化が始まります。指紋の部分だけにシアノアクリレートが多く付着するので指紋が白く浮き上がってくることになります。シアノアクリレートのなかなか面白い使い方です。瞬着の白化はこの特性によるものです。揮発したシアノアクリレートが周囲のパーツ表面の水分子を捕まえて表面で硬化するから起こります。これを防ぐには揮発する前に完全硬化させるか揮発する量を少なくすれば防げます。完全に揮発を防ぐことはできないので極少量の瞬着をつけてから水の中にぶち込むくらいのことをしないと白化を完全に防ぐことは難しいでしょう。白化しなくて、異種材料の接着に使える接着剤ってないの??って思いますよね。模型製作では最後の仕上げ以外で使うにはちょっと厳しいです。一つは木工ボンドといわれる酢酸ビニル系の接着剤です。これはPSには接着強度が小さいので大きな部品を接着するのには向きません。塗装した表面を犯しません。最後の仕上げのカーモデルのウインドウやエアモデルのキャノピーの接着に向いています。この接着剤は硬化するとほぼ透明になるので接着剤が目立たないため、クリアパーツの接着に向いています。硬化したといってもゴム状になるため、ヤスリをかけたりできません。合わせ目処理や基本工作には向いていません。他にはエポキシ系接着剤といわれるものがあります。多くの場合、2つのチューブからA剤B剤を同量出して、混ぜ合わせて使います。この接着剤はA剤とB剤が化学反応して硬化します。エポキシ系は種類も豊富で接着強度も様々です。構造物に使われたり、ネジの緩み止めに使われたりもします。種類を選ぶとかなり強力に接着できます。瞬着みたいに白化しません。いいとこ尽くめのようですが、2液をしっかりと混ぜないと硬化不良が起こっていつまで経っても接着できなくなります。一般的にはエポキシ系は硬化時間が1時間単位です。長いものだと完全硬化まで24時間のものもあります。溶着よりは速いですが、その間パーツをしっかりと保持する必要があります。硬化した後も木工ボンドと同じように粘弾性を持つ樹脂になるのでヤスリがかけられません。基本工作には向いていません。この接着剤も最後の組み立てで小さなパーツを接着するのに使うといいです。私が感じるこの接着剤の最大の欠点は接着剤の粘度が高いことです。水あめみたいにどろっとしています。いうことは、接着剤を塗布したあとのキレが悪いということになります。少量つけたつもりでも、だら〜とそこから糸を引いたようになってることがあります。なっても、対処法はあります。エポキシ系は硬化する前であればエナメル溶剤で拭き取ることができます。跡が残ったりすることもあるのでそうならないように使うのが一番です。今回は接着剤について考えてみました。それぞれ特性が全く違うのでどこにどの接着剤を使うのが最適なのかということを考えて使うと作品がさらにレベルアップすると思います。製作時間を短縮するために強度は犠牲にして瞬着を多用して製作するとかがしがし動かしたいのでプラモ用接着剤でしっかり付けるとか異種材料の接着なのでしかたなく瞬着を使うとかクリアパーツなので木工ボンド使ってみようかなとかいろいろその時にあわせた選択をしてみてください。