構造用接着剤：よくある質問

多くの人が二液混合型の構造用接着剤といえば、エポキシと考えていますが（ほとんどの場合、それらは一般的な用語になっています）、実際にはエポキシはいくつか種類があるうちの１つです。二液混合型構造用接着剤といえば、エポキシ、アクリル、ウレタンの 3 つの主要な化学成分タイプがあり、それらはすべて異なる特性を持っています。

エポキシは実績のある化学成分であり、多くの場面で有効な性能を発揮します。エポキシは、金属を接着するときに疲労性能と耐環境性を発揮します。金属に加えて、エポキシは CFRP（炭素繊維強化ポリマー）などの熱硬化性複合材料の接着に非常に適しています。また、ガラス、セラミック、木材、さらには一部のゴムや特定の熱可塑性樹脂も接着します。エポキシとの接着の鍵は、室温での硬化のために十分に準備された表面が必要であることです。表面をきれいにする必要があり、良好な強力な結合を得るために研磨する必要がある場合があります。エポキシはまた、アクリルである 2 つ目のタイプの二液混合型構造用接着剤ほどには速く硬化しません。

アクリルは構造用接着剤の最新のカテゴリーであり、3 つの理由から生産に適したものと言えます。1 つは、一定のオープンタイムで非常に急速に硬化または強度を構築することです。2 つ目は、油性の表面に対して比較的耐性があります。これは、油分を拭き取る必要がないため、表面の準備が簡単であることを意味します。3 つ目は、熱可塑性接着剤として優れているため、熱可塑性樹脂の強度が非常に高くなります。特定のアクリルを使用すると、プラズマ処理やプライミングを行わなくても、LSE ポリオレフィン材料を接着できます。いくつかの弱点として、アクリルはエポキシほどの環境性能や疲労性能を備えているわけではなく、エポキシよりもかなり硬化収縮が大きい傾向があります。これは、特定のタイプの接合設計、特にゴルフクラブのシャフトがクラブヘッドに入るような拘束された接合で問題となる場合があります。

よく目にする構造接着剤の 3 番目のタイプは、二液混合型ウレタンであり、一液型ウレタンのように機能します。違いは、二液混合型であるため、硬化は湿気ベースではなく化学的に進行し、一液型ウレタンシーラントで得られる硬化深度の問題や非常に遅い硬化が発生しないことです。二液混合型ウレタンは、ガラス転移温度（Tg）が最も低く、最も柔軟で最もゴム状の構造用接着剤である傾向があります。つまり、低温で強度を非常によく維持しますが、高温で高強度を必要とする用途にはあまり適していません。二液混合型ウレタンは通常、準備されていない、また時にはプライマーが塗布された金属に対して大きな接合力を発揮できません。二液混合型ウレタンは通常、プラスチック、木材、布地、ゴムなどに使用されます。

ご覧のとおり、これら 3 つの主要な化学成分にはそれぞれ異なる特性があるため、正しいタイプを選択するには、用途に合ったニーズを本当に理解することが重要です。３Ｍでは、これらすべてのタイプの構造用接着剤を知って販売しており、常に最終使用状況について話し合うことから始めています。持続しないのであれば、構築する意味はありません。私たちはお客様と協力して、最終用途に適した製品の範囲を特定し、次に生産現場を確認して、検証テストで試す接着剤をいくつか指定します。

これはよくある質問であり、非常に重要です。たとえば、ジョージア州の屋外工場では、季節によって4℃から40℃まで変動する場合があります。構造用接着剤は化学反応に依存しており、それらの反応は温度に依存します。最も重要なことは、温度が低いほど反応が遅くなり、温度が高いほど反応が速くなることです。

アレニウス方程式は、反応の温度依存性を示す式です。一般的な目安として、10°C の偏差ごとに、反応速度は倍または半分になります。例として、25°C、または室温で 20 分のオープンタイムを持つ接着剤を取り上げます。温度を 35°C に変えると、そのオープン時間は半分の約 10 分になります。反対に、温度を 15°C に下げた場合、合計オープン時間は 40 分に近くなります。

これはオープンタイムだけではなく、硬化反応でも同じようなことが考えれます。室温で初期強度発現に 2 時間かかる場合、さらに 10°C 低い温度下では 4 時間かかります。これは、屋外作業や季節的な変動にとって重要なだけではありません。この考え方は、生産性改善にも使用できます。例えばオープンタイムを短縮せずに生産性を向上させたい場合は、部品を室温で組み立ててから、10 ～ 20 度温度の高い場所に移動して、硬化速度を高めます。実際、約 50°C を超えると反応はさらに速く進みます。熱硬化性接着剤の反応速度を上げる技術情報によると、これらの接着剤が完全に硬化するまで室温では数日かかりますが、約 50°C を超えると数時間で硬化します。

これは、状況によっては適切で明確な答えが得られないため、お客様から質問としてよく寄せられます。示される数値は 1 つではありません。温度暴露について考えるときに考慮すべき点がいくつかあります。

接着剤はどの程度硬化しますか。

接着剤が取り回し強度に達したばかりであるか、まだいくらか液状のままである場合は、温度にさらすと、組み立ててから 3 週間または 6 か月後に完全に硬化した場合とは状況は異なります。

用途で見られる絶対的な温度はどれくらいですか。

どの程度の高温/低温ですか。これは、接着剤が極端な状態に達したために熱劣化の問題が発生するかどうかを理解するのに役立ちます。

組み立てにおいて、これらの極端な温度とその間のすべてのポイントがどのくらいの期間見られますか。

部品の絶対温度が 150°C である場合、その温度の期間が 5 分間であるか 5 週間であるかによって違いが生じるため、全体的な温度の影響とそれに基づく劣化の影響を考慮する必要があります。また、頻度も関連します。どのくらいの頻度で部品が極端な温度に暴露されますか。砂漠の屋外用途では、夜間の 4℃ から日中の 46℃の間を 24 時間ごとに循環します。同じ極端な状態ではあるものの、1 年に一度発生するものと月に一度発生するものとでは大きく異なります。

接着剤が温度にさらされている間に接着剤に加えられる実際の負荷はどのくらいですか。

この最後の質問が最も重要かもしれません。接着剤が熱劣化しなくても、それはポリマーであり、物理的変化を受けます。具体的には、温度が特定のポイント（ガラス転移温度）を超えて上昇すると、ガラス状の剛体状態から、柔らかくてゴム状の状態に遷移します。接着剤の物理的特性は、特に剛性、熱膨張係数、熱容量などの遷移段階で加温および冷却されると変化し、これが接着剤の耐荷重性に影響を与える可能性があります。

３Ｍ™ EPX アプリケーターの使用方法に関するデモについては、上記のビデオをご覧ください。または、手順の説明については、カタログや動画ご確認下さい。