接 着 に及 ぼす アル ミニ ウムの表 面 特 性(皿) 昭 和 アル ミニ ウ ム㈱
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(2) 一. 論. 文. 接 着 にお いて 表面 油 分 は悪影 響 を及 ぼ す場 合 が多 いが 図10に. 示 した よ うに油 分 が どの よ うな状 態. で存 在 して い るか,ま た接 着剤 の種 類 は何 か,接 着条 件 は どうか,一 次接 着性 か二 次接 着 性 か に よ っ て も,そ の影 響 の仕 方 が変 わ り非 常 に複 雑 で あ る。 図11は. ポ リエ チ レンを溶 融 接着 した場合 で,油. 分 が存在 した表面 と存 在 しな い表 面 を比 較 して も,加 熱 処 理 して い な い状 態 で は油 分 に よ る接着 力 の 低 下 は認 め られ な い 。 しか し加 熱 処 理 を行 うと200℃. ×5hの. 条 件 で は,顕 著 な接 着性 の 低 下が 認 め. られ てい る。 これ は多 分,油 分 の加 熱 に よ る変 質の た め で あ ろ うと推定 され て い る。1)ま た図12は 〜. 〜玄. 脱脂過程. 非極性有機物(鉱 油系べ一ス油など). 》1‑一. 極騰. 物(油性向上剤など). 1 油分の除去. 圧延上 り. ほぼ完全脱脂. (脱脂 熱処理 洗浄 など). 表面油分畳. 水ぬれ性. 多分 子 層 汚 染. 単 分 子 層 汚染. 単 分 子 層 汚染 以 下. 油分汚染層な し. 水 ぬ れ 性 悪 く,か つ ぬ れ 性 の一 一P脱. 脂 の 進 行 と共 に 水 ぬ れ が. 変 化 が 小 さい1向. 上. (水 との接 触角:90° 以 上)(水. 表面張力. 約30‑40ダ 図10表. との 接 触 角:90‑0'). イ ン/cm約40‑68ダ. イ ン/cm. 面 油分 子 の脱 離 モデ ル とぬれ性 の 関係. 1 (∈∈ 雪 ＼ bo渥)運 讃 梗 坦 323640444852 ゐい ノ. けリリ. ロリ. 表 面 張 力(dyn/cm). リリレ. 加 熱 条件(℃ ×5h) 図11油. 分 汚 染 表 面 の 加 熱 に 伴 うは く離 強 さの 変 化 一2一. 図12ア. ル ミ は く表 面 張 力 と 接 着 性.
(3) 文. 砦4ト5冊. アル ミニ ウ ム箔表 面 の 圧延 油 の 残存 状 態 とビニ ル. で,表 面張 力 が 高 くな る程,つ ま り脱 脂状 態 が 良 好 で あ る程 接 着性 が 良 い。2)さ. らに図13は. 塩. ビー酢 ビ系 接 着剤 を利 用 した場 合 の脱 脂状 態 が 一 次接 着 性,二 次 接着 性 に及 ぼす影 響 を示 した もの. 照 春ll麺 遡 思 る 輔T l寺 .マ (週 掛 樋 胆 ﹀ 摯 糟 蝋. 系接 着 剤 との接着 性 につ い ての 関係 を示 した もの. 2次 接 着 性(水. ,'. 浸 潰). レ. で あ る。一 次 接着 性 で は脱 脂 の影 響 が あ ま り顕 著 るり. に現 れ な くて も,二 次 接 着性 にお い て は大 き く影. リリ. ワリ. ヘ ノリ. AJ表 面 の 水 に よ る接 触 角(度). 響 す るこ とを示 した例 で あ り,蝦 表 面油 分 の残存 図13ア. ル ミニウム表面 の脱 脂状 態 と接着 性. 状態"に 十 分 な る配 慮 が必 要 で あ る こと を意 味 し て い る。3) ω材 料 中の 微量 金 属 元素 の影響 最 近,材 料 中 に微 量 に存 在 す るLi,Mg等 る様 にな って きた 。 図14は. が耐 食 性 あ るい は接 着 性 に影 響 す るこ とが よ く議 論 され. 焼 鈍 した純 ア ル ミ箔 の表 面状 態 をSIMS分. 析 した結果 で あ るが,表 面. に は 熱 処 理 に よ り拡 散 し たNa,Li,Mg等 い る の が わ か る。4)5)そ ず る"BlueCorrosion勢. してLi元. が 集 積 して 素 は 焼 鈍 箔 に生. と呼 ばれ る変 色 に関係 す る. L_ ce .o Tu. a, 0. b oo 0 c 0 Z.. ctu a.) C. 深. 図14焼. さ(nm,. 鈍 し た99.2%ア. 一 次接 着 生. ル ミニ ウ ム箔. 図15ア. 自然 酸 化 皮 膜 中 の 元 素 分 布 (Textor)(SIMS法. ル ミニ ウ ム材 料中 のMg元 接着 性 に及 ぼす影 響. に よ る). 3一. 素の.
(4) 論 こ とが わか って きた 。6)図15は. 文. エ ポキ シ フ ェノー ル系 塗料 を使 用 した 場合 の 純 アル ミとA1‑Mg系. 合 金 の焼鈍 に よ る接 着 性 の変 化 を示 した もの で,両 者 と も高 温焼 鈍 ほ ど,接 着 性 は低 下 す るが,Al ‑Mg系. 合 金 は その低 下度 合 が 非常 に大 きい。 表2耐. その原 因 と して は焼 鈍 によ り表 面 にMgが し,酸 化皮 膜 がMgOを. 拡 散(水. 水 密着 性 試験 結 果 浸 漬:25℃ ,12h). 多 く含 む 多孔 質 な皮 膜. とな り,皮 膜 自身 が凝 集 破壊 をお こす た め と推 論 され てい る。7)ま まれ る微量 のMg元. た 表2は 純 アル ミ材 に含 素 の 影響 を塩 ビー 酢 ビ系 塗. 料 を 用 いて水 浸 漬 に対 す る二 次 接着 性 を検討 し た 例 で あ り,Mg含. 有 量 が6ppmの 場 合 には良 好. な耐 水 密着 性 が 得 られ て い るが90pp皿 で は 明 ら. 大. 焼 鈍 温度 (℃). 小. ○ ●●. 供 試材 (ppm). 工. か に悪 化 して い る。特 に焼 鈍 温度 が高 い程 悪 い. 塗膜のはがれ度合. 記号 傾 向 に あ る。 図16は. ミ 忌4. 純 アル ミ焼 鈍 材 のMg. 元 素 の表 面 層 へ の拡 散状 態 をIMAに. よ り分. 轟 導. 析 した 結果 で あ る。90pp皿 程 度 の微 量Mgで. 慧3. の場 合 と比 べ る と表 面層 のMg濃. も表 面層 へ の著 しい拡 散 が 起 ってお り,6ppm 度が相当 に. ,、. 高 い状態 に な って い る。 そ して この材 料 表 面 ヤ. に形 成 され た マ グネ シ ウム酸化 層 がWBLと ,. な って耐 水 密着 性 を悪 化 させ る こ とが,図17 に示 す はが れ た塗 膜表 面 に移 着 したMず 二 次 イ オ ン像 によ り確 認 されて い る。8) 3.3表. 面 の凹 凸 と接着 性 につ い て. 実 際 の接 着 系 にお け るぬれ で は金属 表 面 に は凹 凸が あ り,接 着剤 には粘 度 の 重 さ,広 が ロワ. ヒロ. マロ. リリ. ス パ ッ タ時 間(S). 図16焼. 鈍 材 の 別Mず の深 さ方 向 分 布. る た めの 時 間 も関与 して くるた め に表 面 張力 と接触 角 だ けを考 えれ ば良 い とい う こ とには な らな い。 従 って表 面 粗 化 は実 際 面 で は接着.
(5) 一. 論. 文. 一. 性 を 向 上 させ る重 要 な 要 素 で あ る が, 単 純 に 粗 化 す れ ば 接 着 面 積 が 増 大 し, ア ンカ ー効果 とか フ ァスナ ー効果 が 期待 で きる とい うもので は な い。表 面 のMorphology,材 着 剤 物 性,あ. 料 表 面 物 性,接. る い は 接 着 条 件,接. 着. 方 法 等 もお お い に 影 響 し て く る 。 こ れ ら の 諸 要 素 を十 分 に考 慮 して 表 面 調 整 が な さ れ ね ば な ら な い 。 表3は 表 面 粗 化 に よ り接 着 性 が 向 上 した 一 例 を示 した も の で あ り,粗 化 に よ り は く離 さが2.5倍. 程 大 き くな って い. る。. 図17は. が れ た 塗 膜 表 面 のMgの. 二 次 イオ ン像. (試 料:恥7,Mg90pp皿). 表3表. 面 粗 さの接着 性 に及 ぼす 影響. 下地処理方法. は く離 強 さ. No.. 方 1 2 3 4. 条. 法. ト リク レ ン 脱 脂. 件. 50°C,5分. 電 解 エ ッチ ン グ. A.c.35A!dm2,50°c30秒. 10wt%か. 性 ソ ー ダ,45°C,7分. Ra(μm) 6.6. 6.6. 0.40. 8.5. 8.2. 8.3. 0.40. 8.0. 生7. 7.6. 7.7. 0.30. 17.5. 18.3. 18.2. 18.0. 0.70. 22.5. 17.5. 23.0. 21.0. 0.80. 8.5. 中性洗剤 脱脂 か 性 洗 浄. 中 心 線 平均粗 さ. 6.7. 6.6. 沸 騰 中,5分. 平均. (kgr115mm幅. → 水 洗→ 中和 (ス マ ッ ト付). 5. 4お. 〃. (デ ス マ ッ ト600秒)'. わ りに. 接 着 性 を左 右 す る要因 は非 常 に多 く存在 し,複 雑 に作用 し合 って い るが,こ. こで は主 に アル ミニ ウ. ム材料 の 表 面特 性 とい う見方 か らその 影響 につ いて一 部 の例 を挙 げ て紹 介 した 。 冒頭 に も述 べた様 に '外観 が同 一 で もそ の表 面 層構 造 は 同一 とは 限 らない. 。従 って材 料 の製造 履 歴等 につ いて も十 分 に理 解. した上 で,目 標 とす る接着 機 能 を得 るた め に は どの様 な材 料表 面 に設 計す べ きか をよ く検 討 し,そ の 上 で適 切 な表 面 調整 な り表 面 コ ン トロール を行 な うべ きで あ ろ う。. 一5一.
(6) 論. 1)阿. 部,内. 山,礒. 山:軽. 2)奥. 川,神. 本:軽. 金 属,34(1984),2g4. 3)未. 発 表社 内 デ ー タ. 4)村. 川:金. 文. 金 属,23(1973),266. 属,54,Nα9(1984),20. 5)SIMS皿,Springer(1982),P372 6)0.N.C.Davies,J.A.Treverton:第63回 7)豊. 瀬,福. 井,畑. 中:第67回. 8)内. 山,礒. 山,竹. 中,河. 軽 金 属 学 会 講 演 概 要,(1982),P161 軽 金 属 学 会 講 演 概 要,(1984),P17. 合:第68回. 軽 金 属 学 会 講 演 概 要,(1985),P229.
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