溶媒結合
溶剤接合（溶剤溶接とも呼ばれる）は、接着接合（最終結果は別の物質（接着剤）の接着と2つの基板間の凝集力に依存しない）の方法ではなく、2つの熱可塑性プラスチックを融合する方法です。熱可塑性材料に溶剤を塗布するとポリマーが軟化し、圧力を加えると接合部でポリマー鎖の相互拡散が起こります。溶剤が蒸発すると、完全に固化した接合線が残ります。[ 1 ] 溶剤接合が他のポリマー接合方法に比べて優れている点は、一般的にポリマーのガラス転移温度未満で接合が起こることです。 [ 2 ] [ 3 ]
溶剤接合は接着剤接合とは異なり、溶剤が接合された基材に永久的に残留することはない。[ 4 ]溶剤接合は、溶剤と熱可塑性樹脂の化学反応によって加熱エネルギーが生成され、溶剤の蒸発中に冷却が起こる点で他のプラスチック溶接プロセスと異なる。 [ 5 ]
溶剤接着は、液体または気体の溶剤を用いて行うことができます。液体溶剤はよりシンプルで、一般的に製造コストが低くなりますが、表面の欠陥の影響を受けやすく、接着が不安定になったり、予測不能な結果になったりする可能性があります。[ 6 ]一部の溶剤は、室温では熱可塑性樹脂と反応しませんが、高温で反応して接着することがあります。[ 2 ]硬化時間は非常に変動します。
溶媒法の適用
一般的な4つの申請方法は次のとおりです。[ 5 ]
- ブラシ塗布法。接合面に溶剤をブラシで塗布し、溶剤が完全に蒸発した後、接合強度が完全に確立されるまで圧力を加えます。
- 毛細管現象法。アクリル部品によく使用されるこの方法では、部品間の隙間が一定に狭いため、毛細管現象によって溶剤が接合面に沿って流れます。接合部の隙間に正確に塗布するため、塗布は通常、皮下注射針を用いて行われます。
- ディップダブ法。接合面を溶剤の入った容器に一定時間浸漬します。溶剤の浸漬深さは制御変数です。部品を容器から取り出した後、スクリーンメッシュまたはフォームパッドを使用して余分な溶剤を除去し、接合面同士を接合します。
- 溶剤ディスペンサー方式。ディスペンサーを用いて、各面に塗布する溶剤の量を正確に制御します。
熱可塑性樹脂と溶剤との適合性
接着に適した溶剤の選択は、選択した熱可塑性樹脂の溶剤への溶解性と加工温度に依存する。以下の表は、特定の熱可塑性樹脂の接着に一般的に使用される溶剤の一覧である。[ 5 ] ポリマーと溶剤の相互溶解性は、ヒルデブランド溶解度パラメータを用いて決定することができる。[ 2 ] [ 3 ] ポリマーは一般に、所定の状態（液体または固体）において、自身の溶解度パラメータと類似した溶解度パラメータを持つ溶剤に溶解しやすい。ポリマーの溶解度パラメータは温度変化に大きく影響されないが、液体の溶解度パラメータは温度の影響を受ける。温度が上昇すると混合の自由エネルギーが低下し、界面での溶解と相互拡散接合が促進される。[ 2 ]
| 熱可塑性 | 適合溶剤 |
|---|---|
| アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS） | メチルエチルケトン（MEK） |
| メチルイソブチルケトン | |
| 塩化メチレン | |
| アクリル | 二塩化エチレン（EDC） |
| 塩化メチレン | |
| メチルエチルケトン（MEK） | |
| 三塩化ビニル | |
| ポリカーボネート（PC） | 二塩化エチレン（EDC） |
| 塩化メチレン | |
| メチルエチルケトン（MEK） | |
| ポリスチレン（PS） | アセトン |
| 二塩化エチレン（EDC） | |
| 塩化メチレン | |
| メチルエチルケトン（MEK） | |
| トルエン | |
| キシレン | |
| ポリ塩化ビニル（PVC） | アセトン |
| シクロヘキサン | |
| メチルエチルケトン（MEK） | |
| テトラヒドロフラン | |
| ポリエステル | シクロヘキサノン |
| ポリブタジエン | ベンゼン |
| シクロヘキサン | |
| ヘキサン | |
| トルエン | |
| ポリスルホン | 塩化メチレン |
| ポリエチレン（PE） | p-キシレン、LDPEの場合は75°C、HDPEの場合は100°C |
溶剤接合部の試験
プラスチック接合部の主な機械試験方法は、引張試験、引張せん断試験、剥離試験の3つです。突合せ接合構成を用いた引張試験は、荷重フレームへの取り付けが困難なため、特に薄いシートなどのポリマーにはあまり適していません。取り付けにはエポキシ樹脂を使用できますが、接着接合部ではなくエポキシ樹脂/ポリマー界面での破壊につながる可能性があります。[ 2 ] 溶剤接合を試験する最も一般的な方法は、重ね合わせ接合構成を用いた引張せん断試験です。試験片は、引張荷重により、所定の重ね合わせ断面でせん断破壊試験されます。この試験方法は、荷重メカニズムによる試験片の歪みが緩和されるため、特に薄い試験片に適しています。引張せん断試験のガイダンスは、ASTM D1002-05に記載されています。[ 2 ]
産業用途
溶剤接着を利用する産業は数多くあります。その例としては、マイクロチップ製造、医療、飲料水・衛生設備配管システムなどが挙げられます。[ 6 ] [ 5 ] [ 7 ]
参照
参考文献
- ^ 「設計工学の基礎：プラスチックの接合」機械設計67 ( 16):77.1995年9月14日。
- ^ a b c d e f Ng, SH; Tjeung, RT; Wang, ZF; Lu, ACW; Rodriguez, I.; de Rooij, NF (2008). 「熱活性化溶媒結合によるポリマーの接着」Microsyst Technol . 14 (6): 753– 759. arXiv : 0802.3064 . Bibcode : 2008MiTec..14..753N . doi : 10.1007/s00542-007-0459-1 .
- ^ a b Akhil, AV; Raj, DDD; Raj, MK; Bhat, SR; Akshay, V.; Bhowmik, S.; Ramanathan, S.; Ahmed, S. (2016). 「ポリメチルメタクリレートの気化溶剤接着」. Journal of Adhesion Science and Technology . 30 (8): 826– 841. doi : 10.1080/01694243.2015.1125721 .
- ^ Ahmed, S.; Chakrabarty, D.; Bhowmik, S.; Mukherjee, S. (2016). 「透明ポリマーの製造における溶剤接合と接着剤接合の比較研究」.表面工学および応用電気化学. 52 (2): 193– 201. doi : 10.3103/S1068375516020022 .
- ^ a b c d e Yeh, HJ (2013). 「10 医療用プラスチックの溶接方法の概要」.医療材料およびデバイスの接合と組み立て. エルゼビア. pp. 291– 294.
- ^ a b Wan, Alwin MD; Sadri, Amir; Young, Edmond WK (2015). 「保持溝を利用したプラスチック製マイクロ流体デバイスの液相溶媒接合」. Lab on a Chip . 15 (18): 3785– 3792. doi : 10.1039/C5LC00729A . PMID 26261900 .
- ^ Reich, KD; Trussell, AR; Lieu, YF; Leong, LYC; Trussell, RR (1981). 「飲料水配管に使用される溶剤結合プラスチックパイプからの有機物の拡散」. AWWA年次会議議事録: 1249–1260 .
