溶剤結合

溶剤接合（溶剤溶接とも呼ばれる）は、接着接合の方法ではなく（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）、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、圧力をかけると、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、完全に固まっ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、一般にポリマーのガラス転移温度 以下で接合が行われることです。 ^{[2] [3]}

溶剤接合は、溶剤が接合された基材に永久的に残留しないという点で、接着剤接合とは異なります。^[4]溶剤接合は、溶剤と熱可塑性プラスチック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行われるという点で、他のプラスチック溶接プロセスとは異なります。^[5]

溶剤接着は、液体または気体の溶剤を使用して行うことができます。液体溶剤はより単純で、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、予測できない結果になったりする可能性があります。^[6]市販されている溶剤の中には、室温では熱可塑性プラスチックと反応しないものもありますが、高温で反応して接着するものもあります。^[2]硬化時間は非常に変動します。

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。接合する表面に溶剤をブラシで塗布し、溶剤が完全に蒸発して接合の強度が完全に形成されるまで圧力を加えます。
• 毛細管現象法。アクリル部品でよく使用されるこの方法では、部品間の隙間が一貫して狭いため、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できるように、塗布は通常、皮下注射針を使用して行われます。
• ディップダブ法。接合する表面を溶剤の入った容器に浸します。溶剤の深さは制御変数であり、一定時間浸します。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てから、接合面をペアにします。
• 溶剤ディスペンサー方式。ディスペンサーを使用して、各表面に塗布される溶剤の量を正確に制御します。

接着に適した溶剤の選択は、溶剤中の熱可塑性樹脂の溶解度と加工温度に依存します。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す。^[5] ポリマーと溶剤の相互溶解度は、ヒルデブランド溶解度パラメータを使用して決定できます。^{[2] [3]} ポリマーは、通常、特定の状態（液体または固体）での溶解度パラメータが類似する溶剤に溶解しやすくなります。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ませんが、液体の溶解度パラメータは温度の影響を受けます。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結合が促進されます。^[2]

プラスチック接合部の主な機械的試験方法は、引張試験、引張せん断試験、剥離試験の 3 つです。突合せ接合構成を使用した引張試験は、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を使用できますが、接着された接合部ではなくエポキシ/ポリマー界面で破損す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使用した引張せん断試験です。試験片は、引張荷重によって、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緩和のため、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]

溶剤接着を利用する産業はいくつかあります。その中には、マイクロチップ製造、医療、飲料水および衛生配管システムなどがあります。^{[6] [5] [7]}

• プラスチック溶接
• 超音波溶接