ポリカーボネートの接着

質問

おそれいります。ポリカーボネートの接着についてお尋ねします。ポリカーボネートの接着については瞬間接着剤や熱硬化のエポキシなどで硬く接合できたのですが、ワークが豆粒くらの微小部品で、瞬間は白化が、熱硬化は硬化中の治具が大量に必要になるなど、問題があります。ところが、最近接着剤ではない、普通の有機溶剤（詳しくなくてすみません、アセトンみたいなものです）を微量たらしてワークを合わせると接合することがわかりました。一見、実に都合がよいのですが、接着剤としてお目にかかったことが無いこんな溶剤を接着剤として使い場合、何か落とし穴は無いか心配です。特にワークが溶けて接合していますが、溶けをきちんと止めるにはどうしたらいいか、ご助言いただけますでしょうか？

回答No.11

noname#230359 · ベストアンサー

ＰＣを積層した総厚が67?です。
0.6?の板間に0.5のチューブをサンドイッチ状に挟む構造の為、経年変化以前の問題で断念しましたので詳細はわかりませんので、ご了承下さい。
それと赤外光での溶着の件ですが、ホームページは1つしか貼り付けられないみたいですので、精電舎にしておきます。この製品だと光源をランプで集光した部分を一体化したタイプみたいです。
他のメーカーでは電源などを含んだ装置としたタイプもありました。
基本はランプと集光で、だいぶ昔ですが、自動車用のランプメーカーでランプと集光部のみの販売しているメーカーが有り、購入した事があります。樹脂溶着ですのでレーザーを使用しないで、すめば安価なシステムになると思いますが、出来れば溶着部の温度を非接触で計測して光源の温度制御を行えば最適な溶着が可能になると思います。

参考URL：

http://www.sedeco.co.jp/prod/prodidx.htm

お礼

お答え、ありがとうございます。該当する溶剤で実験を進め、良い結果が出そうです。

赤外線ランプについては頻繁なＯＮ/ＯＦＦが出来ないので一工夫必要そうです。
コストについては魅力があると思います。
ＬＤが単体で３０万円もしますので・・・

この度は、貴重な時間をみなさんに割いていただいて、ありがとうございました。
おかげさまで、方向性が見えてきました。
ＰＣ同士の溶剤接着は、従来からあり、用法をきちんとすれば使えそうですね。

重ねて、お礼申し上げ、この質問は閉じさせていただきます。

回答No.10

noname#230359

＃９の一部訂正です。
ポリカだと加水分解性に劣るので水中での使用や、ＰＣＴ試験の実施は意味ないですね。
外してお読み頂ければ幸いです。

回答No.9

noname#230359

経時的なクラックについては、多少乱暴な言い方をすれば、
適正に処理された接合部に対して、常温での使用で尚且つ、
荷重がかかっていなければ殆ど心配はないように思います。

個人の乏しい経験からではありますが、ＰＣ・アクリルの重合接着では
母材に相当する強度が得られると思ってます。

例えば、2mm厚の板材をＴ型に接着した場合で、どのように
破断するかというと、接着面がはがれるということはなく
接着面近辺の母材が毟られたり、折れたりという破壊状態に
なります。

サンプルピースで接着後、１２日放置した後、試されては如何でしょう。

ただ製品の接着面がばらつきなくできるかということは
形状、大きさ、接着面の状態により変化すると思いますので、
製品としての信頼性試験を実施した安心できますよね。

通常の環境で、ストレスにさらされていないなら
関東さんも挙げておられる加速試験（高温-低温のスピード繰り返し試験）で
確認できると思います。

もし、静荷重や繰り返し荷重のかかるものなら、耐久試験を、
高温、高圧の環境にさらされるものでしたらＰＣＴ(プレッシャークッカー)試験、
屋外で使用するのであれば、サンシャイン・ウエザーメータとかを
また、水中・油にさらされるのであれば、浸漬劣化の確認などを
追加実施する必要があると思いますが。

お礼

丁寧な、お答えをいただきありがとうございます。
母材強度の結合力は、実験で確認できました。
すごいもんですね。

今後の試験方法についても大変有用なアドバイスをいただきありがとうございます。
基本的に加速試験で結論が出そうです。
ありがとうございました。

回答No.8

noname#230359

大勢の方が見ているようで素人があまり口を出すとヤバイかな。
前提としてｐｃが前提でお話します。
アクリルの場合は重合接着としてメーカーが溶剤の接着を進めていますが、PCの場合は不明です。
複数枚のｐｃを接合した場合は67mm程度でほぼ、
正確に再現出来ていたようです。
赤外光の資料が手元にないので保管先に連絡を取ったのですが不在の為、明日になります。
それから、重要なポイントとしてレーザー溶着をした場合ですが、カーボンマーカーなどを使用して溶着した結果はよくありませんでした。
俗にいう芋半田というような表現が当っています。ｐｃの表面だけの結合で引っ張り強度が不足しており、何かの拍子に剥がれてしまう事が予想されます。
対策としては吸収材として顔料を混練りする必要が生じると思います。
又、赤外ランプで仮に溶着した場合は熱で溶かして溶着を行う事になるので、溶着面の温度制御の必要が生じると思います。

お礼

お答えいただき、ありがとうございます。大変参考になっております。お答えの中の「67ｍｍ」というのは積層されたときの総厚のことでしょうか？下の欄にも書いたのですが、経年変化、（クラック等）についての実態はいかがでしょうか？
以前、瞬間接着剤でＰＣを接合した時も接着剤を多めに塗布して、少し与圧を与えて曲げた状態にしたら、一晩で大きなクラックが発生してました。瞬間接着剤の場合、硬化剤が市販されているので、それをかけると、硬化が止まるのか？一晩置いてもクラックは見られませんでした。
今回の溶剤の場合、積極的に溶けを止める手法があるのか、また、長期の経年変化でクラックを止める方法はあるのか知りたい所です。情報有りますでしょうか？よろしくお願いいたします。
ＰＣのレーザー溶着については、ブラック同士の層間接合ですが２年近く取り組んでおりまして、ほぼ性質をつかんでおります。照射エネルギーさえ制御できればうまく接合できます。エネルギーを制御するには、今のところ市販品でしたらレーザーマーカーが適当かと思います。照射源としてはレーザーである必要はないので、スポットが正確に再現できれば、赤外ランプも有力と考えます。大変興味のあるところです。　お手数かけて大変恐縮ですが、情報ありましたらお願いいたします。

回答No.7

noname#230359

水槽は、専門ではないので、その上でお聞き頂けると幸いですが、
少なくとも水槽の場合は、問題ないのではないかと思います。

ご承知かと思いますが、水族館の大型水槽ではすべてアクリルであり、
大型のものは、厚さ６０ｃｍくらいするために何層もの板を
張り合わせてますが、透明度、強度ともに問題ないですね。
このような接着技術は生半可なノウハウではないとは思いますけど。

ご心配の重合接着における溶けや亀裂の発生の有無は
隙間が均一であるか、必要以上の溶剤を残さないことに
かかっていると思います。

できれば、同形状の透明な試料を用意することができれば、
隙間や残存溶剤の状態、気泡の有無など、
接着面の確認はできると思うのですが。

余計なことかも知れませんが、テトラヒドロフランに関する情報は
こちらからも参照できます。
http://hit-hit-web.hp.infoseek.co.jp/cgi-bin/ChemSearch/ChemLink.cgi?ID=ID0001101&mat_ID=MT0000427

お礼

お答えいただき、ありがとうございます。アクリルについては水族館の張り合わせ板が有名でテレビでも張り合わせの工事を見たことがあります。アクリルの接着剤（溶剤方式）も売ってますのでいけると思います。そこでＰＣはどうかなんですが、接着剤メーカーさんに聞いたら、経時的にクラック問題の恐れもあるとのことでした。この「恐れ」というのは回答をいただいた中の「隙間が均一であるか、必要以上の溶剤を残さないことに かかっている」とのことで、適量であれば心配することないということなのでしょうか？それともかなりの条件、経過時間にもよるが「必ずクラックが発生する」ということなのか、判断に窮しております。加速試験（高温-低温のスピード繰り返し試験）で確認しようかと思いますが、それで正しい結果が出るのかも心配です。お考えをいただければ幸いです。　お手間とらせてすみません。

回答No.6

noname#230359

約0.5?厚のＰＣを3枚重ねてジクロルエタンで溶着を行い、これを約50組程度を束ねようとしたのですが、手作業で行った為に複数の障害が発生しました。
変形→　ＰＣを溶解する性質の為に接着時の加圧
　　　　圧力が均一でないと傾きや接着不良など
　　　　が発生する。
白濁→　液量が多いと、はみ出して後が残る。
塗布→　粘度がなく蒸発してしまうので作業性は
　　　　よいが、反面、定量は出来ても均一の厚　　　　みで塗布されているか不明でバラツキが
　　　　出て後に一部のＰＣは接着不良となって
　　　　剥がれてしまった。
以上の結果から複数のＰＣを束ねると、製品レベルにする事は難しいとの判断で他の方法としました。

赤外又は近赤外関連の資料が手元になくホームページを検索したのですが見つからないので、必要であれば調べます。

お礼

詳しいご説明をいただき、イメージがつかめました。ありがとうございます。一つだけ、わからないのですが、接合の厚みの話がありましたが、非常に綺麗な表面のＰＣどうしを接合した場合、接合層の厚みはどの程度になるのでしょう？水のような溶剤だったので、限りなくゼロ、もしくは接合面が解けるので、ワークとの総厚でマイナスになることも考えられますでしょうか？
重ねて、お忙しいなかの、質問で恐縮ですが、よろしくお願いいたします。

回答No.5

noname#230359

接合方法として超音波などで対応可能であるならば約100万円、半導体レーザーは約500万円と高価です。
基本的には熱で溶着していますので、上記の様な高価な機器を使用しないで赤外、近赤外光を集光して溶着させる様な製品を販売しているので使用すればいいと思うのですが、光源としては基本的にランプですので安価で済むと思います。

お礼

お忙しい中、お付き合いいただきましてありがとうございます。半導体励起のＹＡＧ（ＹＶＯ４）レーザーマーカーですと５００万円ですね。同感です。ただ、半導体直で出力させた場合、レンズユニット、ファイバーを含めて８０万円で出来ます。あとはそれをワークの接合部に沿って動かすメカ系があればできると踏んでいます。この場合スポット径は0.3ｍｍ程度（線幅0.3ｍｍ）が実現できます。　　ところで、「赤外線を集光させて・・・」というのはよく存じません。勉強不足です。とても興味があります。よろしければもう少し情報をいただけないでしょうか？　何度もすみません。よろしくお願いいたします。

回答No.4

noname#230359

吹き飛ばす方法では、接合面同士に隙間がないような状態であることが
前提となりますね。一部で隙間が大きくなるようなものだと、そこに
溶剤が残って硬化が不安定になるでしょうから。

逆に隙間が均一であれば相当な強度がとれる方法ではあるのですが。
魚のアクリル水槽とかの接着方法ですし。

隙間が均一で圧力をかけたときに、余分な溶剤がはみ出してしまうようなら
その分を吹き飛ばす程度で大丈夫だと、思ったのですが、
それで難があるなら難しいように思います。私自身は張り合わせ面に
流し込むようなやり方しかやったことがないですし。

レーザーや超音波溶着なども検討されたのですね。
気密が必要でなく、0.5mm同士なら超音波で３０５０万程度？
歩留まりを考えれば接着よりは良さそうに感じますが。

あまりお役に立てず、すみません。

余談ですが溶剤自体に関しては、あまり理解していなかったのですが、
二塩化メチレンでも種類あるんですね、
＞ジクロルエタン
揮発しやすく室温で容易に引火する。
爆発範囲6.216％。危険物（引火性）、第１種有機溶剤

＞ジクロルメタン
空気中ではほとんど引火せず、金属とは120℃までは反応しない。
爆発範囲1425％。第２種有機溶剤

お礼

丁寧なご回答ありがとうございます。検討中の用材は「テトラヒドロフラン」（ＴＨＦ）というものです。聞くところによると、それほど特殊な使い方ではなく、二塩化メチレンと同じようにＰＣどうしの接合に使われているとのことです。

今回の対象ワークは非常に小さく、超音波では接合面積、接合部の形状制約から難ありと判断しました。アドバイスを勘案するとけっこう、この溶剤でいけそうな気がします。ひとつお伺いしたいのですが、水槽などの広い平面を張り合わせたときに、隙間に入った溶剤はワークを溶かして、その後「ちゃんと後安定する」のでしょうか？じんわり溶けが進むとか、与圧が強くなった場合に、亀裂が生じやすいなどの問題をおこさないのか？情報があればよろしくお願いいたします。（二塩化メチレンの場合でけっこうです）

回答No.3

noname#230359

補足です。
とっぷさんが挙げておられる
ジクロルエタン＝二塩化メチレンです。

回答No.2

noname#230359

同様の経験をしました。
溶剤としてジクロルタンを使用した場合はPCを溶解して接着しますので、形状は変形します。
溶解のコントロールは難しいので実用としては?
結果として0.1?の肉厚のPCの溶着手段としての選択はレーザー溶着としました。

お礼

ご回答ありがとうございます。今回の対象ワークは豆粒程度で厚さは0.5程度の板状のものどうしです。ぎりぎり溶剤による接合も不可能ではないかと思います。実は私もレーザー溶着を推進していたのですが、設備単価が高く、接合工程としてのイニシャルコストが問題視されて（STを厳密に考えれば接着や超音波よりコストは低い）接着に移行せざるを得ない製品も出ています。さて、ご回答の中で「溶解のコントロールは難しいので実用としては? 」というのは同感ですが、具体的に問題になってくる点、使える使えないの分かれ道になる点を挙げていただければ大変参考になります。

蛇足ですが、レーザー溶着に関してはレーザーマーカーを使うことが容易ですが、これをシステム化して溶着機にすると大変高価になります。レーザーダイオードからのレーザーを直接照射使する方式が市販されています。（これも高価）そこで、これに近いものを内作できないかと思案中です。アドバイスがあれば合わせてお願いいたします。

回答No.1

noname#230359

アクリルやポリカの接着剤としては、二塩化メチレンの接着剤(溶剤)が一般的だと思いますが、
合ってますか？

いわゆる接着剤と異なり、母材を溶かすタイプですから、溶けを余計に生じさせないためには、
必要以上に塗布しないことだと思います。

塗布してから余計な溶剤は吹き飛ばした後、
接着するという手順で大丈夫だと思いますが。

表面が乾燥してしまえば、その後溶けが進行したりするような経験はありませんので。

二塩化メチレンでない場合はわかりません。
また不明な場合は、まず溶剤が何者であるか確かめられることが肝要かと。正体不明では何が起こっても不思議ではありませんよ。

お礼

ご回答ありがとうございます。溶剤は変わった名前で、いわゆる薬品溶剤の容器に入った入れ物ですので二塩化メチレンに近いものと思います。粘度はアセトン程度（水みたい）で無色、匂いはアセトンそっくりです。明日、会社に行って再確認します。で、塗布方法なのですが、粘度が水程度ですので塗布範囲を例えば長手方向3ｍｍのバナナ形の接合面があったとすると、はみ出さずに塗布するのはディスペンサーを使っても無理かと思いますがいかがでしょう。「塗布してから余計な溶剤は吹き飛ばした後、 接着するという手順で大丈夫」とのことですが、ワークが小さく微小面で必要な溶剤を残して飛ばすのは難ありそうです。飛ばしたとたん、２,3秒で全塗布量が飛んでしまいます。結果として、少し多めのとふになると思いますが、はみ出した縁のあたりは空気に触れて即、溶けがとまるかに見えますが、合わせた中心部はどうも溶けが止まっていないように思えます。これはどうしたらよいのでしょうか？基本的にポリカを瞬間で接合したときもPCが溶けて留まっていまして、硬化剤雰囲気中に20ｓぐらい放置していました。今回の溶剤は溶けの止まりの対応をどのように考えたらよいでしょうか？