産総研など提案の「樹脂と金属接合特性評価試験方法」がISO規格に：テスト/計測 ISO19095シリーズ

産業技術総合研究所と日本プラスチック工業連盟は、両者が開発した「樹脂と金属の接合界面の特性評価試験方法」が、国際規格「ISO19095シリーズ」として発行されることになったと発表した。

[竹本達哉，EE Times Japan]

提案から2年あまりで

　産業技術総合研究所（以下、産総研）と日本プラスチック工業連盟は2015年7月、国際標準化機構（ISO）に提案していた樹脂と金属の接合界面の特性評価試験方法が、国際規格「ISO19095シリーズ」として発行されることになったと発表した。発行予定日は2015年7月15日。

　ISO規格化されることになった同試験方法は、樹脂と金属を強固に接合する革新的技術の接合強度や耐久性などを定量的かつ客観的に評価できるようになるもの。高剛性で熱伝導性は高いが重いという金属の特性と、軽く形状の自由度が高い樹脂の特性を補完し合う異種材料複合体は、電子部品や自動車部品などでの応用が進みつつある。

　金属と樹脂の接合は一般に、アルミなどの金属の表面にナノメートル単位の穴を開け、金型内でポリアミドやポリプロピレンなどの樹脂を直接接合して、金属と樹脂を一体化する方法が用いられる。しかし、これまでは、接合特性や耐久性の評価方法が確立されておらず、金属−樹脂接合技術の普及の妨げとなっていた。

　そこで、産総研と日本プラスチック工業連盟は、経済産業省からの委託を受けて、2012年10月から樹脂−金属異種材料複合体の特性評価試験方法の研究開発を実施。2013年4月に規格原案をまとめ、ISOへ提案していた。

樹脂の破断を防いで定量評価

　規格化される評価方法は、従来のせん断接着強度を測定する方法の評価規格「ISO4586」などでは対応できなかった強い接合強度が得られる新たな接合技術に対応するもの。ISO4586などでは、接合部よりも、先に樹脂自体が破断し、接合部の定量的評価が行えなかった。それに対し、新規格は、樹脂部分の破壊を防ぐための試験片形状の最適化や補助治具を使用。樹脂の破断なく、接合界面の強度を測定することができるようにした。

既存規格ISO4587によるせん断接着強度測定例。接合強度が強いため、樹脂部分が破壊してしまっていた 出典：産業技術総合研究所

新規格の試験片の寸法・破断前後の写真（上）とポリフェニレンサルファイド（PPS）/アルミ接合の耐久性評価結果 出典：産業技術総合研究所
突合わせ試験片を左右に一定速度で引っ張ると、接合部分で破断が起こり、その際の荷重から単位面積あたりの接合強度が求められるもの。また、85℃・85％の高温高湿下での長期間（3000時間まで）暴露や、冷熱衝撃試験（-40℃と120℃との間での急激な温度変化を繰り返す）後の強度変化から、接合部の耐久性を評価することができる。高温高湿下では3000時間後でも、初期の高い接合強度（約40MPa）が保持されたが、冷熱衝撃試験では、500サイクル後に強度の低下がみられた。なお評価結果グラフは、5回の測定結果の平均値と最大、最小値を示している。

炭素繊維強化プラスチック−金属接合でも

　産総研では、今回発行される規格の有効性を実証するため、さまざまな樹脂−金属の組合せやさまざまな接合方法による接合特性データを集積すると同時に、接合メカニズムの解明を行う予定としている。加えて産総研と日本プラスチック工業連盟は、炭素繊維強化プラスチック（CFRP）と金属の接合特性に関する新たな規格の提案を検討しているという。