ポリマーを亜鉛メッキ鋼板に接着する安価で簡単な方法

2022年12月21日

東京大学による

製造業界は、より効率的な製造材料を常に模索していますが、研究室で作成されるそのような材料を開発するための新しい方法のほとんどは、産業規模での使用には適していません。 今回、東京大学生産技術研究所の研究者らは、ポリマーを亜鉛メッキ鋼板（つまり、その上に亜鉛のコーティングを層状に施した鋼板）に接着する安価で簡単な方法を開発し、軽量で耐久性のある材料を作成しました。工業規模での生産が可能です。

製造部門ではプロセスが環境に与える影響を考えるようますます奨励されており、部品を持続可能に（刺激の強い化学物質や廃棄物を最小限に抑えて）製造し、交換が必要になるまで長い寿命を確保できるようにするための新しい技術が必要になっています。 。 亜鉛メッキ鋼板は、その優れた機械的特性と耐食性により、自動車産業で広く使用されています。 しかし、その重量のため、ポリマー金属複合材料は、耐久性の高い軽量の代替材料としてますます応用されています。 残念ながら、ポリマーを亜鉛メッキ鋼板に接着する従来の技術は、多くの場合、強力な化学薬品や特殊な装置を必要とするため、大量生産には適していません。

Journal of Manufacturing Processes に最近発表された研究で、東京大学の研究チームは、鋼を酸洗浄で前処理し、高温の中に浸すだけで​​ポリマーを亜鉛メッキ鋼に接着できる方法を実証しました。水。 酸洗浄により、鋼の亜鉛コーティング上の外側の「不動態層」が剥がされ、熱水が真の表面に粗いナノスケールの針状構造を形成できるようになります。

研究者らは、ポリマーが処理された金属に適用されると（射出成形直接接合と呼ばれるプロセスで）、針構造の間および内部の小さな隙間や隆起を埋めて、非常に強力な機械的結合を形成することを発見しました。 「私たちは、熱水への浸漬が、亜鉛コーティング上にポリマーを付着させるためのナノスケール構造を生成する簡単で効果的な方法であることを発見しましたが、そのためには不動態層を除去するための事前の酸洗浄が必要なステップであることがわかりました。」筆頭著者のウェイヤン・チェン氏はこう説明する。

同グループはまた、ポリマーが金属から引き剥がされる前にどれだけの力に耐えられるかを示す引張せん断強度が、亜鉛メッキ鋼表面のナノスケール構造の複雑さに伴ってどのように増加するかを示した。 熱水の温度と処理時間を最適化してナノスケール構造の複雑さを最大限に高めることで、研究チームは未処理の金属と比較して引張せん断強度を大幅に向上させることができました。

「当社のプロセスは、金属部品とプラスチック部品を永久的に接合する必要がある幅広いハイブリッド接合用途に適応できます」と上級著者の梶原祐介氏は述べています。 「さらに、私たちの方法は刺激の強い化学物質や複雑な手順を使用しないため、産業用途に必要なスケールアップに適しています。」 この研究は、製造業にとって重要な資産となるポリマーと金属の接合の最適化につながる可能性があります。

詳しくは： Weiyan Chen 他、射出成形によるポリマー/亜鉛メッキ高張力鋼複合材の高い接合強度に対するナノ構造亜鉛コーティングの効果、Journal of Manufacturing Processes (2022)。 DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

東京大学提供