2018 Fiscal Year Research-status Report
機能性中間層による金属‐高分子接合新技術の開発と強度・耐久性発現メカニズムの解明
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18K03842
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
境 英一 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (70581289)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
きゅう 建輝 秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (40244511)
伊藤 一志 秋田県立大学, システム科学技術学部, 助教 (30507116)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 接合 / 材料設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，提案法により，高い強度と耐久性を示す金属‐プラスチック接合体を開発することを目的とし，その優れた接合性が発現するメカニズムの解明を目指すものである．平成30年度は優れた接合性を示す機能性中間層の組成とポーラス被膜生成条件の確立を目標とした．
本年度は樹脂の中でも最も多く用いられている無極性の汎用プラスチック，ポリプロピレン（PP）を金属との接合対象として実験を行った．金属材料にはアルミニウム合金A6063を使用した．まず，アルミ表面へのポーラス被膜生成条件の検討として，異なる細孔形態を有する多孔質陽極酸化アルミナ（PAA）を被覆した．これを金型に予め挿入してその表面上に樹脂を射出成形することで重ね継手を作製し，引張せん断試験により接合強度を評価した．接合強度は，走査型電子顕微鏡を使用して測定されたPAAの細孔面積密度（PAD）および被膜厚さに関連づけて評価した．
結果として，処理時間20分，電流密度0.3A /dm2でリン酸陽極酸化することによって調製されたPAAを被覆したアルミは，溶融樹脂が細孔中に深く浸透することにより最高接合強度を示すことが明らかとなった．これより，ポーラス被膜生成条件を確立した．また，PPにナノ炭酸カルシウム（CaCO3）を30wt%添加することでPPの熱膨張率を抑制することができ，接合性を高められることが明らかとなり，機能性中間層として有効であることが示唆された．しかし，機能性中間層については相溶化剤との配合をさらに検討すべきであり，次年度以降でさらなる検討が必要である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は優れた接合性を示す機能性中間層の組成とポーラス被膜生成条件の確立を目標としていた．本年度の結果において，ポーラス被膜生成条件は，処理時間20分，電流密度0.3A /dm2でのリン酸陽極酸化が最適であることが明らかとなっており，機能性中間層材料についても熱膨張を抑制して接合性を高める組成が明らかになっている．したがって，目標はおおむね達成しており，ほぼ計画通りに進んでいるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
計画はおおむね順調であることから，H31年度（R1年度）は，予定通り接合界面のモルフォロジーとその形成機構の解明に取り組み，最終年度に強度・耐久性発現メカニズムの解明に挑む．H31年度（R1年度）は，前年度の知見を活かして接合体を作製する．中間層の流動方向と垂直方向に沿って断面を切り出し，光学顕微鏡やSEM，透過型電子顕微鏡（TEM）などにより界面モルフォロジーの特徴を捉え，中間層組成との関係を明らかにする．さらに，現有の赤外顕微鏡（FT-IR）によりプラスチック‐中間層界面領域の，X線光電子分析装置（XPS）により中間層‐金属界面領域の組成と化学結合状態のマッピング測定を実施し，接合メカニズムを考究する．
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