2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of ultrasonic polymer/metal bonding technology based on basic knowledge of polymer bonding
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21K04673
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
宮田 剣 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (60333994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西辻 祥太郎 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 助教 (00564858)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高分子 / 金属 / 超音波接合 / 接合技術 / 界面 / サーモグラフィ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的である高融点・高ガラス転移点の高分子材料及び高分子/金属材料の相互接合技術の確立とメカニズムの解明に向け以下のことを明らかにした。
超音波による高融点・高ガラス転材移点の材料の相互接合について研究を行った。本年度は分子レベルでの局所加熱により少ないエネルギーの供与・剥奪により瞬時に接合する技術及びそのメカニズムについて検討した。具体的には、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート等の高融点・高ガラス転材移点の材料の接合技術について検討し、接合強度との相関を検討した。超音波によりこれらの材料はポリエチレンやポリプロピレン等の軟質の材料と比較すると著しく高速に加熱されることがわかった。さらに局所加熱プロセスの２次元挙動をサーモグラフィ観察により加熱点の特定と制御の関連性を検討した。それにより接合界面が選択的に高速に加熱される挙動が明らかになった。高分子/金属材料の相互接合においては、ポリ塩化ビニルなど特定の高分子は超音波接合法により比較的容易に接合できることが明らかになり、高分子材料の種類による依存性が大きいことがわかった。X線散乱や透過型電子顕微鏡観察による最適な接合条件制御技術に関する検討を行った。接合に寄与する接着層の厚さ評価を行った。明確な接着層の厚さを特定するのは容易ではなく、今後電子顕微鏡観察に加え、顕微赤外分光、顕微ラマン分光等の方法でも解析を進める。さらに接着層の厚さと接合強度の関連性を明らかにする。
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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
本研究の目的である高融点・高ガラス転移点の高分子材料及び高分子/金属材料の相互接合技術の確立とメカニズムの解明について順調に研究を進めている。また令和３年度の研究実施計画に沿って順調に研究は進んでいる。具体的には、① 金属表面の物理化学処理、官能基の導入：接合強度との相関、② 局所加熱プロセスの観察による加熱点の特定と制御、③ X 線散乱や透過型電子顕微鏡観察による最適な接合条件制御、④ 接着層の厚さ評価：接合強度との相関についてそれぞれ順調に進んでいる。④については発展的に研究を継続させより充実させる計画である。以上のことから（２）おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も補助事業期間中の研究実施計画似沿い研究を進める。令和４～５年度の研究計画では超音波による高分子/金属材料の相互接合を進める。令和３年度の研究成果で特定の高分子は超音波接合法により比較的容易に接合できることが明らかになり、高分子材料の種類による依存性が大きいことがわかっている。これらの研究成果を活用して、超音波により金属と高融点・高ガラス転材移点高分子を瞬時に接合する技術の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
前年度実施した研究についてより発展的に行う必要が発生した。そのため次年度にて研究を実施するためのものである。
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