2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a plasma bonding process by reaction control of plasma-liquid interface
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21K18619
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
内田 儀一郎 名城大学, 理工学部, 教授 (90422435)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマジェット / 金属/樹脂接合 / プラズマ気液界面 / 活性酸素種 / シランカップリング剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、プラズマ気液界面での化学反応を接合技術へ応用展開した新規接合法"プラズマ/溶液ハイブリッド接合"を提案し、高強度樹脂/金属接合を実現する。昨年度(R4)は、本研究グループが独自に開発した高密度高周波(60 MHz)プラズマジェットを各種樹脂と鋼板(SPC980)に照射して熱接合するプラズマ熱接合実験を実施した。具体的には1)湿度制御による水蒸気の影響、2)金属表面へのシランカップ溶液塗布の影響について調査した。その結果、鋼板/ポリカーボネート接合において、湿度に比例して接合強度が増大し、湿度90%環境下で5.2 MPaの強度を得た。さらに鋼板表面にシランカップリング溶液を塗布し、湿度90%環境下でプラズマ熱接合を行ったところ、接合強度はさらに増大し7.1 MPaの高値を得た。同様の条件で鋼板/ポリプロピレン、鋼板/ポリエチレン、鋼板/ポリアミド接合を行ったところ、それぞれ4.2 MPa、5.4 MPa、5.5 MPaとなり、従来の抵抗加熱による熱接合と比較し2～4倍の高強度を実現した。鋼板とCFRP(熱硬化性樹脂ポリイミド/炭素繊維複合材)の接合に関して、エポキシ接着剤を用いた接着でプラズマ照射の効果を調査した。その結果、鋼板とCFRP両表面へのプラズマ照射後の接着で、接着剤のみの約2倍の10.1 MPaの高強度を得た。本研究では、シランカップリング溶液と大気圧プラズマとの反応を利用したプラズマ/溶液ハイブリッド接合法が樹脂/金属接合に極めて有効であることを実証した。最終的に樹脂/ステンレス接合(R3実施)で従来熱接合の3～12倍、樹脂/鋼板接合(R4実施)で2～4倍の高強度接合を達成した。
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