2023 Fiscal Year Research-status Report
金属・樹脂複合材の接合機構解明に資するナノ特性計測
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22K03838
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
木村 文信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10739311)
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2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属・樹脂直接接合 / 接合メカニズム / 界面特性評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
表面に微細テクスチャが修飾された金属材を金型内に設置した状態で樹脂を射出成形することで金属材と成形樹脂が直接接合される．本研究では，接合に寄与する界面特性の評価手法の確立を目的としている．射出成形条件によって変化する界面の樹脂特性の局所的評価や，界面の微細形状の定量表現手法の開発を検討している．
前年度（2022年度）では，調査対象となる樹脂材料の選定を行い，以前より検討を続けていたPBT樹脂に加えて汎用樹脂であるPPを採用し，適切な射出成形条件の探索を行った．本年度（2023年度）は，PPとレーザー加工によってマイクロディンプルアレイが形成された金属材との接合において，樹脂が界面でマイクロディンプルにどのように侵入しているかを評価した．金属片を酸もしくはアルカリを用いて溶解することで接合界面における樹脂を露出させ（金属溶解法），その面をレーザー顕微鏡で3次元計測を行った．そして得られた3次元形状から，高さ値の出現頻度分布（ヒストグラム）を元に，機械的で高速に樹脂侵入量（マイクロディンプルに侵入した樹脂のマイクロ突起の高さ）を計算する手法を提案した．この定量評価手法で計算された樹脂侵入量と接合強度との間に大まかに相関があることを示したが，条件によっては相関が現れない場合があることも明らかにした．この結果は，樹脂のマイクロディンプル（微細テクスチャ，微細構造）への侵入量だけではなく，ほかの要素も接合に大きく寄与していることを示唆している．
加えて，流動性向上剤を添加したPA6樹脂と熱水処理を施したアルミニウム合金の接合において，界面評価のためにAFM-IRを用いたナノスケールでの化学状態評価を行った．界面近傍（特に界面から数十nm程度）でPA6中のNH基とアルミニウムの間に結合力が働くことを示唆する結果が得られ，アンカー効果以外の要素をナノスケールで確認することができた．
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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
汎用樹脂であるPPとの接合において，マイクロ構造の評価に取り組み，当初は想定していなかった手法を確立することができた．また，流動性向上剤を添加したPA6との接合においては，AFM-IRを用いたナノスケール評価を実施できた．以上から，おおむね順調に進んでいると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに提案してきた評価手法が，多様な種類の材料（特に樹脂材料）にも適用可能であるかを検討していく．これまでに用いていたPBTやPP，PA6に加えて，ABS，PCなどさまざまなエンプラで評価を実施していく．また，ナノスケールでの機械特性計測に関しては，計測対象の樹脂表面の粗さを可能な限り小さくすることが重要であることが初年度より確認していたため，そのようなスムーズな面の創出方法の検討を行い，ナノ機械特性計測も進めていく予定である．
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| Causes of Carryover |
新規材料を用いていたため，新しい評価方法に取り組んだ．そのため，当初予定していた外部機関での評価（有償）を行うところまで到達しなかった．また，他の材料においては当初の予定通りの評価手法を用いたが，こちらは協力研究機関に無償で実施していただいた．以上の理由から，本年度は予定よりも必要な金額を削減することができた．
代わりに，本年度実施できなかった評価を次年度に行うことを検討するため，当初の計画よりも必要な経費が多くなることが予想される．そこで，本年度削減できた費用を次年度の経費に充足することを検討した．
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