| 研究課題/領域番号 |
18K03842
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| 研究機関 | 秋田県立大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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, 准教授 (30507116)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 接合 / 材料設計 |
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| 研究実績の概要 |
令和元年度（平成31年度）は昨年度に残された部分の検討と，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むことを目標とした．
まず，昨年度に中間層樹脂の配合の検討に未解明の部分が残ったことから，本年度はその検討から始めた．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い，金属材料にはアルミニウム合金A6063を使用した．まず，前年度までで明らかにしたアルミニウム表面へのポーラス被膜生成条件を用い，理想的な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．次に，中間層樹脂として無水マレイン酸変性ポリプロピレン（MAPP）を用い，まず，ホットプレス成形によりPAA被覆アルミの表面に薄膜として被覆させることとして，その最適条件を検討した．さらに，接合対象となるPPへのナノ炭酸カルシウム（CaCO3）の添加量を10，20，30，50wt%と変えてその影響を調べた．接合は金属材料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，中間層MAPPを被覆させる条件を明らかにできた．また，PPに添加するCaCO3の量を増やすと熱膨張率は低下する一方で被接合体の引張強度と弾性率が低下した．そのアルミとの接合強度は，結果としてCaCO3添加量30wt%で最大を示した．これは密着性を高める熱膨張抑制効果と被接合体自体の被接合体自体の強度低下とのバランスによるものと分かった．また，そのモルフォロジーを調べた結果，CaCO3添加量が高すぎるとそれらが凝集してPAA細孔への樹脂の浸入を阻害することが明らかとなった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和元年度は昨年度に残された部分の検討と，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むことを目標としていた．本年度の結果において，中間層MAPPを被覆させる条件を明らかにでき，アルミとの接合強度は，密着性を高める熱膨張抑制効果と被接合体自体の被接合体自体の強度低下とのバランスにより， PPへのCaCO3添加量30wt%で最大を示すことが分かり，そのモルフォロジーを調べた結果，CaCO3添加量が高すぎるとそれらが凝集してPAA細孔への樹脂の浸入を阻害すること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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| 今後の研究の推進方策 |
計画はおおむね順調であることから，令和2年度（最終年度）は，強度・耐久性発現メカニズムの解明に主に挑む．ここまでの知見をもとに接合体を作製し，固体動的粘弾性の温度依存性を調べ，プラスチックと金属両方と接合界面を形成している中間層の特性を抽出する．温度範囲は極低温域～80℃とし，界面の「粘り」を評価する．また，AFMや超微小硬度計（現有）により接合体界面近方の微小領域力学特性マッピングを実施する．以上より，強度・耐久性の発現メカニズムを接合界面領域の熱的な「粘着性」と「力学特性（変形能）」から解明し，優れた接合性を得るための金属‐プラスチック熱溶着接合新技術とその界面制御指針を提案する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス感染症の流行により予定していた旅費執行ができなくなったためであるが，延期であるため，次年度に使用予定である．
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