Дешевый и простой метод приклеивания полимеров к оцинкованной стали.

21 декабря 2022 г.

Токийского университета

Обрабатывающая промышленность постоянно находится в поиске более эффективных производственных материалов, но большинство новых методов разработки таких материалов, созданных в лаборатории, не подходят для использования в промышленных масштабах. Теперь исследователи из Института промышленных наук Токийского университета разработали дешевый и простой метод соединения полимеров с оцинкованной сталью, то есть сталью с нанесенным на нее слоем цинка, чтобы создать легкий и прочный материал, который может возможно производить в промышленных масштабах.

Поскольку производственный сектор становится все более заинтересованным в том, чтобы думать о воздействии своих процессов на окружающую среду, необходимы новые методы, обеспечивающие возможность производства деталей как экологически устойчивым образом (с минимумом агрессивных химикатов и отходов), так и с длительным сроком службы без необходимости замены. . Оцинкованная сталь широко используется в автомобильной промышленности благодаря своим превосходным механическим свойствам и устойчивости к коррозии. Однако из-за своего веса полимерно-металлические композиты все чаще применяются в качестве альтернативных легких материалов с высокой прочностью. К сожалению, традиционные методы соединения полимеров с оцинкованной сталью не подходят для массового производства, поскольку часто требуют применения агрессивных химикатов или специального оборудования.

В исследовании, опубликованном недавно в «Журнале производственных процессов», группа исследователей из Токийского университета продемонстрировала метод, с помощью которого полимер можно прикрепить к оцинкованной стали, просто предварительно обработав сталь кислотной промывкой и погрузив ее в горячую воду. вода. Кислотная промывка удаляет внешний «пассивный слой» с цинкового покрытия стали, что позволяет горячей воде образовывать грубые наноразмерные игольчатые структуры на истинной поверхности.

Исследователи обнаружили, что когда полимер наносился на обработанный металл (в процессе, называемом прямым соединением литьем под давлением), он заполнял крошечные зазоры и выступы между игольчатыми структурами и внутри них, создавая очень прочные механические связи. «Мы обнаружили, что погружение в горячую воду является простым и эффективным методом создания наноразмерных структур на цинковом покрытии, к которым будет прилипать полимер, но что предварительная промывка кислотой для удаления пассивного слоя была необходимым шагом для того, чтобы это произошло», объясняет ведущий автор Вэйян Чен.

Группа также показала, как прочность на растяжение-сдвиг, которая показывает, какую силу может выдержать полимер, прежде чем его оторвут от металла, увеличивается по мере усложнения наноразмерных структур на поверхности оцинкованной стали. Оптимизируя температуру горячей воды и время обработки для достижения максимальной сложности наноструктурирования, команда смогла значительно увеличить прочность на растяжение и сдвиг по сравнению с необработанным металлом.

«Наш процесс можно адаптировать для широкого спектра применений гибридного соединения, в которых металлические и пластиковые детали должны быть прочно соединены», — говорит старший автор Юсуке Кадзихара. «Более того, в нашем методе не используются агрессивные химикаты или сложные процедуры, и поэтому он подходит для промышленного применения». Эта работа может привести к оптимизации соединения полимера и металла, что станет значительным преимуществом для обрабатывающей промышленности.

Больше информации: Вейян Чен и др., Влияние наноструктурированного цинкового покрытия на высокую прочность соединения композита полимер/оцинкованная высокопрочная сталь посредством литья под давлением, Журнал производственных процессов (2022). DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

Предоставлено Токийским университетом