아연 도금 강철에 폴리머를 결합하는 저렴하고 간단한 방법

2022년 12월 21일

도쿄 대학

제조 산업은 보다 효율적인 제조 재료를 지속적으로 찾고 있지만, 실험실에서 생성된 이러한 재료를 개발하는 대부분의 새로운 방법은 산업 규모의 사용에 적합하지 않습니다. 이제 도쿄 대학 산업 과학 연구소의 연구원들은 폴리머를 아연 도금 강철, 즉 아연 코팅이 적층된 강철에 결합하여 가볍고 내구성이 뛰어난 소재를 만드는 저렴하고 간단한 방법을 개발했습니다. 산업 규모로 생산하는 것이 가능합니다.

제조 부문에서 프로세스가 환경에 미치는 영향을 고려하는 경향이 점점 더 강해짐에 따라, 부품을 교체하기 전에 지속 가능하게(가혹한 화학 물질 및 폐기물을 최소화하여) 긴 수명을 보장하기 위한 새로운 기술이 필요합니다. . 아연도금강판은 우수한 기계적 성질과 내식성으로 인해 자동차 산업에 널리 사용됩니다. 그러나 무게 때문에 고분자-금속 복합재는 내구성이 높은 대체 경량 소재로 점점 더 많이 적용되고 있습니다. 불행하게도 폴리머를 아연 도금 강철에 접착하는 기존 기술은 거친 화학 물질이나 특수 장비가 필요한 경우가 많기 때문에 대량 생산에 적합하지 않습니다.

최근 제조 공정 저널(Journal of Manufacturing Processes)에 발표된 연구에서 도쿄 대학 연구팀은 강철을 산 세척으로 전처리하고 뜨거운 물에 담그는 것만으로 폴리머를 아연 도금 강철에 접착할 수 있는 방법을 시연했습니다. 물. 산성 세척은 강철의 아연 코팅에 있는 외부 "수동층"을 벗겨내어 뜨거운 물이 실제 표면에 거친 나노 크기의 바늘 구조를 형성하도록 합니다.

연구자들은 폴리머가 처리된 금속에 적용되었을 때(사출 성형 직접 접합이라는 공정에서) 바늘 구조 사이와 내부의 작은 틈과 능선을 채워 매우 강한 기계적 연결을 생성한다는 것을 발견했습니다. "우리는 뜨거운 물에 담그는 것이 폴리머가 부착될 아연 코팅에 나노 크기 구조를 생성하는 간단하고 효과적인 방법이라는 것을 발견했습니다. 그러나 이를 위해서는 부동태 층을 제거하기 위한 사전 산 세척이 필요한 단계였습니다." 수석 저자인 Weiyan Chen이 설명합니다.

연구진은 또한 고분자가 금속에서 찢어지기 전에 얼마나 많은 힘을 견딜 수 있는지를 나타내는 인장-전단 강도가 아연 도금 강철 표면의 나노 크기 구조의 복잡성에 따라 어떻게 증가하는지 보여주었습니다. 나노크기 구조의 최대 복잡성을 달성하기 위해 온수 온도와 처리 시간을 최적화함으로써 연구팀은 처리되지 않은 금속에 비해 인장-전단 강도를 크게 높일 수 있었습니다.

수석 저자인 Yusuke Kajihara는 "우리의 공정은 금속과 플라스틱 부품을 영구적으로 접착해야 하는 광범위한 하이브리드 접합 응용 분야에 맞게 조정할 수 있습니다."라고 말했습니다. "또한 우리의 방법은 가혹한 화학 물질이나 복잡한 절차를 사용하지 않으므로 산업 응용에 필요한 규모 확대에 적합합니다." 이 작업은 제조 산업에 중요한 자산이 될 폴리머-금속 접합의 최적화로 이어질 수 있습니다.

추가 정보: Weiyan Chen 외, 사출 성형을 통한 고분자/아연도금 고강도 강철 복합재의 높은 접합 강도에 대한 나노구조 아연 코팅의 효과, Journal of Manufacturing Processes(2022). DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

도쿄대학 제공