新奇高性能プラズマによるCFRTPの融点未満の直接接合とメカニズムの解明

使用新型高性能等离子体在熔点以下直接键合 CFRTP 并阐明其机理

基本信息

批准号：
19K05039
负责人：
遠藤和弘
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kanazawa Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々は、プラズマ照射により樹脂表面に導入した官能基の寿命が長い特長を持つプラズマを用いて、CFRTPの接合を融点未満の温度で行い、36MPaという極めて強い接合強度を実現し、ボルト、接着剤、熱融着等の従来の接合法の問題点を解決した。温度については、世界で初めて、固体の熱力学的視点からプラズマによる直接説合のメカニズムを解明した。とくに融点Tm近傍のプラズマ接合では、高分子の鎖の距離が縮まり、このため熱力学的に予見される強度より、強い強度が得られることが分かった。そこで高分子の結晶性に係わるガラス転移点Tgに着目し、Tg前後の温度で、直接接合の有無を調べた。前回は、Tg前後の二点のみの温度でのデータだったため、今回は樹脂の種類と設定温度も増やして行った。その結果、PETのCFRTPについて、DSCやTMAで測定したTgは69℃であったが、予想に反し、Tg以上の100℃でも接合は起こらなかった。100℃を超えると接合強度の対数は接合の絶対温度Tの逆数に対し、直線的に上昇した。PPSのCFRTPでは、Tgは90℃であったが、予想に反し、それ以下の80℃でも接合した。PEEKのCFRTPはTgは143℃であったが、予想通り、ガラス転移点以下では接合しなかった。いずれのCFRTPも接合温度の領域では、接合強度の対数とTの逆数のプロットから、直接接合の自由エネルギー⊿Gとエンタルピー変化⊿Hが得られた。PPSとPEEKのCFRTPでは高温の高強度領域では、直線からずれて、接合強度は一定になり、CFRTP同士の接合面でないCCFRTPの母材が破壊していた。前回の結果では、高強度接合について接合強度を示したが、今回は、中程度、低強度の接合についても、ロードセルを10kN、500Nと使い分けて測定し、プラズマによる各種CFRTP同士、CFRTPと金属との接合について定量的に示した。

我们使用等离子体在低于熔点的温度下粘合CFRTP，其具有通过等离子体辐照在树脂表面引入长寿命官能团的特点，并实现了36 MPa的极强粘合强度，解决了传统的问题。粘合方法如热熔合。关于温度，我们在世界上首次从固体的热力学角度阐明了等离子体直接解释的机制。特别是，发现在熔点Tm附近的等离子体键合中，聚合物链之间的距离减小，从而产生比热力学预测更强的强度。因此，我们关注与聚合物结晶度相关的玻璃化转变点Tg，并研究在Tg附近的温度下是否存在直接键合。上次的数据只是Tg左右两个温度下的数据，所以这次我们增加了树脂的种类和设定温度。结果，通过DSC和TMA测得的PET CFRTP的Tg为69℃，但与预期相反，即使在高于Tg的100℃下也没有发生粘合。当温度超过100℃时，粘合强度的对数随粘合绝对温度T的倒数线性增加。 PPS CFRTP 的 Tg 为 90°C，但与预期相反，即使在 80°C 的较低温度下也能发生粘合。 PEEK CFRTP的Tg为143℃，但正如预期的那样，低于玻璃化转变温度它不会粘合。对于所有 CFRTP，直接键合的自由能 ⊿G 和焓变 ⊿H 是通过键合温度范围内键合强度的对数和 T 的倒数绘图获得的。在PPS和PEEK CFRTP的高温高强度区域，接合强度偏离直线并保持恒定，并且CCFRTP的基材（不是CFRTP之间的接合面）被破坏。在之前的结果中，我们展示了高强度粘合的粘合强度，但这次我们还使用10kN和500N的称重传感器测量了中低强度粘合，并使用等离子体测量了各种CFRTP之间的粘合强度，以及CFRTP之间的粘合强度我们定量地证明了和金属的键合。