微細表面構造を利用した金属－樹脂直接接合の研究

利用微表面结构的金属-树脂直接键合研究

基本信息

批准号：
17J00345
负责人：
門屋祥太郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00345/
关键词：
金属・樹脂直接接合射出成形陽極酸化処理インサート成形

项目摘要

自動車や電子デバイスの軽量化需要などを背景に，金属と樹脂の接合技術が広く求められるようになっている．特に金属表面粗化と樹脂射出成形からなる成形接合と呼ばれる手法は，材料選択性の高さなどから大きな注目を集めている．本研究では，成形接合において金属表面構造のサイズが接合強度や樹脂の転写状態に与える影響を明らかにすることを目的としている．(1) 陽極酸化処理による大径構造の作製：前年度までに，陽極酸化処理を用いて数十ナノメートル程度の構造を形成し，樹脂成形条件と接合強度の関係などを評価した．さらに大きなサイズの構造について評価するために，陽極酸化処理とエッチング処理を併用することで最大で300ナノメートル程度の構造を作製した．(2) 射出成形条件による接合強度変化の評価：(1)で作製した大径構造を用いて接合実験を行ったところ，20MPa前後の引張せん断強度が得られた．また，樹脂射出速度と接合強度の間に負の相関があることが明らかとなった．これはこれまで数十ナノメートルの構造のみで見られていた傾向と同じであり，数百ナノメートルまでといった広い範囲でも同じ傾向があることを示した．(3) 走査透過型電子顕微鏡(STEM)による接合界面の分析：成形品の接合部分をSTEMを用いて分析し，樹脂転写状態や化学結合性を評価した．まずマイナス100度程度の低温状態でイオンミリング法を用いることで接合部分の薄片試料を作製した．STEMによる観察で，金属表面構造の孔径と同程度の深さまで樹脂が転写されていることが明らかとなった．また元素分析等の結果では，陽極酸化皮膜と樹脂の間には化学結合は認められなかった．

随着汽车和电子设备轻量化的需求，对金属-树脂接合技术的需求日益广泛。特别是由金属表面粗糙化和树脂注射成型组成的称为模具粘合的方法，由于其高材料选择性而引起了广泛关注。本研究的目的是阐明金属表面结构尺寸对模压粘合中粘合强度和树脂转移状态的影响。 (1)利用阳极氧化处理制作大直径结构体：截至去年，我们已经利用阳极氧化处理形成了数十纳米的结构体，并评估了树脂成型条件与接合强度之间的关系。为了评估更大的结构，我们通过阳极氧化和蚀刻的组合制造了最大尺寸约为 300 纳米的结构。 (2)评估由于注射成型条件引起的粘合强度的变化：当我们使用(1)中制造的大直径结构进行粘合实验时，获得了约20MPa的拉伸剪切强度。研究还表明，树脂注射速度与接头强度之间存在负相关关系。这与之前仅在几十纳米的结构中观察到的趋势相同，并且我们已经证明，在高达数百纳米的大范围内也存在同样的趋势。 (3)使用扫描透射电子显微镜(STEM)分析接合界面：使用STEM分析成型品的接合部分，以评价树脂转移状态和化学键合。首先，在约-100摄氏度的低温下使用离子铣削制备接头的薄样品。 STEM观察表明，树脂转移到与金属表面结构的孔径相当的深度。此外，元素分析等结果表明，阳极氧化膜与树脂之间没有观察到化学键。