Un metodo economico e semplice per incollare i polimeri all'acciaio zincato

21 dicembre 2022

dall'Università di Tokyo

L’industria manifatturiera è costantemente alla ricerca di materiali produttivi più efficienti, ma la maggior parte dei nuovi metodi per sviluppare tali materiali creati in laboratorio non sono adatti all’uso su scala industriale. Ora, i ricercatori dell’Istituto di Scienze Industriali dell’Università di Tokyo hanno sviluppato un metodo semplice ed economico per legare i polimeri all’acciaio zincato, ovvero l’acciaio con uno strato di zinco sopra, per creare un materiale leggero e durevole in grado di essere fattibilmente prodotto su scala industriale.

Poiché il settore manifatturiero è sempre più incentivato a pensare all’impatto ambientale dei propri processi, sono necessarie nuove tecniche per garantire che le parti possano essere realizzate sia in modo sostenibile (con un minimo di prodotti chimici aggressivi e rifiuti) sia con una lunga durata prima di dover essere sostituite . L'acciaio zincato è ampiamente utilizzato nell'industria automobilistica grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione. Tuttavia, a causa del loro peso, i compositi polimero-metallo vengono sempre più utilizzati come materiali leggeri alternativi con elevata durabilità. Sfortunatamente, le tecniche tradizionali per incollare i polimeri all’acciaio zincato non sono adatte alla produzione di massa poiché spesso richiedono prodotti chimici aggressivi o attrezzature specializzate.

In uno studio pubblicato di recente sul Journal of Manufacturing Processes, un team di ricercatori dell’Università di Tokyo ha dimostrato un metodo mediante il quale un polimero può essere legato all’acciaio zincato semplicemente pretrattando l’acciaio con un lavaggio acido e immergendolo in acqua calda. acqua. Il lavaggio acido rimuove lo "strato passivo" esterno sul rivestimento di zinco dell'acciaio che consente all'acqua calda di formare strutture di aghi ruvidi su scala nanometrica sulla superficie vera.

I ricercatori hanno scoperto che quando un polimero veniva applicato al metallo trattato (in un processo chiamato giunzione diretta tramite stampaggio a iniezione), riempiva i piccoli spazi e le creste tra e all'interno delle strutture dell'ago creando collegamenti meccanici molto forti. "Abbiamo scoperto che l'immersione in acqua calda era un metodo semplice ed efficace per produrre strutture su scala nanometrica sul rivestimento di zinco a cui far aderire il polimero, ma che il previo lavaggio con acido per rimuovere lo strato passivo era un passaggio necessario affinché ciò avvenisse." spiega l'autore principale Weiyan Chen.

Il gruppo ha anche mostrato come la resistenza al taglio e alla trazione, che indica quanta forza il polimero può sopportare prima di essere strappato dal metallo, aumenta con la complessità delle strutture su scala nanometrica sulla superficie dell’acciaio zincato. Ottimizzando la temperatura dell'acqua calda e il tempo di trattamento per raggiungere la massima complessità nella strutturazione su scala nanometrica, il team è stato in grado di aumentare significativamente la resistenza al taglio e alla trazione rispetto al metallo non trattato.

"Il nostro processo può essere adattato a un'ampia gamma di applicazioni di giunzione ibrida, in cui le parti in metallo e plastica devono essere incollate in modo permanente", afferma l'autore senior Yusuke Kajihara. "Inoltre, il nostro metodo non utilizza prodotti chimici aggressivi o procedure complicate ed è quindi adatto allo scale-up richiesto per l'applicazione industriale." Questo lavoro potrebbe portare all'ottimizzazione della giunzione polimero-metallo, il che rappresenterebbe una risorsa significativa per l'industria manifatturiera.

Maggiori informazioni: Weiyan Chen et al, Effetto del rivestimento di zinco nanostrutturato sull'elevata resistenza di giunzione del composito di polimero/acciaio zincato ad alta resistenza tramite stampaggio a iniezione, Journal of Manufacturing Processes (2022). DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

Fornito dall'Università di Tokyo