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

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。