Plasma-SealTight®: 射出成形プロセスにおける強い付着力をもつプラスチックと金属の接合

プラスチック・金属製のハイブリッド部品は産業界における利用が揺るぎなく定着し、その重要性は軽量構造の時代と共に益々増大しています。この素材コンビは個別的な素材の長所が互いに補完しあう特性プロファイルを持った部品で高く評価されます。即ち、金属で高い強度と剛性が保たれる一方、プラスチックの軽量な特性と幅広い造形自由度が活用されるのです。

異種の素材から高品質で、かつ負荷に耐えられる反復性のある接合を実現するには、接合プロセスで素材を確実にシールすることが何より重要です。この特別なシールなしではプラスチックと金属なる両素材間の境界面がリスクの要因となります。

プラスチック・コンパウンドのメーカーAkro-Plastic社と提携してプラズマトリートはハイブリッド射出成形部品に適し、複合付着性の著しい改善が可能で大量生産ラインに組み込むことのできる工法を開発しましたが、その中心部となるのは大気圧PlasmaPlus®コーティングPlasma-SealTight®です。このコーティングは異種の素材が突き合わされる平面をシールして互いに接合することにより媒体の侵入を防ぎ、付着力が際立って強いハイブリッド接合を実現します。

Plasma-SealTight®工法: 反復可能で、環境に優しい安定したプロセスです

Plasma-SealTight®工法は連続生産プロセスに適したインライン解決策として考案されたもので、全体を全自動化して射出成形ラインへ組み込むことができます。総体的な構想では(プラズマ・ポリマー層、プラスチックの処方、プロセス・パラメーターなど)全ての工法エレメントは、生産能力が高い場合も安定して反復可能なプロセスが実現できる様、相互間で厳密に調整されています

本プロセスの第1段階では金属材の表面へOpenair-Plasma®による超繊細クリーニングが施されます。その直後に金属材の表面に付着力増強と腐食防止効果のあるプラズマ・ポリマー層が形成されます。このプラズマ・クリーニングとプラズマ・コーティングは何れも数秒間で指定箇所、即ち前もって定義した部分、に限定して施工されます。コーティングを施された金属材へは、これに続く射出成形プロセスで熱可塑材が噴射されます。

従来式の工法で利用され、環境問題を起こすことの多かった、例えば溶剤を含有するプライマーを使用する事前処理ステップはPlasma-SealTight®コーティングにより完全かつ品質保証付きで置き換えることができます。

付着剤の場合より改善された結合強度

Plasma-SealTight®は(ステンレス鋼、銅、アルミ、鉄鋼などの)金属と分子レベルで結合し、同時に金属がプラスチックと強力に付着できる様な有機化合物(機能グループ)を発生させます。

射出成型に先立ってPlasma-SealTight®処理を施したテストサンプルの引張り強度試験
Plasma-SealTight®技術のお陰で金属・プラスチック・結合は試験に耐えます。22Mpaを超える張力でプラスチック部は破壊されますが結合部は異常なしです。

 

Plasma-SealTight®を利用したプラスチック・コンパウンドと金属間の引張強度として 40MPa 以上を達成することができます。付着剤の使用、レーザーによるミクロ構造加工、またはエッチング法などの他工法と比べて、プラズマ・コーティングではこの通り著しく高まった結合強度が達成されています。

媒体をシャットアウトするハイブリッド結合

素材が僅かでも隙間のある状態で接合されると、例えば水分がその境界面に侵入し素材表面へ広がることができ、この水分と酸素の働きでハイブリッド接合の金属挿入体が腐食し、当該部品の機能喪失や接合部の剥離さえ招きます。

水分がプラスチック・金属・接合の境界面へ侵入すると接合部が腐食し、部品の故障または剥離を起こす可能性があります(左図)。これに対してプラズマポリマー層は全ての空洞部に充満することで水分の侵入を阻止します(右図)。

 

プラズマ層は、ごく微細な空洞部に至るまで完全に埋め尽くし金属の表面を保護する形で接合されることでアグレッシブな媒体の侵入を防止します。この素材をシールするパッキングが水分、塩溶液、油類またはガス類に対する耐久性のある障壁となり、これらの媒体による劣化を完全に防ぎます。

Plasma-SealTight®技術の特長: 

  • 結合強度の改善による部品品質の向上
  • 境界面における媒体のシャットアウト
  • 射出成型ラインへ総体的な組込が可能
  • 高度なプロセス安定性と反復性
  • 溶剤、プライマー及び酸類の完全な排除
  • 化学(先行)物質のごく限られた利用
  • 揮発性有機化合物のエミッションなし
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