Um método barato e simples de ligação de polímeros a aço galvanizado

21 de dezembro de 2022

pela Universidade de Tóquio

A indústria transformadora está constantemente à procura de materiais de produção mais eficientes, mas a maioria dos novos métodos para desenvolver tais materiais criados em laboratório não são adequados para utilização em escala industrial. Agora, investigadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio desenvolveram um método barato e simples de ligação de polímeros a aço galvanizado – isto é, aço com uma camada de zinco sobre ele – para criar um material leve e durável que pode possível ser produzido em escala industrial.

À medida que o setor industrial se torna cada vez mais incentivado a pensar no impacto ambiental dos seus processos, são necessárias novas técnicas para garantir que as peças possam ser fabricadas de forma sustentável (com um mínimo de produtos químicos agressivos e resíduos) e com uma vida útil longa antes de necessitarem de ser substituídas. . O aço galvanizado é amplamente utilizado na indústria automobilística devido às suas excelentes propriedades mecânicas e resistência à corrosão. No entanto, devido ao seu peso, os compósitos polímero-metal estão sendo cada vez mais aplicados como materiais alternativos leves e com alta durabilidade. Infelizmente, as técnicas tradicionais para unir polímeros ao aço galvanizado são inadequadas para a produção em massa, pois muitas vezes requerem produtos químicos agressivos ou equipamentos especializados.

Em um estudo publicado recentemente no Journal of Manufacturing Processes, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tóquio demonstrou um método pelo qual um polímero pode ser ligado ao aço galvanizado simplesmente pré-tratando o aço com uma lavagem ácida e mergulhando-o em água quente. água. A lavagem ácida remove a "camada passiva" externa do revestimento de zinco do aço, o que permite que a água quente forme estruturas ásperas de agulhas em nanoescala na superfície verdadeira.

Os pesquisadores descobriram que quando um polímero era aplicado ao metal tratado (em um processo denominado união direta moldada por injeção), ele preenchia as pequenas lacunas e sulcos entre e dentro das estruturas da agulha, criando ligações mecânicas muito fortes. "Descobrimos que a imersão em água quente era um método simples e eficaz para produzir estruturas em nanoescala no revestimento de zinco para a adesão do polímero, mas que a lavagem prévia com ácido para remover a camada passiva era uma etapa necessária para que isso ocorresse, " explica o autor principal Weiyan Chen.

O grupo também mostrou como a resistência à tração e ao cisalhamento, que indica quanta força o polímero pode suportar antes de ser arrancado do metal, aumentou com a complexidade das estruturas em nanoescala na superfície do aço galvanizado. Ao otimizar a temperatura da água quente e o tempo de tratamento para atingir o pico de complexidade na estruturação em nanoescala, a equipe conseguiu aumentar significativamente a resistência à tração e ao cisalhamento em comparação com o metal não tratado.

“Nosso processo pode ser adaptado para uma ampla gama de aplicações de união híbrida, nas quais peças de metal e plástico precisam ser permanentemente unidas”, afirma o autor sênior Yusuke Kajihara. "Além disso, nosso método não utiliza produtos químicos agressivos ou procedimentos complicados e, portanto, é adequado para a expansão necessária para aplicação industrial." Este trabalho poderia levar à otimização da união polímero-metal, o que seria um trunfo significativo para a indústria manufatureira.

Mais Informações: Weiyan Chen et al, Efeito do revestimento de zinco nanoestruturado na alta resistência de união de compósito de polímero/aço galvanizado de alta resistência por meio de moldagem por injeção, Journal of Manufacturing Processes (2022). DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

Fornecido pela Universidade de Tóquio