Un método económico y sencillo para unir polímeros al acero galvanizado.

21 de diciembre de 2022

por la Universidad de Tokio

La industria manufacturera busca constantemente materiales de fabricación más eficientes, pero la mayoría de los nuevos métodos para desarrollar dichos materiales creados en el laboratorio no son adecuados para su uso a escala industrial. Ahora, investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han desarrollado un método barato y sencillo para unir polímeros a acero galvanizado (es decir, acero con una capa de zinc sobre él) para crear un material ligero y duradero que pueda sea ​​factible producirlo a escala industrial.

A medida que el sector manufacturero se incentiva cada vez más a pensar en el impacto ambiental de sus procesos, se necesitan nuevas técnicas para garantizar que las piezas puedan fabricarse de forma sostenible (con un mínimo de productos químicos agresivos y residuos) y con una larga vida útil antes de tener que ser reemplazadas. . El acero galvanizado se utiliza ampliamente en la industria del automóvil debido a sus excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Sin embargo, debido a su peso, los compuestos polímero-metal se utilizan cada vez más como materiales alternativos ligeros y de alta durabilidad. Desafortunadamente, las técnicas tradicionales para unir polímeros al acero galvanizado no son adecuadas para la producción en masa, ya que a menudo requieren productos químicos agresivos o equipos especializados.

En un estudio publicado recientemente en el Journal of Manufacturing Processes, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio demostró un método mediante el cual se puede unir un polímero al acero galvanizado simplemente pretratando el acero con un lavado ácido y sumergiéndolo en agua caliente. agua. El lavado con ácido quita la "capa pasiva" exterior del recubrimiento de zinc del acero, lo que permite que el agua caliente forme estructuras rugosas de agujas a nanoescala en la superficie real.

Los investigadores descubrieron que cuando se aplicaba un polímero al metal tratado (en un proceso llamado unión directa moldeada por inyección), llenaba los pequeños espacios y crestas entre y dentro de las estructuras de las agujas, creando vínculos mecánicos muy fuertes. "Descubrimos que la inmersión en agua caliente era un método simple y eficaz para producir estructuras a nanoescala en el recubrimiento de zinc a las que se adhiriera el polímero, pero que un lavado previo con ácido para eliminar la capa pasiva era un paso necesario para que esto ocurriera". explica el autor principal Weiyan Chen.

El grupo también mostró cómo la resistencia a la tracción, que indica cuánta fuerza puede soportar el polímero antes de desprenderse del metal, aumentaba con la complejidad de las estructuras a nanoescala en la superficie de acero galvanizado. Al optimizar la temperatura del agua caliente y el tiempo de tratamiento para lograr la máxima complejidad en la estructuración a nanoescala, el equipo pudo aumentar significativamente la resistencia a la tracción y al corte en comparación con el metal sin tratar.

"Nuestro proceso se puede adaptar a una amplia gama de aplicaciones de unión híbrida, en las que las piezas de metal y plástico deben estar unidas permanentemente", afirma el autor principal Yusuke Kajihara. "Además, nuestro método no utiliza productos químicos agresivos ni procedimientos complicados y, por lo tanto, es adecuado para la ampliación requerida para la aplicación industrial". Este trabajo podría conducir a la optimización de la unión polímero-metal, lo que sería un activo importante para la industria manufacturera.

Más información: Weiyan Chen et al, Efecto del recubrimiento de zinc nanoestructurado sobre la alta resistencia de unión de compuestos de polímero/acero galvanizado de alta resistencia mediante moldeo por inyección, Journal of Manufacturing Processes (2022). DOI: 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

Proporcionado por la Universidad de Tokio.