Une méthode simple et peu coûteuse pour lier des polymères à l’acier galvanisé

21 décembre 2022

par l'Université de Tokyo

L’industrie manufacturière est constamment à la recherche de matériaux de fabrication plus efficaces, mais la plupart des nouvelles méthodes de développement de tels matériaux créées en laboratoire ne sont pas adaptées à une utilisation à l’échelle industrielle. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont développé une méthode simple et peu coûteuse pour lier des polymères à de l'acier galvanisé (c'est-à-dire de l'acier recouvert d'une couche de zinc) pour créer un matériau léger et durable qui peut peut être produit à l'échelle industrielle.

Alors que le secteur manufacturier est de plus en plus incité à réfléchir à l'impact environnemental de ses processus, de nouvelles techniques sont nécessaires pour garantir que les pièces peuvent être fabriquées à la fois de manière durable (avec un minimum de produits chimiques agressifs et de déchets) et avec une longue durée de vie avant de devoir être remplacées. . L'acier galvanisé est largement utilisé dans l'industrie automobile en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de sa résistance à la corrosion. Cependant, en raison de leur poids, les composites polymère-métal sont de plus en plus utilisés comme matériaux légers alternatifs offrant une durabilité élevée. Malheureusement, les techniques traditionnelles permettant de lier les polymères à l'acier galvanisé ne sont pas adaptées à la production de masse car elles nécessitent souvent des produits chimiques agressifs ou des équipements spécialisés.

Dans une étude publiée récemment dans le Journal of Manufacturing Processes, une équipe de chercheurs de l'Université de Tokyo a démontré une méthode par laquelle un polymère peut être lié à de l'acier galvanisé simplement en prétraitant l'acier avec un lavage acide et en le plongeant dans de l'eau chaude. eau. Le lavage à l'acide enlève la « couche passive » externe sur le revêtement de zinc de l'acier, ce qui permet à l'eau chaude de former des structures d'aiguilles rugueuses à l'échelle nanométrique sur la véritable surface.

Les chercheurs ont découvert que lorsqu’un polymère était appliqué sur le métal traité (dans un processus appelé assemblage direct moulé par injection), il comblait les minuscules espaces et crêtes entre et à l’intérieur des structures d’aiguilles, créant ainsi des liaisons mécaniques très solides. "Nous avons constaté que l'immersion dans l'eau chaude était une méthode simple et efficace pour produire des structures à l'échelle nanométrique sur le revêtement de zinc auxquelles le polymère pouvait adhérer, mais qu'un lavage à l'acide préalable pour éliminer la couche passive était une étape nécessaire pour que cela se produise." explique l'auteur principal Weiyan Chen.

Le groupe a également montré comment la résistance à la traction et au cisaillement, qui indique la force que le polymère peut supporter avant d'être arraché du métal, augmentait avec la complexité des structures nanométriques sur la surface de l'acier galvanisé. En optimisant la température de l'eau chaude et le temps de traitement pour atteindre une complexité maximale dans la structuration à l'échelle nanométrique, l'équipe a pu augmenter considérablement la résistance à la traction et au cisaillement par rapport au métal non traité.

"Notre processus peut être adapté à une large gamme d'applications d'assemblage hybrides, dans lesquelles les pièces métalliques et plastiques doivent être liées de manière permanente", explique l'auteur principal Yusuke Kajihara. "De plus, notre méthode n'utilise pas de produits chimiques agressifs ni de procédures compliquées et est donc adaptée à la mise à l'échelle requise pour les applications industrielles." Ces travaux pourraient conduire à une optimisation de l’assemblage polymère-métal, ce qui constituerait un atout important pour l’industrie manufacturière.

Plus d'information: Weiyan Chen et al, Effet du revêtement de zinc nanostructuré sur la résistance d'assemblage élevée d'un composite polymère/acier galvanisé à haute résistance via moulage par injection, Journal of Manufacturing Processes (2022). DOI : 10.1016/j.jmapro.2022.11.044

Fourni par l'Université de Tokyo