JP2021020354A - Method for manufacturing joining object, joining object and object to be joined - Google Patents

Method for manufacturing joining object, joining object and object to be joined Download PDF

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和弘 遠藤
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和弘 遠藤
倫明 和田
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Abstract

To provide an improved technique that joins two objects.SOLUTION: A method for manufacturing a joining object by joining two objects includes the steps of: irradiating each joint surface of two objects with plasma under atmospheric pressure; and adhering the joint surfaces, irradiated with plasma, to each other at a temperature lower than the melting point of a substance included in the objects. Functional groups are generated on the joint surfaces by irradiating the joint surfaces with plasma under atmospheric pressure, and the two objects join by a chemical bond between the functional groups.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、物体を接合する技術に関し、とくに、2つの物体を接合して接合物を製造する方法、2つの物体を接合してなる接合物、及び接合対象物に関する。 The present invention relates to a technique for joining objects, and more particularly to a method of joining two objects to produce a joined object, a joined object formed by joining two objects, and an object to be joined.

2つの物体を接合する方法として、接着剤により接合する方法、ボルトにより接合する方法、溶着により接合する方法などがある。物体の材質や要求される接合の強度などに応じて、適切な接合方法が選択される。 As a method of joining two objects, there are a method of joining with an adhesive, a method of joining with bolts, a method of joining by welding, and the like. An appropriate joining method is selected according to the material of the object and the required joining strength.

上記の接合方法は、それぞれ課題を有している。例えば、接着剤を用いる場合には、接着剤の経年劣化や揮発性有機化合物(VOC)の発生などが問題となりうる。また、ボルトを用いる場合には、接合する物体の強度の低下が問題となりうる。また、溶着による場合には、加熱による物体の劣化などが問題となりうる。 Each of the above joining methods has a problem. For example, when an adhesive is used, aging deterioration of the adhesive and generation of volatile organic compounds (VOCs) can be a problem. Further, when bolts are used, a decrease in the strength of the objects to be joined may become a problem. Further, in the case of welding, deterioration of the object due to heating may become a problem.

本発明はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの一つは、物体を接合する技術を改良することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and one of the objects thereof is to improve a technique for joining objects.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の接合物の製造方法は、2つの物体を接合して接合物を製造する方法であって、2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射するステップと、プラズマが照射された接合面同士を、物体に含まれる物質の融点未満の温度で接着するステップと、を備える。 In order to solve the above problems, the method for producing a bonded product according to an embodiment of the present invention is a method for producing a bonded product by joining two objects, and the bonding surface of each of the two objects is under atmospheric pressure. The step of irradiating the plasma with the above step and the step of adhering the bonded surfaces irradiated with the plasma at a temperature lower than the melting point of the substance contained in the object are provided.

本発明の別の態様は、接合物である。この接合物は、2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射することにより接合面に生成された官能基同士の化学結合により2つの物体が接合されてなる。 Another aspect of the invention is a conjugate. In this bonded object, two objects are bonded by a chemical bond between functional groups generated on the bonded surface by irradiating the bonded surface of each of the two objects with plasma under atmospheric pressure.

本発明のさらに別の態様は、接合物の製造方法である。この方法は、2つの物体を接合して接合物を製造する方法であって、2つの物体のそれぞれの接合面に減圧下又は大気圧下でプラズマを照射するステップと、プラズマを照射してから所定期間経過後に、プラズマが照射された接合面同士を、物体に含まれる物質の融点未満の温度で接着するステップと、を備える。 Yet another aspect of the present invention is a method of producing a conjugate. This method is a method of joining two objects to produce a bonded object, in which a step of irradiating the joint surface of each of the two objects with plasma under reduced pressure or atmospheric pressure, and after irradiating the plasma. After a lapse of a predetermined period, the step of adhering the bonded surfaces irradiated with plasma at a temperature lower than the melting point of the substance contained in the object is provided.

本発明のさらに別の態様は、接合対象物である。この接合対象物は、減圧下又は大気圧下でプラズマが照射されることにより官能基が生成された接合面を有する。 Yet another aspect of the present invention is the object to be joined. This bonding object has a bonding surface in which a functional group is generated by irradiation with plasma under reduced pressure or atmospheric pressure.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。また、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。 It should be noted that any combination of the above components, a conversion of the expression of the present invention between methods, devices, and the like are also effective as aspects of the present invention. In addition, an appropriate combination of the above-mentioned elements may be included in the scope of the invention for which protection by the patent is sought by the present patent application.

本発明によれば、物体を接合する技術を改良することができる。 According to the present invention, the technique for joining objects can be improved.

実施の形態に係る接合方法による接合の原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principle of joining by the joining method which concerns on embodiment. 実施例において使用した回転ドラム式プラズマ照射装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the rotary drum type plasma irradiation apparatus used in an Example. 接合の強度を評価するために実施したT型剥離試験の原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principle of the T type peeling test performed for evaluating the strength of a joint. 接合の強度を評価するために実施した引張り剪断試験の原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the principle of the tensile shear test performed in order to evaluate the strength of a joint. プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact angle of water on the object surface before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後のPPSフィルムのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the PPS film before and after the plasma irradiation. プラズマ照射前後のAl板のX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the Al plate before and after the plasma irradiation. プラズマ照射前後のPPSフィルムの走査型電子顕微鏡画像を示す図である。It is a figure which shows the scanning electron microscope image of the PPS film before and after plasma irradiation. プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation and the contact angle of water. プラズマ照射回数と接合強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation and the junction strength. PPSフィルムの示差熱分析の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the differential thermal analysis of a PPS film. PPSフィルムのX線回折の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray diffraction of a PPS film. 接合温度と接合強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the bonding temperature and the bonding strength. プラズマ照射前後のCu板のX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of X-ray photoelectron spectroscopy of a Cu plate before and after plasma irradiation. 全反射測定法により測定したCu板の表面の赤外線吸収スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the infrared absorption spectrum of the surface of a Cu plate measured by the total reflection measurement method. プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact angle of water on the object surface before and after plasma irradiation. プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation and the contact angle of water. プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact angle of water on the object surface before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後のPCフィルムの走査型電子顕微鏡画像を示す図である。It is a figure which shows the scanning electron microscope image of the PC film before and after plasma irradiation. プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation and the contact angle of water. プラズマ照射回数と接合強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the number of times of plasma irradiation and the junction strength. プラズマ照射前後のPCフィルムのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the PC film before and after plasma irradiation. X線光電子分光の測定結果から算出した、プラズマ照射前後のPCフィルムの表面の結合の種類の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the kind of bonding of the surface of a PC film before and after plasma irradiation calculated from the measurement result of X-ray photoelectron spectroscopy. プラズマ照射により物体の表面に導入された官能基の数を計算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated the number of functional groups introduced into the surface of an object by plasma irradiation. プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact angle of water on the object surface before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後のPA6フィルムのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the PA6 film before and after the plasma irradiation. プラズマ照射前後のPA6フィルムの和周波発生分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the sum frequency generation spectroscopy of PA6 film before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the contact angle of water on the object surface before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後のPPフィルムのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the PP film before and after plasma irradiation. プラズマ照射前後のPA6を母材とする炭素繊維強化プラスチックのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the carbon fiber reinforced plastic which uses PA6 as a base material before and after plasma irradiation. シングルラップ継手の引張試験に用いた試験片の寸法を示す図である。It is a figure which shows the dimension of the test piece used for the tensile test of a single wrap joint. CF/PA6のシングルラップ継手の引張試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the tensile test of the single wrap joint of CF / PA6. CF/PA66のシングルラップ継手の引張試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the tensile test of the single wrap joint of CF / PA66. CF/PEEKのシングルラップ継手の引張試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the tensile test of the single wrap joint of CF / PEEK. 接合物の剪断応力の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the shear stress of a joint. 接合物の剪断応力の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the shear stress of a joint. 本実施例に係る接合物の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the joint which concerns on this Example. 大気圧プラズマ照射前後のPA6の表面における水の接触角の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the contact angle of water on the surface of PA6 before and after the atmospheric pressure plasma irradiation. 大気圧プラズマ照射前後のPETの表面における水の接触角の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the contact angle of water on the surface of PET before and after the atmospheric pressure plasma irradiation. 大気圧プラズマの照射時間と接合強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the irradiation time of atmospheric pressure plasma and the junction strength. 大気圧プラズマ照射前後のPA6フィルムのX線光電子分光の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the X-ray photoelectron spectroscopy of the PA6 film before and after the atmospheric pressure plasma irradiation. 図41に示したX線光電子分光スペクトルのC1sピークを示す図である。It is a figure which shows the C1s peak of the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum shown in FIG. 41. 図41に示したX線光電子分光スペクトルのO1sピークを示す図である。It is a figure which shows the O1s peak of the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum shown in FIG. 41. 大気圧プラズマを照射したPEKKを母材とする炭素繊維強化プラスチック同士を接合した試験片の応力−変位線図である。It is a stress-displacement diagram of a test piece in which carbon fiber reinforced plastics having PEKK as a base material irradiated with atmospheric pressure plasma are joined to each other. PA6を母材とする炭素繊維強化プラスチックの大気圧プラズマ照射後の経過日数と接合強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the elapsed days after the atmospheric pressure plasma irradiation of the carbon fiber reinforced plastic which uses PA6 as a base material, and the bonding strength.

本発明の実施の形態は、2つの物体を接合する技術に関する。具体的には、接合する2つの物体のそれぞれの接合面にプラズマを照射した後、それぞれの物体に含まれる物質の融点未満の温度で接合面同士を接着させることにより、2つの物体を接合する。まず、減圧プラズマ照射装置によりプラズマを照射した実施例について説明した後、大気圧プラズマ照射装置によりプラズマを照射した実施例について説明する。さらに、プラズマ照射による効果の持続性について説明する。 Embodiments of the present invention relate to a technique for joining two objects. Specifically, after irradiating the bonding surfaces of the two objects to be bonded with plasma, the bonding surfaces are bonded to each other at a temperature lower than the melting point of the substance contained in the objects to bond the two objects. .. First, an example in which plasma is irradiated by a reduced pressure plasma irradiation device will be described, and then an example in which plasma is irradiated by an atmospheric pressure plasma irradiation device will be described. Furthermore, the sustainability of the effect of plasma irradiation will be described.

図1は、実施の形態に係る接合方法による接合の原理を模式的に示す。図1(a)は、接合する2つの物体のそれぞれの接合面にプラズマを照射した後の様子を模式的に示す。プラズマの照射により、それぞれの接合面にカルボキシ基やヒドロキシ基などの官能基が生成される。図1(b)は、接合面同士を接着させた後の様子を模式的に示す。接合面同士を接着させると、近接した位置にある官能基間で化学結合が形成され、形成された化学結合により2つの物体が接合される。本図の場合には、一方の物体の接合面にあるヒドロキシ基と他方の物体の接合面にあるカルボキシ基とが脱水縮合することにより形成されるエステル結合や、双方の物体の接合面にあるヒドロキシ基同士が脱水縮合することにより形成されるエーテル結合など、多数の共有結合により2つの物体が強固に接合される。官能基間の化学結合は、水素結合やファンデルワールス結合などであってもよいが、化学結合の中でも最も強固な結合である共有結合により官能基間が結合されることがより望ましい。 FIG. 1 schematically shows the principle of joining by the joining method according to the embodiment. FIG. 1A schematically shows a state after irradiating the bonding surface of each of the two objects to be bonded with plasma. By irradiation with plasma, functional groups such as carboxy groups and hydroxy groups are generated on each bonding surface. FIG. 1B schematically shows a state after the joint surfaces are adhered to each other. When the bonding surfaces are bonded to each other, a chemical bond is formed between the functional groups at close positions, and the two objects are bonded by the formed chemical bond. In the case of this figure, it is on the ester bond formed by dehydration condensation of the hydroxy group on the junction surface of one object and the carboxy group on the junction surface of the other object, or on the junction surface of both objects. Two objects are firmly bonded by a large number of covalent bonds, such as an ether bond formed by dehydration condensation of hydroxy groups. The chemical bond between the functional groups may be a hydrogen bond, a van der Waals bond, or the like, but it is more desirable that the functional groups are bonded by a covalent bond, which is the strongest bond among the chemical bonds.

このように、本実施の形態の方法によれば、接着剤を使用することなく2つの物体を接合することができるので、接着剤の劣化や揮発性有機化合物の発生などの問題が生じない。また、ボルトを使用することなく2つの物体を接合することができるので、2つの物体に穿孔などの加工をする必要がなく、2つの物体の強度の低下などの問題が生じない。更に、融点以上に加熱することなく2つの物体を接合することができるので、加熱による2つの物体の劣化などの問題が生じない。 As described above, according to the method of the present embodiment, since the two objects can be joined without using an adhesive, problems such as deterioration of the adhesive and generation of volatile organic compounds do not occur. Further, since the two objects can be joined without using bolts, it is not necessary to perform processing such as drilling on the two objects, and problems such as a decrease in the strength of the two objects do not occur. Further, since the two objects can be joined without heating above the melting point, problems such as deterioration of the two objects due to heating do not occur.

2つの物体の接合面にプラズマを照射するためのプラズマ照射装置は、任意のプラズマ発生技術を利用したプラズマ照射装置であってもよい。後述する実施例においては、ドラム型プラズマ照射装置を使用するが、その他の方式のプラズマ照射装置、例えば、平板型プラズマ照射装置が使用されてもよい。 The plasma irradiation device for irradiating the junction surface of two objects with plasma may be a plasma irradiation device using any plasma generation technique. In the examples described later, a drum type plasma irradiation device is used, but other types of plasma irradiation devices, for example, a flat plate type plasma irradiation device may be used.

2つの物体の接合面にプラズマを照射する際の条件は、プラズマ照射装置の種類、接合する物体の種類、大きさ、要求される接合の強度、接合面の状態などに応じて選択されてもよい。後述するように、それぞれの接合面におけるエッチングの量を所定値未満に抑えつつ、それぞれの接合面に所定数以上の官能基が生成されるような条件でプラズマが照射されるのが好ましい。具体的な条件は、実施例に関連して後述する。 The conditions for irradiating the joint surface of two objects with plasma may be selected according to the type of plasma irradiation device, the type and size of the object to be joined, the required joint strength, the state of the joint surface, and the like. Good. As will be described later, it is preferable that the plasma is irradiated under the condition that the amount of etching on each bonding surface is suppressed to less than a predetermined value and a predetermined number or more of functional groups are generated on each bonding surface. Specific conditions will be described later in relation to the examples.

2つの物体の接合面には、任意の物質のプラズマが照射されてもよい。例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水蒸気、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの常温で気体である物質のプラズマが照射されてもよいし、これらの物質のうちのいずれか2以上の混合物、例えば空気などのプラズマが照射されてもよい。 The junction surface of two objects may be irradiated with plasma of any substance. For example, plasma of substances that are gaseous at room temperature such as carbon dioxide, oxygen, nitrogen, water vapor, helium, neon, and argon may be irradiated, or a mixture of any two or more of these substances, such as air. Plasma may be irradiated.

2つの物体の接合面に生成させる官能基の種類は、接合する物体の種類、大きさ、要求される接合の強度、接合面の状態などに応じて選択されてもよい。2つの物体のそれぞれの接合面に、同種の官能基が生成されてもよいし、異種の官能基が生成されてもよい。後者の場合、接合する物体の種類、大きさ、要求される接合の強度、接合面の状態などに応じて、適切な官能基の組合せが選択されるのが好ましい。すなわち、接合面同士を接着させたときに化学反応が発生しやすい官能基がそれぞれの接合面に生成されるように、照射するプラズマの種類や、復圧する際に導入する気体の種類が選択されるのが好ましい。 The type of functional group generated on the bonding surface of the two objects may be selected according to the type and size of the objects to be bonded, the required bonding strength, the state of the bonding surface, and the like. The same kind of functional groups may be generated or different kinds of functional groups may be generated on the bonding surface of each of the two objects. In the latter case, it is preferable to select an appropriate combination of functional groups according to the type and size of the object to be joined, the required strength of joining, the state of the joining surface, and the like. That is, the type of plasma to be irradiated and the type of gas to be introduced at the time of recompression are selected so that functional groups that easily cause a chemical reaction are generated on each joint surface when the joint surfaces are adhered to each other. Is preferable.

本実施の形態の方法により接合可能な物体は、樹脂、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、金属、金属酸化物、ガラスなどの物体を含む。より具体的には、樹脂の例として、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PA(ポリアミド)、PI(ポリイミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PEI(ポリエーテルイミド)、エポキシ樹脂など、炭素繊維強化プラスチックの例として、CF/PP(ポリプロピレンを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PA(ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PPS(ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PET(ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PC(ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PEEK(ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/PEI(ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック)、CF/epoxy(エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック)など、金属の例として、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、Ti(チタン)、ステンレス鋼(SUS)など、金属酸化物の例として、ストロンチウムタイタネート(STO)やランタンアルミネート(LAO)などのペロブスカイト型金属酸化物や酸化マグネシウム(MgO)などを含む、同種又は異種の物体を、上記の方法により接合可能である。また、複数の物質や材料により構成された物体も、上記の方法により接合可能である。 Objects that can be joined by the method of this embodiment include objects such as resins, carbon fiber reinforced plastics (CFRP), metals, metal oxides, and glass. More specifically, as an example of the resin, PET (polyethylene terephthalate), PA (polyetherimide), PI (polyetherimide), PPS (polyphenylene sulfide), PP (polypropylene), PC (polycarbonate), PEEK (polyether ether ketone) , PMMA (polymethyl methacrylate), PEI (polyetherimide), epoxy resin, and other carbon fiber reinforced plastics include CF / PP (polypropylene-based carbon fiber reinforced plastic) and CF / PA (polypropylene). Carbon fiber reinforced plastic used as a base material), CF / PPS (carbon fiber reinforced plastic using polyphenylene sulfide as a base material), CF / PET (carbon fiber reinforced plastic using polyethylene terephthalate as a base material), CF / PC (polypropylene) Carbon fiber reinforced plastic as base material), CF / PEEK (carbon fiber reinforced plastic using polyetherether ketone as base material), CF / PEI (carbon fiber reinforced plastic using polyetherimide as base material), CF / epoxy Examples of metals such as (carbon fiber reinforced plastic using epoxy resin as a base material) include strontium as an example of metal oxides such as Al (aluminum), Cu (copper), Ti (titanium), and stainless steel (SUS). The same or different kinds of objects including perovskite type metal oxides such as titanate (STO) and lanthanum aluminate (LAO) and magnesium oxide (MgO) can be bonded by the above method. In addition, an object composed of a plurality of substances or materials can also be joined by the above method.

とくに、炭素繊維強化プラスチックは、金属よりも軽量で、かつ、高強度であるために、自動車や航空機などの分野で広く応用が期待されているが、本実施の形態の方法によれば、炭素繊維強化プラスチック同士、又は、炭素繊維強化プラスチックと金属や樹脂などとの間で、上述したような問題を抑えつつ、高強度な接合を容易に実現することができる。 In particular, carbon fiber reinforced plastic is lighter than metal and has high strength, so that it is expected to be widely applied in fields such as automobiles and aircraft. However, according to the method of the present embodiment, carbon is used. High-strength bonding can be easily realized between fiber-reinforced plastics or between carbon fiber-reinforced plastics and a metal, resin, or the like while suppressing the above-mentioned problems.

接合する物体の形状は、接合面同士が接着可能な形状を有していれば、任意であってよい。例えば、フィルムとフィルム、フィルムと平板、平板と平板、曲面と曲面などであってもよい。 The shape of the objects to be joined may be arbitrary as long as the joint surfaces have a shape that can be adhered to each other. For example, film and film, film and flat plate, flat plate and flat plate, curved surface and curved surface, and the like may be used.

本実施の形態の方法によれば、2つの物体を強固な共有結合により接合することができるので、輸送機関の部品など、非常に高い強度の接合が要求される分野にも応用できる。また、接合部分において高い気密性を確保することができるので、内部に水素を貯蔵するためのタンクや、内部を真空に保つ必要がある容器などにも応用できる。また、揮発性有機化合物を発生することがないので、医療検査、医薬品、細胞生物学研究、蛋白質結晶化などの分野において利用されるマイクロ流路チップを製造するための接合にも応用できる。 According to the method of the present embodiment, since two objects can be joined by a strong covalent bond, it can be applied to a field where very high strength joining is required, such as a part of a transportation facility. Further, since high airtightness can be ensured at the joint portion, it can be applied to a tank for storing hydrogen inside and a container that needs to keep the inside in a vacuum. In addition, since it does not generate volatile organic compounds, it can be applied to bonding for manufacturing microchannel chips used in fields such as medical tests, pharmaceuticals, cell biology research, and protein crystallization.

PAは、吸水性を有することが実用上問題となりうるが、PAや、PAを母材とする炭素繊維強化プラスチックの表面に、水の侵入を防ぐためのPPSなどのフィルムを接合することにより、耐水性を向上させることができる。また、フッ素系樹脂のフィルムを表面に接合することにより、紫外線による劣化を防ぐことができ、耐候性を向上させることができる。このように、耐水性や耐候性に劣る材料であっても、表面に耐水性や耐候性を向上させることが可能なフィルムを接合することにより、過酷な環境においても長期にわたって使用可能な製品を実現することができる。 The fact that PA has water absorption can be a practical problem, but by bonding a film such as PPS to prevent the ingress of water on the surface of PA or carbon fiber reinforced plastic using PA as a base material, Water resistance can be improved. Further, by bonding a film of a fluororesin to the surface, deterioration due to ultraviolet rays can be prevented, and weather resistance can be improved. In this way, even if the material is inferior in water resistance and weather resistance, by joining a film capable of improving water resistance and weather resistance to the surface, a product that can be used for a long time even in a harsh environment can be obtained. It can be realized.

[実施例]
本発明者は、様々な種類の物体を接合する実験を行った。以下に、実験の詳細について説明する。
[Example]
The inventor has conducted experiments to join various types of objects. The details of the experiment will be described below.

[プラズマ照射装置]
図2は、実施例において使用した回転ドラム式プラズマ照射装置の構成を概略的に示す。回転ドラム式プラズマ照射装置10は、図示しないモータなどの駆動機構により所定の角速度で回転される回転ドラム24と、放電を発生させるための電極22と、回転ドラム24の側面に設けられた試料ホルダー26と、これらの構成を内部に配置するベルジャー20と、ベルジャー20内に処理用の気体を導入するための気体導入口28と、処理用の気体を供給するためのボンベ30とを備える。プラズマ処理の対象となる試料32を試料ホルダー26に設置し、ベルジャー20内を真空に減圧した後、処理用の気体をベルジャー20内に導入し、電極22に高電圧を供給すると、処理用の気体が放電によりプラズマ状態となり、試料32の表面に照射される。試料32は、回転ドラム24と共に回転される。回転ドラム24を2回転以上回転させる場合は、試料32がプラズマの照射範囲を通過するたびに、試料32の表面にプラズマが照射される。
[Plasma irradiation device]
FIG. 2 schematically shows the configuration of the rotary drum type plasma irradiation device used in the embodiment. The rotary drum type plasma irradiation device 10 includes a rotary drum 24 that is rotated at a predetermined angular speed by a drive mechanism such as a motor (not shown), an electrode 22 for generating an electric discharge, and a sample holder provided on the side surface of the rotary drum 24. 26, a bell jar 20 in which these configurations are arranged, a gas introduction port 28 for introducing a gas for processing into the bell jar 20, and a cylinder 30 for supplying a gas for processing are provided. When the sample 32 to be plasma-treated is placed in the sample holder 26, the inside of the bell jar 20 is depressurized to vacuum, the gas for processing is introduced into the bell jar 20, and a high voltage is supplied to the electrode 22, the inside of the bell jar 20 is used for processing. The gas is discharged to a plasma state, and the surface of the sample 32 is irradiated. The sample 32 is rotated together with the rotating drum 24. When the rotating drum 24 is rotated two or more times, the plasma is irradiated to the surface of the sample 32 every time the sample 32 passes through the plasma irradiation range.

[T型剥離試験]
図3は、接合の強度を評価するために実施したT型剥離試験の原理を模式的に示す。図3(a)は、T型剥離試験において使用した試験片46の上面を示す。試験片46は、同じ大きさに切断した2つの物体を、斜線を付した部分で接合したものである。斜線を付していない部分は、接合されておらず、分離している。図3(b)は、T型剥離試験装置40を概略的に示す。試験片46の接合していない部分の一方をつかみ具42に、他方を可動つかみ具44に取り付ける。つかみ具42を固定しつつ、可動つかみ具44を毎分10mmの速度で移動させ、剥離距離とつかみ具に加えられた力を記録した。
[T-type peeling test]
FIG. 3 schematically shows the principle of the T-type peeling test performed to evaluate the strength of the joint. FIG. 3A shows the upper surface of the test piece 46 used in the T-type peeling test. The test piece 46 is formed by joining two objects cut to the same size at a shaded portion. The parts not shaded are not joined and separated. FIG. 3B schematically shows the T-type peeling test apparatus 40. One of the unjoined portions of the test piece 46 is attached to the grip 42, and the other is attached to the movable grip 44. While fixing the grip 42, the movable grip 44 was moved at a speed of 10 mm per minute, and the peeling distance and the force applied to the grip were recorded.

[引張り剪断試験]
図4は、接合の強度を評価するために実施した引張り剪断試験の原理を模式的に示す。図4(a)は、引張り剪断試験において使用した試験片56の上面を示す。試験片56は、同じ大きさに切断した2つの物体を、長辺方向にずらして重ね、斜線を付した部分で接合したものの両端に、つかみ具によりつかまれる部分を補強するためのタブ55を接着剤により接着させたものである。図4(b)は、引張り剪断試験装置50を概略的に示す。試験片56の2つの物体の一方の端のタブ55をつかみ具52でつかみ、他方の端のタブ55をつかみ具54でつかむ。つかみ具52及びつかみ具54を一定速度(0.05mm/分、1.0mm/分、又は2.0mm/分)で移動させ、破断時の力の最高値を試験片56の破断力として記録した。剪断応力は、破断力を剪断面積で除して算出した。
[Tension shear test]
FIG. 4 schematically shows the principle of the tensile shear test performed to evaluate the strength of the joint. FIG. 4A shows the upper surface of the test piece 56 used in the tensile shear test. In the test piece 56, two objects cut to the same size are overlapped by shifting them in the long side direction, and tabs 55 for reinforcing the portion gripped by the gripper are provided at both ends of the joint at the shaded portion. It is adhered with an adhesive. FIG. 4B schematically shows the tensile shear test apparatus 50. The tab 55 at one end of the two objects of the test piece 56 is gripped by the gripper 52, and the tab 55 at the other end is gripped by the gripper 54. The grip 52 and the grip 54 are moved at a constant speed (0.05 mm / min, 1.0 mm / min, or 2.0 mm / min), and the maximum breaking force is recorded as the breaking force of the test piece 56. did. The shear stress was calculated by dividing the breaking force by the shear cross-sectional area.

[実施例1]
本実施の形態に係る接合方法による接合の原理を確認するために、PPSのフィルムとAlの平板とを接合する実験を行った。PPSフィルムとAl板を切断して試験片を作成し、表面をエタノールで洗浄した。2つの試験片のそれぞれの接合面に、回転ドラム式プラズマ照射装置によりプラズマを照射した後、真空プレス機により接合面同士を接着させてAl板とPPSフィルムを接合し、接合物の引張り剪断応力を測定した。表1に実験条件を示す。
[Example 1]
In order to confirm the principle of joining by the joining method according to the present embodiment, an experiment was conducted in which a PPS film and an Al flat plate were joined. A test piece was prepared by cutting the PPS film and the Al plate, and the surface was washed with ethanol. After irradiating the joint surfaces of the two test pieces with plasma using a rotary drum type plasma irradiator, the joint surfaces are bonded to each other by a vacuum press to bond the Al plate and PPS film, and the tensile shear stress of the joint is obtained. Was measured. Table 1 shows the experimental conditions.

図5は、プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す。図5(a)に示すように、プラズマ照射前のAl板の表面における水の接触角は94.59°であるのに対し、図5(b)に示すように、プラズマ照射後のAl板の表面における水の接触角は38.60°である。また、図5(c)に示すように、プラズマ照射前のPPSフィルムの表面における水の接触角は93.14°であるのに対し、図5(d)に示すように、プラズマ照射後のPPSフィルムの表面における水の接触角は19.61°である。このように、Al板においてもPPSフィルムにおいても、プラズマの照射により表面における水の接触角は著しく小さくなっている。 FIG. 5 shows the change in the contact angle of water on the surface of the object before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 5 (a), the contact angle of water on the surface of the Al plate before plasma irradiation is 94.59 °, whereas as shown in FIG. 5 (b), the Al plate after plasma irradiation. The contact angle of water on the surface of is 38.60 °. Further, as shown in FIG. 5 (c), the contact angle of water on the surface of the PPS film before plasma irradiation is 93.14 °, whereas as shown in FIG. 5 (d), after plasma irradiation. The contact angle of water on the surface of the PPS film is 19.61 °. As described above, in both the Al plate and the PPS film, the contact angle of water on the surface is remarkably reduced by the irradiation of plasma.

図6は、プラズマ照射前後のPPSフィルムのX線光電子分光(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)の測定結果を示す。図6(a)に示すように、プラズマ照射後のPPSフィルムのX線光電子スペクトルにおいては、プラズマ照射前よりもO1sピークの強度が増加しており、プラズマ照射によりPPSフィルムの表面においてOが増加したことが示唆される。また、図6(a)のスペクトルの150〜170eV付近を拡大した図6(b)及び図6(c)、及び、280〜300eV付近を拡大した図6(d)及び図6(e)に示すように、プラズマ照射後のX線光電子スペクトルにおいては、S2pピーク及びC1sピークの強度が変化しており、プラズマ照射によりPPSフィルムの表面においてヒドロキシ基の増加やスルホニル基の生成が示唆される。 FIG. 6 shows the measurement results of X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) of the PPS film before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 6A, in the X-ray photoelectron spectrum of the PPS film after plasma irradiation, the intensity of the O1s peak is higher than that before plasma irradiation, and O is increased on the surface of the PPS film by plasma irradiation. It is suggested that it was done. Further, in FIGS. 6 (b) and 6 (c) in which the spectrum of FIG. 6 (a) is enlarged in the vicinity of 150 to 170 eV, and FIGS. 6 (d) and 6 (e) in which the vicinity of 280 to 300 eV is enlarged. As shown, in the X-ray photoelectron spectrum after plasma irradiation, the intensities of the S2p peak and the C1s peak change, suggesting an increase in hydroxy groups and formation of sulfonyl groups on the surface of the PPS film by plasma irradiation.

図7は、プラズマ照射前後のAl板のX線光電子分光の測定結果を示す。図7に示すように、プラズマ照射後のAl板のX線光電子スペクトルにおいては、プラズマ照射前よりもC1sピークの強度が減少し、Alに由来するピークの強度が増加しており、Al板の表面の有機物が除去され、酸化被膜が露出されたことが示唆される。 FIG. 7 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the Al plate before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 7, in the X-ray photoelectron spectrum of the Al plate after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak is reduced and the intensity of the peak derived from Al is increased as compared with that before plasma irradiation. It is suggested that the organic matter on the surface was removed and the oxide film was exposed.

図8は、プラズマ照射前後のPPSフィルムの走査型電子顕微鏡(SEM)画像を示す。プラズマ照射前後の画像を比較すると、PPSフィルムの表面に付着していた有機物が除去されているのが分かる。PPSフィルムの表面においてプラズマ照射によるエッチングは見られない。 FIG. 8 shows scanning electron microscope (SEM) images of PPS film before and after plasma irradiation. Comparing the images before and after the plasma irradiation, it can be seen that the organic matter adhering to the surface of the PPS film has been removed. No etching due to plasma irradiation is observed on the surface of the PPS film.

このように、プラズマ照射前後のPPSフィルム及びAl板の表面の水の接触角、XPS、SEMの測定結果を考慮すると、樹脂では、プラズマ照射により表面に付着していた有機物が除去されるとともに親水性の官能基が生成されたことが示唆され、金属では、表面に付着していた有機物が除去されて酸化皮膜が露出されたことが示唆される。 In this way, considering the measurement results of the water contact angle, XPS, and SEM on the surfaces of the PPS film and Al plate before and after plasma irradiation, the resin removes organic substances adhering to the surface by plasma irradiation and is hydrophilic. It is suggested that a sex functional group was generated, and that in the case of metal, the organic matter adhering to the surface was removed to expose the oxide film.

図9は、プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す。Al板においても、PPSフィルムにおいても、プラズマ照射回数を多くするほど接触角は小さくなるが、プラズマ照射前に比べると、1回のプラズマ照射により十分に接触角が小さくなっており、2回目以降のプラズマ照射による接触角の減少はわずかであった。PPSフィルムにおいては、プラズマ照射電圧を3kVとした場合の方が、プラズマ照射電圧を2kVとした場合よりも接触角が小さくなるが、Alにおいては、プラズマ照射電圧が3kVの場合も2kVの場合も接触角はほぼ同じであった。 FIG. 9 shows the relationship between the number of plasma irradiations and the contact angle of water. In both the Al plate and the PPS film, the contact angle becomes smaller as the number of plasma irradiations increases, but the contact angle becomes sufficiently smaller with one plasma irradiation than before the plasma irradiation, and the second and subsequent times. The decrease in contact angle due to plasma irradiation was slight. In the PPS film, the contact angle is smaller when the plasma irradiation voltage is 3 kV than when the plasma irradiation voltage is 2 kV, but in Al, the plasma irradiation voltage is both 3 kV and 2 kV. The contact angles were about the same.

図10は、プラズマ照射回数と接合強度の関係を示す。プラズマ照射電圧を2kVとした場合も3kVとした場合も、プラズマを1回照射した場合より2回照射した場合の方が剪断応力が大きくなるが、プラズマを2回照射した場合と3回照射した場合の剪断応力はほぼ同じであった。 FIG. 10 shows the relationship between the number of plasma irradiations and the bonding strength. Regardless of whether the plasma irradiation voltage is 2 kV or 3 kV, the shear stress is larger when the plasma is irradiated twice than when it is irradiated once, but when the plasma is irradiated twice and when the plasma is irradiated three times. The shear stresses of the cases were about the same.

このように、接合面における水の接触角と接合強度との間に相関があることから、親水性の官能基間の化学反応により共有結合、水素結合、ファンデルワールス結合が形成されていることが示唆される。 In this way, since there is a correlation between the contact angle of water on the bonding surface and the bonding strength, covalent bonds, hydrogen bonds, and van der Waals bonds are formed by chemical reactions between hydrophilic functional groups. Is suggested.

図11は、PPSフィルムの示差熱分析(Differential Thermal Analysis:DTA)の測定結果を示す。131℃付近に結晶化による発熱ピークが見られ、277℃付近に融解による吸熱ピークが見られる。 FIG. 11 shows the measurement results of the differential thermal analysis (DTA) of the PPS film. An exothermic peak due to crystallization can be seen around 131 ° C, and an endothermic peak due to melting can be seen around 277 ° C.

図12は、PPSフィルムのX線回折(X-ray Diffraction:XRD)の測定結果を示す。図12(a)に示したX線回折データから算出した、PPSフィルムにおけるPPSの結晶化度を図12(b)に示す。DTAにおいて結晶化による発熱ピークが見られた温度以上に加熱すると、PPSの再結晶化が進み、結晶化度が高くなることが分かる。 FIG. 12 shows the measurement results of X-ray Diffraction (XRD) of the PPS film. The crystallinity of PPS in the PPS film calculated from the X-ray diffraction data shown in FIG. 12 (a) is shown in FIG. 12 (b). It can be seen that when the DTA is heated above the temperature at which the exothermic peak due to crystallization is observed, the recrystallization of PPS proceeds and the degree of crystallinity increases.

図13は、接合温度と接合強度の関係を示す。PPSフィルムとAl板とを接合する際の接合温度を上昇させるとともに接合強度が向上し、110℃付近で最大となるが、それ以上接合温度を上昇させると、かえって接合強度が低下することが分かる。これは、PPSフィルムにおいてPPSが再結晶化することが原因であると考えられる。 FIG. 13 shows the relationship between the bonding temperature and the bonding strength. It can be seen that when the PPS film and the Al plate are bonded, the bonding temperature is increased and the bonding strength is improved, and the maximum value is around 110 ° C. However, if the bonding temperature is further increased, the bonding strength is rather decreased. .. It is considered that this is due to the recrystallization of PPS in the PPS film.

このように、PPSフィルムのDTA及びXRDの測定結果と、PPSフィルムとAl板の接合温度と接合強度との関係を考慮すると、それぞれの物体の表面の官能基同士の間で起こる化学反応の活性化エネルギーを超えて化学反応が進むのに十分な温度よりも高く、樹脂の結晶化温度よりも低い温度で2つの物体を接合することにより、高い接合強度が得られることが示唆される。 In this way, considering the relationship between the DTA and XRD measurement results of the PPS film and the bonding temperature and bonding strength of the PPS film and Al plate, the activity of the chemical reaction that occurs between the functional groups on the surface of each object. It is suggested that high bonding strength can be obtained by bonding two objects at a temperature higher than sufficient for the chemical reaction to proceed beyond the chemical energy and lower than the crystallization temperature of the resin.

なお、SUS板においても、Al板と同様に、プラズマの照射により表面における水の接触角が減少することを確認した。これも、プラズマの照射により表面に付着していた有機物が除去されて酸化皮膜が露出されたためと考えられる。また、SUS板及びTi板にプラズマを照射した後の表面のSEM画像を撮像し、表面においてプラズマ照射によるエッチングが見られないことを確認した。 As with the Al plate, it was confirmed that the contact angle of water on the surface of the SUS plate was reduced by plasma irradiation. It is also considered that this is because the organic matter adhering to the surface was removed by plasma irradiation and the oxide film was exposed. In addition, SEM images of the surfaces of the SUS plate and Ti plate after being irradiated with plasma were taken, and it was confirmed that etching due to plasma irradiation was not observed on the surface.

[実施例2]
実施例1と同様に、PPSのフィルムとCuの平板とを接合する実験を行った。実験条件は、表1と同様である。PPSフィルムとCu板とを110℃で接合すると、PPSフィルムとAl板の場合と同様に、強固に接合することができた。
[Example 2]
An experiment was conducted in which a PPS film and a Cu flat plate were joined in the same manner as in Example 1. The experimental conditions are the same as in Table 1. When the PPS film and the Cu plate were bonded at 110 ° C., the PPS film and the Al plate could be bonded firmly as in the case of the Al plate.

図14は、プラズマ照射前後のCu板のX線光電子分光の測定結果を示す。図14(a)に示すように、プラズマ照射後のCu板のX線光電子スペクトルにおいては、プラズマ照射前よりもC1sピークの強度が減少しており、プラズマ照射によりCu板の表面から有機物が除去されたことが示唆される。また、プラズマ照射前後のCu2pピークの強度の変化から、プラズマ照射によりCu2+がCuに還元されたことが示唆される。また、プラズマ照射前のO1sピークを示す図14(b)と、プラズマ照射後のO1sピークを示す図14(c)からも、プラズマ照射によりOHが減少し、O2−が増加したことが示唆され、Cu2+がCuに還元されたことが示唆される。 FIG. 14 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the Cu plate before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 14A, in the X-ray photoelectron spectrum of the Cu plate after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak is lower than that before plasma irradiation, and organic substances are removed from the surface of the Cu plate by plasma irradiation. It is suggested that it was done. In addition, the change in the intensity of the Cu2p peak before and after plasma irradiation suggests that Cu 2+ was reduced to Cu + by plasma irradiation. In addition, from FIG. 14 (b) showing the O1s peak before plasma irradiation and FIG. 14 (c) showing the O1s peak after plasma irradiation, it was found that OH decreased and O 2- increased due to plasma irradiation. It is suggested that Cu 2+ was reduced to Cu + .

図15は、全反射測定(Attenuated Total Reflection:ATR)法により測定したCu板の表面の赤外線吸収スペクトルを示す。数μm程度のもぐり込み深さにおけるATRスペクトルは、プラズマの照射前後でほとんど変化がない。 FIG. 15 shows the infrared absorption spectrum of the surface of the Cu plate measured by the Attenuated Total Reflection (ATR) method. The ATR spectrum at a depth of several μm is almost unchanged before and after plasma irradiation.

このように、XPSスペクトルとATRスペクトルの測定結果を考慮すると、Cu板の表面の数nm程度のCuO被膜が、プラズマ照射によりCuOに変化したと考えられる。 Thus, considering the measurement results of the XPS spectrum and ATR spectrum, CuO film of several nm in the surface of the Cu plate, is considered to have changed to Cu 2 O by plasma irradiation.

図16は、プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す。図16(a)に示すように、プラズマ照射前のCu板の表面における水の接触角は83.33°であるのに対し、図16(b)に示すように、プラズマ照射後のCu板の表面における水の接触角は49.90°である。このように、Cu板においても、図5に示したAl板と同様に、プラズマの照射により表面における水の接触角は著しく小さくなっており、プラズマ照射により、表面に付着していた有機物が除去されて、酸化皮膜が露出したことが示唆される。 FIG. 16 shows changes in the contact angle of water on the surface of an object before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 16 (a), the contact angle of water on the surface of the Cu plate before plasma irradiation is 83.33 °, whereas as shown in FIG. 16 (b), the Cu plate after plasma irradiation. The contact angle of water on the surface of is 49.90 °. As described above, in the Cu plate as well, as in the Al plate shown in FIG. 5, the contact angle of water on the surface is remarkably reduced by the plasma irradiation, and the organic substances adhering to the surface are removed by the plasma irradiation. It is suggested that the oxide film is exposed.

図17は、プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す。Cu板においては、Al板やPPSフィルムとは異なり、2回以上プラズマを照射すると、1回プラズマを照射した場合よりも接触角が大きくなる。XPSの結果も考慮すると、これは、Cu2+がプラズマ照射により還元されてCuに変化したためと考えられる。 FIG. 17 shows the relationship between the number of plasma irradiations and the contact angle of water. In the Cu plate, unlike the Al plate and the PPS film, when the plasma is irradiated twice or more, the contact angle becomes larger than when the plasma is irradiated once. Considering the XPS results, it is considered that this is because Cu 2+ was reduced by plasma irradiation and changed to Cu + .

以上の実験結果から、Cu板とPPSフィルムを接合させる場合、Cu板の表面にプラズマを照射すると、数nm程度のCuO被膜がCuOに変化し、PPSフィルムと接合させると、CuOがPPSフィルムの表面のO原子と化学反応してCuOになることにより、Cu板とPPSフィルムが接合されると考えられる。 From the above experimental results, when bonding a Cu plate and a PPS film, when the surface of the Cu plate is irradiated with plasma, the CuO film of about several nm changes to Cu 2 O, and when bonded to the PPS film, Cu 2 O It is considered that the Cu plate and the PPS film are bonded to each other by chemically reacting with the O atom on the surface of the PPS film to form CuO.

このように、プラズマ照射条件によって、金属板の表面の金属原子の酸化状態や電子状態を変化させることができるので、接合する相手の物体の種類、接合する相手の物体の表面に導入された官能基の種類又は量、接合温度、接合時間などに応じて、金属の酸化状態や電子状態を適切に制御することにより、金属を容易かつ強固に他の物体と接合することができる。 In this way, the oxidation state and electronic state of the metal atoms on the surface of the metal plate can be changed depending on the plasma irradiation conditions, so that the type of the object to be joined and the sensory introduced to the surface of the object to be joined can be changed. By appropriately controlling the oxidation state and electronic state of the metal according to the type or amount of the group, the joining temperature, the joining time, etc., the metal can be easily and firmly bonded to another object.

[実施例3]
実施例1と同様に、PCのフィルムとPETのフィルムとを接合する実験を行った。実験条件は、表1と同様である。PCフィルムとPETフィルムの組合せは、25℃においても100℃においても強固に接合することができた。
[Example 3]
An experiment was conducted in which the PC film and the PET film were bonded in the same manner as in Example 1. The experimental conditions are the same as in Table 1. The combination of the PC film and the PET film could be firmly bonded at both 25 ° C and 100 ° C.

図18は、プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す。図18(a)に示すように、プラズマ照射前のPCフィルムの表面における水の接触角は95.6°であるのに対し、図18(b)に示すように、プラズマを2回転照射した後のPCフィルムの表面における水の接触角は16.83°である。また、図18(c)に示すように、プラズマ照射前のPETフィルムの表面における水の接触角は86.4°であるのに対し、図18(d)に示すように、プラズマを2回転照射した後のPETフィルムの表面における水の接触角は18.81°である。このように、PCフィルムにおいてもPETフィルムにおいても、プラズマの照射により表面における水の接触角は著しく小さくなっている。 FIG. 18 shows changes in the contact angle of water on the surface of an object before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 18A, the contact angle of water on the surface of the PC film before the plasma irradiation was 95.6 °, whereas as shown in FIG. 18B, the plasma was irradiated twice. The contact angle of water on the surface of the later PC film is 16.83 °. Further, as shown in FIG. 18 (c), the contact angle of water on the surface of the PET film before plasma irradiation is 86.4 °, whereas as shown in FIG. 18 (d), the plasma is rotated twice. The contact angle of water on the surface of the PET film after irradiation is 18.81 °. As described above, in both the PC film and the PET film, the contact angle of water on the surface is remarkably reduced by the irradiation of plasma.

図19は、プラズマ照射前後のPCフィルムの走査型電子顕微鏡画像を示す。プラズマ照射前後の画像を比較すると、PCフィルムの表面に付着していた有機物が除去されているのが分かる。PCフィルムの表面において、プラズマ照射によるエッチングは見られない。 FIG. 19 shows scanning electron microscope images of the PC film before and after plasma irradiation. Comparing the images before and after the plasma irradiation, it can be seen that the organic substances adhering to the surface of the PC film have been removed. No etching due to plasma irradiation is observed on the surface of the PC film.

図20は、プラズマ照射回数と水の接触角の関係を示す。PCフィルムにおいても、PETフィルムにおいても、プラズマ照射回数を多くするほど水の接触角は小さくなる。 FIG. 20 shows the relationship between the number of plasma irradiations and the contact angle of water. In both the PC film and the PET film, the contact angle of water decreases as the number of plasma irradiations increases.

図21は、プラズマ照射回数と接合強度の関係を示す。プラズマを照射しない場合にはPCフィルムとPETフィルムは接合しないが、プラズマを1回転照射するとPCフィルムとPETフィルムが接合し、プラズマを2回転照射すると剥離強度が更に増大した。 FIG. 21 shows the relationship between the number of plasma irradiations and the bonding strength. When the plasma is not irradiated, the PC film and the PET film are not bonded, but when the plasma is irradiated once, the PC film and the PET film are bonded, and when the plasma is irradiated twice, the peeling strength is further increased.

このように、接合面における水の接触角と接合強度との間に相関があることから、親水性の官能基間の化学反応により共有結合、水素結合、ファンデルワールス結合が形成されていることが示唆される。 In this way, since there is a correlation between the contact angle of water on the bonding surface and the bonding strength, covalent bonds, hydrogen bonds, and van der Waals bonds are formed by chemical reactions between hydrophilic functional groups. Is suggested.

図22は、プラズマ照射前後のPCフィルムのX線光電子分光の測定結果を示す。図22に示すように、プラズマ照射後のPCフィルムのX線光電子スペクトルにおいては、C1sピークの強度が変化しており、プラズマ照射により、PCフィルムの表面においてCの結合状態が変化したことが示唆される。 FIG. 22 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the PC film before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 22, in the X-ray photoelectron spectrum of the PC film after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak changed, suggesting that the plasma irradiation changed the C bonding state on the surface of the PC film. Will be done.

図23は、X線光電子分光の測定結果から算出した、プラズマ照射前後のPCフィルムの表面の結合の種類の変化を示す。図23に示すように、プラズマ照射により、PCフィルムの表面のカーボネート基が減少し、カルボキシ基が増加したことが示唆される。 FIG. 23 shows the change in the type of bonding on the surface of the PC film before and after plasma irradiation, which was calculated from the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy. As shown in FIG. 23, it is suggested that the plasma irradiation reduced the carbonate groups on the surface of the PC film and increased the carboxy groups.

このように、プラズマ照射前後のPCフィルム及びPETフィルムの表面の水の接触角、XPS、SEMの測定結果を考慮すると、PCフィルムにおいてもPETフィルムにおいても、プラズマ照射により表面に付着していた有機物が除去されるとともに、親水性の官能基が生成されたことが示唆される。とくに、PCフィルムにおいては、プラズマ照射により表面にカルボキシ基が生成されたことが示唆される。したがって、PCフィルムとPETフィルムとの間の強固な接合は、プラズマ照射によりPCフィルムに生成されたカルボキシ基と、プラズマ照射によりPETフィルムの表面に露出又は生成されたヒドロキシ基との間のエステル結合によりもたらされることが示唆される。 In this way, considering the measurement results of the water contact angle, XPS, and SEM on the surfaces of the PC film and PET film before and after plasma irradiation, the organic substances adhering to the surface of both the PC film and PET film due to plasma irradiation. Was removed, suggesting that hydrophilic functional groups were produced. In particular, in the PC film, it is suggested that a carboxy group was generated on the surface by plasma irradiation. Therefore, a strong bond between the PC film and the PET film is an ester bond between the carboxy group generated on the PC film by plasma irradiation and the hydroxy group exposed or formed on the surface of the PET film by plasma irradiation. It is suggested that it is brought about by.

図24は、プラズマ照射により物体の表面に導入された官能基の数を計算した結果を示す。XPSのピーク面積から原子組成百分率を算出し、原子組成百分率から最表面の1cm×1cm×10nmの体積中に含まれるヒドロキシ基及びカルボキシ基の数を算出した。なお、深さ方向に官能基が均一に存在しているわけではなく、表面に近いほど多くの官能基が存在していると推測される。PPS、PET、及びPCのいずれの樹脂においても、プラズマ照射後にヒドロキシ基とカルボキシ基が表面に生成している。これらの樹脂は、後述する実施例7において示すように、本実施の形態に係る方法により、同種又は異種の物体と接合することが可能である。したがって、図24に示した数の官能基が接合面に生成されるように、接合面にプラズマを照射することにより、本実施の形態に係る方法により他の物体と接合することができることが分かる。 FIG. 24 shows the result of calculating the number of functional groups introduced into the surface of the object by plasma irradiation. The atomic composition percentage was calculated from the peak area of XPS, and the number of hydroxy groups and carboxy groups contained in the outermost surface volume of 1 cm × 1 cm × 10 nm was calculated from the atomic composition percentage. It is presumed that the functional groups are not uniformly present in the depth direction, and that the closer to the surface, the more functional groups are present. In any of the resins of PPS, PET, and PC, hydroxy groups and carboxy groups are generated on the surface after plasma irradiation. As shown in Example 7 described later, these resins can be bonded to the same or different kinds of objects by the method according to the present embodiment. Therefore, it can be seen that by irradiating the bonding surface with plasma so that the number of functional groups shown in FIG. 24 is generated on the bonding surface, it is possible to bond to another object by the method according to the present embodiment. ..

[実施例4]
PA6フィルムにプラズマを照射して、表面状態の変化を観察する実験を行った。
[Example 4]
An experiment was conducted in which the PA6 film was irradiated with plasma and changes in the surface state were observed.

図25は、プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す。図25(a)に示すように、プラズマ照射前のPA6フィルムの表面における水の接触角は79.83°であるのに対し、図25(b)に示すように、プラズマ照射後のPA6フィルムの表面における水の接触角は19.19°である。このように、PA6フィルムにおいても、プラズマの照射により表面における水の接触角は著しく小さくなっている。 FIG. 25 shows the change in the contact angle of water on the surface of the object before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 25 (a), the contact angle of water on the surface of the PA6 film before plasma irradiation is 79.83 °, whereas as shown in FIG. 25 (b), the PA6 film after plasma irradiation. The contact angle of water on the surface of is 19.19 °. As described above, even in the PA6 film, the contact angle of water on the surface is remarkably reduced by the irradiation of plasma.

図26は、プラズマ照射前後のPA6フィルムのX線光電子分光の測定結果を示す。図26(a)は、プラズマ照射前のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルを示し、図26(b)は、プラズマ照射後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルを示す。プラズマ照射後のPA6フィルムのX線光電子スペクトルにおいては、C1sピークの強度が変化しており、C1sピーク中のC−N又はC−Oのピークと、C(=O)−N又はC(=O)−Oのピークが増加した。したがって、これらの結合を含む官能基が表面に生成したことにより、水の接触角が減少したと考えられる。 FIG. 26 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the PA6 film before and after plasma irradiation. FIG. 26 (a) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film before plasma irradiation, and FIG. 26 (b) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after plasma irradiation. In the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak has changed, and the peak of CN or CO in the C1s peak and the peak of C (= O) -N or C (=). O) The peak of -O increased. Therefore, it is considered that the contact angle of water was reduced due to the formation of functional groups containing these bonds on the surface.

図27は、プラズマ照射前後のPA6フィルムの和周波発生(Sum-Frequency Generation:SFG)分光の測定結果を示す。2800〜3000cm−1の波数領域において、プラズマ照射により2877cm−1のバンドの強度が増大した。水の接触角の実験結果も考慮すると、プラズマ照射によりPA6のメチレン鎖がラジカル化されたことが示唆される。 FIG. 27 shows the measurement results of Sum-Frequency Generation (SFG) spectroscopy of the PA6 film before and after plasma irradiation. In the wavenumber region of 2800-3000 cm- 1 , plasma irradiation increased the intensity of the 2877 cm- 1 band. Considering the experimental results of the contact angle of water, it is suggested that the methylene chain of PA6 was radicalized by plasma irradiation.

以上の実験結果から、PA6フィルムの表面にプラズマを照射することにより、表面にC−N又はC−O、及び、C(=O)−N又はC(=O)−Oを含む官能基が生成するとともに、メチレン鎖がラジカル化され、それらの官能基及びラジカルが接合相手の物体の表面の原子又は官能基と化学結合を形成することが示唆される。 From the above experimental results, by irradiating the surface of the PA6 film with plasma, functional groups containing CN or CO and C (= O) -N or C (= O) -O are formed on the surface. As it is formed, the methylene chains are radicalized, suggesting that their functional groups and radicals form chemical bonds with the atoms or functional groups on the surface of the object to be bonded.

[実施例5]
PPフィルムにプラズマを照射して、表面状態の変化を観察する実験を行った。
[Example 5]
An experiment was conducted in which the PP film was irradiated with plasma and changes in the surface state were observed.

図28は、プラズマ照射前後の物体表面における水の接触角の変化を示す。図28(a)に示すように、プラズマ照射前のPPフィルムの表面における水の接触角は99.82°であるのに対し、図28(b)に示すように、プラズマ照射後のPPフィルムの表面における水の接触角は16.68°である。このように、PPフィルムにおいても、プラズマの照射により表面における水の接触角は著しく小さくなっている。 FIG. 28 shows the change in the contact angle of water on the surface of the object before and after plasma irradiation. As shown in FIG. 28 (a), the contact angle of water on the surface of the PP film before plasma irradiation is 99.82 °, whereas as shown in FIG. 28 (b), the PP film after plasma irradiation. The contact angle of water on the surface of is 16.68 °. As described above, even in the PP film, the contact angle of water on the surface is remarkably reduced by the irradiation of plasma.

図29は、プラズマ照射前後のPPフィルムのX線光電子分光の測定結果を示す。図29(a)は、プラズマ照射前のPPフィルムのX線光電子分光スペクトルを示し、図29(b)は、プラズマ照射後のPPフィルムのX線光電子分光スペクトルを示す。プラズマ照射後のPPフィルムのX線光電子スペクトルにおいては、C1sピークの強度が変化しており、C1sピーク中のC−Oのピークと、C(=O)−Oのピークが増加した。したがって、これらの結合を含む官能基が表面に生成したことにより、水の接触角が減少したと考えられる。 FIG. 29 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the PP film before and after plasma irradiation. FIG. 29 (a) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PP film before plasma irradiation, and FIG. 29 (b) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PP film after plasma irradiation. In the X-ray photoelectron spectrum of the PP film after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak changed, and the C—O peak and the C (= O) -O peak in the C1s peak increased. Therefore, it is considered that the contact angle of water was reduced due to the formation of functional groups containing these bonds on the surface.

これらの実験結果から、PPフィルムの表面にプラズマを照射することにより、表面にC−O、及び、C(=O)−Oを含む官能基が生成し、それらの官能基が接合相手の物体の表面の原子又は官能基と化学結合を形成することが示唆される。 From these experimental results, by irradiating the surface of the PP film with plasma, functional groups containing C-O and C (= O) -O are generated on the surface, and these functional groups are the objects to be bonded. It is suggested that it forms a chemical bond with an atom or functional group on the surface of the plasma.

[実施例6]
炭素繊維強化プラスチック同士を接合する実験を行った。
[Example 6]
An experiment was conducted to join carbon fiber reinforced plastics to each other.

図30は、プラズマ照射前後のPA6を母材とする炭素繊維強化プラスチック(CF/PA6)のX線光電子分光の測定結果を示す。図30(a)は、プラズマ照射前のCF/PA6のX線光電子分光スペクトルを示し、図30(b)は、プラズマ照射後のCF/PA6のX線光電子分光スペクトルを示す。プラズマ照射後のCF/PA6のX線光電子スペクトルにおいては、C1sピークの強度が変化しており、C1sピーク中のC−N又はC−Oのピークと、C(=O)−N又はC(=O)−Oのピークが増加した。したがって、これらの結合を含む官能基が表面に生成したことが示唆される。 FIG. 30 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of carbon fiber reinforced plastic (CF / PA6) using PA6 as a base material before and after plasma irradiation. FIG. 30 (a) shows the X-ray photoelectron spectrum of CF / PA6 before plasma irradiation, and FIG. 30 (b) shows the X-ray photoelectron spectrum of CF / PA6 after plasma irradiation. In the X-ray photoelectron spectrum of CF / PA6 after plasma irradiation, the intensity of the C1s peak is changed, and the peak of CN or CO in the C1s peak and C (= O) -N or C ( = O) -O peak increased. Therefore, it is suggested that functional groups containing these bonds were formed on the surface.

図31は、引張試験に用いた試験片の寸法を示す。PA6を母材とする炭素繊維強化プラスチック(CF/PA6)、PA66を母材とする炭素繊維強化プラスチック(CF/PA66)、及びPEEKを母材とする炭素繊維強化プラスチック(CF/PEEK)について、JIS規格に準拠して図31に示した試験片を作成し、表面にプラズマを照射して接合した後、シングルラップ継手の引張試験を実施した。試験結果を図32〜図34に示す。 FIG. 31 shows the dimensions of the test piece used in the tensile test. About carbon fiber reinforced plastic (CF / PA6) using PA6 as a base material, carbon fiber reinforced plastic (CF / PA66) using PA66 as a base material, and carbon fiber reinforced plastic (CF / PEEK) using PEEK as a base material. The test piece shown in FIG. 31 was prepared in accordance with JIS standards, and the surface was irradiated with plasma to join the test pieces, and then a tensile test of the single wrap joint was carried out. The test results are shown in FIGS. 32 to 34.

これらのCFRTP同士の接合強度は、安全面から世界で最も厳しいとされる、金属同士の接合における飛行機用接着剤要求仕様「米国連邦規格MMM-A-132-A-Type1 Class1」の、常温で38MPaという値に迫るものであり、飛行機などの移動体の部材をCFRTPなどの材料で形成することが可能となる。また、CF/PA6、CF/PEEKについては、炭素繊維強化プラスチック同士を接合したシングルラップ継手の引張試験で世界一の値である。 The bonding strength between these CFRTPs is considered to be the strictest in the world from the viewpoint of safety, and at room temperature, which is the specification for adhesives for airplanes for bonding metals, "US Federal Standard MMM-A-132-A-Type1 Class1". It approaches a value of 38 MPa, and it is possible to form a member of a moving body such as an airplane with a material such as CFRTP. Further, CF / PA6 and CF / PEEK are the highest values in the world in the tensile test of a single wrap joint in which carbon fiber reinforced plastics are joined to each other.

[実施例7]
樹脂、金属、炭素繊維強化プラスチック、金属酸化物、ガラスなどの物体を様々な組合せで接合した。実験条件を表2に示す。表2において、(融点)は、接合する物体の表面を構成する物質の融点であり、異種の物体を接合する場合には、融点が低い方の物質の融点である。一部の組合せについては、引張り剪断応力を測定し、その他の組合せについては、T型剥離試験又は試験片を手で引っ張ることにより接合の強度を評価した。結果を図35、図36、表3〜8に示す。
[Example 7]
Objects such as resins, metals, carbon fiber reinforced plastics, metal oxides, and glass were joined in various combinations. The experimental conditions are shown in Table 2. In Table 2, (melting point) is the melting point of the substance constituting the surface of the object to be joined, and when joining different kinds of objects, it is the melting point of the substance having the lower melting point. For some combinations, the tensile shear stress was measured, and for other combinations, the joint strength was evaluated by a T-type peeling test or by pulling the test piece by hand. The results are shown in FIGS. 35, 36 and Tables 3-8.

接合面同士を接着させる際の温度、圧力、時間などの条件を適切に選択することにより、ほぼ全ての組合せの物体を接合することができることが分かった。具体的には、ポリプロピレンと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼、ストロンチウムタイタネート、ランタンアルミネート、酸化マグネシウム、又はガラスとの組合せ、ポリアミドと、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリフェニレンサルファイドと、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリエチレンテレフタレートと、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリカーボネートと、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリメタクリル酸メチルと、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリプロピレンを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼、ストロンチウムタイタネート、ランタンアルミネート、酸化マグネシウム、又はガラスとの組合せ、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せ、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルエーテルケトンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエーテルイミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂を母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、銅、チタン、又はステンレス鋼との組合せを接合することができる。 It was found that almost all combinations of objects can be bonded by appropriately selecting conditions such as temperature, pressure, and time when bonding the bonded surfaces to each other. Specifically, a combination of polypropylene with polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, aluminum, copper, titanium, stainless steel, strontium titanate, lanthanum aluminate, magnesium oxide, or glass. , Polypropylene and polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, aluminum, copper, titanium, or stainless steel, polyphenylene sulfide and polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, aluminum , Combination with copper, titanium, or stainless steel, combination of polyethylene terephthalate with polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, aluminum, copper, titanium, or stainless steel, polycarbonate with polycarbonate, polymethyl methacrylate, aluminum. , Combination with copper, titanium, or stainless steel, combination of polymethylmethacrylate with polymethylmethacrylate, aluminum, copper, titanium, or stainless steel, carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene, polypropylene, Polypropylene, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene, carbon fiber reinforced plastic based on polyamide, carbon fiber reinforced plastic based on polyphenylene sulfide, polyethylene Carbon fiber reinforced plastic with terephthalate as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polypropylene as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polyether ether ketone as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polyetherimide as the base material, epoxy Resin-based carbon fiber reinforced plastic, aluminum, copper, titanium, stainless steel, strontium titanate, lanthanum aluminate, magnesium oxide, or a combination with glass, polyamide-based carbon fiber reinforced plastic, and polypropylene , Polypropylene, Polyphenylene sulfide, Polyethylene terephthalate, Polypropylene, Polymethyl methacrylate, Carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene CK, carbon fiber reinforced plastic with polyphenylene sulfide as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polyethylene terephthalate as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polycarbonate as the base material, carbon fiber reinforced with polyether ether ketone as the base material Plastic, carbon fiber reinforced plastic with polyetherimide as the base material, carbon fiber reinforced plastic with epoxy resin as the base material, combination with aluminum, copper, titanium, or stainless steel, carbon fiber reinforced with polyphenylene sulfide as the base material Plastics and carbon fiber reinforced plastics based on polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyphenylene sulfide, carbon fiber reinforced plastics based on polyethylene terephthalate, and polycarbonate are used as base materials. Carbon fiber reinforced plastics, carbon fiber reinforced plastics based on polyether ether ketone, carbon fiber reinforced plastics based on polyetherimide, carbon fiber reinforced plastics based on epoxy resin, aluminum, copper, titanium, Or in combination with stainless steel, carbon fiber reinforced plastic based on polyethylene terephthalate, and carbon fiber reinforced plastic and polycarbonate based on polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, and polyethylene terephthalate. Carbon fiber reinforced plastic with the base material, carbon fiber reinforced plastic with polyether ether ketone as the base material, carbon fiber reinforced plastic with polyether imide as the base material, carbon fiber reinforced plastic with epoxy resin as the base material, aluminum , Copper, titanium, or stainless steel, carbon fiber reinforced plastic with polycarbonate as the base material, and carbon fiber reinforced with polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, and polycarbonate as the base material. Plastics, carbon fiber reinforced plastics based on polyether ether ketone, carbon fiber reinforced plastics based on polyetherimide, carbon fiber reinforced plastics based on epoxy resin, aluminum, copper, titanium, or stainless steel Union with Set, carbon fiber reinforced plastic based on polyether ether ketone, carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polycarbonate, polyether ether ketone Carbon fiber reinforced plastic as base material, carbon fiber reinforced plastic with polyetherimide as base material, carbon fiber reinforced plastic with epoxy resin as base material, combination with aluminum, copper, titanium, or stainless steel, polyetherimide Carbon fiber reinforced plastic based on, polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, carbon fiber reinforced plastic based on polycarbonate, carbon fiber based on polyether ether ketone Reinforced plastic, carbon fiber reinforced plastic with polyetherimide as the base material, carbon fiber reinforced plastic with epoxy resin as the base material, combination with aluminum, copper, titanium, or stainless steel, carbon fiber with epoxy resin as the base material Reinforced plastics, polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, carbon fiber reinforced plastics based on polycarbonate, carbon fiber reinforced plastics based on polyether ether ketone, polyetherimide A combination of a carbon fiber reinforced plastic as a base material, a carbon fiber reinforced plastic using an epoxy resin as a base material, aluminum, copper, titanium, or stainless steel can be bonded.

とくに、いくつかの物体の組合せにおいては、室温で接合面同士を接着させることによっても、2つの物体を接合することが可能である。室温とは、接合面同士を接着させるステップを実行する周囲の環境の温度であり、加熱も冷却も行わないことを意味するが、寒冷地、高地、冬季などの条件により室温が常温(5〜35℃)よりも低い場合や、熱帯、日光、周囲の発熱体などの条件により室温が常温よりも高い場合などには、常温になるように加熱又は冷却してもよい。また、室温で接合可能な物体の組合せであっても、接合の強度や速度を向上させるために、適切な温度に接合面を加熱して接合してもよい。 In particular, in the combination of some objects, it is possible to bond the two objects by adhering the bonding surfaces to each other at room temperature. Room temperature is the temperature of the surrounding environment in which the steps of bonding the joint surfaces are performed, and means that neither heating nor cooling is performed. However, depending on conditions such as cold regions, highlands, and winter, the room temperature is normal temperature (5 to 5). When the temperature is lower than 35 ° C., or when the room temperature is higher than the room temperature due to conditions such as tropical, sunlight, and surrounding heating elements, the room temperature may be heated or cooled to the normal temperature. Further, even if the combination of objects can be joined at room temperature, the joining surface may be heated to an appropriate temperature for joining in order to improve the strength and speed of joining.

室温で接合可能な物体の組合せは、ポリプロピレンと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ステンレス鋼、ストロンチウムタイタネート、ランタンアルミネート、又はガラスとの組合せ、ポリアミドと、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチルとの組合せ、ポリエチレンテレフタレートと、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルとの組合せ、ポリカーボネートと、ポリカーボネート、又はポリメタクリル酸メチルとの組合せ、ポリメタクリル酸メチルと、ポリメタクリル酸メチルとの組合せ、ポリプロピレンを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレンを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム、ステンレス鋼、ストロンチウムタイタネート、ランタンアルミネート、又はガラスとの組合せ、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミドを母材とする炭素繊維強化プラスチック、又はポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチックとの組合せ、ポリフェニレンサルファイドを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレンとの組合せ、ポリエチレンテレフタレートを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレン、ポリアミドとの組合せ、ポリカーボネートを母材とする炭素繊維強化プラスチックと、ポリプロピレンとの組合せである。 Combinations of objects that can be bonded at room temperature include polypropylene and polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, stainless steel, strontium titanate, lanthanum aluminate, or glass combinations, polyamide and Polyamide, polyethylene terephthalate, combination with polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate and polyethylene terephthalate, polycarbonate, combination with polymethyl methacrylate, polycarbonate and polycarbonate, or combination with polymethyl methacrylate, polymethyl methacrylate, Combination with polymethylmethacrylate, carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene, polypropylene, polyamide, polyphenylene sulfide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, carbon fiber reinforced plastic based on polypropylene, carbon based on polyamide Fiber reinforced plastics, carbon fiber reinforced plastics based on polypropylene sulfide, carbon fiber reinforced plastics based on polyethylene terephthalate, carbon fiber reinforced plastics based on polycarbonate, aluminum, stainless steel, strontium titanate, lantern aluminum Combination with nate or glass, carbon fiber reinforced plastic with polyamide as the base material, polypropylene, polyamide, polyethylene terephthalate, carbon fiber reinforced plastic with polyamide as the base material, or carbon fiber reinforced plastic with polyethylene terephthalate as the base material Combination with, carbon fiber reinforced plastic with polyphenylene sulfide as a base material, and polypropylene, carbon fiber reinforced plastic with polyethylene terephthalate as a base material, polypropylene, polyamide, carbon fiber with polycarbonate as a base material It is a combination of reinforced plastic and polypropylene.

異種の物体を接合する際に、接合面を加熱して圧接すると、それぞれの物体の熱膨張率の差異により接合物が撓んだり変形したりすることがあるが、上記の組合せの物体は、室温で圧接することにより接合することが可能であるから、接合物の撓みや変形を抑えることができる。 When joining different types of objects, if the joint surface is heated and pressure-welded, the joint may bend or deform due to the difference in the coefficient of thermal expansion of each object. Since it is possible to join by pressure welding at room temperature, it is possible to suppress bending and deformation of the joined body.

上述したように、本実施の形態に係る方法による物体の接合は、接合面に生成された官能基間の化学反応によりもたらされると考えられるので、一般に、反応温度を高くするほど、反応速度が速くなるとともに、反応する官能基の数が増加して、接合の強度が強くなる。したがって、要求される接合の強度に応じて、接合の温度、時間、圧力などが選択されればよい。表1及び表2に記載した条件とは異なる条件で接合が行われてもよく、例えば、接合の圧力や時間は、表1及び表2に記載した値よりも小さい値であってもよい。 As described above, it is considered that the bonding of the objects by the method according to the present embodiment is brought about by the chemical reaction between the functional groups generated on the bonding surface. Therefore, in general, the higher the reaction temperature, the higher the reaction rate. As the speed increases, the number of reactive groups increases, and the strength of the bond increases. Therefore, the temperature, time, pressure, and the like of the joint may be selected according to the required strength of the joint. The joining may be performed under conditions different from those shown in Tables 1 and 2. For example, the joining pressure and time may be smaller than the values shown in Tables 1 and 2.

なお、本実施の形態に係る方法においては、2つの物体に含まれる物質の融点又は軟化点よりも低い温度で接合面を接着させることにより2つの物体を接合しているのであって、2つの物体を熱融着させているわけではない。接着する際に加熱が必要である場合であっても、官能基間の化学反応の反応速度を促進するために加熱しているだけであり、物体の表面は融解又は軟化されない。 In the method according to the present embodiment, the two objects are bonded by adhering the bonding surfaces at a temperature lower than the melting point or the softening point of the substances contained in the two objects. The object is not heat-sealed. Even if heating is required for bonding, it is only heated to accelerate the reaction rate of the chemical reaction between the functional groups, and the surface of the object is not melted or softened.

[実施例8]
直接接合することが困難である2つの物体を接合したり、直接接合するために加熱が必要となるような2つの物体を室温で接合したりすることを可能とするために、双方の物体と接合可能な物質のフィルム又はシートを間に挟んでなる接合物を作成した。
[Example 8]
To be able to join two objects that are difficult to join directly, or to join two objects that require heating to join directly at room temperature, with both objects A bonded object was prepared by sandwiching a film or sheet of a substance that can be bonded.

図37は、本実施例に係る接合物の構成を概略的に示す。接合物60は、接合する2つの物体62及び64と、2つの物体62及び64の間に配置されるフィルム66とを備える。フィルム66の一方の面が物体62と接合されるとともに、フィルム66の他方の面が物体64と接合される。これにより、2つの物体62及び64が、直接接合することが困難であったとしても、2つの物体62及び64の双方と接合可能なフィルム66を選択すれば、フィルム66を介して2つの物体62及び64を強固に接合することができる。また、2つの物体62及び64が、直接接合するために加熱が必要であったとしても、2つの物体62及び64の双方と室温で接合可能なフィルム66を選択すれば、フィルム66を介して2つの物体62及び64を室温で接合することができる。また、平織りなどの織物シートを用いる炭素繊維強化プラスチックは、接合面が平坦ではないが、間にフィルム66を挟むことにより、他の物体と接合することができる。図37に示す構造を有する接合物を作成し、2つの物体が強固に接合されていることを確認した。 FIG. 37 schematically shows the configuration of the joint according to this embodiment. The joint 60 includes two objects 62 and 64 to be joined and a film 66 arranged between the two objects 62 and 64. One surface of the film 66 is joined to the object 62, and the other side of the film 66 is joined to the object 64. As a result, even if it is difficult for the two objects 62 and 64 to be directly bonded, if the film 66 that can be bonded to both of the two objects 62 and 64 is selected, the two objects via the film 66 can be selected. 62 and 64 can be firmly joined. Further, even if heating is required for the two objects 62 and 64 to be directly bonded, if a film 66 capable of bonding to both of the two objects 62 and 64 at room temperature is selected, the film 66 can be used. The two objects 62 and 64 can be joined at room temperature. Further, although the carbon fiber reinforced plastic using a woven sheet such as plain weave has a non-flat joint surface, it can be bonded to another object by sandwiching a film 66 between them. A joint having the structure shown in FIG. 37 was prepared, and it was confirmed that the two objects were firmly joined.

[大気圧プラズマ照射装置]
上記の実施例では、低圧プラズマ照射装置により物体の接合面にプラズマを照射したが、大気圧プラズマ照射装置により物体の接合面にプラズマを照射する場合も、同様の技術により2つの物体を強固に接合することができる。以下、大気圧プラズマ照射装置によりプラズマを照射する実施例について説明する。以下に示す実施例における実験条件を表9に示す。とくに明示しない点については、上述した低圧プラズマ照射装置を使用した実施例と同様である。
[Atmospheric pressure plasma irradiation device]
In the above embodiment, the low pressure plasma irradiator irradiates the joint surface of the object with plasma, but when the atmospheric pressure plasma irradiator irradiates the joint surface of the object with plasma, the two objects are firmly strengthened by the same technique. Can be joined. Hereinafter, an example of irradiating plasma with an atmospheric pressure plasma irradiation device will be described. Table 9 shows the experimental conditions in the examples shown below. The points not specified in particular are the same as those in the embodiment using the low-pressure plasma irradiation device described above.

[実施例9]
PA6及びPETの試料片の表面に大気圧プラズマを照射し、表面状態の変化を観察する実験を行った。それぞれの試料片について5回実験を行い、平均値を算出してプロットした。それぞれの試料片についての5回の実験結果を表10に示す。図38は、大気圧プラズマ照射前後のPA6の表面における水の接触角の時間変化を示す。図39は、大気圧プラズマ照射前後のPETの表面における水の接触角の時間変化を示す。いずれの試料片においても、大気圧プラズマの照射により物体表面における水の接触角が急激に減少し、60秒照射後の物体表面における水の接触角は約30°であった。いずれの試料片においても、水の接触角の減少は照射時間60秒程度でほぼ頭打ちとなり、それ以上大気圧プラズマを照射しても水の接触角はあまり減少しなかった。
[Example 9]
An experiment was conducted in which the surfaces of PA6 and PET sample pieces were irradiated with atmospheric pressure plasma and changes in the surface state were observed. Experiments were performed 5 times for each sample piece, and the average value was calculated and plotted. Table 10 shows the results of five experiments for each sample piece. FIG. 38 shows the time change of the contact angle of water on the surface of PA6 before and after irradiation with atmospheric pressure plasma. FIG. 39 shows the time change of the contact angle of water on the surface of PET before and after irradiation with atmospheric pressure plasma. In all the sample pieces, the contact angle of water on the surface of the object was sharply reduced by the irradiation of the atmospheric pressure plasma, and the contact angle of water on the surface of the object after irradiation for 60 seconds was about 30 °. In all the sample pieces, the decrease in the contact angle of water almost reached a plateau in the irradiation time of about 60 seconds, and the contact angle of water did not decrease so much even if the atmospheric pressure plasma was further irradiated.

[実施例10]
PA6を母材とする炭素繊維強化プラスチック同士を接合する実験を行った。図40は、大気圧プラズマの照射時間と接合強度の関係を示す。大気圧プラズマの照射時間の増加に伴って接合強度が急激に増加し、照射時間が60秒を超えると接合強度の増加はなだらかになった。この傾向は、図38に示した水の接触角の減少とほぼ対応している。大気圧プラズマを180秒照射した場合の接合強度は約19MPaであった。この値は、図32に示した低圧プラズマ照射装置を使用した場合の接合強度である33.8MPaよりも低いが、十分に強固な接合が実現されている。
[Example 10]
An experiment was conducted to join carbon fiber reinforced plastics using PA6 as a base material. FIG. 40 shows the relationship between the irradiation time of atmospheric pressure plasma and the junction strength. The bonding strength increased sharply with the increase in the irradiation time of the atmospheric pressure plasma, and the increase in the bonding strength became gentle when the irradiation time exceeded 60 seconds. This tendency almost corresponds to the decrease in the contact angle of water shown in FIG. 38. The bonding strength when irradiated with atmospheric pressure plasma for 180 seconds was about 19 MPa. This value is lower than the bonding strength of 33.8 MPa when the low-pressure plasma irradiation device shown in FIG. 32 is used, but a sufficiently strong bond is realized.

図41は、大気圧プラズマ照射前後のPA6フィルムのX線光電子分光の測定結果を示す。図41(a)は、大気圧プラズマ照射前のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルを示し、図41(b)は、大気圧プラズマを30秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルを示し、図41(c)は、大気圧プラズマを60秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルを示す。大気圧プラズマ照射後のPA6フィルムのX線光電子スペクトルにおいては、O1sピークの強度が増加した。したがって、酸素を含む官能基が表面に生成したことにより、水の接触角が減少したと考えられる。 FIG. 41 shows the measurement results of X-ray photoelectron spectroscopy of the PA6 film before and after the atmospheric pressure plasma irradiation. FIG. 41 (a) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film before irradiation with atmospheric pressure plasma, and FIG. 41 (b) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma for 30 seconds. FIG. 41 (c) shows the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after being irradiated with atmospheric pressure plasma for 60 seconds. In the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma, the intensity of the O1s peak increased. Therefore, it is considered that the contact angle of water was reduced due to the formation of oxygen-containing functional groups on the surface.

図42は、図41に示したX線光電子分光スペクトルのC1sピークを示す。図42(a)は、大気圧プラズマ照射前のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのC1sピークを示し、図41(b)は、大気圧プラズマを30秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのC1sピークを示し、図41(c)は、大気圧プラズマを60秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのC1sピークを示す。大気圧プラズマ照射後のPA6フィルムのX線光電子スペクトルにおいては、C1sピーク中のC−N又はC−Oのピークと、C(=O)−N又はC(=O)−Oのピークが増加した。したがって、これらの結合を含む官能基、すなわちヒドロキシ基及びカルボキシ基が表面に生成したことが示唆される。 FIG. 42 shows the C1s peak of the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum shown in FIG. 41. FIG. 42 (a) shows the C1s peak of the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film before irradiation with atmospheric pressure plasma, and FIG. 41 (b) shows the X-ray photoelectrons of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma for 30 seconds. The C1s peak of the spectral spectrum is shown, and FIG. 41 (c) shows the C1s peak of the X-ray photoelectron spectral spectrum of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma for 60 seconds. In the X-ray photoelectron spectrum of PA6 film after atmospheric pressure plasma irradiation, the peak of CN or CO in the C1s peak and the peak of C (= O) -N or C (= O) -O increase. did. Therefore, it is suggested that functional groups containing these bonds, that is, hydroxy groups and carboxy groups, were formed on the surface.

図43は、図41に示したX線光電子分光スペクトルのO1sピークを示す。図43(a)は、大気圧プラズマ照射前のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのO1sピークを示し、図43(b)は、大気圧プラズマを30秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのO1sピークを示し、図43(c)は、大気圧プラズマを60秒照射した後のPA6フィルムのX線光電子分光スペクトルのO1sピークを示す。大気圧プラズマ照射後のPA6フィルムのX線光電子スペクトルにおいては、O1sピーク中のO−Hのピークが増加した。したがって、この結合を含む官能基、すなわちヒドロキシ基及びカルボキシ基が表面に生成したことが示唆される。 FIG. 43 shows the O1s peak of the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum shown in FIG. 41. FIG. 43 (a) shows the O1s peak of the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film before irradiation with atmospheric pressure plasma, and FIG. 43 (b) shows the X-ray photoelectrons of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma for 30 seconds. The O1s peak of the spectral spectrum is shown, and FIG. 43 (c) shows the O1s peak of the X-ray photoelectron spectral spectrum of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma for 60 seconds. In the X-ray photoelectron spectrum of the PA6 film after irradiation with atmospheric pressure plasma, the peak of OH in the peak of O1s increased. Therefore, it is suggested that a functional group containing this bond, that is, a hydroxy group and a carboxy group was generated on the surface.

[実施例11]
ポリエーテルケトンケトン(PEKK)を母材とする炭素繊維強化プラスチック同士を接合する実験を行った。図44は、大気圧プラズマを300秒間照射したPEKKを母材とする炭素繊維強化プラスチック同士を300℃、9.6MPaで接合した試験片の応力−変位線図を示す。接合強度は約13MPaであった。したがって、PEKKを母材とする炭素繊維強化プラスチックにおいても、十分に強固な接合が実現されている。
[Example 11]
An experiment was conducted to join carbon fiber reinforced plastics using polyetherketoneketone (PEKK) as a base material. FIG. 44 shows a stress-displacement diagram of a test piece in which carbon fiber reinforced plastics based on PEKK irradiated with atmospheric pressure plasma for 300 seconds are bonded to each other at 300 ° C. and 9.6 MPa. The bonding strength was about 13 MPa. Therefore, even in carbon fiber reinforced plastics using PEKK as a base material, sufficiently strong bonding is realized.

以上の実験結果から、大気圧プラズマ照射装置によりプラズマを照射した場合も、低圧プラズマ照射装置によりプラズマを照射した場合と同様に、表面にカルボキシ基やヒドロキシ基などの官能基が生成され、接合相手の物体の表面の原子又は官能基と化学結合を形成することが示唆された。すなわち、大気圧プラズマ照射装置を使用してプラズマを照射する場合も、低圧プラズマ照射装置を使用してプラズマを照射する場合と同様の原理で2つの物体を接合することができる。したがって、実施例10に示したPA6を母材とする炭素繊維強化プラスチック同士だけでなく、実施例1〜8に示した物体の組合せも、大気圧プラズマによって同様に接合可能である。また、炭素繊維強化プラスチックだけでなく、ガラス繊維などの任意のフィラーにより強化された強化プラスチックも、低圧下又は大気圧下で接合面にプラズマを照射することにより接合可能である。 From the above experimental results, even when plasma is irradiated by the atmospheric pressure plasma irradiation device, functional groups such as carboxy groups and hydroxy groups are generated on the surface as in the case of plasma irradiation by the low pressure plasma irradiation device, and the bonding partner is formed. It was suggested that it forms a chemical bond with an atom or functional group on the surface of the plasma. That is, even when the plasma is irradiated using the atmospheric pressure plasma irradiation device, the two objects can be joined by the same principle as when the plasma is irradiated using the low pressure plasma irradiation device. Therefore, not only the carbon fiber reinforced plastics using PA6 as the base material shown in Example 10 but also the combination of the objects shown in Examples 1 to 8 can be similarly bonded by the atmospheric pressure plasma. Further, not only carbon fiber reinforced plastics but also reinforced plastics reinforced with an arbitrary filler such as glass fiber can be bonded by irradiating the bonding surface with plasma under low pressure or atmospheric pressure.

大気圧プラズマ照射装置を使用する場合は、減圧することなくプラズマを照射することができるので、接合する物体の大きさや処理の場所などの制約が著しく少なくなり、応用の幅を格段に広げることができる。 When using an atmospheric pressure plasma irradiation device, plasma can be irradiated without depressurizing, so restrictions such as the size of the object to be joined and the processing location are significantly reduced, and the range of applications can be greatly expanded. it can.

[プラズマ照射効果の持続性]
物体の表面に大気圧プラズマを照射したことによる効果の持続性を検証した。PA6を母材とする炭素繊維強化プラスチックの2つの試料片のそれぞれの表面に大気圧下でプラズマを照射し、それぞれの試料片を25℃、湿度30%の空気中で保管した後、試料片同士を接合して接合強度を測定した。
[Durability of plasma irradiation effect]
The sustainability of the effect of irradiating the surface of the object with atmospheric pressure plasma was verified. The surfaces of two sample pieces of carbon fiber reinforced plastic using PA6 as a base material are irradiated with plasma under atmospheric pressure, and each sample piece is stored in air at 25 ° C. and 30% humidity, and then the sample piece. The joint strength was measured by joining them together.

図45は、PA6を母材とする炭素繊維強化プラスチックの大気圧プラズマ照射後の経過日数と接合強度の関係を示す。大気圧プラズマ照射から7日経過してから接合しても、大気圧プラズマ照射直後とほぼ変わらない接合強度で強固に接合できることが示された。 FIG. 45 shows the relationship between the number of days elapsed after irradiation with atmospheric pressure plasma and the bonding strength of a carbon fiber reinforced plastic using PA6 as a base material. It was shown that even if the bonding is performed 7 days after the atmospheric pressure plasma irradiation, the bonding can be firmly performed with the bonding strength almost the same as that immediately after the atmospheric pressure plasma irradiation.

このように、本実施例に示した条件で物体の表面に大気圧プラズマを照射することにより、従来のプラズマ処理では不可能であった官能基の長寿命化が実現されることが示唆された。これにより、接合対象の物体そのものの性質は変えずに、表面のみの接着性を長期にわたって持続的に向上させることができる。 As described above, it is suggested that by irradiating the surface of the object with atmospheric pressure plasma under the conditions shown in this example, the life of the functional group can be extended, which was impossible by the conventional plasma treatment. .. As a result, the adhesiveness of only the surface can be continuously improved for a long period of time without changing the properties of the object itself to be joined.

本実施の形態の技術によれば、大気圧プラズマを照射してから相当の期間が経過した後でも2つの物体を強固に接合可能であることから、プラズマ照射工程と接合工程を分離することができる。したがって、大気圧プラズマを表面に照射した物体を別の現場に運び、現場で2つの物体を接合することも可能となる。 According to the technique of the present embodiment, since it is possible to firmly bond two objects even after a considerable period of time has passed after irradiating the atmospheric pressure plasma, it is possible to separate the plasma irradiation process and the bonding process. it can. Therefore, it is possible to carry an object whose surface is irradiated with atmospheric pressure plasma to another site and join the two objects at the site.

この観点から、本実施の形態に係る接合物の製造方法は、2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射するステップと、プラズマを照射してから所定期間経過後に、プラズマが照射された接合面同士を、物体に含まれる物質の融点未満の温度で接着するステップと、を備えてもよい。所定期間は、大気圧プラズマの照射により接合面に生成された官能基が所定数以上、又は所定の割合以上残存する期間であってもよく、例えば、1時間、2時間、5時間、10時間、20時間、1日、2日、5日、10日、20日、1ヶ月、2ヶ月、3ヶ月、4ヶ月、5ヶ月、6ヶ月、7ヶ月、8ヶ月、9ヶ月、10ヶ月、11ヶ月、1年、2年、3年、4年、5年、6年、7年、8年、9年、10年、15年以上であってもよい。 From this point of view, the method for producing a bonded product according to the present embodiment includes a step of irradiating the bonding surface of each of the two objects with plasma under atmospheric pressure, and a plasma is generated after a predetermined period of time has passed since the plasma was irradiated. It may include a step of adhering the irradiated joint surfaces to each other at a temperature below the melting point of the substance contained in the object. The predetermined period may be a period in which a predetermined number or more of functional groups generated on the bonding surface by irradiation with atmospheric pressure plasma or a predetermined ratio or more remain, for example, 1 hour, 2 hours, 5 hours, 10 hours. , 20 hours, 1 day, 2 days, 5 days, 10 days, 20 days, 1 month, 2 months, 3 months, 4 months, 5 months, 6 months, 7 months, 8 months, 9 months, 10 months, 11 It may be months, 1 year, 2 years, 3 years, 4 years, 5 years, 6 years, 7 years, 8 years, 9 years, 10 years, 15 years or more.

プラズマが照射された後、相当長い期間が経過した後であっても2つの物体を接合することができるので、大気圧下でプラズマが照射されることにより官能基が生成された接合面を有する物体を、建材や部品などの接合対象物として販売し、流通させることも可能となる。生成された官能基が消失する前にその物体を入手した購入者は、2つの接合対象物の接合面同士を接合させることにより接合物を製造することができる。 Since two objects can be bonded even after a considerably long period of time has passed after being irradiated with plasma, it has a bonding surface in which functional groups are generated by irradiation with plasma under atmospheric pressure. It is also possible to sell and distribute objects as joint objects such as building materials and parts. The purchaser who obtained the object before the generated functional group disappears can manufacture the bonded object by joining the bonding surfaces of the two bonding objects to each other.

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや工程の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。 Although the present invention has been described above with reference to the above-described embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments are appropriately combined or substituted. Those are also included in the present invention. Further, it is also possible to appropriately rearrange the combinations and the order of processes in each embodiment based on the knowledge of those skilled in the art, and to add modifications such as various design changes to each embodiment, and such modifications. The embodiment to which is added may also be included in the scope of the present invention.

10 回転ドラム式プラズマ照射装置、20 ベルジャー、22 電極、24 回転ドラム、26 試料ホルダー、28 気体導入口、30 ボンベ、32 試料。 10 rotary drum type plasma irradiator, 20 bell jar, 22 electrodes, 24 rotary drum, 26 sample holder, 28 gas inlet, 30 cylinder, 32 samples.

Claims (7)

2つの物体を接合して接合物を製造する方法であって、
2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射するステップと、
プラズマが照射された接合面同士を、前記物体に含まれる物質の融点未満の温度で接着するステップと、
を備えることを特徴とする接合物の製造方法。
It is a method of joining two objects to manufacture a joint.
The step of irradiating the joint surface of each of the two objects with plasma under atmospheric pressure,
A step of adhering plasma-irradiated joint surfaces to each other at a temperature below the melting point of the substance contained in the object.
A method for producing a joint, which comprises.
前記接着するステップは、室温で実行されることを特徴とする請求項1に記載の接合物の製造方法。 The method for producing a bonded product according to claim 1, wherein the bonding step is performed at room temperature. 前記2つの物体の双方と接合可能なフィルムの一方の面と前記2つの物体のうちの一方とを接合するステップと、
前記フィルムの他方の面と前記2つの物体のうちの他方とを接合するステップと、
を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の接合物の製造方法。
A step of joining one surface of a film that can be joined to both of the two objects and one of the two objects.
A step of joining the other surface of the film and the other of the two objects,
The method for producing a bonded product according to claim 1 or 2, further comprising.
2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射することにより前記接合面に生成された官能基同士の化学結合により前記2つの物体が接合されてなることを特徴とする接合物。 A bonded product characterized in that the two objects are bonded by a chemical bond between functional groups generated on the bonded surface by irradiating the bonding surface of each of the two objects with plasma under atmospheric pressure. 前記2つの物体の間に配置されたフィルムを更に備え、
前記接合物は、前記フィルムの一方の面と前記2つの物体のうちの一方とが接合されるとともに、前記フィルムの他方の面と前記2つの物体のうちの他方とが接合されてなることを特徴とする請求項4に記載の接合物。
Further provided with a film placed between the two objects
The bonded product is formed by bonding one surface of the film and one of the two objects, and bonding the other surface of the film and the other of the two objects. The joint according to claim 4.
2つの物体を接合して接合物を製造する方法であって、
2つの物体のそれぞれの接合面に大気圧下でプラズマを照射するステップと、
プラズマを照射してから所定期間経過後に、プラズマが照射された接合面同士を、前記物体に含まれる物質の融点未満の温度で接着するステップと、
を備えることを特徴とする接合物の製造方法。
It is a method of joining two objects to manufacture a joint.
The step of irradiating the joint surface of each of the two objects with plasma under atmospheric pressure,
A step of adhering the bonded surfaces irradiated with the plasma to each other at a temperature lower than the melting point of the substance contained in the object after a lapse of a predetermined period from the irradiation of the plasma.
A method for producing a joint, which comprises.
大気圧下でプラズマが照射されることにより官能基が生成された接合面を有する接合対象物。 A bonding object having a bonding surface in which a functional group is generated by irradiation with plasma under atmospheric pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021230321A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 アウロステクノロジーズ合同会社 Film, laminate, and method for producing laminate

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WO2021230321A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 アウロステクノロジーズ合同会社 Film, laminate, and method for producing laminate

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