JP5651849B2 - Resin film forming method and resin film forming system - Google Patents

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本発明は、樹脂粉末を固体基材の表面に固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成方法及び樹脂皮膜の形成システムに関する。   The present invention relates to a resin film forming method and a resin film forming system in which resin powder is fixed to the surface of a solid substrate to form a resin film.

従来、この種の樹脂皮膜の形成方法として、例えば、本願発明者らが先に提案したもので、特開2009−226329号公報(特許文献1)に掲載された技術が知られている。これは、樹脂粉末を固体基材の表面に固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成方法であって、樹脂粉末の表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる処理を行ない、コールドスプレー方法を用い、この樹脂粉末をその融点より低い温度に加温したガスに投入しガスを亜音速ないし超音速流にして固体基材に対して噴射して固体基材の表面に樹脂を付着し、その後、固体基材に付着された樹脂を加温処理するものである。コールドスプレー方法においては、例えば、ガスとしてヘリウムガスを用いる。ヘリウムガスは軽い作動ガスなので流速を早くすることができ、スプレー粒子の高い運動エネルギーを得て、付着効率を高めることができる。   Conventionally, as a method for forming a resin film of this type, for example, the technique previously proposed by the inventors of the present application and the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2009-226329 (Patent Document 1) is known. This is a method of forming a resin film in which a resin powder is fixed to the surface of a solid substrate to form a resin film, and a treatment for binding a triazine thiol derivative to the surface of the resin powder is performed, using a cold spray method, The resin powder is put into a gas heated to a temperature lower than its melting point, and the gas is subsonic or supersonic flow and sprayed onto the solid substrate to adhere the resin to the surface of the solid substrate, and then the solid The resin attached to the substrate is heated. In the cold spray method, for example, helium gas is used as the gas. Since helium gas is a light working gas, the flow velocity can be increased, and the high kinetic energy of the spray particles can be obtained to increase the deposition efficiency.

特開2009−226329号公報JP 2009-226329 A

ところで、このような樹脂皮膜の形成方法にあっては、コールドスプレー方法においては、例えば、ガスとしてヘリウムを用いるが、ヘリウムは比較的高価なので、ガスとして例えば安価な空気を用いて行うことができれば、より望ましい。しかしながら、空気をガスとして用いると、粉末樹脂の固着状態が著しく悪く、そのため、この従来方法では、空気を実質的に用いることができないという問題があった(図8の実験例参照)。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、コールドスプレー方法において、用いるガスの如何にかかわらず、特に空気を用いても、樹脂粉末を確実且つ強固に固体基材に固着できるようにして結合強度の向上を図った樹脂皮膜の形成方法及び樹脂皮膜の形成システムを提供することを目的とする。
By the way, in such a method for forming a resin film, in the cold spray method, for example, helium is used as a gas. However, since helium is relatively expensive, if it can be performed using, for example, inexpensive air as a gas. More desirable. However, when air is used as a gas, the powder resin is not sufficiently fixed, so that this conventional method has a problem that air cannot be substantially used (see the experimental example in FIG. 8).
The present invention has been made in view of the above-described problems. In the cold spray method, the resin powder can be securely and firmly fixed to the solid substrate even if air is used, regardless of the gas used. It is an object of the present invention to provide a resin film forming method and a resin film forming system that improve the bond strength.

このような目的を達成するための本発明の樹脂皮膜の形成方法は、図1に示すように、樹脂粉末Wを固体基材Kの表面に固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成方法であって、樹脂粉末Wを、コールドスプレー方法(CS)を用い、該樹脂粉末Wの融点より低い温度に加温したガスに投入し該ガスを亜音速ないし超音速流にして固体基材Kに対して噴射して該固体基材Kの表面に樹脂を付着し、その後、上記固体基材Kに付着された樹脂を加温処理する樹脂皮膜の形成方法において、上記コールドスプレー方法により樹脂粉末Wを噴射する前に、上記固体基材Kの対象部位に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマPを照射する構成としている。
大気圧熱非平衡プラズマとは、例えば、低圧中のグロー放電により生成され、電子や分子衝突に関する自由行程が長いため高エネルギーを有しているが、プラズマ自体の温度が低いプラズマである。
As shown in FIG. 1, the resin film forming method of the present invention for achieving such an object includes a resin film forming method in which a resin powder W is fixed to the surface of a solid substrate K to form a resin film. The resin powder W is put into a gas heated to a temperature lower than the melting point of the resin powder W by using a cold spray method (CS), and the gas is changed to a subsonic or supersonic flow to form a solid substrate K. In the method of forming a resin film in which a resin is adhered to the surface of the solid substrate K and then the resin adhered to the solid substrate K is heated, resin powder is obtained by the cold spray method. Before injecting W, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma P generated by converting the raw material gas into plasma is applied to the target portion of the solid substrate K.
The atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is generated by glow discharge at a low pressure, for example, and has a high energy due to a long free path related to electrons and molecular collisions, but a plasma having a low temperature.

これにより、固体基材に樹脂被膜を形成するときは、先ず、固体基材の表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それから、この固体基材の表面の対象部位にコールドスプレー方法により樹脂粉末を噴射する。その後、固体基材に付着された樹脂を加温処理し、固体基材の表面に樹脂を付着する。この場合、図2(a)に示すように、対象部位には熱非平衡の大気圧熱非平衡プラズマが照射されているので、固体基材の表面には電子の照射による物理的な繊細な凹凸は形成されず、イオンの照射により、例えば、窒素酸化物に−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、化学的な効果としての樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、コールドスプレー方法に用いるガスが、例えば、窒素,ヘリウムなど通常用いられているガスは勿論のこと、空気であっても確実に付着が行われ、樹脂を確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。また、ガスとして、空気を用いた場合には、ヘリウムガス等と比較して安価であり、経済効果も奏する。
また、図2(a)(b)に示すように、例えば、固体表面上の窒素酸化物に形成したアミン、アミド化合物等は、電子供与性の官能基であり、例えば、電子吸引性能があるフッ素樹脂等の樹脂粉末では、固体表面と樹脂表面では親和力が作用し付着を促進すると考えられる。
以上から、樹脂粉末を低温溶射により固体基材に付着させ、その後、熱処理するので、樹脂に過剰な熱負荷をかけなくてもすむことから、樹脂の劣化をできるだけ抑止することができるとともに、固体表面と樹脂表面に形成した官能基により化学反応が促進され、固体基材に確実に固着できるようになる。
この場合、上記樹脂粉末は、電子吸引性能を有する樹脂粉末とすることができる。
特に、上記樹脂粉末として、4フッ化ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),4フッ化エチレン・6フッ化ポリピレン共重合体(FEP),4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)の少なくとも何れかの含フッ素樹脂から選択されることが有効である。
Thereby, when forming a resin film on a solid substrate, first, an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated to a target portion on the surface of the solid substrate. Then, resin powder is sprayed onto a target portion on the surface of the solid substrate by a cold spray method. Thereafter, the resin attached to the solid substrate is heated to attach the resin to the surface of the solid substrate. In this case, as shown in FIG. 2 (a), since the target site is irradiated with thermal non-equilibrium atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, the surface of the solid substrate is physically delicate due to electron irradiation. Concavities and convexities are not formed, and functional groups such as —OH, —NH 2 , and —COOH are chemically formed in nitrogen oxides by ion irradiation, and the affinity with the resin as a chemical effect is enhanced. The adhesive strength at the interface is improved. Therefore, even if the gas used for the cold spray method is air, for example, nitrogen, helium, etc., as well as the usual gas, adhesion is performed reliably, and the resin is securely and firmly fixed to the solid substrate. become able to. In addition, when air is used as the gas, it is less expensive than helium gas or the like and has an economic effect.
Moreover, as shown in FIGS. 2A and 2B, for example, amines and amide compounds formed on nitrogen oxides on the solid surface are electron-donating functional groups, and have, for example, electron-withdrawing performance. In the case of resin powder such as fluororesin, it is considered that the affinity acts on the solid surface and the resin surface to promote adhesion.
From the above, since the resin powder is attached to the solid substrate by low temperature spraying and then heat-treated, it is not necessary to apply an excessive heat load to the resin, so that deterioration of the resin can be suppressed as much as possible, The chemical reaction is promoted by the functional groups formed on the surface and the resin surface, and it can be surely fixed to the solid substrate.
In this case, the resin powder can be a resin powder having electron withdrawing performance.
In particular, as the resin powder, tetrafluoropolytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropolypyrene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), It is effective to select from at least one fluorine-containing resin of ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE).

そして、必要に応じ、上記大気圧熱非平衡プラズマの照射と上記コールドスプレー方法による樹脂粉末の噴射とを、繰り返し行う構成としている。即ち、先ず、固体基材の表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それから、この固体基材の表面の対象部位にコールドスプレー方法により樹脂粉末を噴射する。更に、この固体基材に付着された樹脂の表面に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それからまた、この表面にコールドスプレー方法により樹脂粉末を噴射する。このように、この大気圧熱非平衡プラズマ照射と樹脂粉末噴射とを交互に2回以上行う。最後に固体基材に付着された樹脂を加温処理する。これにより、図2(c)に示すように、樹脂層にも熱非平衡である大気圧熱非平衡プラズマが照射されるので、物理的に樹脂表面を損傷させることなく、例えば、窒素酸化物に例えば−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、重ねて付着させられる樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、樹脂膜を確実に成長させて厚く形成し易くすることができ、樹脂を確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。 And it is set as the structure which repeats the irradiation of the said atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, and the injection of the resin powder by the said cold spray method as needed. That is, first, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated to the target portion on the surface of the solid substrate. Then, resin powder is sprayed onto a target portion on the surface of the solid substrate by a cold spray method. Furthermore, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated on the surface of the resin adhered to the solid substrate. Then, a resin powder is sprayed onto the surface by a cold spray method. As described above, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation and the resin powder injection are alternately performed twice or more. Finally, the resin attached to the solid substrate is heated. As a result, as shown in FIG. 2C, since the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, which is thermal non-equilibrium, is also irradiated to the resin layer, for example, nitrogen oxide can be used without physically damaging the resin surface. In addition, for example, a functional group such as —OH, —NH 2 , and —COOH is chemically formed to increase the affinity with the resin to be repeatedly deposited, and the adhesive strength at the interface is improved. Therefore, the resin film can be reliably grown and easily formed thick, and the resin can be securely and firmly fixed to the solid substrate.

また、必要に応じ、上記コールドスプレー方法で用いるガスとして、空気を用いた構成としている。ヘリウムガス等と比較して安価にすることができる。また、ガスとして空気を用いると、大気圧熱非平衡プラズマ照射をしない場合には、粉末樹脂の固着状態が著しく悪く、そのため、空気を実質的に用いることができないが、大気圧熱非平衡プラズマ照射をすることにより、樹脂の付着する表面と樹脂との親和力が高められ界面の接着強度が向上させられることから、樹脂を確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。   If necessary, air is used as the gas used in the cold spray method. It can be made cheaper than helium gas or the like. In addition, when air is used as the gas, when the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation is not performed, the powder resin is not sufficiently fixed, and thus air cannot be used substantially. By irradiating, the affinity between the surface to which the resin adheres and the resin is increased and the adhesive strength at the interface is improved, so that the resin can be firmly and firmly fixed to the solid substrate.

更に、必要に応じ、上記大気圧熱非平衡プラズマの原料ガスに水素を含む構成としている。水素を含むことで、大気圧熱非平衡プラズマがより活性化し、固体表面には特にアミン系(−NH2 )の官能基の形成が促進され、固体表面と樹脂との親和力がより一層高められることから、界面の接着強度が向上させられ、樹脂の付着量を増して、確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。 Furthermore, the raw material gas of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma contains hydrogen as necessary. By including hydrogen, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is more activated, and the formation of amine-based (—NH 2 ) functional groups is particularly promoted on the solid surface, and the affinity between the solid surface and the resin is further enhanced. As a result, the adhesive strength at the interface is improved, the amount of adhesion of the resin is increased, and the solid substrate can be securely and firmly fixed.

更にまた、必要に応じ、上記コールドスプレー方法により噴射する樹脂粉末の表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる処理を行なう粉末表面処理工程を備えた構成としている。これにより、粉末表面処理工程において、樹脂粉末の表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる処理を行なう。そのため、樹脂に結合されたトリアジンチオール重合膜が、固体基材の表面に化学結合するようになり、樹脂の固着性が向上させられる。その理由は、トリアジンチオール重合膜の末端のチオール基は、固体との接合の際、固体から電子を授受する。電子が過剰となったトリアジンチオールは、トリアジン環に存在する水素を固体に供与し、すぐにチオール基はチイルラジカルとなる。チイルラジカルの形成は、固体表面との化学反応を促進すると考えられる。これにより、固体基材に対して樹脂がより一層確実且つ強固に固着される。   Furthermore, it is set as the structure provided with the powder surface treatment process which performs the process which couple | bonds a triazine thiol derivative with the surface of the resin powder injected by the said cold spray method as needed. Thereby, in the powder surface treatment step, a treatment for binding the triazine thiol derivative to the surface of the resin powder is performed. For this reason, the triazine thiol polymerized film bonded to the resin is chemically bonded to the surface of the solid substrate, and the fixing property of the resin is improved. The reason is that the thiol group at the end of the triazine thiol polymerized film gives and receives electrons from the solid when bonded to the solid. The triazine thiol with excess electrons donates the hydrogen present in the triazine ring to the solid, and the thiol group immediately becomes a thiyl radical. The formation of thiyl radicals is thought to promote chemical reactions with the solid surface. Thereby, resin is more firmly and firmly fixed to the solid substrate.

また、必要に応じ、上記粉末処理工程で、樹脂粉末に、量子ビームを照射し、該樹脂をトリアジンチオール誘導体を分散させた分散液に浸漬し、該樹脂表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる構成としている。量子ビームは、広義には全ての電磁波および粒子線を示すが、ここでは、照射される樹脂に対して電離作用をもつものである。X線,γ線短波長の紫外線、高速荷電粒子線、高速中性子線などの放射線、電子線、イオンビームなどをいう。これにより、トリアジンチオール誘導体が確実に樹脂粉末に結合させられる。即ち、樹脂粉末に量子ビームを照射すると、その樹脂表面は活性化する。その理由は、量子ビームが照射された樹脂表面は、電子を放出しイオンになったり、分解してラジカルを生成したりする。生成したイオンやラジカルが反応開始剤として作用し、イオン重合あるいはラジカル重合を開始し易くなるからである。また、量子ビームを照射した樹脂表面は活性化するので、分散液中で、樹脂表面にはトリアジンチオールが確実に結合していく。量子ビームを照射された樹脂表面は、電子を放出しイオンになったり、分解してラジカルを生成したりする。生成したイオンやラジカルが反応開始剤として作用する。溶媒中のトリアジンチオール誘導体は、樹脂表面の反応開始剤によって、チイルラジカルを形成する。チイルラジカルは、樹脂表面上で、ジスルフィド結合、あるいはアリル基への付加により、アリル基の2重結合開裂反応を引き起こす。このようにチイルラジカルとのカップリングや他の分子のアリル基への付加反応などを引き起こし、樹脂表面に化学反応した重合膜を形成すると考えられる。   Further, if necessary, in the powder treatment step, the resin powder is irradiated with a quantum beam, and the resin is immersed in a dispersion in which the triazine thiol derivative is dispersed, and the triazine thiol derivative is bonded to the resin surface. Yes. The quantum beam indicates all electromagnetic waves and particle beams in a broad sense, but here has an ionizing action on the irradiated resin. X-rays, γ rays Short-wavelength ultraviolet rays, fast charged particle beams, fast neutron rays and other radiation, electron beams, ion beams, and the like. This ensures that the triazine thiol derivative is bound to the resin powder. That is, when the resin powder is irradiated with a quantum beam, the resin surface is activated. The reason is that the resin surface irradiated with the quantum beam emits electrons to become ions, or decomposes to generate radicals. This is because the generated ions and radicals act as a reaction initiator, so that ionic polymerization or radical polymerization can be easily started. In addition, since the resin surface irradiated with the quantum beam is activated, triazine thiol is reliably bonded to the resin surface in the dispersion. The resin surface irradiated with the quantum beam emits electrons to become ions, or decomposes to generate radicals. The generated ions and radicals act as reaction initiators. The triazine thiol derivative in the solvent forms thiyl radicals by the reaction initiator on the resin surface. A thiyl radical causes a double bond cleavage reaction of an allyl group by addition to a disulfide bond or an allyl group on the resin surface. In this way, it is considered that a polymerized film is formed on the resin surface by causing a coupling with a thiyl radical or an addition reaction of all other molecules to an allyl group.

また、上記目的を達成するための本発明の樹脂皮膜の形成システムは、機台のテーブルに設置された固体基材の表面に樹脂粉末を固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成システムにおいて、
上記固体基材の表面に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射する照射ノズルを有した大気圧プラズマ装置と、上記樹脂粉末を該樹脂粉末の融点より低い温度に加温したガスに投入し該ガスを亜音速ないし超音速流にして上記固体基材の表面に噴射ノズルから噴射して該固体基材の表面に樹脂を付着するコールドスプレー装置とを備え、
上記照射ノズル及び噴射ノズルをこれらの噴射口が上記テーブル上の固体基材の表面に対峙し且つ互いに所定間隔離間するように保持するノズル保持部と、該ノズル保持部を上記固体基材の表面に沿うXYの平面方向に対して相対移動させる移動機構と、上記固体基材の対象部位に先に照射ノズルから大気圧熱非平衡プラズマを照射した後上記噴射ノズルから上記対象部位に対して樹脂粉末を噴射するように上記移動機構,上記大気圧プラズマ装置及びコールドスプレー装置を制御する制御部とを備えた構成としている。
Moreover, the resin film formation system of the present invention for achieving the above object is a resin film formation system in which a resin film is formed by fixing resin powder to the surface of a solid substrate placed on a table of a machine base. ,
An atmospheric pressure plasma apparatus having an irradiation nozzle for irradiating an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting the raw material gas into plasma on the surface of the solid substrate, and applying the resin powder to a temperature lower than the melting point of the resin powder. A cold spray device that injects the gas into a warm gas and makes the gas a subsonic or supersonic flow and sprays it from the spray nozzle onto the surface of the solid substrate to attach the resin to the surface of the solid substrate;
A nozzle holding portion for holding the irradiation nozzle and the injection nozzle so that the injection ports face the surface of the solid substrate on the table and are spaced apart from each other by a predetermined distance; and the nozzle holding portion is a surface of the solid substrate. A moving mechanism that moves relative to the plane direction of XY along the surface of the solid base material, and irradiates the target portion of the solid substrate with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma from the irradiation nozzle before the resin from the injection nozzle to the target portion. The moving mechanism, the atmospheric pressure plasma device, and a control unit for controlling the cold spray device so as to inject powder are provided.

これにより、固体基材に樹脂被膜を形成するときは、制御部が移動機構,大気圧プラズマ装置及びコールドスプレー装置を制御し、ノズル保持部をテーブル上の固体基材の表面に沿うXYの平面方向に対して相対移動させながら、照射ノズルから固体基材の表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射するとともに噴射ノズルからこの固体基材の表面の対象部位に樹脂粉末を噴射する。例えば、先ず、ノズル保持部をX方向の一方向に移動し、この際に、照射ノズルから大気圧熱非平衡プラズマを照射する。次に、大気プラズマの照射幅の分、あるいは、それ以下の幅の分、Y方向の一方向(噴射ノズルから照射ノズルに向かう方向)にノズル保持部を移動し、それから、ノズル保持部をX方向の他方向に移動する。次にまた、大気プラズマの照射幅の分、あるいは、それ以下の幅の分、Y方向の一方向(噴射ノズルから照射ノズルに向かう方向)にノズル保持部を移動し、それから、ノズル保持部をX方向の一方向に移動する。このようにして、大気圧熱非平衡プラズマをX方向に帯状に照射し、Y方向にこの帯状の照射部位が縞状になるようにノズル保持部を移動させる。そして、この移動の際に、大気圧熱非平衡プラズマの照射部位に噴射ノズルが対峙するときに、噴射ノズルから樹脂粉末を噴射する。このようにして順次ノズル保持部の移動,照射及び噴射を行うと、樹脂の被膜がX方向に帯状になり、Y方向にこの帯が縞状になって付着させられていく。そのため、樹脂の被膜形成を自動的に行うことができるようになるとともに、大気圧熱非平衡プラズマ及び樹脂粉末を同時照射及び噴射を可能にし、樹脂の付着効率を向上させることができる。   Thus, when the resin coating is formed on the solid substrate, the control unit controls the moving mechanism, the atmospheric pressure plasma device, and the cold spray device, and the nozzle holding unit is an XY plane along the surface of the solid substrate on the table. While moving relative to the direction, the target portion on the surface of the solid substrate is irradiated with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma from the irradiation nozzle and the resin powder is sprayed from the spray nozzle to the target portion on the surface of the solid substrate. For example, first, the nozzle holding part is moved in one direction in the X direction, and at this time, atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated from the irradiation nozzle. Next, the nozzle holding part is moved in one direction of the Y direction (direction from the injection nozzle to the irradiation nozzle) by an amount corresponding to the irradiation width of the atmospheric plasma or less, and then the nozzle holding part is moved to X Move in the other direction. Next, the nozzle holder is moved in one direction in the Y direction (the direction from the injection nozzle to the irradiation nozzle) by an amount corresponding to the irradiation width of the atmospheric plasma or less, and then the nozzle holding portion is Move in one direction in the X direction. In this manner, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated in a strip shape in the X direction, and the nozzle holding portion is moved in the Y direction so that the strip-shaped irradiation site is striped. During this movement, resin powder is injected from the injection nozzle when the injection nozzle faces the irradiated portion of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma. When the nozzle holding part is sequentially moved, irradiated, and sprayed in this way, the resin film becomes a band shape in the X direction, and the band is attached in a stripe shape in the Y direction. Therefore, it becomes possible to automatically form a resin film, and to simultaneously irradiate and jet the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma and the resin powder, thereby improving the adhesion efficiency of the resin.

この場合、上述したように、大気圧熱非平衡プラズマが照射された表面においては、例えば、窒素酸化物に−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、コールドスプレー方法に用いるガスが、例えば、窒素,ヘリウムなど通常用いられているガスは勿論のこと、空気であっても確実に付着が行われ、樹脂を確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。また、ガスとして、空気を用いた場合には、ヘリウムガス等と比較して安価であり、経済効果も奏する。 In this case, as described above, on the surface irradiated with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, for example, functional groups such as —OH, —NH 2 , and —COOH are chemically formed on the nitrogen oxide, and the resin and Is enhanced, and the adhesive strength at the interface is improved. Therefore, even if the gas used for the cold spray method is air, for example, nitrogen, helium, etc., as well as the usual gas, adhesion is performed reliably, and the resin is securely and firmly fixed to the solid substrate. become able to. In addition, when air is used as the gas, it is less expensive than helium gas or the like and has an economic effect.

本発明によれば、樹脂が付着する対象部位には大気圧熱非平衡プラズマが照射されているので、例えば、窒素酸化物に−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、コールドスプレー方法に用いるガスが、例えば、窒素,ヘリウムなど通常用いられているガスは勿論のこと、空気であっても確実に樹脂の付着が行われ、樹脂を確実且つ強固に固体基材に固着できるようになる。また、ガスとして、空気を用いた場合には、ヘリウムガス等と比較して安価であり、経済効果も奏する。 According to the present invention, since the target site to which the resin adheres is irradiated with atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, for example, functional groups such as —OH, —NH 2 , and —COOH are chemically added to nitrogen oxide. Thus, the affinity with the resin is increased, and the adhesive strength at the interface is improved. Therefore, even if the gas used for the cold spraying method is air, for example, as usual gas such as nitrogen and helium, the resin is surely adhered, and the resin is reliably and firmly solid substrate. It becomes possible to adhere to. In addition, when air is used as the gas, it is less expensive than helium gas or the like and has an economic effect.

本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the formation method of the resin film which concerns on embodiment of this invention. 本発明の樹脂皮膜の形成方法において、大気圧熱非平衡プラズマ照射による樹脂の付着原理を示す図である。It is a figure which shows the adhesion principle of resin by atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation in the formation method of the resin film of this invention. 本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法で用いる電子線照射装置を示す図である。It is a figure which shows the electron beam irradiation apparatus used with the formation method of the resin film which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法で用いる本発明の実施の形態に係る樹脂被膜の形成システムの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the formation system of the resin film which concerns on embodiment of this invention used with the formation method of the resin film which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る樹脂被膜の形成システムの要部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principal part of the formation system of the resin film which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る樹脂被膜の形成システムにおいて、照射ノズル及び噴射ノズルの固体基材に対する移動制御について示す固体基材の平面図である。In the system for forming a resin film according to an embodiment of the present invention, it is a plan view of a solid substrate showing movement control of an irradiation nozzle and an injection nozzle with respect to the solid substrate. 本発明の実施の形態に係る樹脂被膜の形成システムによって固体基材に樹脂を付着させた状態を示す固体基材の断面図である。It is sectional drawing of the solid base material which shows the state which made resin adhere to the solid base material by the formation system of the resin film which concerns on embodiment of this invention. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わない固体基材について、コールドスプレーをその作動ガスとしてヘリウムガスと空気とで行ったときの樹脂皮膜厚の測定結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the measurement result of the resin film thickness in the case of performing a cold spray with helium gas and air as a working gas about the solid base material which does not perform atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing in an experimental example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理の有無による樹脂皮膜厚を比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the resin film thickness by the presence or absence of an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma process in connection with an experiment example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理の有無による樹脂皮膜の形成状態を比較して示す固体基材の表面の光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph of the surface of the solid base material which concerns on an experiment example and shows the formation state of the resin film by the presence or absence of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment. 実験例に係り、固体基材に付着した樹脂被膜の耐久試験の方法を示す図である。It is a figure which concerns on the experiment example and shows the method of the durability test of the resin film adhering to the solid base material. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理の有無による樹脂皮膜の耐久性(離型荷重の測定結果)について比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and compares the durability (measurement result of a mold release load) of the resin film by the presence or absence of an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma process in connection with an experimental example. 実験例に係り、コールドスプレーによる樹脂の繰り返し噴射と樹脂皮膜厚との関係を大気圧熱非平衡プラズマ処理の有無で比較して示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the resin spray repeatedly by cold spray, and the resin film thickness by the presence or absence of an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma process in connection with an experiment example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理及びコールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材の断面を比較して示す光学顕微鏡写真である。It is an optical micrograph which compares and compares the cross section of the solid base material by the difference in the repetition frequency of an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma process and cold spray concerning an experiment example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わない固体基材において、コールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材の表面を比較して示す光学顕微鏡写真である。It is an optical micrograph which compares and shows the surface of a solid base material by the difference in the frequency | count of cold spray in the solid base material which does not perform an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma process in connection with an experiment example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマ処理及びコールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材の表面を比較して示す光学顕微鏡写真である。It is an optical micrograph which compares and compares the surface of the solid base material by the difference in the repetition frequency of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing and cold spray in connection with an experimental example. 実験例に係り、大気圧熱非平衡プラズマの原料ガスの違いによる樹脂皮膜厚の測定結果を比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the measurement result of the resin film thickness by the difference in the raw material gas of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma concerning an experiment example. 本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法において、大気圧熱非平衡プラズマ処理及びコールドスプレーの別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing and cold spray in the formation method of the resin film which concerns on embodiment of this invention.

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法及び樹脂皮膜の形成システムについて詳細に説明する。
実施の形態に係る樹脂粉末の基本的形成方法は、図1に示すように、先ず、固体基材Kの対象部位に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射し、次に、コールドスプレー方法を用い、樹脂粉末Wを、その融点より低い温度に加温したガスに投入し、ガスを亜音速ないし超音速流にして固体基材Kに対して噴射して、固体基材Kの表面に樹脂を付着する。必要に応じ、大気圧熱非平衡プラズマの照射とコールドスプレー方法による樹脂粉末Wの噴射とは、繰り返し行う。その後、固体基材Kに付着された樹脂を加温処理(熱処理)する。
Hereinafter, a resin film forming method and a resin film forming system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the basic method of forming the resin powder according to the embodiment is to first irradiate the target portion of the solid substrate K with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting the raw material gas into plasma, Next, using a cold spray method, the resin powder W is introduced into a gas heated to a temperature lower than its melting point, and the gas is injected into the solid substrate K in a subsonic or supersonic flow to form a solid. Resin is adhered to the surface of the substrate K. If necessary, the irradiation of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma and the spraying of the resin powder W by the cold spray method are repeatedly performed. Thereafter, the resin attached to the solid substrate K is heated (heat treated).

本発明の実施の形態に係る樹脂被膜の形成方法が対象とする樹脂としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂の何れでも良く、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレンなどの炭化水素系樹脂,ポリ塩化ビニル,ポリ塩化ビニリデン、四フッ化ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),4フッ化エチレン・6フッ化ポリピレン共重合体(FEP),4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)の何れかの含フッ素樹脂などの含ハロゲン系樹脂,ナイロン等のポリアミド型樹脂、ポリアセタールなどのポリエーテル樹脂,ポリサルホン、ポリカーボネートポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル酸系樹脂などが挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、ポリイミド樹脂,ポリアミドイミド樹脂,ポリエーテルイミド樹脂,エポキシ樹脂,メラミン樹脂,シリコン樹脂,フラン樹脂などが挙げられる。   The resin targeted by the method for forming a resin film according to the embodiment of the present invention may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin, and examples of the thermoplastic resin include hydrocarbons such as polyethylene and polypropylene. Resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene tetrafluoride (PTFE), ethylene tetrafluoride / hexafluoropolypyrene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer ( PFA), halogen-containing resins such as fluorine-containing resins such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polyamide resins such as nylon, polyether resins such as polyacetal, polyesters such as polysulfone and polycarbonate polyethylene terephthalate Resins, polymethylmethacrylate, etc. Such as Le acid resins. Examples of the thermosetting resin include polyimide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, epoxy resin, melamine resin, silicon resin, and furan resin.

樹脂粉末Wの平均径Dは、D=5μm〜1mmの範囲である。望ましくは、平均径DがD=10μm〜500μmの範囲である。より望ましくは平均径DがD=10μm〜200μmの範囲である。数μmの微細な粉末は、粉末自体の凝集が起こり易く、後述の溶媒への均一分散が困難である。また、大きすぎると、粉末の改質面積の比率が小さくなり、皮膜形成時の固着強度が得られ難い。また、後述のコールドスプレーの装置において、微細な粉末は、粉末自体の凝集が起こり易く、大きいと目詰まりを生じやすくなり、供給が不安定になる。均一な粉末供給により、安定した皮膜が得られる。   The average diameter D of the resin powder W is in the range of D = 5 μm to 1 mm. Desirably, the average diameter D is in the range of D = 10 μm to 500 μm. More desirably, the average diameter D is in the range of D = 10 μm to 200 μm. A fine powder of several μm is likely to agglomerate itself and is difficult to uniformly disperse in a solvent described later. On the other hand, if it is too large, the ratio of the modified area of the powder becomes small, and it is difficult to obtain the fixing strength at the time of film formation. Further, in a cold spray apparatus to be described later, a fine powder tends to agglomerate the powder itself, and if it is large, clogging tends to occur and the supply becomes unstable. A uniform film can be obtained by supplying a uniform powder.

また、固体基材Kとしては、鉄,銅,ニッケル,錫,鉛,コバルト,チタン,アルミニウム,クロム,金,銀,白金,パラジウム,亜鉛の何れかの金属、鋳鉄,ステンレス,パーマロイ,黄銅,リン青銅,キュプロニッケルなどの合金、あるいはこれら金属の酸化物、リン酸塩処理金属、クロム酸塩処理金属等が挙げられる。   Further, as the solid substrate K, iron, copper, nickel, tin, lead, cobalt, titanium, aluminum, chromium, gold, silver, platinum, palladium, zinc, any metal, cast iron, stainless steel, permalloy, brass, Examples thereof include alloys such as phosphor bronze and cupronickel, oxides of these metals, phosphate treated metals, chromate treated metals, and the like.

更に、本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法においては、樹脂粉末Wの表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる処理を行なう粉末表面処理工程を備えている。この粉末表面処理工程は、樹脂粉末Wに量子ビームを照射し、次に、樹脂粉末Wをトリアジンチオールを分散させた分散液に浸漬して樹脂表面にトリアジンチオールを結合させ、その後、トリアジンチオールを結合させた樹脂粉末Wを乾燥する。   Furthermore, the method for forming a resin film according to the embodiment of the present invention includes a powder surface treatment step for performing a treatment for bonding a triazine thiol derivative to the surface of the resin powder W. In this powder surface treatment step, the resin powder W is irradiated with a quantum beam, and then the resin powder W is immersed in a dispersion in which triazine thiol is dispersed to bind the triazine thiol to the resin surface. The bonded resin powder W is dried.

先ず、樹脂表面への量子ビームの照射においては、量子ビームとして、電子線を用いた。図3に示すように、電子線照射装置1は、フィラメントで加熱される電子線発生部2を配し、高真空で封止した構造である。熱カソードで発生した電子は、照射窓との間の電位差(例えば加速電圧60kV)によって加速され、窓を透過して、照射室3の樹脂Wに電子線を照射する。電子線の照射線量は、30〜200kGyの範囲にした。
詳しくは、改質に用いる粉末を透明袋へ投入し、10Pa程度に真空引きし、シーラーで密封した。粉末Wの入った透明袋(図示せず)を、1回の吸収線量が約20kGyに設定した電子線発生部2の下で、照射室3内で搬送装置4により所定回数通過させ、電子線を照射して照射吸収線量を調整した。
First, in the irradiation of the quantum beam onto the resin surface, an electron beam was used as the quantum beam. As shown in FIG. 3, the electron beam irradiation apparatus 1 has a structure in which an electron beam generator 2 heated by a filament is arranged and sealed in a high vacuum. Electrons generated at the hot cathode are accelerated by a potential difference with the irradiation window (for example, acceleration voltage 60 kV), pass through the window, and irradiate the resin W in the irradiation chamber 3 with an electron beam. The electron beam irradiation dose was in the range of 30 to 200 kGy.
Specifically, the powder used for the modification was put into a transparent bag, evacuated to about 10 Pa, and sealed with a sealer. A transparent bag (not shown) containing the powder W is passed through the irradiation device 3 by the transfer device 4 a predetermined number of times under the electron beam generation unit 2 in which the absorbed dose is set to about 20 kGy. The irradiation absorbed dose was adjusted.

次に、量子ビームを照射した樹脂を、トリアジンチオール誘導体を分散させた分散液に浸漬して樹脂表面にトリアジンチオールを結合した。10〜45℃とした分散液に樹脂を8時間以上浸漬処理した。
トリアジンチオール誘導体は、下記の一般式で示されるトリアジンジチオール誘導体から選択した。
Next, the resin irradiated with the quantum beam was immersed in a dispersion liquid in which the triazine thiol derivative was dispersed to bond the triazine thiol to the resin surface. The resin was immersed in the dispersion at 10 to 45 ° C. for 8 hours or longer.
The triazine thiol derivative was selected from triazine dithiol derivatives represented by the following general formula.

式中、R1 は、CH2=CHCH2−, CH2=CH−(CH28−, CH2=CH−(CH29−, CH2=CH(CH24COOCH2CH2−, CH2=CH(CH28COOCH2CH2−,CH2=CH(CH29COOCH2CH2−,の何れかであり、R2 はCH2=CHCH2−, CH2=CH−(CH28−, CH2=CH−(CH29−, CH2=CH(CH24COOCH2CH2−, CH2=CH(CH28COOCH2CH2−,CH2=CH(CH29COOCH2CH2−,の何れかである。また、MはH,Li, Na, K, Ceの何れかからなるアルカリである。 In the formula, R 1 represents CH 2 ═CHCH 2 —, CH 2 ═CH— (CH 2 ) 8 —, CH 2 ═CH— (CH 2 ) 9 —, CH 2 ═CH (CH 2 ) 4 COOCH 2 CH 2 −, CH 2 ═CH (CH 2 ) 8 COOCH 2 CH 2 —, CH 2 ═CH (CH 2 ) 9 COOCH 2 CH 2 —, R 2 is CH 2 ═CHCH 2 —, CH 2 = CH- (CH 2) 8 -, CH 2 = CH- (CH 2) 9 -, CH 2 = CH (CH 2) 4 COOCH 2 CH 2 -, CH 2 = CH (CH 2) 8 COOCH 2 CH 2 −, CH 2 ═CH (CH 2 ) 9 COOCH 2 CH 2 —. M is an alkali composed of any one of H, Li, Na, K, and Ce.

トリアジンチオール誘導体を分散させた分散液は、6−アリルアミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジチオール-ナトリウム塩を0.5gを秤量し、500mlの水溶液とした。十分に攪拌して、溶解した分散処理液を準備した。この処理液は、室温に1時間放置し、23℃であることを確認した。照射した樹脂を、この処理液に入れ、攪拌しながら1昼夜(12時間)放置した。ここで1度処理した液は、廃棄した。   As the dispersion liquid in which the triazine thiol derivative was dispersed, 0.5 g of 6-allylamino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol-sodium salt was weighed into a 500 ml aqueous solution. Sufficient stirring was performed to prepare a dissolved dispersion treatment liquid. This treatment liquid was allowed to stand at room temperature for 1 hour and confirmed to be 23 ° C. The irradiated resin was put into this treatment liquid and left for one day and night (12 hours) with stirring. The liquid once treated here was discarded.

最後に、トリアジンチオールを結合させた樹脂粉末Wを乾燥する。この樹脂乾燥は、先ず、分散液を濾紙でろ過し、樹脂粉末Wと液を分離した。それから、濾紙上の樹脂粉末Wを、真空乾燥機にて10Pa程度まで真空引きし、約40℃にて4時間行なった。   Finally, the resin powder W bonded with triazine thiol is dried. In this resin drying, first, the dispersion was filtered with a filter paper to separate the resin powder W and the liquid. Then, the resin powder W on the filter paper was evacuated to about 10 Pa with a vacuum dryer, and was performed at about 40 ° C. for 4 hours.

そして、本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成方法においては、図4及び図5に示すように、本発明の実施の形態に係る樹脂皮膜の形成システムSを用いる。これは、樹脂粉末Wを固体基材Kの表面に固着させて樹脂皮膜を形成するものである。
樹脂皮膜の形成システムSにおいて、機台10に、固体基材Kが設置されるテーブル11を備えている。また、この樹脂皮膜の形成システムSは、固体基材Kの表面に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射する大気圧プラズマ装置20と、樹脂粉末Wをその樹脂粉末Wの融点より低い温度に加温したガスに投入し、ガスを亜音速ないし超音速流にして固体基材Kの表面に噴射してこの固体基材Kの表面に樹脂を付着するコールドスプレー装置30とを備えている。
In the resin film forming method according to the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 4 and 5, a resin film forming system S according to the embodiment of the present invention is used. In this method, the resin powder W is fixed to the surface of the solid substrate K to form a resin film.
In the resin film forming system S, the machine base 10 is provided with a table 11 on which a solid substrate K is installed. In addition, the resin film forming system S includes an atmospheric pressure plasma apparatus 20 that irradiates a surface of a solid substrate K with an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting a raw material gas into plasma, and a resin powder W. A cold spray device in which a gas heated to a temperature lower than the melting point of W is injected, and the gas is injected onto the surface of the solid substrate K in a subsonic or supersonic flow to adhere the resin to the surface of the solid substrate K. 30.

大気圧プラズマ装置20は、図4に示すように、原料ガスを供給する原料ガス供給部21と、原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射する照射ノズル22と、照射ノズル22の高周波高圧電源を備え原料ガス供給部21からの原料ガスをコントロールして照射ノズル22に送給する制御器23とを備えて構成されている。
原料ガス供給部21は、原料ガスとしての窒素,窒素と水素(5%)の混合ガス,窒素と水素(20%)の混合ガス等を夫々独立して供給可能なガスボンベ群24と、原料ガスとしての空気を供給するするコンプレッサ25とを備えている。これらのガスボンベ及びコンプレッサ25は何れかが選択されて供給管を通して制御器23に送られる。実施の形態では、窒素と水素(20%)の混合ガスを選択している。
照射ノズル22は、例えば、低圧中のグロー放電により、大気圧熱非平衡プラズマを照射する。
As shown in FIG. 4, the atmospheric pressure plasma apparatus 20 includes a source gas supply unit 21 that supplies a source gas, an irradiation nozzle 22 that irradiates atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting the source gas into plasma, and irradiation. A high-frequency high-voltage power supply for the nozzle 22 is provided, and a controller 23 that controls the raw material gas from the raw material gas supply unit 21 and feeds it to the irradiation nozzle 22 is provided.
The source gas supply unit 21 includes a gas cylinder group 24 that can independently supply nitrogen, a mixed gas of nitrogen and hydrogen (5%), a mixed gas of nitrogen and hydrogen (20%), and the like as a source gas, and a source gas And a compressor 25 for supplying air. Any one of these gas cylinders and the compressor 25 is selected and sent to the controller 23 through a supply pipe. In the embodiment, a mixed gas of nitrogen and hydrogen (20%) is selected.
The irradiation nozzle 22 irradiates atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma by glow discharge under low pressure, for example.

コールドスプレー装置30は、図4に示すように、高圧の作動ガスを供給するガス供給部31と、ガス供給部31から供給されるガスを送給する主配管32と、主配管32の途中に設けられ作動ガスを樹脂粉末Wの融点または軟化温度よりも低い温度に加温するガス加熱器33と、主配管32から分岐された枝配管34と、枝配管34に介装され作動ガスにより樹脂粉末Wを搬送せしめる粉末供給装置35と、主配管32及び枝配管34が合流し枝配管34からの樹脂粉末Wを加温されたガスに投入させる粉末投入管36と、粉末投入管36に接続され固体基材Kに樹脂粉末Wをガスとともに吹き付ける噴射ノズル37とから構成されている。ガス供給部31は、原料ガスとしての窒素,ヘリウムガス等を夫々独立して供給可能なガスボンベ群38と、作動ガスとしての高圧空気を供給するコンプレッサ39とを備えている。これらのガスボンベ及びコンプレッサ39は何れかが選択されて供給管を通して制御器40に送られる。実施の形態では、空気を選択している。また、噴射ノズル37では作動ガス及び樹脂粉末Wは亜音速ないし超音速流となって噴出される。   As shown in FIG. 4, the cold spray device 30 includes a gas supply unit 31 that supplies a high-pressure working gas, a main pipe 32 that supplies gas supplied from the gas supply unit 31, and a midway of the main pipe 32. A gas heater 33 that heats the working gas to a temperature lower than the melting point or softening temperature of the resin powder W, a branch pipe 34 branched from the main pipe 32, and a resin provided by the working gas interposed in the branch pipe 34. Connected to the powder supply apparatus 35 for conveying the powder W, the powder input pipe 36 for joining the main pipe 32 and the branch pipe 34 and introducing the resin powder W from the branch pipe 34 into the heated gas, and the powder input pipe 36 The injection nozzle 37 sprays the resin powder W onto the solid substrate K together with the gas. The gas supply unit 31 includes a gas cylinder group 38 capable of independently supplying nitrogen, helium gas, and the like as source gases, and a compressor 39 that supplies high-pressure air as working gas. Any one of these gas cylinders and the compressor 39 is selected and sent to the controller 40 through the supply pipe. In the embodiment, air is selected. Further, at the injection nozzle 37, the working gas and the resin powder W are ejected as a subsonic or supersonic flow.

また、樹脂皮膜の形成システムSは、図4及び図5に示すように、照射ノズル22及び噴射ノズル37をこれらの噴射口がテーブル11上の固体基材Kの表面に対峙し且つ互いに所定間隔離間するように保持するノズル保持部12と、ノズル保持部12を固体基材Kの表面に沿うXYの平面方向に対して相対移動させる移動機構13と、固体基材Kの対象部位に先に照射ノズル22から大気圧熱非平衡プラズマを照射した後、噴射ノズル37から対象部位に対して樹脂粉末Wを噴射するように移動機構13,大気圧プラズマ装置20及びコールドスプレー装置30を制御する制御部(図示せず)とを備えて構成されている。
実施の形態では、移動機構13は、図5に示すように、例えば、X−Y−Zの直交座標型ロボットで構成され、ロボットの作用部に照射ノズル22及び噴射ノズル37を備えたノズル保持部12が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the resin film forming system S has the irradiation nozzle 22 and the injection nozzle 37 facing the surface of the solid base material K on the table 11 and a predetermined distance from each other. The nozzle holding unit 12 that holds them apart, the moving mechanism 13 that moves the nozzle holding unit 12 relative to the XY plane direction along the surface of the solid substrate K, and the target portion of the solid substrate K first. Control that controls the moving mechanism 13, the atmospheric pressure plasma device 20, and the cold spray device 30 so that the resin powder W is injected from the injection nozzle 37 onto the target site after the irradiation nozzle 22 irradiates the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma. Part (not shown).
In the embodiment, as shown in FIG. 5, the moving mechanism 13 is configured by, for example, an XYZ rectangular coordinate robot, and has a nozzle holding unit including an irradiation nozzle 22 and an injection nozzle 37 in the action part of the robot. A portion 12 is provided.

制御部は、実施の形態では、移動機構13,大気圧プラズマ装置20及びコールドスプレー装置30を制御し、ノズル保持部12を、テーブル11上の固体基材Kの表面に沿うXYの平面方向に対して相対移動させながら、照射ノズル22から固体基材Kの表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射するとともに噴射ノズル37からこの固体基材Kの表面の対象部位に樹脂粉末Wを噴射する。   In the embodiment, the control unit controls the moving mechanism 13, the atmospheric pressure plasma device 20, and the cold spray device 30, and moves the nozzle holding unit 12 in the XY plane direction along the surface of the solid substrate K on the table 11. While being relatively moved, the target portion on the surface of the solid substrate K is irradiated from the irradiation nozzle 22 with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, and the resin powder W is applied to the target portion on the surface of the solid substrate K from the spray nozzle 37. Spray.

詳しくは、図6及び図7に示すように、例えば、先ず、ノズル保持部12をX方向の一方向に移動し、この際に、照射ノズル22から大気圧熱非平衡プラズマを照射する。次に、大気プラズマの照射幅の分、あるいは、それ以下の幅の分(実施の形態では照射幅の半分のピッチL)、Y方向の一方向(噴射ノズル37から照射ノズル22に向かう方向R(図4))にノズル保持部12を移動し、それから、ノズル保持部12をX方向の他方向に移動する。次にまた、大気プラズマの照射幅の分、あるいは、それ以下の幅の分(実施の形態では照射幅の半分のピッチL)、Y方向の一方向(噴射ノズル37から照射ノズル22に向かう方向R(図4))にノズル保持部12を移動し、それから、ノズル保持部12をX方向の一方向に移動する。このようにして、大気圧熱非平衡プラズマをX方向に帯状に照射し、Y方向にこの帯状の照射部位が縞状になるようにノズル保持部12を移動させる。そして、この移動の際に、大気圧熱非平衡プラズマの照射部位に噴射ノズル37が対峙するときに、照射ノズル22の大気圧熱非平衡プラズマの照射と同時に噴射ノズル37から樹脂粉末Wを噴射する。このようにして順次ノズル保持部12の移動,照射及び噴射を行うと、樹脂の被膜がX方向に帯状になり、Y方向にこの帯が縞状になって付着させられていく。そのため、樹脂の被膜形成を自動的に行うことができるようになる。   Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, for example, first, the nozzle holding unit 12 is moved in one direction in the X direction, and at this time, atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated from the irradiation nozzle 22. Next, an amount corresponding to the irradiation width of the atmospheric plasma or a width equal to or less than that (in the embodiment, a pitch L that is half the irradiation width), one direction in the Y direction (the direction R from the injection nozzle 37 toward the irradiation nozzle 22). (FIG. 4)), the nozzle holding part 12 is moved, and then the nozzle holding part 12 is moved in the other direction of the X direction. Next, an air plasma irradiation width or a width less than that (in the embodiment, a pitch L that is half the irradiation width), one direction in the Y direction (the direction from the injection nozzle 37 toward the irradiation nozzle 22). R (FIG. 4)), the nozzle holder 12 is moved, and then the nozzle holder 12 is moved in one direction in the X direction. In this manner, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated in a strip shape in the X direction, and the nozzle holding unit 12 is moved in the Y direction so that the strip-shaped irradiation site is striped. During this movement, when the injection nozzle 37 faces the irradiation part of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, the resin powder W is injected from the injection nozzle 37 simultaneously with the irradiation of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma of the irradiation nozzle 22. To do. When the nozzle holder 12 is sequentially moved, irradiated, and sprayed in this manner, the resin film becomes a strip shape in the X direction, and the strip is attached in a striped manner in the Y direction. Therefore, the resin film can be formed automatically.

即ち、実施の形態に係る樹脂粉末Wの形成方法は、先ず、固体基材Kの表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それから、この固体基材Kの表面の対象部位にコールドスプレー方法により樹脂粉末Wを噴射する。この場合、図2(a)に示すように、対象部位には大気圧熱非平衡プラズマが照射されているので、例えば、窒素酸化物に−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、コールドスプレー方法に用いるガスが、例えば、窒素,ヘリウムなど通常用いられているガスは勿論のこと、実施の形態で用いる空気であっても確実に付着が行われ、樹脂を確実且つ強固に固体基材Kに固着できるようになる。また、ガスとして、空気を用いるので、ヘリウムガス等と比較して安価であり、経済効果も奏する。
また、図2(b)に示すように、例えば、固体表面上の窒素酸化物に形成したアミン、アミド化合物等は、電子供与性の官能基であり、例えば、電子吸引性能があるフッ素樹脂等の樹脂粉末では、固体表面と樹脂表面では親和力が作用し付着を促進すると考えられる。さらに、引き続き行う加熱によりトリアジンジチオール重合膜の末端のチオール基は、固体との接合の際、固体から電子を授受する。電子が過剰となったトリアジンジチオールは、トリアジン環に存在する水素を固体に供与し、すぐにチオール基はチイルラジカルとなる。チイルラジカルの形成は、固体表面との化学反応を促進すると考えられる。これにより、固体基材に対して樹脂がより一層確実且つ強固に固着される。
That is, in the method for forming the resin powder W according to the embodiment, first, the target site on the surface of the solid substrate K is irradiated with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma. Then, the resin powder W is sprayed onto a target portion on the surface of the solid substrate K by a cold spray method. In this case, as shown in FIG. 2A, since the target site is irradiated with atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma, for example, functional groups such as —OH, —NH 2 , and —COOH are present on the nitrogen oxide. Chemically formed, the affinity with the resin is increased, and the adhesive strength at the interface is improved. For this reason, the gas used in the cold spray method is not only the gas usually used such as nitrogen and helium, but also the air used in the embodiment, so that the adhesion is surely performed, and the resin is surely and firmly strengthened. It becomes possible to adhere to the solid substrate K. Further, since air is used as the gas, it is less expensive than helium gas or the like, and has an economic effect.
As shown in FIG. 2B, for example, amines and amide compounds formed on nitrogen oxides on the solid surface are electron-donating functional groups, such as fluororesins having electron-withdrawing performance. In the case of this resin powder, it is considered that the affinity acts on the solid surface and the resin surface to promote adhesion. Furthermore, the thiol group at the end of the triazine dithiol polymerized film transmits and receives electrons from the solid when bonded to the solid by subsequent heating. The triazine dithiol with excess electrons donates the hydrogen present in the triazine ring to the solid, and immediately the thiol group becomes a thiyl radical. The formation of thiyl radicals is thought to promote chemical reactions with the solid surface. Thereby, resin is more firmly and firmly fixed to the solid substrate.

また、実施の形態では、大気圧熱非平衡プラズマの照射とコールドスプレー方法による樹脂粉末Wの噴射とを、繰り返し行う。即ち、先ず、固体基材Kの表面の対象部位に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それから、この固体基材Kの表面の対象部位にコールドスプレー方法により樹脂粉末Wを噴射する。更に、この固体基材Kに付着された樹脂の表面に大気圧熱非平衡プラズマを照射する。それからまた、この表面にコールドスプレー方法により樹脂粉末Wを噴射する。このように、この大気圧熱非平衡プラズマ照射と樹脂粉末W噴射とを交互に2回以上行う。これにより、図2(c)に示すように、樹脂層にも大気圧熱非平衡プラズマが照射されるので、例えば、窒素酸化物に−OH,−NH2 ,−COOH等の官能基が化学的に形成され、重ねて付着させられる樹脂との親和力が高められ、界面の接着強度が向上させられる。そのため、樹脂膜を確実に成長させて厚く形成し易くすることができ、樹脂を確実且つ強固に固体基材Kに固着できるようになる。 Moreover, in embodiment, irradiation of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma and injection of the resin powder W by a cold spray method are performed repeatedly. That is, first, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is irradiated onto the target portion on the surface of the solid substrate K. Then, the resin powder W is sprayed onto a target portion on the surface of the solid substrate K by a cold spray method. Further, the surface of the resin attached to the solid substrate K is irradiated with atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma. Then, the resin powder W is sprayed onto the surface by a cold spray method. Thus, this atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation and resin powder W injection are alternately performed twice or more. As a result, as shown in FIG. 2C, since the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is also applied to the resin layer, for example, functional groups such as —OH, —NH 2 , and —COOH are chemically formed on the nitrogen oxide. Thus, the affinity with the resin that is formed and deposited in an overlapping manner is increased, and the adhesive strength at the interface is improved. Therefore, the resin film can be reliably grown and easily formed thick, and the resin can be securely and firmly fixed to the solid substrate K.

また、この場合、コールドスプレー方法で用いるガスとして、空気を用いた構成としているので、ヘリウムガス等と比較して安価にすることができる。また、ガスとして空気を用いると、大気圧熱非平衡プラズマ照射をしない場合には、粉末樹脂の固着状態が著しく悪く、そのため、空気を実質的に用いることができないが、大気圧熱非平衡プラズマ照射をすることにより、樹脂の付着する表面と樹脂との親和力が高められ界面の接着強度が向上させられることから、樹脂を確実且つ強固に固体基材Kに固着できるようになる。   In this case, since air is used as the gas used in the cold spray method, the cost can be reduced as compared with helium gas or the like. In addition, when air is used as the gas, when the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation is not performed, the powder resin is not sufficiently fixed, and thus air cannot be used substantially. By irradiating, the affinity between the surface to which the resin adheres and the resin is increased and the adhesive strength at the interface is improved, so that the resin can be firmly and firmly fixed to the solid substrate K.

更に、大気圧熱非平衡プラズマの原料ガスに水素を含む構成としているので、水素を含むことで、大気圧熱非平衡プラズマがより活性化し、樹脂の付着する表面と樹脂との親和力がより一層高められることから、界面の接着強度が向上させられ、樹脂の付着量を増して、確実且つ強固に固体基材Kに固着できるようになる。   Furthermore, since the source gas of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is configured to include hydrogen, by including hydrogen, the atmospheric thermal thermal non-equilibrium plasma is more activated, and the affinity between the surface to which the resin adheres and the resin is further increased. As a result, the adhesive strength at the interface is improved, the amount of resin attached is increased, and the solid substrate K can be securely and firmly fixed.

最後に、固体基材Kに付着された樹脂を加温処理する。熱処理雰囲気は、大気あるいは真空中等適宜に設定してよい。熱源としては、抵抗加熱型のヒータ,加熱ランプなど、適宜のものが用いられる。実施の形態では、ヒータプレートに固体基材Kを載せて加温した。
熱処理温度は、樹脂と固体基材Kとの界面において、トリアジンチオール誘導体の化学反応に適した温度に設定される。
熱処理温度は280℃以下で、樹脂粉末Wの変形が起こる温度が適宜選択される。粉末樹脂温度が変形する温度により表面のトリアジンチオール誘導体が会合しやすくなり界面で、化学反応しやすくなると考えられる。熱処理温度が280℃以上では、トリアジンチオール誘導体が分解することから、処理温度として好ましくない。
加温時間は、界面での化学反応に必要な時間が設定される。例えば、含フッ素樹脂での熱処理温度は、230℃〜270℃、処理時間は30分程度が好ましい。
これにより、図4に示すように、これらの樹脂粉末Wにはトリアジンチオール誘導体が結合されているので、このトリアジンチオール誘導体が固体基板と、あるいは樹脂粉末間で化学結合し、結合強度が向上させられ、固着性の向上が図られた。
Finally, the resin attached to the solid substrate K is heated. The heat treatment atmosphere may be appropriately set such as in the air or in a vacuum. As the heat source, an appropriate one such as a resistance heating type heater or a heating lamp is used. In the embodiment, the solid substrate K is placed on the heater plate and heated.
The heat treatment temperature is set to a temperature suitable for the chemical reaction of the triazine thiol derivative at the interface between the resin and the solid substrate K.
The heat treatment temperature is 280 ° C. or lower, and the temperature at which the resin powder W is deformed is appropriately selected. It is considered that the triazine thiol derivative on the surface easily associates with the temperature at which the temperature of the powder resin is deformed, and the chemical reaction is likely to occur at the interface. When the heat treatment temperature is 280 ° C. or higher, the triazine thiol derivative is decomposed, which is not preferable as the treatment temperature.
The time required for the chemical reaction at the interface is set as the heating time. For example, the heat treatment temperature in the fluororesin is preferably 230 ° C. to 270 ° C., and the treatment time is preferably about 30 minutes.
As a result, as shown in FIG. 4, since the triazine thiol derivative is bonded to these resin powders W, the triazine thiol derivative is chemically bonded to the solid substrate or between the resin powders to improve the bonding strength. As a result, the fixing property was improved.

更に、樹脂粉末Wを低温噴射(コールドスプレー)により固体基材Kに付着させ、その後、熱処理するので、樹脂に過剰な熱負荷をかけなくてもすむことから、樹脂の劣化をできるだけ抑止することができるとともに、固体基材Kに確実に固着できるようになった。この結果、皮膜が形成された固体基材Kは、金属基板に防汚、防錆あるいは離型性等に優れたものとなる。   Furthermore, since the resin powder W is attached to the solid substrate K by low-temperature spraying (cold spray) and then heat-treated, it is not necessary to apply an excessive heat load to the resin, so that the deterioration of the resin is suppressed as much as possible. In addition, the solid substrate K can be securely fixed. As a result, the solid base material K on which the film is formed is excellent in antifouling, rust prevention, releasability and the like on the metal substrate.

次に、実験例について示す。尚、各実験例では、大気圧熱非平衡プラズマの照射ノズル22と、樹脂粉末Wの噴射ノズル37とは、夫々、別の移動機構13で個別に移動を行った(図18参照)。
[実験例1]
実験例1では、樹脂として、平均径DがD=150μm(粒径範囲:100〜200μm)の4フッ化エチレン・6フッ化ポリピレン共重合体(FEP)の粉末を用いた。
改質に用いる粉末を透明袋へ投入し、10Pa程度に真空引きし、シーラーで密封した。粉末の入った透明袋を1回の吸収線量が約20kGyに設定した電子線照射装置1に入れ、電子線照射管1の下にある搬送装置のついた照射室3を2回通過させ、電子線を照射した。このときの実際の照射吸収線量は、37kGyであった。また、電子線照射は、外部委託処理した。
それから、電子線照射した樹脂粉末Wを、それぞれ6−アリルアミノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジチオール-モノナトリウム塩の水溶液(0.5g/l、温度 23℃ )に一昼夜(12時間)浸漬し、その後、エタノールで洗浄し、乾燥して改質樹脂粉末Wを得た。
Next, experimental examples will be described. In each experimental example, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma irradiation nozzle 22 and the resin powder W injection nozzle 37 were individually moved by separate moving mechanisms 13 (see FIG. 18).
[Experiment 1]
In Experimental Example 1, as the resin, a powder of tetrafluoroethylene / hexafluoropolypyrene copolymer (FEP) having an average diameter D of D = 150 μm (particle size range: 100 to 200 μm) was used.
The powder used for modification was put into a transparent bag, evacuated to about 10 Pa, and sealed with a sealer. The transparent bag containing the powder is put in the electron beam irradiation apparatus 1 in which the absorbed dose is set to about 20 kGy, and is passed twice through the irradiation chamber 3 with the transfer device under the electron beam irradiation tube 1 to make the electron Irradiated with rays. The actual irradiation absorbed dose at this time was 37 kGy. Moreover, the electron beam irradiation was outsourced.
Then, the resin powder W irradiated with the electron beam was placed in an aqueous solution of 6-allylamino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol-monosodium salt (0.5 g / l, temperature 23 ° C.) for a whole day and night (12 Time) soaked, then washed with ethanol and dried to obtain a modified resin powder W.

固体基材Kとしては、ステンレスにハードクロムめっきした基板を用いた。固定基材の大きさは、50×50mm、厚さ0.5mmとした。   As the solid substrate K, a substrate obtained by subjecting stainless steel to hard chrome plating was used. The size of the fixed substrate was 50 × 50 mm and the thickness was 0.5 mm.

そして、この固定基材をエタノール洗浄し、これに対して、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わないで、コールドスプレーを、その作動ガスとして、ヘリウムと空気の夫々について行った。
コールドスプレーにおいて、粉末供給量は、供給器からの1分間当たりの粉末落下重量を計測し、2g/分の供給量に調整した。噴射ノズル37と固体基材Kとの距離は30mmとした。キャリアガス(作動ガス)の圧力は、ヘリウムでは、ガスボンベの元栓を開け、圧力調整器により調節した。空気では、コンプレッサで高圧化したガスを圧力調整器により調節した。
そして、図8に示すように、キャリアガスの圧力を順次変えて、予め準備した固体基材Kに噴射し、コールドスプレー皮膜を得た。圧力を変えて得られたスプレー粒子速度は、レーザー検出による速度計測器により計測した。
そして、得られたコールドスプレー皮膜厚を測定した、結果を、図8に示す。この結果から、空気では、粒子速度が得られないことに起因し、未処理の固体基板に対しては、ヘルリウムガスに比べて1/4程度と粉末樹脂の固着状態が著しく悪く、空気を実質的に用いることができないことが分かった。
And this fixed base material was wash | cleaned with ethanol, and the cold spray was performed about each of helium and air as the working gas, without performing atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing with respect to this.
In the cold spray, the powder feed rate was adjusted to a feed rate of 2 g / min by measuring the powder fall weight per minute from the feeder. The distance between the spray nozzle 37 and the solid substrate K was 30 mm. For helium, the pressure of the carrier gas (working gas) was adjusted with a pressure regulator by opening the main stopper of the gas cylinder. In the air, the pressure increased by the compressor was adjusted with a pressure regulator.
And as shown in FIG. 8, the pressure of carrier gas was changed sequentially and it sprayed on the solid base material K prepared previously, and obtained the cold spray membrane | film | coat. The spray particle velocity obtained by changing the pressure was measured by a velocity measuring device based on laser detection.
And the result of having measured the obtained cold spray film thickness is shown in FIG. From this result, due to the fact that the particle velocity cannot be obtained with air, the solid state of the powder resin is remarkably poor with respect to the untreated solid substrate, which is about 1/4 compared with the herlium gas, and the air is substantially reduced. It was found that it could not be used.

[実験例2]
実験例2は、固体基材Kとして、ステンレスにハードクロムめっきした基板を用い、
(1)エタノール洗浄(未処理基板と呼ぶ)のみのもの
(2)大気圧熱非平衡プラズマ処理をしたもの
(3)ブラスト処理をしたもの
の3種類用意した。
[Experiment 2]
Experimental Example 2 uses a substrate hard-chrome plated on stainless steel as the solid substrate K,
Three types were prepared: (1) ethanol cleaning (referred to as untreated substrate) only, (2) atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment, and (3) blast treatment.

プラズマ処理は、市販の装置(日本プラズマトリート株式会社製)を用い、原料ガスとしての空気を用いた。圧力を0.3Pa、電圧を230V、電流を2.3Aでえられる熱非平衡プラズマを100mm/s、ピッチ2mm、距離10mmで走査し、基板表面を処理した。   For the plasma treatment, a commercially available apparatus (manufactured by Nippon Plasma Treat Co., Ltd.) was used, and air as a source gas was used. The substrate surface was processed by scanning thermal non-equilibrium plasma obtained at a pressure of 0.3 Pa, a voltage of 230 V, and a current of 2.3 A at 100 mm / s, a pitch of 2 mm, and a distance of 10 mm.

また、ブラスト処理は、市販の装置(不二製作所株式会社製)を用い、研磨粉は、平均粒径が約2μmのゴム状弾性体にSiCが混合されたものを用いた。圧縮空気の圧力を60KPaとして、約20mm程度の距離で2分間、基板表面に均一に照射して処理を行った。   For the blasting, a commercially available device (manufactured by Fuji Seisakusho Co., Ltd.) was used, and the abrasive powder used was a rubber-like elastic body having an average particle diameter of about 2 μm mixed with SiC. The treatment was performed by uniformly irradiating the substrate surface for 2 minutes at a distance of about 20 mm with the pressure of the compressed air set at 60 KPa.

コールドスプレーは以下のとおり行なった。粉末供給量は、供給器からの1分間当たりの粉末落下重量を計測し、2.0g/minに調整した。作動ガスとして空気を用い、圧力は、ガスボンベの元栓を開け、圧力調整器により800KPaとした。キャリアガス温度145℃、スプレーノズル角度60度、トラバース速度200mm/sec、ノズル基板距離30mm、ピッチ1.0mmとして、パス数を1回として基板に粉末を噴射し膜形成を行った。   Cold spraying was performed as follows. The amount of powder supplied was adjusted to 2.0 g / min by measuring the weight of powder falling per minute from the feeder. Air was used as the working gas, and the pressure was set to 800 KPa using a pressure regulator with the main stopper of the gas cylinder opened. A film was formed by spraying powder onto the substrate with a carrier gas temperature of 145 ° C., a spray nozzle angle of 60 degrees, a traverse speed of 200 mm / sec, a nozzle substrate distance of 30 mm, and a pitch of 1.0 mm, and a single pass.

そして、各試料について、樹脂皮膜厚を測定した、結果を図9に示す。この結果から、エタノール洗浄のみの未処理基板では約1.8μm、大気圧熱非平衡プラズマ処理基板では、約3.7μm、そしてブラスト処理基板では約1.6μmであり、大気圧熱非平衡プラズマ処理が有効であることが分かる。
また、図10に、樹脂皮膜の形成状態を比較して示す固体基材Kの表面の光学顕微鏡写真を示す。この結果から、写真で黒く見える部分が樹脂皮膜を示し、真ん中写真の大気圧熱非平衡プラズマ処理基板が他の基板に比べて面内に均一に樹脂皮膜が付着していることが分かる。
And about each sample, the resin film thickness was measured and the result is shown in FIG. From this result, it is about 1.8 μm for the unprocessed substrate only with ethanol cleaning, about 3.7 μm for the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing substrate, and about 1.6 μm for the blast processing substrate. It can be seen that the processing is effective.
In addition, FIG. 10 shows an optical micrograph of the surface of the solid substrate K showing a comparison of the formation state of the resin film. From this result, it can be seen that the part that appears black in the photograph shows a resin film, and the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma-treated substrate in the middle photograph is evenly adhered in the plane as compared with other substrates.

更に、図11に示すように、各試料について樹脂被膜の剥離試験を行った。この試験は、ホットプレートで160℃に加熱した離型膜形成基板上にエポキシ樹脂(日東電工株式会社製NT−600)を置き、2分間加熱した。2分後ホットプレートから離型膜形成基板を取り出して空冷した。室温になったところでエポキシ樹脂が離反する荷重を計測した。これを繰り返し行い、離反する荷重が5N以上となったら接着したと判断して、試験を中止した。   Further, as shown in FIG. 11, a resin film peeling test was performed on each sample. In this test, an epoxy resin (NT-600 manufactured by Nitto Denko Corporation) was placed on a release film forming substrate heated to 160 ° C. with a hot plate and heated for 2 minutes. After 2 minutes, the release film forming substrate was taken out of the hot plate and air-cooled. When the temperature reached room temperature, the load at which the epoxy resin separated was measured. This was repeated, and when the separating load became 5N or more, it was judged that the adhesive was adhered, and the test was stopped.

結果を図12に示す。この結果から、大気圧熱非平衡プラズマ処理をしたものは、300回以上離反しているのに比べ、未処理基板では52回で接着し、ブラスト処理基板では3回で接着したことがわかる。このことから、大気圧熱非平衡プラズマ処理基板に形成した樹脂皮膜が固体基材Kに強固に付着したことが分かる。   The results are shown in FIG. From this result, it can be seen that those subjected to the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment were bonded 52 times for the untreated substrate and 3 times for the blasted substrate, compared to 300 times or more apart. From this, it can be seen that the resin film formed on the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma processing substrate adhered firmly to the solid substrate K.

[実験例3]
実験例3は、コールドスプレーによる樹脂の繰り返し噴射と樹脂皮膜厚との関係を大気圧熱非平衡プラズマ処理の有無で比較した。
固体基材Kとして、ステンレスにハードクロムめっきした基板(50×50mm、厚さ0.5mm)を用いた。
[Experiment 3]
In Experimental Example 3, the relationship between repeated resin spraying by cold spray and resin film thickness was compared with and without atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment.
As the solid substrate K, a substrate (50 × 50 mm, thickness 0.5 mm) obtained by plating hard stainless steel was used.

プラズマ処理は、市販の装置(日本プラズマトリート株式会社製)を用い、原料ガスとしてのコンプレッサで圧縮した空気を用いた。圧力を0.3Pa、電圧を230V、電流を2.3Aで得られる熱非平衡プラズマを100mm/s、ピッチ2mm、ノズル−基板の距離を10mmの間隔とし走査する条件で行った。   For the plasma treatment, commercially available equipment (manufactured by Nippon Plasma Treat Co., Ltd.) was used, and air compressed by a compressor as a raw material gas was used. Thermal non-equilibrium plasma obtained at a pressure of 0.3 Pa, a voltage of 230 V, and a current of 2.3 A was scanned at 100 mm / s, a pitch of 2 mm, and a nozzle-substrate distance of 10 mm.

コールドスプレーは以下のとおり行なった。
粉末供給量は、供給器からの1分間当たりの粉末落下重量を計測し、2.0g/minに調整した。作動ガスとして空気を用い、圧力は、ガスボンベの元栓を開け、圧力調整器により800KPaとした。キャリアガス温度145℃、スプレーノズル角度60度、トラバース速度200mm/sec、ノズル基板距離30mm、ピッチ1.0mmとして、パス数を1回として基板に粉末を噴射し膜形成を行った。
Cold spraying was performed as follows.
The amount of powder supplied was adjusted to 2.0 g / min by measuring the weight of powder falling per minute from the feeder. Air was used as the working gas, and the pressure was set to 800 KPa using a pressure regulator with the main stopper of the gas cylinder opened. A film was formed by spraying powder onto the substrate with a carrier gas temperature of 145 ° C., a spray nozzle angle of 60 degrees, a traverse speed of 200 mm / sec, a nozzle substrate distance of 30 mm, and a pitch of 1.0 mm, and a single pass.

そして、各試料について、大気圧熱非平衡プラズマ処理とコールドスプレーを繰り返し、膜形成回数ごとに、樹脂皮膜厚を測定した、結果を図13に示す。この結果から、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わないと8回の繰り返しで約2μmであったが、大気圧熱非平衡プラズマ処理とコールドスプレーを繰り返すと膜形成しやすく、特に2回目以降に急激に膜厚が増加することがわかる。
2回目で基板全面に樹脂皮膜が形成され、樹脂皮膜上では、粉末の衝突緩和により、より膜形成が促進しやすいと考えられる。
Then, for each sample, atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment and cold spray were repeated, and the resin film thickness was measured for each film formation, and the results are shown in FIG. From this result, if the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment was not performed, it was about 2 μm after 8 repetitions. However, if atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment and cold spray were repeated, film formation was easy, especially after the 2nd. It can be seen that the film thickness increases rapidly.
A resin film is formed on the entire surface of the substrate in the second time, and it is considered that the film formation is more easily promoted on the resin film due to powder collision relaxation.

また、図14に、大気圧熱非平衡プラズマ処理及びコールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材Kの断面を比較して示す電子顕微鏡写真を示す。この結果から、膜厚は2回で約0.5μm、4回で約5.5μm、および8回では約18μmの膜厚が得られたことが分かる。   Further, FIG. 14 shows an electron micrograph showing a comparison of cross sections of the solid substrate K according to the difference in the number of repetitions of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment and cold spray. From this result, it can be seen that the film thickness was about 0.5 μm in the second time, about 5.5 μm in the fourth time, and about 18 μm in the eighth time.

図15には、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わない固体基材Kにおいて、コールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材Kの表面を比較して示す光学顕微鏡写真を示す。
図16には、大気圧熱非平衡プラズマ処理及びコールドスプレーの繰り返し回数の違いによる固体基材Kの表面を比較して示す光学顕微鏡写真を示す。
写真で黒く見える部分が樹脂皮膜を示す。この結果から、大気圧熱非平衡プラズマ処理を行わない固体基材では、8回の繰り返しでも固体基板が確認され、面内全体に樹脂皮膜が形成されていないことが分かる。
大気圧熱非平衡プラズマ処理およびコールドスプレーを繰り返した場合は、2回目で樹脂皮膜が固体表面を覆っている。このことから、基板全面に均一に樹脂皮膜が形成されていることがわかる。
FIG. 15 shows an optical micrograph showing a comparison of the surfaces of the solid substrate K due to the difference in the number of cold spray repetitions in the solid substrate K that is not subjected to the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment.
FIG. 16 shows an optical micrograph showing a comparison of the surface of the solid substrate K according to the difference in the number of repetitions of atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment and cold spray.
The part that appears black in the photograph shows the resin film. From this result, it can be seen that in the solid base material that is not subjected to the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment, the solid substrate is confirmed even after 8 repetitions, and the resin film is not formed on the entire surface.
When the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment and the cold spray are repeated, the resin film covers the solid surface at the second time. This shows that the resin film is uniformly formed on the entire surface of the substrate.

[実験例4]
実験例4は、大気圧熱非平衡プラズマの原料ガスの違いによる樹脂皮膜厚の違いを見た。
大気圧熱非平衡プラズマ処理は、市販の装置(日本プラズマトリート株式会社製)を用い、原料ガスは、圧縮空気および市販のボンベに入ったガスを用いた。市販原料ガスは、窒素(N2 )、5%水素が混合された窒素、20%水素が混合された窒素を用いた。それぞれガス圧力を0.3Pa、電圧を230V、電流を2.3Aで得られる熱非平衡プラズマを100mm/s、ピッチ2mm、ノズル−基板の距離を10mmの間隔とし走査する条件で行った。比較として大気圧熱非平衡プラズマ処理を実施しないものを準備した。
[Experiment 4]
In Experimental Example 4, the difference in the resin film thickness due to the difference in the source gas of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma was observed.
For the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment, a commercially available apparatus (manufactured by Nippon Plasma Treat Co., Ltd.) was used, and as the raw material gas, compressed air and a gas contained in a commercially available cylinder were used. Nitrogen (N 2 ), nitrogen mixed with 5% hydrogen, and nitrogen mixed with 20% hydrogen were used as commercial source gases. Scanning was performed under the conditions of scanning with a gas pressure of 0.3 Pa, a voltage of 230 V, a thermal non-equilibrium plasma obtained at a current of 2.3 A, 100 mm / s, a pitch of 2 mm, and a nozzle-substrate distance of 10 mm. For comparison, a sample not subjected to atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma treatment was prepared.

樹脂皮膜厚の測定結果を図17に示す。この結果から、窒素ガス単独よりも水素を含む原料ガスの方が、樹脂皮膜の付着効率を高めることが分かった。原料ガスに水素を含むことで、大気圧熱非平衡プラズマがより活性化し、固体表面には特にアミン系(−NH2 )の官能基の形成が促進され、固体表面と樹脂との親和力がより一層高められることから、界面の接着強度が向上させられ、樹脂の付着量を増して、確実且つ強固に固体基材に固着できるようになったと考察される。空気の場合には、水素はもとより水分が含まれていることから、固体表面のアミン系(−NH2 )官能基が形成され同様の効果がみられたと考えられる。 The measurement result of the resin film thickness is shown in FIG. From this result, it was found that the raw material gas containing hydrogen improves the adhesion efficiency of the resin film than the nitrogen gas alone. By including hydrogen in the source gas, the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma is more activated, the formation of amine-based (-NH 2 ) functional groups is particularly promoted on the solid surface, and the affinity between the solid surface and the resin is increased. Since it is further enhanced, it is considered that the adhesive strength at the interface has been improved, the amount of resin adhered has been increased, and the solid substrate can be firmly and firmly fixed. In the case of air, since water is contained in addition to hydrogen, an amine-based (—NH 2 ) functional group on the solid surface is formed, and it is considered that the same effect was observed.

尚、上記実施の形態では、大気圧熱非平衡プラズマを照射する照射ノズル22と樹脂粉末Wを噴射する噴射ノズル37とをノズル保持部12に保持して、移動機構13で移動制御し、同時照射及び噴射を可能にしたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、図18に示すように、先に、照射ノズル22で大気圧熱非平衡プラズマを固体基材Kの全面に照射し、次に、噴射ノズル37で樹脂粉末Wを固体基材Kの全面に噴射するようにしても良く、適宜変更して差し支えない。   In the above-described embodiment, the irradiation nozzle 22 for irradiating the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma and the injection nozzle 37 for injecting the resin powder W are held in the nozzle holding unit 12, and the movement is controlled by the moving mechanism 13. Although irradiation and jetting are possible, the present invention is not necessarily limited to this. As shown in FIG. 18, first, the entire surface of the solid substrate K is irradiated with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma by the irradiation nozzle 22, Next, the resin powder W may be sprayed to the entire surface of the solid substrate K by the spray nozzle 37, and may be changed as appropriate.

本発明によれば、各種金型表面へ離型膜形成、塗装冶具への離反膜形成、各種工業製品への非粘着膜形成等、種々の分野への有効利用が可能になる。   According to the present invention, it is possible to effectively use in various fields such as forming a release film on various mold surfaces, forming a release film on a coating jig, and forming a non-adhesive film on various industrial products.

K 固体基材
P 大気圧熱非平衡プラズマ
W 樹脂粉末
1 電子線照射装置
S 樹脂皮膜の形成システム
10 機台
11 テーブル
12 ノズル保持部
13 移動機構
20 大気圧プラズマ装置
21 原料ガス供給部
22 照射ノズル
23 制御器
24 ガスボンベ群
25 コンプレッサ
30 コールドスプレー装置
31 ガス供給部
32 主配管
33 ガス加熱器
34 枝配管
35 粉末供給装置
36 粉末投入管
37 噴射ノズル
38 ガスボンベ群
39 コンプレッサ
40 制御器
K solid base material P atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma W resin powder 1 electron beam irradiation device S resin film forming system 10 machine base 11 table 12 nozzle holding unit 13 moving mechanism 20 atmospheric pressure plasma device 21 source gas supply unit 22 irradiation nozzle 23 Controller 24 Gas cylinder group 25 Compressor 30 Cold spray device 31 Gas supply section 32 Main pipe 33 Gas heater 34 Branch pipe 35 Powder supply apparatus 36 Powder injection pipe 37 Injection nozzle 38 Gas cylinder group 39 Compressor 40 Controller

Claims (9)

樹脂粉末を固体基材の表面に固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成方法であって、樹脂粉末を、コールドスプレー方法を用い、該樹脂粉末の融点より低い温度に加温したガスに投入し該ガスを亜音速ないし超音速流にして固体基材に対して噴射して該固体基材の表面に樹脂を付着し、その後、上記固体基材に付着された樹脂を加温処理する樹脂皮膜の形成方法において、
上記コールドスプレー方法により樹脂粉末を噴射する前に、上記固体基材の対象部位に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射することを特徴とする樹脂皮膜の形成方法。
A resin film forming method in which a resin powder is fixed to the surface of a solid substrate to form a resin film, wherein the resin powder is heated to a temperature lower than the melting point of the resin powder using a cold spray method. The gas is injected into a subsonic or supersonic flow and sprayed onto the solid substrate to adhere the resin to the surface of the solid substrate, and then the resin adhered to the solid substrate is heated. In the method of forming the resin film,
A method for forming a resin film, comprising: irradiating a target portion of the solid substrate with an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting a raw material gas into plasma before injecting the resin powder by the cold spray method.
上記樹脂粉末は、電子吸引性能を有する樹脂粉末であることを特徴とする請求項1記載の樹脂皮膜の形成方法。  2. The method for forming a resin film according to claim 1, wherein the resin powder is a resin powder having an electron withdrawing performance. 上記樹脂粉末として、4フッ化ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),4フッ化エチレン・6フッ化ポリピレン共重合体(FEP),4フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)の少なくとも何れかの含フッ素樹脂から選択されることを特徴とする請求項2記載の樹脂皮膜の形成方法。  As the above resin powder, tetrafluoropolytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropolypyrene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene- 3. The method for forming a resin film according to claim 2, wherein the resin film is selected from at least one of fluorine-containing resins of tetrafluoroethylene copolymer (ETFE). 上記大気圧熱非平衡プラズマの照射と上記コールドスプレー方法による樹脂粉末の噴射とを、繰り返し行うことを特徴とする請求項1乃至3何れかに記載の樹脂皮膜の形成方法。 4. The method for forming a resin film according to claim 1 , wherein the irradiation of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma and the spraying of the resin powder by the cold spray method are repeatedly performed. 上記コールドスプレー方法で用いるガスとして、空気を用いたことを特徴とする請求項1乃至4何れかに記載の樹脂皮膜の形成方法。 5. The method for forming a resin film according to claim 1 , wherein air is used as a gas used in the cold spray method. 上記大気圧熱非平衡プラズマの原料ガスに水素を含むことを特徴とする請求項1乃至5何れかに記載の樹脂皮膜の形成方法。 6. The method for forming a resin film according to claim 1 , wherein the source gas of the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma contains hydrogen. 上記コールドスプレー方法により噴射する樹脂粉末の表面にトリアジンチオール誘導体を結合させる処理を行なう粉末表面処理工程を備えたことを特徴とする請求項1乃至6何れかに記載の樹脂皮膜の形成方法。 The method for forming a resin film according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a powder surface treatment step for performing a treatment for bonding a triazine thiol derivative to the surface of the resin powder sprayed by the cold spray method. 上記粉末処理工程で、樹脂粉末に、量子ビームを照射し、該樹脂をトリアジンチオール誘導体を分散させた分散液に浸漬し、該樹脂表面にトリアジンチオール誘導体を結合させることを特徴とする請求項7記載の樹脂皮膜の形成方法。 In the powder process, the resin powder was irradiated with quantum beams, according to claim 7 in which the resin was immersed in a dispersion obtained by dispersing the triazine thiol derivative, and wherein the coupling the triazine thiol derivative in the resin surface The formation method of the resin film of description . 機台のテーブルに設置された固体基材の表面に樹脂粉末を固着させて樹脂皮膜を形成する樹脂皮膜の形成システムにおいて、
上記固体基材の表面に原料ガスをプラズマ化して生成される大気圧熱非平衡プラズマを照射する照射ノズルを有した大気圧プラズマ装置と、上記樹脂粉末を該樹脂粉末の融点より低い温度に加温したガスに投入し該ガスを亜音速ないし超音速流にして上記固体基材の表面に噴射ノズルから噴射して該固体基材の表面に樹脂を付着するコールドスプレー装置とを備え、
上記照射ノズル及び噴射ノズルをこれらの噴射口が上記テーブル上の固体基材の表面に対峙し且つ互いに所定間隔離間するように保持するノズル保持部と、該ノズル保持部を上記固体基材の表面に沿うXYの平面方向に対して相対移動させる移動機構と、上記固体基材の対象部位に先に照射ノズルから大気圧熱非平衡プラズマを照射した後上記噴射ノズルから上記対象部位に対して樹脂粉末を噴射するように上記移動機構,上記大気圧プラズマ装置及びコールドスプレー装置を制御する制御部とを備えたことを特徴とする樹脂皮膜の形成システム。
In a resin film forming system that forms a resin film by fixing resin powder to the surface of a solid substrate placed on a table of a machine base,
An atmospheric pressure plasma apparatus having an irradiation nozzle for irradiating an atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma generated by converting the raw material gas into plasma on the surface of the solid substrate, and applying the resin powder to a temperature lower than the melting point of the resin powder. A cold spray device that injects the gas into a warm gas and makes the gas a subsonic or supersonic flow and sprays it from the spray nozzle onto the surface of the solid substrate to attach the resin to the surface of the solid substrate;
A nozzle holding portion for holding the irradiation nozzle and the injection nozzle so that the injection ports face the surface of the solid substrate on the table and are spaced apart from each other by a predetermined distance; and the nozzle holding portion is a surface of the solid substrate. A moving mechanism that moves relative to the plane direction of XY along the surface of the solid base material, and irradiates the target portion of the solid substrate with the atmospheric pressure thermal non-equilibrium plasma from the irradiation nozzle before the resin from the injection nozzle to the target portion A system for forming a resin film, comprising: a control unit that controls the moving mechanism, the atmospheric pressure plasma apparatus, and the cold spray apparatus so as to inject powder.
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