超高密度大気圧プラズマユニット Tough Plasma

超高密度大気圧プラズマユニット Tough Plasma

株式会社FUJI製の超高密度大気圧プラズマユニットについてご紹介します。本ページでは世の中で何故大気圧プラズマが必要とされているか、その効果と共にご紹介します。

大気圧プラズマが必要とされている背景

自動車・航空業界を中心に軽量化の必要性が高まり、樹脂や複合材料の適用が進み、マルチマテリアル化しています。
これまでは鋼板同士をレーザ等の工法で溶接すれば良かった工程も、樹脂同士や樹脂ー金属等の材料を接合する必要性が出てきました。それに伴い、樹脂同士もしくは樹脂金属の異種材料を接着剤で接着しなければならない工程が増加しています。
しかし、適用される樹脂材料はコストや成型性の問題で難接着の材料が多く、接着剤単体の性能ではお客様の求める接着強度を実現出来ないという課題が多く発生しています。
又、金属同士を接着する場合でも、表面処理無しで接着すると、表面の有機物や油分の残差等が起因して、接着不良が発生することもあります。
従って、難接着の材料を接着できるようにする為、そして接着剤を塗布する直前には表面状態を均質化する為、表面処理を行ってから接着するというニーズが高まっています。

表面処理の中で何故大気圧プラズマが良い?

表面処理には、ドライプロセスで言うと、フレーム処理、UV、レーザ、ブラスト処理等の工法がありますが、下記の需要が多くなり各市場での大気圧プラズマの適用が進んでいます。

①凹凸のある形状の接着部分を処理したいので、距離を離しても効果の出る工法が必要
②タクトを上げる必要があるので、早い処理が必要
③表面にダメージを与えたくない
④イニシャルコストはできるだけ抑えたい
⑤安全なプロセスを採用したい
⑥材料が樹脂の場合、できるだけ低温で処理したい

以上の条件を満足する工法は大気圧プラズマとお客様にご判断頂き、様々な市場や材料への適用が進んでいます。

プラズマって何?

プラズマはラジカル、イオンおよび電子が混在した非常に活性な状態です。プラズマ中に存在するラジカルは、電気的に中性な不対電子をもつ原子、分子あるいはイオンであり、活性種とも言われております。
株式会社FUJI社大気圧プラズマは、この化学的に活性(不安定)で反応性の高いラジカルを利用して、表面の有機物を除去したり、表面へ反応性の高い親水基を生成します。

大気圧プラズマによる有機物除去のメカニズム

1) 大気圧プラズマにより酸素ラジカルを照射

3) 上記有機物の除去により、対象物(ワーク)表面が親水化される

大気圧プラズマによる接着強度向上のメカニズム

樹脂/金属へ大気圧プラズマの前処理を実施すれば、接着剤やコーティング材の接着強度が向上します。その理由として、大気圧プラズマにより表面の有機物が除去される効果以外にも、表面にカルボニル基やカルボキシル基等の親水基が付与されるからです。

大気圧プラズマによる接着強度向上の例

例:PP(ポリプロピレン)の接着強度向上

PP(ポリプロピレン)表面に大気圧プラズマを照射し、未処理のものと接着剤との貼り付け強度を比較

未処理の段階では、界面破断していた材質が、大気圧プラズマの前処理を実施することにより、接着剤破断するまで接着強度が劇的に向上する。

何故真空プラズマではなく大気圧プラズマ?

真空プラズマに変わり、様々な生産工程で大気圧プラズマが求められております。 それは、下記の理由が挙げられます。

バッチ処理ではなく、製造ラインで表面処理を実現可能
チャンバーやポンプ等の高価な真空設備が不要
大気圧下で使用できるので、真空引きが不要であり、
プラズマ処理までの待ち時間が大幅に短縮される
全面処理ではなく、部分的に表面処理を実施することが可能