Investigadores de la Universidad de Tokio desarrollaron un proceso simple y económico para crear estructuras a nanoescala en la superficie del acero galvanizado, que se usa comúnmente en la industria automotriz, que proporcionó una interfaz más propicia para unir polímeros moldeados por inyección. Este método puede conducir a una producción industrial de menor costo de materiales compuestos de polímero y metal livianos y duraderos.

La industria manufacturera busca constantemente materiales de fabricación más eficientes, pero la mayoría de los métodos nuevos para desarrollar dichos materiales creados en el laboratorio no son adecuados para el uso a escala industrial. Ahora, los investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio han desarrollado un método simple y económico para unir polímeros al acero galvanizado (acero con una capa de zinc recubierta) para crear un material liviano y duradero que sea factible ser producido a escala industrial.

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

En un estudio publicado recientemente en el Journal of Manufacturing Processes, un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio demostró un método mediante el cual se puede unir un polímero al acero galvanizado simplemente pretratando el acero con un lavado ácido y sumergiéndolo en agua caliente. agua. El lavado con ácido quita la « capa pasiva » exterior del revestimiento de zinc del acero, lo que permite que el agua caliente forme estructuras de agujas rugosas a nanoescala en la superficie real. Los investigadores descubrieron que cuando se aplicaba un polímero al metal tratado (en un proceso llamado unión directa moldeada por inyección), rellenaba los diminutos huecos y crestas entre y dentro de las estructuras de las agujas creando vínculos mecánicos muy fuertes. « Descubrimos que la inmersión en agua caliente era un método simple y efectivo para producir estructuras a nanoescala en el recubrimiento de zinc para que se adhiriera el polímero, pero que el lavado con ácido previo para eliminar la capa pasiva era un paso necesario para que esto ocurriera ». explica el autor principal Weiyan Chen.

El grupo también mostró cómo la resistencia a la tracción-cizallamiento, que indica cuánta fuerza puede soportar el polímero antes de ser arrancado del metal, aumentó con la complejidad de las estructuras a nanoescala en la superficie de acero galvanizado. Al optimizar la temperatura del agua caliente y el tiempo de tratamiento para lograr la complejidad máxima en la estructuración a nanoescala, el equipo pudo aumentar significativamente la resistencia a la tracción y al corte en comparación con el metal sin tratar. « Nuestro proceso se puede adaptar para una amplia gama de aplicaciones de unión híbrida, en las que las piezas de metal y plástico deben unirse de forma permanente », dice el autor principal, Yusuke Kajihara. « Además, nuestro método no utiliza productos químicos agresivos ni procedimientos complicados y, por lo tanto, es adecuado para el aumento de escala requerido para la aplicación industrial ». Este trabajo podría conducir a la optimización de la unión de polímeros y metales, lo que sería un activo importante para la industria manufacturera.