エポキシ系接着剤へのCuナノ粒子の添加効果と接着特性

The effect of Cu nanoparticle adding on to epoxy-based adhesive and adhesion properties.

• Necati Ataberk

抄録

エポキシ系接着剤は、金属板の補修や接合に広く使用されている。その優れた機械的特性から、金属ナノ粒子をエポキシ系接着剤の添加剤として選択することができる。Cuナノ粒子(CuNPs)の強度により、ニートエポキシの機械的特性の向上が期待できる。本研究では，エポキシ樹脂接着剤にCuNPを1, 2, 5, 10, 15, 20%のような様々な重量比で添加した．機械的性質を得るために，ドッグボーン試験片の引張試験とシングルラップジョイントのラップせん断引張試験を実施した．破壊メカニズムを調べるために，引張試験片および接着剤接合シートの破断面を走査型電子顕微鏡を用いて撮影した．接着剤の熱特性は，熱重量分析および示差熱分析を用いて求めた。エポキシ樹脂接着剤の機械的特性および熱的特性は、ＣｕＮＰを添加することにより改善された。また、機械的及び熱的観点から、エポキシ樹脂へのCuNPの最適な添加比率が得られた。本研究の結果、エポキシ樹脂系接着剤へのCuナノ粒子の添加割合は15wt%が機械的特性の改善に適していることがわかった。一方、20%は熱的特性の改善のための適切なCuナノ粒子添加率である。

Epoxy-based adhesives are widely used for repairing or jointing the metal sheets in the industry. Because of their superior mechanical properties, the metallic nanoparticles can be selected as the additive of the epoxy adhesive. The strength of the Cu nanoparticles (CuNPs) can be expected to improve the mechanical properties of neat epoxy. In this study, CuNPs were added at various weight ratios, such as 1, 2, 5, 10, 15, and 20% into the epoxy resin adhesive. Tensile tests of the dog-bone specimens and the lap-shear tensile tests of the single lap joints were performed for obtaining the mechanical properties. In order to investigate the failure mechanisms, the fractured surfaces of the tensile test samples and adhesively joined sheets were imaged by using a Scanning Electron Microscope. The thermal properties of the adhesives were obtained by using Thermo Gravimetric Analysis and Differential Thermal Analysis. The mechanical and thermal properties of epoxy resin adhesive were improved by adding the CuNPs. The best adding ratios of CuNPs into epoxy were obtained by both mechanical and thermally point of views. As a result of this study, 15 wt% the ratio of Cu nanoparticle adding into the epoxy-based adhesive is suitable for improving the mechanical properties. On the other hand, 20% is the proper Cu nanoparticle adding ratio for the thermal properties improving.