納米成形技術的發展

2021-02-12 模具工業

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納米成形技術最初是由日本大成普拉斯株式會社成富正德先生發明的,大成公司採用化學處理的方式,在鋁、鎂、不鏽鋼等材料表面上獲得特定的形狀、一定尺寸、眾多規則的納米孔洞,並在納米孔洞中形成一層薄膜。在模內注射時,塑料熔體與這層薄膜發生化學作用,使塑料熔體能夠滲入到微納米孔中,塑料熔體與金屬通過千千萬萬微孔的「嵌入」作用,牢固地結合成一個整體,表現出極強的粘接力。大成公司根據其公司的英文名稱首字母,把該金屬處理工藝命名為「T處理」,大成公司發明的T處理主要經過鹼洗、酸洗、T處理、水洗4個步驟。鹼洗的主要目的為除去金屬表面的油汙,酸洗可以將金屬光滑表面變成「珊瑚礁」結構的納米級空洞,T處理進一步將金屬表面變成尺寸更小的納米級空洞、並殘留在孔洞裡面,水洗可以將大部分T液洗去,但不會將納米孔洞裡面的T液清洗掉。鋁合金T處理前後的掃描電鏡圖和納米注射後的剖面掃描電鏡圖如下圖所示。

鋁合金零件T處理前後的掃描電鏡圖和納米注射後的剖面掃描電鏡圖NMT的優勢在於可以降低零件的整體厚度與高度,減輕零件的質量,在保證零件強度的同時,大大簡化金屬結構和模具結構,降低生產成本,另外因其零件外觀為金屬,可很好地提升零件質感和檔次。在後續的幾年內,大成普拉斯株式會社陸續研究了銅和銅合金、不鏽鋼、鎂和鎂合金、鈦合金以及普通鋼材等金屬零件與樹脂組合物接合的納米成形技術,並申請了相關專利。同期,國內也開發了一系列NMT處理液,並進行了類似的命名,如E處理液、B處理液、F處理液、ECIM和一些公司的C處理液等。2014年,日本東亞電化公司開發了新型的金屬塑料接合方法,對其接合原理及其製造方法申請了相關專利,並命名為TRI工藝[7]。這幾種工藝方法的優缺點如下表所示。

綜合目前市場上的NMT來看,其工作機理主要為3種,一是化學處理+化學藥劑;二是電化學處理+化學藥劑;三是物理處理如雷射處理。化學處理和電化學處理的作用是在金屬零件上形成微納米孔洞,化學藥劑的作用是填充這些孔洞或在孔洞上部或外部生成一層反應膜,在金屬零件上注射塑料熔體時,化學藥劑與熱塑性樹脂末端官能團發生化學反應,形成共價鍵或酸鹼結合,從而增大金屬與塑料的結合力。而雷射處理在金屬零件上形成的納米孔無需化學藥品二次處理,直接在金屬零件上注射塑料熔體即可。

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