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為何金屬與樹脂能夠強(qiáng)力接合？
更新時(shí)間：2016-04-01 14:15:22點(diǎn)擊次數(shù)：5480次字號(hào)：T|T
近日，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)綜研)納米材料研究部門的堀內(nèi)伸在日經(jīng)BP社主辦的研討會(huì)“設(shè)計(jì)革新的關(guān)鍵 異種材料接合及粘合”上發(fā)表演講，介紹了最近在能夠高強(qiáng)度接合金屬與樹脂的機(jī)理等方面獲得的新知識(shí)。這些都是在為了更容易評(píng)估接合界面而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的過程中獲得的成果。以評(píng)估接合界面為目的、2015年7月被確立為ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)標(biāo)準(zhǔn)(ISO19095)的“塑料-樹脂-金屬復(fù)合體的接合界面特性的評(píng)測方法”是由日本提出的，堀內(nèi)伸參與了日本方面為了獲取支持該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù)而開展的實(shí)驗(yàn)。在利用化學(xué)藥品處理金屬表面，并通過嵌入成型等來接合樹脂的技術(shù)方面，接合后的試樣在做拉伸試驗(yàn)時(shí)，非界面的樹脂的母材大多會(huì)破損。盡管這表明接合強(qiáng)度相當(dāng)大，但其中還有很多問題并不清楚，例如接合本身的強(qiáng)度究竟有多大，界面是在什么情況下破損的，等等。樹脂本身的拉伸強(qiáng)度本應(yīng)超過100MPa，而試驗(yàn)樣片卻往往在40MPa左右即發(fā)生破損，因此也不能說接合強(qiáng)度一定比樹脂強(qiáng)度高。于是，作為能夠更準(zhǔn)確測評(píng)接合界面的實(shí)驗(yàn)方法，ISO19095對試驗(yàn)樣片的形狀作了規(guī)定，包括減小接合面積等。堀內(nèi)通過使用這樣的試驗(yàn)樣片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，查明了接合界面附近的破損情況。實(shí)驗(yàn)表明，樹脂無間隙地進(jìn)入了金屬表面經(jīng)化學(xué)藥品處理所形成的數(shù)十微米大小的孔洞，這些樹脂在破損時(shí)未脫落。斷裂的是極其靠近界面的樹脂部分。也就是說，能夠觀察到較強(qiáng)的錨固效應(yīng)。另外，堀內(nèi)還講解了嵌入成型時(shí)樹脂為何會(huì)進(jìn)入微細(xì)孔洞。對于銅與聚苯硫醚(PPS)接合而成的試驗(yàn)樣片，堀內(nèi)使用掃描型透射電子顯微鏡(STEM)研究了接合界面附近的元素構(gòu)成和結(jié)合狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)了一價(jià)的氧化銅(Cu2O)。銅表面的氧化物薄膜通常為二價(jià)(CuO)，一價(jià)的銅是在接合時(shí)產(chǎn)生的。估計(jì)PPS在接觸到銅表面的氧化膜時(shí)，發(fā)生了從氧化膜中奪走氧的反應(yīng)，由此獲得了能讓樹脂進(jìn)入微細(xì)孔洞的能量。而以前一直未能查明微細(xì)孔洞前端殘留有空間、未完全被樹脂填滿的原因。而與此形成對照的是，在對鋁合金表面實(shí)施陽極氧化處理、使樹脂與之結(jié)合時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)樹脂在進(jìn)入氧化膜表面生成的微細(xì)孔洞時(shí)，有時(shí)只進(jìn)入到一半就停止了。估計(jì)其原因是未發(fā)生能產(chǎn)生足夠能量的化學(xué)反應(yīng)，能量不足以使樹脂完全填滿孔洞。
(編輯：jinledun)