
要想實現異種材料“隨意接合”,必須要有一定的理論依據。目前,該領域的研究在實用方面和學術方面都備受關注。金屬之間的焊接、固相接合(材料在低于熔點的溫度,以固體狀態直接接合)可以通過“金屬鍵合”來解釋,原理已經明確。難的是樹脂與金屬的接合,使用粘合劑的方法、熔化樹脂接合的方法(融著法)等都是用“分子間力”這種難以直觀理解的力進行解釋,估計不少人都不明所以。
多數觀點認為,當樹脂與金屬接合時,材料的界面上不出現相當于金屬間化合物的反應層。因此,接合要通過范德華力、靜電力等分子間力來解釋,可能不太容易理解。但最近還有一種觀點,認為樹脂與金屬接合在某些情況下也會形成反應層,現在這種觀點已經成了討論的焦點。比方說非晶層,按照這種觀點,非晶質可能沒有形成特定結構,而是形成了材料相互混合的層,這樣就可以牢固結合。
日本MEC
日前,日本MEC公司擴大了可直接接合樹脂與金屬的異種材料接合技術“AMALPHA”的適用材料種類。MEC預定在2014年9月29日舉行的日經制造研討會“異種材料接合最前沿——‘可粘合任何物體的’技術改變設計”上,介紹該技術的詳細內容。
以前可接合的樹脂有聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA6)、聚醚醚酮(PEEK)、酚醛樹脂及環氧樹脂5種。此次增加了12種,分別為PA6T、PA66、PA11、PA12、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、液晶聚合物(LCP)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)。金屬方面,以前只有鋁(Al)合金、不銹鋼(SUS)和銅(Cu)3種材料,現在還可接合鋁合金壓鑄材料。該技術有望快速推廣到使用壓鑄件較多的汽車領域。此外,MEC公司還確認,AMALPHA技術可直接強力接合鋼材與PPS,今后還將確認其他可與鋼材接合的樹脂種類。
寶理塑料
此前寶理塑料(Polyplastics)宣布開發出了異種樹脂材料的接合成型技術。該技術通過對使用玻璃纖維強化樹脂的一次成型品接合部表面進行激光處理、同時對二次成型品實施射出成型來接合兩者。
具體操作時,先向一次成型品照射激光使部分樹脂氣化,留下作為基材的玻璃纖維。然后向一次成型品的接合面注入二次成型品的樹脂,從而使二者接合。寶理塑料曾表示向客戶企業無償提供這項新技術。在汽車用途方面,預計該技術可用于混合動力系統的部件等。
日本大成PLAS
大成PLAS的“納米成型技術(NanoMolding Technology,NMT)”以兩步工序來接合金屬和樹脂。具體操作時,首先用化學藥品處理金屬表面,形成肉眼看不出來的微細凹凸。然后,將處理后的金屬放入模具,射出熔融樹脂,實施嵌入成型(Insert Molding)。這樣,便可制造出金屬與樹脂相結合的部件。
另外,大成PLAS打算利用相同的原理,致力于碳纖維增強樹脂基復合材料(CFRP)與金屬之間的粘合劑接合。“CFRP雖具有輕量性,但不與金屬連接起來,就成不了部件”。金屬一側可利用NMT來接合,因此粘合劑只需優先考慮如何牢固附著在CFRP上即可開發。該原理還有望應用于金屬與彈性體的接合。
日本富國物產
日本富國物產(FUKOKU BUSSAN)亦開發出可使硅材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)與金屬實現強力接合的異種材料接合技術,并在日本“第13屆國際生物技術展”上展出接合樣品。該技術可在不使用接合劑的情況下,使PDMS成型品與金屬部件成為一體。
接合的關鍵點在于利用常壓等離子體的表面處理工藝。該工藝利用常壓等離子體,對PDMS成型品以及想要接合的金屬等異種材料各自的接合部分分別實施表面處理。通過這一處理將兩種材料的表面改性,使其具有接合力。并且,經過常壓等離子體表面改性的部分在相互粘合時,不需要施加太大壓力。比如,將PDMS成型品放到金屬上時,僅靠自重就能實現兩種材料的接合。
可利用該技術與PDMS成型品接合的材料有銅、鋅、不銹鋼、玻璃以及瑞翁(Zeon)開發的環烯烴聚合物樹脂(COP)等。由于不使用粘合劑,因此部件中不會混入粘合劑成份。另外,與熔敷不同,該技術無需加熱熔化材料,因此材料不會發生曲翹等變形。
金屬材料接合技術
攪拌摩擦焊是英國焊接研究所1991年發明的一項具有重大創新性的一種焊接技術,是近三十年焊接技術的一項最重要的突破,其世界范圍內的專利最遲明年將過保護期。摩擦攪拌焊(FSW)采用了一種專用的攪拌頭,借助按壓在金屬表面高速旋轉的攪拌頭,可以使接合面的金屬產生塑性流動(摩擦生熱),從而使得兩種金屬融為一體而達到結合的目的。本田使用這種接合技術制造的鋼鋁前副車架獲得了“第60屆大河內紀念技術獎”。
(綜合大阪大學中田一博教授,《日經制造》,日經技術在線等多處信息)


