將金屬與塑料一體化的納米成型技術(shù)NMT(Nano Molding Technology)

江蘇昆山蘭博旺金屬表面處理材料   日本仁誠株式會(huì)社

0512 57731260  134 0567 3138 客戶經(jīng)理 宋成雙

鋁合金T處理，納米注塑，NMT技術(shù)

金屬與彈性體的結(jié)合

在金屬表面涂上特殊的涂料使其部分固化后放進(jìn)模具，注射TPE （熱塑性彈性體） 使其一體化的技術(shù)。

在進(jìn)行上述技術(shù)的開發(fā)過程中，有客戶提出了希望在不銹鋼表面固定樹脂的要求。它是電子手冊(cè)上的使用的液晶屏的背面板。因?yàn)槭且壕廉?dāng)然需要使用玻璃。以前是將用以保護(hù)玻璃板不致于破碎的撞擊吸收墊用鑷子夾住放到不銹鋼背板上去，客戶希望對(duì)這個(gè)工序進(jìn)行改善，所以想到了采用注射http://.方法直接將撞擊吸收層成型到不銹鋼板上的方法，實(shí)際嘗試之后發(fā)現(xiàn)效果非常好。

首先采用蒙板噴涂法在不銹鋼片上涂上底層材料。不過，如果在這一階段樹脂就wq固化，在下一步就不會(huì)再具有反應(yīng)性了，因此要控制好條件，使得底層樹脂保持在一種不wq固化的狀態(tài)；等到放進(jìn)模具中進(jìn)行注射成型時(shí)樹脂間將互相反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)比雙面膠更有力的結(jié)合。

NMT 采用注射成型將硬質(zhì)http://.與金屬結(jié)合

金屬與樹脂結(jié)合的需求很大，技術(shù)的附加價(jià)值也很高，所以，決定挑戰(zhàn)將堅(jiān)硬的塑料與金屬結(jié)合會(huì)變成怎樣這個(gè)問題。

首先，進(jìn)行了預(yù)聚底層涂敷。不過這與我們以前所知道的柔軟塑料與金屬結(jié)合的條件和要求都是wq不同的。對(duì)于與柔軟塑料結(jié)合的情形，我們知道塑料變形到其拉伸極限時(shí)就會(huì)發(fā)生破壞。但是，對(duì)于堅(jiān)硬樹脂與金屬結(jié)合的情形，要求它具有與澆鑄(diecast)件同等的結(jié)合強(qiáng)度。{zh1}發(fā)現(xiàn)，采用涂敷預(yù)聚底層的辦法是達(dá)不到這個(gè)強(qiáng)度的。然后想到在金屬表面上涂敷樹脂，對(duì)樹脂進(jìn)行層壓，使樹脂面與金屬強(qiáng)力結(jié)合。但是，金屬與層壓樹脂膜之間反而發(fā)生剝離，這個(gè)方法也沒能行得通。

如果賦予塑料強(qiáng)的粘結(jié)功能后會(huì)怎么樣？于是在樹脂中添加了各種各樣的成份并實(shí)施高溫處理等，各種可能的辦法都用盡了，結(jié)果還是都不行。在這個(gè)過程中，大成塑料把各種配料都用盡了；出乎意料的是無意中使用剩料嘗試時(shí)反而成功了，可以說這wq是一個(gè)偶然。不過公司有將這種偶然轉(zhuǎn)化為必然的能力和毅力，因?yàn)楣馐桥既徊怀善錇樯猓绻茏屌既恢噩F(xiàn)，那么這就是生意資本。

現(xiàn)在，可以對(duì)從鋁材到鎂、銅、不銹鋼、鈦、鐵、紫銅多種金屬進(jìn)行粘結(jié)。可使用的樹脂也有 PBT、 PPS（FORTRON?類）、尼龍 -6、尼龍 -66。由于金屬和樹脂的線性熱膨脹系數(shù)不一樣，為了匹配熱膨脹系數(shù)，在樹脂中添加了玻璃纖維、填料等。使塑料的熱伸縮程度與金屬的一致，不致于在結(jié)合界面處發(fā)生剝離破壞。這種結(jié)合既不是粘結(jié)，也不是化學(xué)結(jié)合，而是一種物理結(jié)合。作為 NMT 的處理工序，包括下圖所示的流程 ：將需要結(jié)合的金屬進(jìn)行堿液處理、酸處理、T 液處理、再用水清洗干凈后進(jìn)行干燥。

處理后的金屬表面，比如說對(duì)于鋁材的情形，就會(huì)發(fā)生如圖所示的表面形貌變化。在金屬表面形成無數(shù)的孔徑約為20nm 微孔，就是在這樣的金屬表面上注射http://.樹脂部分。也就是說，可以認(rèn)為是在通過處理后的金屬表面上形成了很多微小的凹凸結(jié)構(gòu)，注射的樹脂進(jìn)入這些凹凸結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生錨定效果。

切開鋁材和樹脂結(jié)合斷面，進(jìn)一步觀察了結(jié)合界面的斷面結(jié)構(gòu)，如圖所示。http://.的前沿成尖角形狀，證明塑料進(jìn)入到了凹坑的內(nèi)部。

將進(jìn)入凹坑的逐個(gè)顆粒的面積進(jìn)行計(jì)算，然后乘上顆粒的總數(shù)，再乘上樹脂的強(qiáng)度后就可以估算出整體的結(jié)合強(qiáng)度。這就是能夠?qū)⒔Y(jié)合強(qiáng)度以計(jì)算值的形式直觀表達(dá)出來的最早的技術(shù)。不是化學(xué)結(jié)合，而是物理結(jié)合，而且還可以計(jì)算出它的結(jié)合強(qiáng)度，可謂是前所未有的技術(shù)。

如果換一種角度來考慮這個(gè)問題的話，那就是相當(dāng)于在一個(gè)金屬結(jié)晶體中制造出在某種時(shí)間尺度上容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，再通過輕微的化學(xué)反應(yīng)使其從晶體中溶解出來，不能溶解的部分留在金屬表面形成細(xì)微結(jié)構(gòu)，也可以說就是對(duì)這一過程進(jìn)行控制的技術(shù)。需要注意的是 ：為了不至于影響到金屬的強(qiáng)度，需要對(duì)處理時(shí)間，處理液的濃度進(jìn)行嚴(yán)格的控制；而且還需要考慮與注射成型后的強(qiáng)度的平衡問題。

即使用榔頭敲擊結(jié)合部，也不會(huì)發(fā)生金屬與樹脂的剝離，而是金屬發(fā)生彎曲。當(dāng)采用這種結(jié)合件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，也證明這一點(diǎn)；發(fā)生斷裂的不是結(jié)合界面，而是在樹脂部分發(fā)生斷裂。

這里所使用的 PPS，尼龍 -6，尼龍 -66 都是轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)室常實(shí)用的零部件的材料。如果這種金屬 / 塑料的結(jié)合能夠滿足在發(fā)動(dòng)機(jī)室的使用條件要求的話，那就會(huì)誕生出非常有趣的用途。

發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的使用條件是非常苛刻的，被認(rèn)為是最嚴(yán)格的通用汽車（GM）的規(guī)格是，在－ 55℃下 1 小時(shí)，然后在5 分鐘內(nèi)升至 150℃，在此溫度下 1 小時(shí)，就這樣循環(huán) 3000次就相當(dāng)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)內(nèi)的 10 年。即使進(jìn)行這樣的試驗(yàn)，其強(qiáng)度與初期值相比也沒有明顯降低，有降低的也是樹脂本身的老化所致。

金屬與金屬的結(jié)合

知道了鋁材與樹脂可以結(jié)合，自然也會(huì)想到可不可以采用樹脂將鋁材和鋁材結(jié)合起來呢。因此在需要結(jié)合的其中的一塊鋁板上加工了一個(gè) 0.5mm 深，直徑為 13mm 的凹臺(tái)，再與需要結(jié)合的另一塊鋁板合在一起進(jìn)行http://.。為了證明是可以牢固地結(jié)合在一起的，演示了采用榔頭敲擊兩塊板子也不會(huì)分離的實(shí)驗(yàn)。

最初將這種技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的是薄、輕、便攜的投影儀的http://.結(jié)構(gòu)。它需要將一些零部件固定在鋁制的殼板，為了使鋁板具有放熱的作用，鋁板的厚度設(shè)計(jì)在 0.8mm，然后在鋁板上固定安裝其它零部件的臺(tái)座。采用普通澆鑄的方法不能實(shí)現(xiàn)，其它可選擇的方法就是在沖壓好的金屬殼上焊接上預(yù)先加工好的凸臺(tái)條，但是實(shí)際這樣做了后發(fā)現(xiàn)表面變得凹凸不平，所以這個(gè)方法也行不通。{zh1}采用我們的方法，將沖壓好的金屬板放進(jìn)模具中通過注射成型形成了凸臺(tái)條。

采用這樣的方法可以形成了樹脂凸臺(tái)條，可以在它上面固定相關(guān)零部件。現(xiàn)在市場(chǎng)上的產(chǎn)品仍然是采用的這種加工技術(shù)。

筆記本的http://.在逐步使用鎂合金材料來代替http://.，使用鎂合金材料時(shí)的加工方法是條件極為繁雜的鎂材注射http://.方法，而如果采用NMT法的話，就可容易的實(shí)現(xiàn) 3 維結(jié)構(gòu)加工。只要能夠?qū)⑺胚M(jìn)模具，合上模具，幾乎所有的 3 維形狀都可以實(shí)現(xiàn)。以前的類似成型被稱為是金屬嵌件成型，而我們?cè)陂_發(fā)這項(xiàng)技術(shù)時(shí)已經(jīng)導(dǎo)入了組裝的設(shè)計(jì)概念。

這種技術(shù)的特點(diǎn)是 ：由于樹脂具有優(yōu)良的耐化學(xué)藥品性質(zhì)，注射成型后可以進(jìn)行耐酸鋁處理加工。如果先進(jìn)行修飾加工后再進(jìn)行成型的話，成品率不高，而通過這種方法，將成本高的耐酸鋁處理步驟放在{zh1}，就成為了成品率非常高的加工法。以前這種加工采用的是熱融http://.，而采用我們的這種方法后，可以低成本地進(jìn)行各種各樣的修飾加工，受到了廣泛的關(guān)注。

去年上市的 MP3 播放器，就是在加工好的鋁件上通過注射成型形成肋骨形狀，{zh1}與純樹脂的蓋鎖在一起，是一種沒有是用一顆螺釘就實(shí)現(xiàn)組裝的超級(jí)技術(shù)。去年的銷售量是150 萬臺(tái)，今年在設(shè)計(jì)上進(jìn)行了改進(jìn)，達(dá)到了 200 萬臺(tái)。這也是出現(xiàn)在日本國外的{dy}種采用了 NMT 技術(shù)的商品。這種技術(shù)在其它方面也得到了各種各樣的形式的應(yīng)用。

像這樣的用途開發(fā)，多半是以此技術(shù)為前提的，這里介紹其中的一個(gè)，就是在大型液晶顯示屏上的應(yīng)用。

大型液晶顯示屏的結(jié)構(gòu)如圖所示，支撐背面板的金屬板的重量成為了問題。

隨著液晶顯示屏尺寸的不斷增大，為了減輕顯示屏的重量，就在考慮是否可以采用鋁材的擠出成型品作為顯示屏的支撐框架。這里就采用了我們的技術(shù)，四個(gè)角采用注射成型用塑料連接，既實(shí)現(xiàn)了框架的輕量化，同時(shí)也降低了制作成本。而且，對(duì)于前部面板的支撐框架的設(shè)計(jì)加工也同樣如此，不需要一體化的成型加工，就像切割鋁板一樣，將其切成一定尺寸條形件，然后再用注射成型法將四個(gè)角聯(lián)接起來。因此不需要大型的注射成型機(jī)械，組合使用小型的縱型注射成型機(jī)即可，因此具有節(jié)省空間和大幅度降低制造成本的優(yōu)點(diǎn)。

在汽車上的應(yīng)用

ECU 盒一種電氣系統(tǒng)的部件，安裝計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的盒子。目前使用的是鋁材的澆鑄品，厚度約為 2mm。現(xiàn)在希望減薄到 0.5mm。一方面出于輕量化方面的考慮，另一方面也是為了改善其散熱性能。

對(duì)于這個(gè)問題的解決，采取了將鋁板進(jìn)行彎折，然后放進(jìn)模具中進(jìn)行http://.的方法。既可以保證得到箱體的形狀，又可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)具有密封圈的結(jié)構(gòu)。通過這種設(shè)計(jì)加工，部件的重量減少了 1/3。而且，可以使得基板不是簡單地放進(jìn)盒子中，而是采用沖壓法將其嵌入其中，實(shí)現(xiàn)高的氣密性。

此外，是否可以利用這種技術(shù)制造一只手就能夠拿起來的輕型進(jìn)氣歧管的問題。現(xiàn)在的進(jìn)氣歧管基本都采用 DSI（Die Slide Injection）成型；但是由于它需要保持一定的壁厚，雖說是輕量化了，但還是具有相當(dāng)?shù)闹亓俊２捎昧溯p型的鋁管，將其放進(jìn)模具中通過http://.注射成形包護(hù)上塑料層。應(yīng)用這種技術(shù)制品重量降到了原來的 1/3 左右。

如上所述，將金屬與硬質(zhì)樹脂一體化的技術(shù)，不僅使一些靠傳統(tǒng)技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)的零部件輕量化成為可能，而且還有可能給制造技術(shù)，加工技術(shù)帶來巨大的變化,http://.凸臺(tái)梗只是其中一種應(yīng)用，作為“http://.與組裝結(jié)合”的設(shè)計(jì)思想，必將還有很大的發(fā)展空間，有可能給制造技術(shù)帶來巨大的變化。