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   日本仁誠株式會社

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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模具，注射TPE （熱塑性彈性體） 使其一體化的技術(shù)。

在進行上述技術(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。它是電子手冊上的使用的液晶屏的背面板。因為是液晶屏當然需要使用玻璃。以前是將用以保護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，客戶希望對這個工序進行改善，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，在下一步就不會再具有反應性了，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)；等到放進模具中進行注射成型時樹脂間將互相反應，實現(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)的附加價值也很高，所以，決定挑戰(zhàn)將堅硬的塑料與金屬結(jié)合會變成怎樣這個問題。

首先，進行了預聚底層涂敷。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就會發(fā)生破壞。但是，對于堅硬樹脂與金屬結(jié)合的情形，要求它具有與澆鑄(diecast)件同等的結(jié)合強度。{zh1}發(fā)現(xiàn)，采用涂敷預聚底層的辦法是達不到這個強度的。然后想到在金屬表面上涂敷樹脂，對樹脂進行層壓，使樹脂面與金屬強力結(jié)合。但是，金屬與層壓樹脂膜之間反而發(fā)生剝離，這個方法也沒能行得通。

如果賦予塑料強的粘結(jié)功能后會怎么樣？于是在樹脂中添加了各種各樣的成份并實施高溫處理等，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反而成功了，可以說這wq是一個偶然。不過公司有將這種偶然轉(zhuǎn)化為必然的能力和毅力，因為光是偶然不成其為生意，如果能讓偶然重現(xiàn)，那么這就是生意資本。

現(xiàn)在，可以對從鋁材到鎂、銅、不銹鋼、鈦、鐵、紫銅多種金屬進行粘結(jié)?？墒褂玫臉渲灿? 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)合的金屬進行堿液處理、酸處理、T 液處理、再用水清洗干凈后進行干燥。

處理后的金屬表面，比如說對于鋁材的情形，就會發(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，證明塑料進入到了凹坑的內(nèi)部。

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

如果換一種角度來考慮這個問題的話，那就是相當于在一個金屬結(jié)晶體中制造出在某種時間尺度上容易發(fā)生化學反應的結(jié)構(gòu)，再通過輕微的化學反應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微結(jié)構(gòu)，也可以說就是對這一過程進行控制的技術(shù)。需要注意的是 ：為了不至于影響到金屬的強度，需要對處理時間，處理液的濃度進行嚴格的控制；而且還需要考慮與注射成型后的強度的平衡問題。

即使用榔頭敲擊結(jié)合部，也不會發(fā)生金屬與樹脂的剝離，而是金屬發(fā)生彎曲。當采用這種結(jié)合件進行拉伸試驗時，也證明這一點；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)動機室常實用的零部件的材料。如果這種金屬 / 塑料的結(jié)合能夠滿足在發(fā)動機室的使用條件要求的話，那就會誕生出非常有趣的用途。

發(fā)動機室內(nèi)的使用條件是非?？量痰模徽J為是最嚴格的通用汽車（GM）的規(guī)格是，在－ 55℃下 1 小時，然后在5 分鐘內(nèi)升至 150℃，在此溫度下 1 小時，就這樣循環(huán) 3000次就相當于汽車發(fā)動機時內(nèi)的 10 年。即使進行這樣的試驗，其強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 0.5mm 深，直徑為 13mm 的凹臺，再與需要結(jié)合的另一塊鋁板合在一起進行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分離的實驗。

最初將這種技術(shù)進行大規(guī)模應用的是薄、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，鋁板的厚度設計在 0.8mm，然后在鋁板上固定安裝其它零部件的臺座。采用普通澆鑄的方法不能實現(xiàn)，其它可選擇的方法就是在沖壓好的金屬殼上焊接上預先加工好的凸臺條，但是實際這樣做了后發(fā)現(xiàn)表面變得凹凸不平，所以這個方法也行不通。{zh1}采用我們的方法，將沖壓好的金屬板放進模具中通過注射成型形成了凸臺條。

采用這樣的方法可以形成了樹脂凸臺條，可以在它上面固定相關(guān)零部件?，F(xiàn)在市場上的產(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，就可容易的實現(xiàn) 3 維結(jié)構(gòu)加工。只要能夠?qū)⑺胚M模具，合上模具，幾乎所有的 3 維形狀都可以實現(xiàn)。以前的類似成型被稱為是金屬嵌件成型，而我們在開發(fā)這項技術(shù)時已經(jīng)導入了組裝的設計概念。

這種技術(shù)的特點是 ：由于樹脂具有優(yōu)良的耐化學藥品性質(zhì)，注射成型后可以進行耐酸鋁處理加工。如果先進行修飾加工后再進行成型的話，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現(xiàn)組裝的超級技術(shù)。去年的銷售量是150 萬臺，今年在設計上進行了改進，達到了 200 萬臺。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，就是在大型液晶顯示屏上的應用。

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)，四個角采用注射成型用塑料連接，既實現(xiàn)了框架的輕量化，同時也降低了制作成本。而且，對于前部面板的支撐框架的設計加工也同樣如此，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角聯(lián)接起來。因此不需要大型的注射成型機械，組合使用小型的縱型注射成型機即可，因此具有節(jié)省空間和大幅度降低制造成本的優(yōu)點。

在汽車上的應用

ECU 盒一種電氣系統(tǒng)的部件，安裝計算機系統(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。

對于這個問題的解決，采取了將鋁板進行彎折，然后放進模具中進行http://.的方法。既可以保證得到箱體的形狀，又可以同時實現(xiàn)具有密封圈的結(jié)構(gòu)。通過這種設計加工，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盒子中，而是采用沖壓法將其嵌入其中，實現(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氣歧管的問題?，F(xiàn)在的進氣歧管基本都采用 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?shù)闹亓?。采用了輕型的鋁管，將其放進模具中通過http://.注射成形包護上塑料層。應用這種技術(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://.凸臺梗只是其中一種應用，作為“http://.與組裝結(jié)合”的設計思想，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。