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發表時間:2016-02-18  【

          近日,日本產業技術綜合研究所(產綜研)納米材料研究部門的堀內伸在日經BP社主辦的研討會“設計革新的關鍵 異種材料接合及粘合”上發表演講,介紹了最近在能夠高強度接合金屬與樹脂的機理等方面獲得的新知識。這些都是在為了更容易評估接合界面而改進實驗的過程中獲得的成果。以評估接合界面為目的、2015年7月被確立為ISO(國際標準化組織)標準(ISO19095)的“塑料-樹脂-金屬復合體的接合界面特性的評測方法”是由日本提出的,堀內伸參與了日本方面為了獲取支持該標準的相關數據而開展的實驗。在利用化學藥品處理金屬表面,并通過嵌入成型等來接合樹脂的技術方面,接合后的試樣在做拉伸試驗時,非界面的樹脂的母材大多會破損。盡管這表明接合強度相當大,但其中還有很多問題并不清楚,例如接合本身的強度究竟有多大,界面是在什么情況下破損的,等等。樹脂本身的拉伸強度本應超過100MPa,而試驗樣片卻往往在40MPa左右即發生破損,因此也不能說接合強度一定比樹脂強度高。于是,作為能夠更準確測評接合界面的實驗方法,ISO19095對試驗樣片的形狀作了規定,包括減小接合面積等。堀內通過使用這樣的試驗樣片進行實驗,查明了接合界面附近的破損情況。實驗表明,樹脂無間隙地進入了金屬表面經化學藥品處理所形成的數十微米大小的孔洞,這些樹脂在破損時未脫落。斷裂的是極其靠近界面的樹脂部分。也就是說,能夠觀察到較強的錨固效應。另外,堀內還講解了嵌入成型時樹脂為何會進入微細孔洞。對于銅與聚苯硫醚(PPS)接合而成的試驗樣片,堀內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成和結合狀態,發現了一價的氧化銅(Cu2O)。銅表面的氧化物薄膜通常為二價(CuO),一價的銅是在接合時產生的。估計PPS在接觸到銅表面的氧化膜時,發生了從氧化膜中奪走氧的反應,由此獲得了能讓樹脂進入微細孔洞的能量。而以前一直未能查明微細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,在對鋁合金表面實施陽極氧化處理、使樹脂與之結合時,卻發現樹脂在進入氧化膜表面生成的微細孔洞時,有時只進入到一半就停止了。估計其原因是未發生能產生足夠能量的化學反應,能量不足以使樹脂完全填滿孔洞。

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