人与自然狮子与鬣狗

我们的方法

2018

技术

2018.10.31

金属树脂的建议应用
热塑性塑料产品的粘合技术

介绍

工程塑料通过代替金属材料,为减轻汽车零件,电子和电气产品以及许多其他工业产品的重量做出了贡献。如今,制造塑料而不是简单地代替金属材料,而是制造出许多金属-树脂复合材料。一些金属材料,其余的用工程塑料代替。金属树脂复合材料具有同时使用金属材料的特性(例如高刚度,导电性等)和工程塑料的特性(例如低密度,电绝缘性等)的优点。但是,由于两种材料之间存在粘合界面,因此在需要粘合力和气密性时,存在更高的技术难度。
过去用于生产金属树脂复合材料的方法包括简单的嵌件成型,以及通过铆接或螺钉拧紧进行物理连接,用粘合剂粘结以及用灌封剂密封。但是,简单的嵌件成型,铆接和螺钉拧紧通常无法提供足够的功能,因为它们的气密性很差。用粘合剂粘合和用灌封剂密封涉及大量零件和繁琐的程序,不可避免地要增加高成本。
为了解决该问题,从2000年开始出现的技术是通过预先赋予金属表面的物理织构和化学亲和性,使金属与树脂的结合界面仅通过注射成型就具有结合力和气密性的性质。嵌件成型。
但是,由于该方法中的许多因素(金属零件,树脂材料,模具结构,注射成型条件等)对粘合有影响,所以不能提供稳定的粘合。因此,目前尚无大量此类产品进入量产的示例。因此,在此我们将介绍一些要点,以记住仅使用注塑成型就能获得金属-树脂粘合的能力。

■Benefits gained from metal-resin bonding technology
? 模式① 模式② 模式③
常规
技术
Outsert molding,adhesion,
拧紧螺丝
adhesion,
辐射片
O型圈
金属附着力的好处 外观更好
(better strength,design)
更好的功能
(better heat release)
新增功能
(added water resistance)
应用实例 树脂凸台与金属的粘合
释放热量到加热元件的那沉
移动设备连接器的耐水性

1。金属成功粘合的要点

图1-1显示了通过金属嵌件成型直接进行金属-树脂粘合的过程。
直接金属树脂粘接是通过将熔融树脂通过注射成型引入已经进行了充分表面处理的金属零件上而牢固地粘接金属零件和树脂的零件,然后使树脂冷却并固化。由于此过程中有许多影响因素,因此必须优化图1-1中显示的所有因素(金属零件,树脂材料,模具结构,注塑条件等),以产生稳定的粘结。以下是这些不同因素中每个要牢记的要点。

■Figure 1-1. Direct metal-resin bonding process using metal insert molding

(1)Metal surface treatment

我们的Quick-10上已经有报告了? 该技术使用插入金属的快速加热和冷却技术,仅通过金属插入成型即可直接进行金属-树脂粘接,而无需对金属面进行任何特殊的表面处理。无论如何,到目前为止,从提供的用于金属表面处理的各种技术中,我们将介绍不需要快速加热或冷却系统的金属表面处理技术。
NMT2)、TRI, and PAL-fit? 3)一些使用化学产品的处理方法,但是诸如Laseridge之类的技术? 4)和DLAMP? 使用激光辐照处理进行表面处理的产品现已投入使用,并且这些产品都不使用化学产品。每种不同的表面处理都有其自己的各种特性。例如,使用化学制品的表面处理均匀地处理了整个插入金属,但是激光照射表面处理具有诸如仅处理部分插入金属的特性。有关表面处理技术的详细信息,请参阅我们的出版物“ pla-topia”? ,或访问制造商网站。

(2)Resin materials

为了确保粘合,通常的金属嵌件成型加工要么用树脂覆盖所有金属,要么使树脂零件通过某些金属零件物理固定。但是,我们知道,成型后环境发生各种变化(热老化,热循环)时,由于金属和树脂的线性膨胀之间的差异以及其他因素,粘结能力会下降。树脂材料必须具有以下特性,以便产生良好的金属-树脂粘合性能,从而可以承受模塑后及之后的任何环境变化

①机制(亲和力):注入-驻留– 冷却– 脱模

 Increase adhesiveness through mechanisms such as intermolecular force and hydrogen bonding.

②良好的表面转印性(流动性):注射– 填充

 Increase bonding strength and adhesiveness through gapless introduction bonding on fine uneven metal surfaces without any gaps.

③低成型收缩率和线性膨胀率接近金属:保暖性– 冷却– 脱模后释放

 Get molding shrinkage and linear expansion rate to be close to that of metal, to prevent separation at the interface due to temperature changes.

■Figure 1-2. Requirements on the resin side for direct metal-resin bonding

图1-3显示了基于Polyplastics进行的实验的分析结果。
在没有尺寸的情况下显示了水平轴上的表面可转移性的相对值(较小的值表示较好的表面可转移性)和垂直轴上的收缩率(较小的值表示较低的收缩率)。
亲和力改善剂是使金属-树脂界面具有更好的亲和力的添加剂。它由选定的元素组成,以使其在树脂内均匀分布,并与金属表面高度粘合。
图1-3的左侧部分显示了未添加亲和力改进剂时的键合,这是对标准材料进行分类的地方。即使在标准材料中,也可以通过优化表面可转移性和收缩率来改善粘合性,但存在局限性。图1-3的右侧显示了已添加亲和力改进剂时的键合。为此,对金属附着力等级进行了分类,材料的设计满足了上述对树脂材料的三个要求。
表1-1显示了Polyplastics销售的金属附着力等级,该等级遵循上述树脂材料设计准则。 1135MF1和940MA分别是PPS和PBT的设定标准金属附着力等级,它们的金属附着力等级1150MF1和930MA也具有附加功能。我们目前还在开发具有新功能的更多金属附着力等级,以满足新的需求。

■Figure 1-3. Requirements on the resin side for direct metal-resin bonding, and their relation to bonding
■Table 1-1. Metal adhesion grades lineup
项目 测试
方法
ISO标准
单位 杜拉菲德人与自然狮子与鬣狗 ? PPS 杜兰克斯? PBT
1135MF1 1150MF1 930MA
标准
翘曲

介电常数
密度 1183 克/立方厘米 1.56 1.68 1.51
抗拉强度 527-1.2 兆帕 162 130 130
拉伸断裂应力 527-1.2 1.9 1.7 3.1
弯曲强度 178 兆帕 227 190 195
弯曲模量 178 兆帕 10500 12800 8800
夏比冲击强度 179 千焦/平方米 11 6.5 11
Load slack temperature(1.8MPa) 75-1 266 260 210
Permittivity(1GHz) 3.8 4.1 3.4

(3)Mold design

这在前面关于树脂材料的项目中已经提到过,但是在(2)中从注入到填充的步骤中,希望具有良好的表面转移性(流动性),以便在细小的不平坦的金属表面上进行无间隙的导入粘合。表面转移性是与树脂的流动性密切对应的性质。成型时产生的气体有时会由于阻碍树脂和树脂焊接零件的流动以及在流动区域的末端而引起问题。
当树脂流动受阻导致粘结问题时,必须设置适当的树脂厚度并通过排气孔排出气体。

(4)Injection molding

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当使用金属嵌件成型进行直接金属-树脂结合时,注塑成型条件(特别是模具温度)对结合有很大影响。为此,我们可以设计出注射成型条件,以达到良好的表面转移性和较低的成型收缩率,并使线膨胀率接近金属,我们在树脂材料部分对此进行了研究。图1-4显示了测试样品的实验结果。这些结果表明,对于除模具温度以外的模塑条件,未观察到对粘合的影响。但是,我们认为在实际产品中,为了达到上述两个目标,除了模具温度以外,还必须优化成型条件。

(5)Quality control

除了优化到目前为止提到的每个条件外,检查批量生产期间是否已实现必要的粘合也很重要。有时通过制造参数(注塑条件等)间接控制,有时直接进行产品检查。直接方法最能提供确定性的质量控制,但是与间接方法相比,它涉及更多的新增加成本。如果可以通过Internet自动进行直接方法的检查,则可以降低成本,因此,人们对基于Internet的自动检查系统抱有很高的期望,该系统将利用X射线CT扫描仪和超声波探伤仪等机器。

■ Figure 1-4. Relation between injection molding conditions and bonding

2。粘结强度数据

在这里,我们将分享我们为金属树脂复合材料生产的粘结强度数据。如图2-1所示,使用基于ISO19095的金属树脂复合材料试样,通过求出金属与树脂之间的剪切断裂韧性来评估粘合强度。我们将铝合金A5052用于金属,将标准等级PBT和PPS用于树脂。结果如图2-3所示。当未进行适当的表面处理时,PBT和PPS树脂都不会产生任何粘合力,因为当通过嵌件成型将金属树脂复合材料从模具中释放时,金属和树脂的界面会分离。然而,当进行适当的表面处理时,在初始粘合强度测试中,有足够的粘合力在树脂的表面层上引起内聚破坏。这表明,即使使用标准牌号,对金属表面进行适当的处 理也会在PBT和PPS中产生足够的结合力。

■Figure 2-1. Shear failure test specimen
■Figure 2-2. Mode of failure in shear test

接口分层

Interface delamination+
内聚破坏

内聚破坏

■図Figure 2-3. Shear failure test results

3。气密性数据

Here we will share the metal-resin composite airtightness data that we produced. We used two different types of test specimen, as shown in figure 3-1 and figure 3-2. For metal we used aluminum alloy A5052 (with and without surface treatment) and for resin we used standard grade and metal adhesion grade PPS. In the airtightness test we used helium leak tester and evaluated the relative quality of the airtightness in terms of leakage speed (Pa m3/s). Table 3-1 shows the results. Standard grade PPS did not show good airtightness, with leakage speed of 5 × 10-5 (Pa m3/s) and higher regardless of whether or not the metalsurface was treated. Using metal adhesion grade PPS also did not produce good airtightness when there was no proper surface treatment. Using metal adhesion grade PPS and also giving proper surface treatment to the metal side did produce good airtightness, with leakage speed of 5×10-7 (Pa m3/s).
除了最初的气密性,我们还观察到经表面处理的金属和金属附着力等级的组合经耐久性处理后的气密性。在任何耐久性处理条件下(1,000个热循环或1000小时的高温和高湿),我们都没有发现泄漏速度的增加。泄漏速度实际上只能视为标准测试,因为泄漏速度会根据试样的形状和大小而变化,但是我们获得了一个总体思路,即通过将经过表面处理的金属与金属结合起来,可以达到实用的气密性水平。附着力等级

■Figure 3-1. Disk type
■Figure 3-2.Ends type
■Table 3-1. Airtightness evaluation results
树脂类型 标准 金属附着力等级
金属表面处理 没有 没有
初始气密性 × × ×
Heat cycles(-40 to 120℃) 500次 × × ×
1000次 × × ×
high temperature & humidity(85℃ 85%) 500小时 × × ×
1000小时 × × ×

:Leakage of 5 × 10-7 Pa?m3/s or less????×:Leakage of 5 × 10-5 Pa?m3/s or more

4。使用中的金属粘合技术的示例以及未来的计划

现在,嵌件成型的金属树脂复合部件比过去更多,但是仅通过查看它们是否只是嵌件成型的产品还是它们是金属粘合成型的产品仍然很难确定。到目前为止,已报道的使用金属粘合技术大规模生产的物品的示例包括各种类型的移动设备零件(手机,平板电脑,数码相机等)和一些与汽车相关的零件。为了将来扩展其实际应用,将有必要定义(1)绑定机制和(2)绑定接口的质量控制指标。宝理塑料还将继续在这一领域取得进展,成为工程塑料的领先公司。

【Reference materials】

1) pla-topia? 2008(1)
2) pla-topia? 2008(3),website of Taiseiplas:/blog/nmt01.html
3) pla-topia? 2009(1)
4) pla-topia? 2012(1), website of Taiseiplas:/wordpress/?page_id=24
5) Onishi ? Satoh, PPS Metal-Resin Bonding Technology, Plastics Age (2015.6)

■ DURANEX?? 是Polyplastics Co.,Ltd.在日本和其他国家/地区的注册商标,并且由WinTech Polymer Ltd.许可使用。

■ DURAFIDE?? 是Polyplastics Co.,Ltd.在日本和其他国家/地区的注册商标。

■ Quick-10?? 是Polyplastics Co.,Ltd.在日本的注册商标。人与自然狮子与鬣狗

■ PAL-fit?? 是Polyplastics Co.,Ltd.在日本的注册商标。

■ Laseridge?? 是Polyplastics Co.,Ltd.在日本和其他国家/地区的注册商标。

■ DLAMP?? 是Daicel Polymer Ltd.的注册商标。

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