PA-6-304不銹鋼微納模壓一體化成型技術(shù)研究.pdf

1、隨著交通和運(yùn)輸工具的輕量化和低VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）排放的提出，塑料與金屬不依賴粘接劑實(shí)現(xiàn)一體化成型越來越受到關(guān)注。論文通過塑料與金屬界面納米孔洞層形成微觀機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)的原理，探索PA-6/304不銹鋼微納模壓一體化成型技術(shù)MNPT（Micro Nano Pressing Technology）。利用鹵素離子易對(duì)304不銹鋼產(chǎn)生點(diǎn)蝕，調(diào)控并優(yōu)化不銹鋼表面處理液配方，最終使不銹鋼表面形成孔徑70-120nm，孔深約100nm，孔分布密度約

2、100個(gè)/μm2，比表面積為14.78％（化學(xué)刻蝕前為2.23%）的納米孔洞層。設(shè)計(jì)模壓模具及塑料-金屬搭接試驗(yàn)試樣，通過控制溫度、壓力和保壓時(shí)間等參數(shù)，使聚合物表層熔體進(jìn)入金屬表面預(yù)先形成的納米孔洞層，最終塑料與金屬界面形成微觀機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)微納模壓一體化成型。
　　對(duì)聚丙烯（PP）、聚碳酸酯（PC）、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、尼龍-6（PA-6）和聚苯硫醚（PPS）等5種聚合物進(jìn)行與機(jī)械拋光處理后的304不銹

3、鋼（P-304）、機(jī)械拋光+化學(xué)刻蝕處理后的304不銹鋼（P/E-304）及機(jī)械拋光+化學(xué)刻蝕+退火處理后的304不銹鋼（P/E/A-304）分別進(jìn)行模壓搭接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明PA-6和PPS可實(shí)現(xiàn)MNPT。動(dòng)態(tài)流變性能實(shí)驗(yàn)顯示在模壓剪切頻率1-10rad/s范圍內(nèi)，PA-6、PPS與其余3種聚合物熔體的動(dòng)態(tài)流變規(guī)律相差很大，不同聚合物熔體的儲(chǔ)能模量、損耗模量、損耗因子和復(fù)數(shù)粘度的差異性，反映了聚合物分子鏈段在微流道中運(yùn)動(dòng)和凍結(jié)能力的不同，

4、從而決定了聚合物是否滿足MNPT要求。PP、PC、ABS、PA-6和PPS的差示掃描量熱法（DSC）實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析認(rèn)為，聚合物發(fā)生結(jié)晶有助于分子鏈段在微流道運(yùn)動(dòng)過程中延后進(jìn)入玻璃態(tài)，即一定條件內(nèi)易與金屬界面納米孔洞層形成微觀機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)。
　　拉伸剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，PA-6與P-304對(duì)比樣搭接試樣（P-SSN6）最大拉伸剪切強(qiáng)度達(dá)到3.56MPa，斷裂功3.14KJ/m2；與P/E-304搭接試樣（P/E-SSN6）最大拉伸剪

5、切強(qiáng)度達(dá)到11.02MPa，提高了214%，最大斷裂功達(dá)到16.65KJ/m2，提高了430%；與P/E/A-304搭接試樣（P/E/A-SSN6）最大拉伸剪切強(qiáng)度達(dá)到18.9MPa，提高了431%，最大斷裂功達(dá)到31.29KJ/m2，提高了896%。
　　P-304、P/E-304和P/E/A-304的表面依次進(jìn)行激光共聚焦顯微鏡（CLSM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）遞進(jìn)式表征后，對(duì)P-SSN6、P/E-

6、SSN6和P/E/A-SSN6搭接樣接頭失效界面進(jìn)行SEM和AFM實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示P-SSN6主要以粘附失效為主，P/E-SSN6主要以粘附和內(nèi)聚混合失效為主，P/E/A-SSN6主要以內(nèi)聚失效為主。傅里葉紅外光譜（FTIR）實(shí)驗(yàn)表明PA-6中-NH2可能均與P/E-304和P/E/A-304表面納米孔洞氧化層界面形成化學(xué)鍵，而與P-304只是簡單物理吸附作用。X射線能譜（EDS）實(shí)驗(yàn)、激光拉曼光譜（LRS）和X射線衍射（XRD）實(shí)驗(yàn)

7、進(jìn)一步證實(shí)了PA-6與P-304界面主要是物理吸附作用，與P/E-304界面主要是微觀機(jī)械互鎖作用，與P/E/A-304界面主要是微觀機(jī)械互鎖和界面鍵合共同作用。接觸角實(shí)驗(yàn)表明P-304、P/E-304和P/E/A-304的表面潤濕性依次降低。
　　綜上所述成功制備了304不銹鋼表面納米孔洞層，隨著對(duì)304不銹鋼不同工藝的處理，與PA-6搭接試樣的拉伸剪切強(qiáng)度大幅度提高，分析了滿足MNPT要求的PA-6和PPS的機(jī)制，完成了P-3