金属聚合物复合件微纳结构注射成形分析与实验

李熹平１,２

宫宁宁１汪彬１杨灿１

１．浙江师范大学,金华,３２１００４

２．浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室,杭州,３１００２７

摘要:基于金属聚合物复合件的成形理论与技术,提出了通过改善金属表面的温度二微观结构和聚合物成形时的黏度二压力等因素,利用注射工艺直接成形金属聚合物复合件的新方法.研究了金属表面微结构形成的３种方法与形成的表面微结构的特点,构建了金属表面温度控制装置和系统.利用构

建的温控系统和制作的模具,获得了直接注射成形的金属聚合物复合件,并分析了不同的金属表面微结构与金属聚合物界面结合力学性能的对应关系,验证了直接注射成形金属聚合物复合件工艺的可行性.

关键词:金属聚合物;注射成形;微观结构;界面结合强度中图分类号:TB３３１

DOI :１０．３９６９/j ．

issn．１００４-１３２X．２０１６．１３．０２３Anal y sis and Ex p eriment of Metal -p ol y mer Com p osite Microsco p ic Structure Moldin g

Li Xi p in g １,２

Gon g Nin g nin g １ Wan g Bin １ Yan g Can １１．Zhe j ian g Normal Universit y ,Jinhua ,Zhe j ian g ,３２１００４

２．The State Ke y Laborator y of Fluid Power Transmission and Control ,

Zhe j ian g Universit y ,Han g zhou ,３１００２７

Abstract :Based on the formin g technolo gy for the metal -p ol y mer com p osite p arts ,a method to manufacture these p roducts was p ro p osed．B y im p rovin g the tem p erature ,microsco p ic structure of the metal surface ,and the viscosit y ,p ressure and other characteristics of the p ol y mer melt ,the metal -p ol y mer com p osite p arts mi g ht be directl y manufactured b y in j ection method．

Three different methods were p resented to form different kinds of microsco p ic structures on metal surface and the characteris-tics of the structures were also obtained．A tem p erature control s y stem used to control the tem p era-ture of the metal sheet was established in the laborator y ．B y usin g the control s y stem and the manu-factured in j ection mold ,the metal -p ol y mer com p osite p arts were molded．

Ex p erimental results show that the interface bondin g stren g th between the metal and p ol y mer is much hi g her than the stren g th of the in j ected p ol y mer itself．Results obtained herein ma y p romote this new en g ineerin g a pp lications of the p ol y mer resin in j ection bondin g with the metal allo y technolo gy ．

Ke y words :metal -p ol y mer com p osite ;in j ection moldin g ;microsco p ic structure ;interface bond-in g stren g th

收稿日期:２０１５

０７

０２

基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１３０５４０５);中国博士后科学基金特别资助项目(２０１４T７０５７９)

;浙江省自然科学基金资助项目(LQ１４E０５０００３,LQ１３E０５０００８)

０引言

铝二镁二钛等轻质二高强材料具有高的比刚度二

比强度和耐磨性,在航空二汽车制造二家电等领域得到广泛应用.然而由于金属材料的固有特性,它们存在导热快二热膨胀系数大二难以成形复杂结构等缺点,限制了上述轻质二高强合金的应用.作为材料领域的后起之秀,聚合物已成为现代社会生活中必不可少的材料.聚合物注射成形是将高温下具有优良流动性能的熔融态液体注入模具型腔而成形制品,它具有成形简单二成本低等优点,在生产复杂结构制品方面显示出了明显的优势,

但聚合物制品存在尺寸稳定性差二刚性以及机械强度低等缺点.摒弃金属合金和聚合物材料的成形缺点,将二者的成形优点有机结合,生产获得满足使用要求和市场需求的轻质二高强的金属聚合

物复合件是近年来兴起的新的研究课题[

１-２]

.国内外公开发表的研究成果表明,早期的金属聚合物复合高强件主要采用以下４种方法成形:①孔

洞锁住法[３-４]

,即首先在金属表面加工制取工艺孔洞,注射时使聚合物熔体流入该类孔洞,冷却后由于聚合物和金属的铆接作用而形成金属聚合物

复合制品;②涂层反应或黏结法[５-７]

即在金属表面涂覆偶联剂或黏结剂,利用涂层与金属和聚合物之间发生的物理化学反应实现金属与聚合物之

间的紧密连结;③焊接法[８],

即首先在金属表面镀膜形成涂层,然后用焊接的方式(超声波焊接)将

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李熹平宫宁宁汪彬等