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PA-6/304不锈钢微纳模压一体化成型技术研究

PA-6/304不锈钢微纳模压一体化成型技术研究

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作者：张攀重庆理工大学

学位级别：硕士

随着交通和运输工具的轻量化和低VOC(挥发性有机物)排放的提出,塑料与金属不依赖粘接剂实现一体化成型越来越受到关注。论文通过塑料与金属界面纳米孔洞层形成微观机械互锁结构的原理,探索PA-6/304不锈钢微纳模压一体化成型技术mnpt(Mic... 详细信息

随着交通和运输工具的轻量化和低VOC(挥发性有机物)排放的提出,塑料与金属不依赖粘接剂实现一体化成型越来越受到关注。论文通过塑料与金属界面纳米孔洞层形成微观机械互锁结构的原理,探索PA-6/304不锈钢微纳模压一体化成型技术mnpt(Micro Nano Pressing Technology)。利用卤素离子易对304不锈钢产生点蚀,调控并优化不锈钢表面处理液配方,最终使不锈钢表面形成孔径70-120nm,孔深约100nm,孔分布密度约100个/μm2,比表面积为14.78%(化学刻蚀前为2.23%)的纳米孔洞层。设计模压模具及塑料-金属搭接试验试样,通过控制温度、压力和保压时间等参数,使聚合物表层熔体进入金属表面预先形成的纳米孔洞层,最终塑料与金属界面形成微观机械互锁结构,成功实现微纳模压一体化成型。对聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、尼龙-6(PA-6)和聚苯硫醚(PPS)等5种聚合物进行与机械抛光处理后的304不锈钢(P-304)、机械抛光+化学刻蚀处理后的304不锈钢(P/E-304)及机械抛光+化学刻蚀+退火处理后的304不锈钢(P/E/A-304)分别进行模压搭接实验,结果表明PA-6和PPS可实现mnpt。动态流变性能实验显示在模压剪切频率1-10rad/s范围内,PA-6、PPS与其余3种聚合物熔体的动态流变规律相差很大,不同聚合物熔体的储能模量、损耗模量、损耗因子和复数粘度的差异性,反映了聚合物分子链段在微流道中运动和冻结能力的不同,从而决定了聚合物是否满足mnpt要求。PP、PC、ABS、PA-6和PPS的差示扫描量热法(DSC)实验结果对比分析认为,聚合物发生结晶有助于分子链段在微流道运动过程中延后进入玻璃态,即一定条件内易与金属界面纳米孔洞层形成微观机械互锁结构。拉伸剪切实验结果显示,PA-6与P-304对比样搭接试样(P-SSN6)最大拉伸剪切强度达到3.56MPa,断裂功3.14KJ/m2;与P/E-304搭接试样(P/E-SSN6)最大拉伸剪切强度达到11.02MPa,提高了214%,最大断裂功达到16.65KJ/m2,提高了430%;与P/E/A-304搭接试样(P/E/A-SSN6)最大拉伸剪切强度达到18.9MPa,提高了431%,最大断裂功达到31.29KJ/m,提高了896%。P-304、P/E-304和P/E/A-304的表面依次进行激光共聚焦显微镜(CLSM)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)递进式表征后,对P-SSN6、P/E-SSN6和P/E/A-SSN6搭接样接头失效界面进行SEM和AFM实验,实验结果显示P-SSN6主要以粘附失效为主,P/E-SSN6主要以粘附和内聚混合失效为主,P/E/A-SSN6主要以内聚失效为主。傅里叶红外光谱(FTIR)实验表明PA-6中-NH2可能均与P/E-304和P/E/A-304表面纳米孔洞氧化层界面形成化学键,而与P-304只是简单物理吸附作用。X射线能谱(EDS)实验、激光拉曼光谱(LRS)和X射线衍射(XRD)实验进一步证实了PA-6与P-304界面主要是物理吸附作用,与P/E-304界面主要是微观机械互锁作用,与P/E/A-304界面主要是微观机械互锁和界面键合共同作用。接触角实验表明P-304、P/E-304和P/E/A-304的表面润湿性依次降低。综上所述成功制备了304不锈钢表面纳米孔洞层,随着对304不锈钢不同工艺的处理,与PA-6搭接试样的拉伸剪切强度大幅度提高,分析了满足mnpt要求的PA-6和PPS的机制,完成了P-304、P/E-304和P/E/A-304表面表征对比,以及P-SSN6、P/E-SSN6和P/E/A-SSN6失效界面的表征对比,并综合分析了PA-6与3种不同处理工艺的304不锈钢界面间的粘附机理。

关键词：轻量化 PA-6 304不锈钢界面微纳机械互锁 mnpt

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