汽車和航空工業(yè)為了節(jié)省成本常常需要設(shè)計輕質(zhì)材料，輕質(zhì)材料往往需要將不同類型的材料(如金屬和聚合物)組合起來，而這會大大增加制造成本。有最新工作表明利用激光技術(shù)會增加金屬和塑料混合材料的粘合強度，工程師通過用紅外激光預(yù)處理鋁板技術(shù)，將塑料與鋁粘合在了一起。他們在Journal of Laser Applications雜志上詳細闡述了他們的工作。下面是兩張掃描圖片，(a)是連續(xù)波激光器結(jié)構(gòu)邊緣處的鋁芯片，(b)是在拉伸剪切試驗后模塑聚合物表面的溝槽中剩余的鋁。

新型激光技術(shù)在注塑成型中大展身手！

    隨著汽車和航空工業(yè)的開發(fā)人員不斷推動制造更高效的車輛，人們目前致力于設(shè)計堅固，輕便的機器。然而，設(shè)計輕質(zhì)材料需要將不同類型的材料（如金屬和聚合物）組合在一起，這些額外的步驟會增加制造成本。有最新工作表明利用激光技術(shù)會增加金屬和塑料混合材料的粘合強度。

    一個德國研究組的工程師最近發(fā)明了一種通過用紅外激光預(yù)處理鋁板來將塑料與鋁粘合的技術(shù)。他們的成果發(fā)表在了“Journal of Laser Applications”雜志上。研究人員發(fā)現(xiàn)，用連續(xù)激光束對鋁表面進行粗糙處理會產(chǎn)生與熱塑性聚酰胺的機械互鎖，從而產(chǎn)生顯著的強粘附力。

    作者之一Jana Gebauer說：“在其他連接方法中，一般需要一個我們希望的塑料部件來與金屬部件配合。而在注塑成型過程中，我們直接在機器腔內(nèi)的金屬部件頂部生成塑料部件。因此，由于特定的熱條件，與熱壓或其他連接技術(shù)相比，這是非常困難的。”

    為了解決這些問題，Gebauer和她的同事每次在鋁板表面使用連續(xù)激光和一次脈沖作用20皮秒，這樣可以使鋁板表面更粘，以便在其上模塑聚酰胺層。然后，他們將片材放入注塑模具中，并用熱塑性聚酰胺包覆成型，熱塑性聚酰胺是一種與尼龍相關(guān)的聚合物，常用于機械部件，如電動工具外殼，機械螺釘和齒輪。

    Gebauer說：“之后我們分析了鋁板的表面形貌并對粘接行為進行了機械測試，以找出哪些參數(shù)可以實現(xiàn)最大的粘接強度。”

    使用光學(xué)三維共聚焦顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行的測試結(jié)果表明，與連續(xù)激光預(yù)處理鋁板溝槽中的形貌相比，用脈沖激光處理的鋁板溝槽中具有更平滑的線圖案。用紅外激光處理的鋁板也表現(xiàn)出更強的粘合性，但是隨著水分含量的增加，這些性能會降低。

    盡管團隊取得了成功，但Gebauer認為，要了解如何優(yōu)化金屬表面的預(yù)處理以使制造過程更加經(jīng)濟，還有很多得工作要做?，F(xiàn)在，她和她的同事們在研究模塑熱塑性塑料在冷卻時如何收縮。

    Gebauer說：“熱收縮導(dǎo)致機械應(yīng)力的產(chǎn)生，這會分離兩個部件。目前的挑戰(zhàn)是找到一種結(jié)構(gòu)來補償收縮過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，同時要求這種結(jié)構(gòu)不會由于激光處理而造成鋁的軟化。目前我們希望使用超短脈沖激光器時能夠產(chǎn)生可靠的粘接，以減少金屬部件的熱損傷。”