金屬具有堅硬和易延展的特性，而塑料質(zhì)量輕且易變形。近來，很多制造領(lǐng)域最大程度地發(fā)掘利用金屬和塑料的優(yōu)秀特性，金屬和塑料的連接變得越來越重要。人們通常使用粘結(jié)劑、膠水、螺栓、螺絲以及鉚釘來進行連接。但是，膠水粘合劑會帶來一些問題，比如揮發(fā)性有機化合物（VOC）會造成有害影響、生產(chǎn)周期拖長、接合點強度值較散亂、剝離強度較差、膠水存管要求高等。機械粘接法還有其他的問題：在制造平面產(chǎn)品時降低了設(shè)計的靈活性，造成對額外工藝的需求，增加了產(chǎn)品的重量，因而減少了大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)量。
LAMP連接流程
圖1、LAMP連接是通過熔化接合點界面附近的塑料來實現(xiàn)的，隨后利用一個簡單的搭接接頭在熔化的塑料上產(chǎn)生小氣泡。
為了克服上述缺點，技術(shù)人員開發(fā)了一項直接粘接金屬和塑料的激光連接技術(shù)，稱為激光輔助金屬和塑料連接（Laser-assisted metal and Plastic, LAMP）。LAMP連接是通過熔化接合點分界面附近的塑料來實現(xiàn)的，隨后利用一個簡單的搭接接頭在熔化的塑料上產(chǎn)生小氣泡，如圖1所示。塑料薄片和金屬平板的表面需要用酒精來清洗，而不需要其他任何表面處理。如果塑料薄片的透明度超過60%，就可以放在上面，如圖1a所示。透射的激光束被金屬表面吸收，轉(zhuǎn)化為熱量，從金屬傳導(dǎo)來的熱量將接合點附近的塑料熔化并產(chǎn)生氣泡。要想讓最上層塑料薄片表面保持清潔和冷卻，需要使用保護氣體。圖1b中描述的流程適用于任何塑料，如玻璃纖維增強塑料（GFRP）、高激光吸收率的碳纖維增強塑料（CFRP）。如果金屬平板較厚，需要制作一條部分熔透的焊縫，用來加熱接合點界面附近的塑料。搭接接頭附近的金屬分界面沒有被熔化，但是金屬平板上面的塑料被熔化，以產(chǎn)生小氣泡。
接合點特性
圖2、LAMP連接機制的原理
LAMP連接可以將熱塑料特別是工程塑料粘接到任何金屬上。在圖1的兩個流程中，LAMP連接的強度特性可以通過接合點附近塑料產(chǎn)生的小氣泡來表示，接合點必須加熱到塑料的分解溫度以上才可以。試舉例說明激光束如何將聚對苯二甲酸乙二酯（PET）塑料粘接到美國AISI 304型不銹鋼。激光輻照的區(qū)域產(chǎn)生了小氣泡。在拉力剪切試驗中，高強度的接合點顯示了基礎(chǔ)PET塑料薄片的拉伸或者基礎(chǔ)塑料薄片的斷裂。示例中的PET薄片（30毫米寬，2毫米厚）粘接到304型平板（30毫米寬，3毫米厚）的拉力剪切負(fù)荷（強度）能維持在3000N，此時基礎(chǔ)PET被拉伸。LAMP連接技術(shù)可以應(yīng)用到許多金屬和塑料的組合上，金屬包括各種鋼、鈦和鋁合金等，塑料包括PET、聚酰胺（尼龍/PA）和聚碳酸酯（PC）等。重要的是，激光造成溫度快速升高而產(chǎn)生的小氣泡，其大小最好為0.5毫米或更小，因為如果氣泡較小，那么LAMP接合點的強度就會較低，而如果氣泡較大，那么LAMP接合點的強度也會較高。
圖3、PET塑料薄片和304型鋼平板接合點附近的掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）照片。
圖3顯示的是PET塑料薄片和304型鋼平板接合點附近的掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）照片。接合點附近的塑料熔化后用來粘接熱的鋼表面。通過金屬表面覆蓋的氧化物保護膜，就能將塑料粘接到金屬上。
圖2顯示了LAMP連接機制的原理。激光束可以從搭接接頭的塑料面或金屬面對金屬進行加熱，從而能熔化塑料。此外，關(guān)鍵之處在于產(chǎn)生小氣泡，才能給熔化的塑料帶來高壓，迫使熔化的塑料因為快速熱循環(huán)而粘接到金屬表面上。熔化的塑料接近金屬表面，進入凹面，從而產(chǎn)生稱為錨固效應(yīng)的機械力。物理上的范德瓦耳斯相互作用力以及通過氧化物保護膜而形成的化學(xué)鍵結(jié)能夠產(chǎn)生強固的接合點。
LAMP連接有許多優(yōu)點：
● 連接時間短；
● 容易自動控制；
● 接合點能保持長時間穩(wěn)固，因為直接利用了基礎(chǔ)塑料；
● 對金屬表面的影響很??；
● 在適當(dāng)條件下產(chǎn)生的接合點，其機械特性在取值上浮動范圍很?。?/div>
● 成本和大小都沒有限制，因為沒有使用任何膠水、螺栓或鉚釘；
● 無須看管和存放膠水及機械零件。
汽車、交通運輸、電氣以及電子等行業(yè)都對LAMP連接技術(shù)都非常關(guān)注。為了評估接合點的特性，已經(jīng)開展了許多力學(xué)性能試驗，LAMP連接還被證實可用于將不同的金屬用塑料過渡層薄片連接起來。人們已經(jīng)對各種各樣的塑料和金屬組合展開研究，其中一些組合離實際應(yīng)用越來越近。用于金屬和塑料組合的LAMP連接是一項嶄新的技術(shù)，還面臨一些技術(shù)難題。需要知道的是，接合點特性主要取決于塑料的類型和激光輻照的條件。
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