Міцно та нержавіюче з’єднуйте пластик та метал
Безпечний, стійкий до середовища та стійкий до корозії зв’язок між металом та пластмасою набуває дедалі більшого значення, особливо в легкій конструкції. (Джерело зображення: Akro-Plastic)
Гібридні компоненти особливо поширені в автомобільній промисловості, оскільки вони ідеально поєднують позитивні властивості використовуваних матеріалів, а також відкривають можливості для зниження ваги. На додаток до чистих пластикових розчинів, виготовлених із комбінації термопластичних та органічних листових або UD-стрічок (односпрямованих стрічок), зокрема, гібридних компонентів, в яких металеві деталі залиті пластмасою, сьогодні мають міцне місце в багатьох сферах застосування.
Ці компоненти дуже часто піддаються згинальним навантаженням. Зовнішні шари повинні сприймати найбільші навантаження, тоді як нейтральне волокно залишається ненавантаженим. Тому робляться спроби сконструювати компонент максимально жорстким у крайових шарах. Що стосується компонентів, повністю виготовлених із пластику, конструкція може бути досягнута лише за допомогою потовщення або ребристості крайових шарів і, таким чином, займає більший монтажний простір.
З’єднайте пластик і метал
Більш економічним методом є конструкція гібридного компонента з металу та пластику. Метал забезпечує високу жорсткість в крайньому шарі, а пластик своєю низькою щільністю сприяє значному зменшенню ваги і завдяки своїй в'язкості передає зсув, що вводиться в компонент, за умови оптимального з'єднання поєднання матеріалів.
Хоча весь процес добре освоєний з точки зору технології виробництва, слабким місцем залишається зв’язок між пластиком та металом. Якби в довгостроковій перспективі було досягнуто більшої міцності пластик-металевого композиту, не тільки можна було б відкрити додаткові сфери застосування, але також можна було б використовувати переваги для існуючих компонентів.
Плазмове нанопокриття забезпечує кращу адгезію
Основна ідея створення адгезії між пластиком та металом не нова. Існує дві встановлені процедури:
У традиційному процесі промотор адгезії застосовують у процесі порошкового нанесення покриття, щоб попередньо оброблений метал міг створити адгезію до різних пластмас. Міцність до 12 МПа досягається при кімнатній температурі.
Плазмова насадка застосовує попередник. (Джерело зображення: Akro-Plastic)
У другому процесі, Nano Molding Technology (NMT), поверхню металу травиться відповідною кислотою, так що створюються невеликі "кратери". Потім вони заповнюються легкопливними термопластичними сполуками, які механічно скріплюють пластик і метал. Це дозволяє досягти значень міцності до 30 МПа, але вибір матеріалів дуже обмежений.
Більше 20 років тому компанія Plasmatreat із Штайнгагена, штат Вестфалія, створила попередню обробку поверхні плазмою атмосферного тиску в промисловому виробництві завдяки розробці плазмових форсунок та винаходу плазмової технології Openair. Приблизно через 10 років, з розвитком технології Plasmaplus, компанія також досягла успіху у першій у світі серії функціональних плазмових нанопокриттів під нормальним тиском. Цільовий подальший розвиток цієї технології призвів до нових застосувань, таких як процес плазмозапечатування (PST). Це забезпечує зв’язок між пластиком та металом із значно вищою міцністю та витоками порівняно із звичайними процесами.
Плазмова полімеризація попередника
На першому етапі поверхня металу тонко очищається плазмою Openair, а потім - другою плазмовою форсункою - в процесі PST шляхом плазмової полімеризації спеціально підібраного попередника забезпечується шаром, що сприяє адгезії та захистом від корозії (див. Рисунок 1).
Випробувальний центр у компетентному центрі з переробки пластмас у Нідерзіссені (джерело: Akro-Plastic)
Залежно від використовуваного попередника, шар може мати різну хімічну структуру і, отже, може бути адаптований до специфічних вимог застосування. Оскільки для цього потрібні ноу-хау як з плазмового процесу, так і з технології пластмас, компанія вступила у співпрацю з Akro-Plastic, співробітником технічної пластмаси з Нідерзіссена, Рейнланд-Пфальц. Метою цієї співпраці є можливість точно вивчити вплив попередників та пластичних сполук на довговічність з'єднання пластик-метал. З цією метою комп’ютер встановив повну виробничу камеру для гібридних компонентів, що складається з машини для лиття під тиском від Sumitomo SHI Demag, системи PST під ключ від Plasmatreat та двох роботів Kuka. Система була інтегрована до існуючого центру компетенції з переробки пластмас на майданчику Нідерзіссен (див. Малюнок 2).