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NMT纳米注塑成型究竟好在哪里及其工艺流程

光电与显示  · 公众号  · 硬件  · 2017-08-11 11:04

正文

1、什么是纳米注塑成型(NMT)

金属与塑料以纳米技术结合的工艺称为纳米注塑成型技术(NMT)。先对金属表面进行纳米化处理,再将塑料注射在在金属表面,可将镁、不锈钢、钛等金属与硬质树脂结合,实现一体化成型。


(左:树脂与铝合金结合断面图 右:PBT渗入金属表面)


2、纳米注塑的可靠性

铝材和铝材的结合:



(切断强度700kgf)

铝材和树脂的结合:


(结合样件形式)


(经力学性能测试后形貌)


(PPS和金属一体化成品的拉力强度实验数据)

3、纳米注塑工艺流程

日本大成塑料(Taiseiplas)株式会社于2002年发明了纳米成型技术(NMT)。大成第一个字母为T,所以命名T处理。我国研究人员改变了纳米孔形成方式,衍生了不同的处理方法,其中,在通电的情况下进行的处理方法被称为E处理,字母E是电的缩写。现将两种工艺流程介绍如下:

T处理


(全过程示意图)

1.碱洗金属基材,除去表面油脂后水洗。
2.酸洗金属基材,刻蚀出尺寸较大的纳米孔后水洗。
3.T处理:使用弱酸性的T液处理基材, 刻蚀出尺寸较小的蜂窝状纳米孔,最终基材表面形成纳米级别的珊瑚礁结构。
4.水洗基材后烘干。
(其中,T处理步骤需多次重复,具体重复次数依所选材料而定)


(T处理的两个关键的酸处理程序示意图)

E处理

E处理结合了电化学原理与化学腐蚀原理——铝合金阳极氧化+化学扩孔技术。
原理为,先使用弱碱性溶液中和纳米孔中的酸性溶液,再浸泡在耦合剂中,使耦合剂充满纳米孔(耦合剂需能与PPS/PBT反应)。

工艺流程:

上挂→除油→水洗→碱蚀→水洗→氧化→水洗→E处理→水洗→烘烤

E处理前需预氧,四道药水共处理3min左右,每道药水处理40s左右。E处理后基材表面形成φ10-50nm的蜂窝状的不规则孔洞,纳米孔洞经烘干后直接注塑成型。


(T处理与E处理技术对比)


4、纳米成型工艺的优点

1.有效减少工序工时与成本
2.减轻产品自重同时兼顾外观质感
3.粘结力超强
4.安全和可回收,对环境影响很小

5、部分适用材料

金属基材:

1.铝及其合金:1000-7000系列(5052、6061、6063、7072、7075)
2.铜及其合金:CAC16、C110、C5191、C1020、KFC5、KLF194
3.镁及其合金:AZ-31B、AZ-91D
4.钛及其合金:KSTI、KS40
5.不锈钢:SUS-304、SUS-316、316L及其他铁系列合金(MIM304L)

塑料基材:

1.PPS:宝理PPS5120(白)/PPS 1135(黑)/ PPS F458A(黑)
东漕BGX120(黑)/BGX140(黑)/BGX545(黑)
2.PBT
3.PA(Nylon尼龙):黑色(包括PA6、PA66)
4.PPA:多种颜色

6、纳米成型技术的应用

以手机为代表的移动通讯器材的框体是一个有高度薄壁化要求的应用领域;采用NMT技术,可实现不在金属壳体上打孔,只是通过金属嵌件成型就能在金属壳体上形成复杂的树脂凸台,提高薄壁框体的设计自由度。此外,它还可以帮助减少金属框体的机械加工工序,起到降低成本的作用。


(HTC电池盖)


(NMT技术应用:铝架构造案例)


(车载电脑控制盒NMT成型过程)

与原压铸件相比:重量降低了1/3,成本降低了50%,薄金属散热性极佳,具有高气密性。


(笔记本电脑(左)电子书(右))

采用冲压、压铸方式成型时,厚度无法做到很薄,不易实现轻量化;使用NMT工艺后,部分结构以塑胶成型boss形状,可充分达到轻量化效果。


(MP3播放器)


(摄像机)


NMT(Nano Molding Technology)纳米注塑是金属与塑胶以纳米技术结合的工法,先将金属表面经过纳米化处理后,塑胶直接射出成型在金属表面,让金属与塑胶可以一体成形,不但能够兼顾金属外观质感,也可以简化产品机构件设计,让产品更轻、薄、短、小,且较CNC工法更具成本效益。



NMT纳米注塑技术可以把薄金属表面的锈、油脂去除后,透过特殊溶液进行表面处理,金属材料因此会有小孔,再将金属材料放入模具内进行射出成形,使树脂进入小孔中固化,达到强固接合的目的,螺丝与外壳可一体成形。铝与塑料接合的NMT技术已扩大到应用於铜、镁合金等,就接合强度而言,铜已经达到与铝材料相同的强度,而镁合金也有其70%。


(纳米处理后的金属板)


(冶具过程,机械手将金属板装夹到注塑模具中)


(冶具过程,机械手将金属板装夹到注塑模具中)


(纳米注塑后,去除凝料的过程)


(最后的制品,通过简单的测试,我们可以发现塑胶和金属已经牢牢地粘接在一起)


目前很多手机的工艺都在采用这个工艺,如HTC、华为、OPPO、VIVO、魅族、LENOVO、一加、小米、三星、联想,当然还有仿真的iphone。

(未精加工的纳米注塑手机外壳)


小贴士:
1.不锈钢加工难度高,cnc比铝贵。但强度好,表面处理常用pvd,一般银色或黑色。
2.铝合金从HTC one开始流行,国内出现很多类似的结构设计。一般就做为6063,6061挤型铝,可用于cnc加工胚体挤型,最重要的,塑胶与铝合金的结合纳米注塑工艺只有6系的可以做。