金屬具有堅(jiān)硬和易延展的特性，而塑料質(zhì)量輕且易變形。近來(lái)，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(lái)越重要。人們通常使用粘結(jié)劑、膠水、螺栓、螺絲以及鉚釘來(lái)進(jìn)行連接。但是，膠水粘合劑會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，比如揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）會(huì)造成有害影響、生產(chǎn)周期拖長(zhǎng)、接合點(diǎn)強(qiáng)度值較散亂、剝離強(qiáng)度較差、膠水存管要求高等。機(jī)械粘接法還有其他的問(wèn)題：在制造平面產(chǎn)品時(shí)降低了設(shè)計(jì)的靈活性，造成對(duì)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(guò)熔化接合點(diǎn)界面附近的塑料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨后利用一個(gè)簡(jiǎn)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(diǎn)，技術(shù)人員開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)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(guò)熔化接合點(diǎn)分界面附近的塑料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨后利用一個(gè)簡(jiǎn)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(lái)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(guò)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(lái)的熱量將接合點(diǎn)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(hù)氣體。圖1b中描述的流程適用于任何塑料，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）、高激光吸收率的碳纖維增強(qiáng)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(lái)加熱接合點(diǎn)界面附近的塑料。搭接接頭附近的金屬分界面沒(méi)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(diǎn)特性
圖2、LAMP連接機(jī)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(gè)流程中，LAMP連接的強(qiáng)度特性可以通過(guò)接合點(diǎn)附近塑料產(chǎn)生的小氣泡來(lái)表示，接合點(diǎn)必須加熱到塑料的分解溫度以上才可以。試舉例說(shuō)明激光束如何將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）塑料粘接到美國(guó)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(yàn)中，高強(qiáng)度的接合點(diǎn)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(qiáng)度）能維持在3000N，此時(shí)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?yàn)槿绻麣馀葺^小，那么LAMP接合點(diǎn)的強(qiáng)度就會(huì)較低，而如果氣泡較大，那么LAMP接合點(diǎn)的強(qiáng)度也會(huì)較高。
圖3、PET塑料薄片和304型鋼平板接合點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)附近的塑料熔化后用來(lái)粘接熱的鋼表面。通過(guò)金屬表面覆蓋的氧化物保護(hù)膜，就能將塑料粘接到金屬上。
圖2顯示了LAMP連接機(jī)制的原理。激光束可以從搭接接頭的塑料面或金屬面對(duì)金屬進(jìn)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(lái)高壓，迫使熔化的塑料因?yàn)榭焖贌嵫h(huán)而粘接到金屬表面上。熔化的塑料接近金屬表面，進(jìn)入凹面，從而產(chǎn)生稱為錨固效應(yīng)的機(jī)械力。物理上的范德瓦耳斯相互作用力以及通過(guò)氧化物保護(hù)膜而形成的化學(xué)鍵結(jié)能夠產(chǎn)生強(qiáng)固的接合點(diǎn)。
LAMP連接有許多優(yōu)點(diǎn)：
● 連接時(shí)間短；
● 容易自動(dòng)控制；
● 接合點(diǎn)能保持長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)固，因?yàn)橹苯永昧嘶A(chǔ)塑料；
● 對(duì)金屬表面的影響很小；
● 在適當(dāng)條件下產(chǎn)生的接合點(diǎn)，其機(jī)械特性在取值上浮動(dòng)范圍很?。?/div>
● 成本和大小都沒(méi)有限制，因?yàn)闆](méi)有使用任何膠水、螺栓或鉚釘；
● 無(wú)須看管和存放膠水及機(jī)械零件。
汽車、交通運(yùn)輸、電氣以及電子等行業(yè)都對(duì)LAMP連接技術(shù)都非常關(guān)注。為了評(píng)估接合點(diǎn)的特性，已經(jīng)開(kāi)展了許多力學(xué)性能試驗(yàn)，LAMP連接還被證實(shí)可用于將不同的金屬用塑料過(guò)渡層薄片連接起來(lái)。人們已經(jīng)對(duì)各種各樣的塑料和金屬組合展開(kāi)研究，其中一些組合離實(shí)際應(yīng)用越來(lái)越近。用于金屬和塑料組合的LAMP連接是一項(xiàng)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(diǎn)特性主要取決于塑料的類型和激光輻照的條件。
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