一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法技术

本发明专利技术提供一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法，该方法，包括以下步骤：用小分子有机溶液润湿金属基板的待拼装面，然后，以设定正应力保持聚合物基板与金属基板的待拼装面结合，并在设定环境条件和设定正应力下保持设定时间。本发明专利技术可达到聚合物与金属材料之间无缝拼装，且使拼装界面具有一定的结合强度，在不引入过厚胶层的情况下增加物件之间接触面间连续性，同时，本发明专利技术拼装溶液流动性佳，可充分润湿拼装面的表面轮廓，其拼装结束后界面不会留下胶层固体，另外，本发明专利技术拼装的物件，拆卸方便，拆卸过程中物件表面受到的损伤相对轻微，便于拼装件再利用，其相较于市面上的粘胶以及其他拼装方法，本发明专利技术拼装溶液生产成本更低，用量更少。

A seamless assembling method of polymer and metal substrate

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法
本专利技术涉及材料拼装
，特别涉及一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法。
技术介绍
随着复合材料技术的发展、体系的完善，复合材料中其异相界面就被视为降低材料界面处介质连续性的重要因素。对于聚合物与金属物件的拼装，常用的拼装方式为使用粘接剂，但胶粘剂在使用过程中流动性不佳或固化太快；干燥后粘胶层过厚、厚度不均、产生孔隙。且部分拼装件是为了实现特殊的功能而制备出的具有介微观级别特征结构的物件，生产成本较高，拆分后再组装利用会产生更多价值，而粘接剂使得拼装后界面结合强度过大，甚至大于聚合物拼装件自身的强度，不利于拼装件的再利用。若直接依靠设计物件表面的轮廓，使得物件以形状互补的方式虚接触，虽然可以免去上述粘胶层带来的问题，也方便与物件的拆分再利用，但接触界面在绝大多数情况下没有任何结合强度，且界面并非绝对平整，产生接触孔隙，使得界面的固体介质不连续。通过聚合物热注塑方式可以使得温度达到聚合物软化点以上，使聚合物软化，并在此基础上进一步减小聚合物黏度，从而充分润湿金属物件表面凹坑，达到聚合物与金属的拼装。但此方法最大问题在于，聚合物的成型过程没有精确约束，对于聚合物预制件不适用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法，以解决现有聚合物与金属物件通过粘接剂拼装时，胶粘剂流动性不佳或固化太快，干燥后粘胶层过厚、厚度不均、产生孔隙、不利于拼装件的再利用的问题；直接通过轮廓咬合机械拼装时，界面虚接触的问题；通过热注塑方式拼接时，聚合物拼装件成型过程没有约束，使其适用范围窄的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法，包括以下步骤：用小分子有机溶液润湿金属基板的待拼装面，然后，以设定正应力保持聚合物基板与所述金属基板的待拼装面结合，并在设定环境条件和所述设定正应力下保持设定时间。可选地，所述小分子有机溶液的黏度范围为0.419～11.830mPa·s。可选地，所述小分子有机溶液为乙酸和乙醇混合溶液、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。可选地，所述乙酸和乙醇混合溶液中乙酸的体积分数50％～80％。可选地，所述金属基板或所述聚合物基板自重造成的正应力≤所述设定正应力≤5KPa。可选地，所述设定环境条件包括：温度：15～25℃，湿度：32～65％RH。可选地，所述设定时间为12～18h。可选地，所述聚合物基板的孔隙率为0～85％。可选地，所述聚合物基板为聚甲基丙烯酸甲酯，或为以聚甲基丙烯酸甲酯为基体的复合材料。可选地，所述金属基板为铜板，或为铝板。本专利技术的工作原理：小分子的酯具有酯基官能团，而聚甲基丙烯酸甲酯同样具有酯基，因为相似相溶原理使得聚甲基丙烯酸甲酯基体微溶解、软化，与金属基板表面微轮廓结合；聚甲基丙烯酸甲酯基板表面具有一定致密度，小分子酯同时与甲基丙烯酸甲酯单体在分子结构上有所区别，故小分子酯溶液对基板表面的损伤极微小。而对于小分子羧酸，由于也具有羰基，对同样具有羰基的甲基丙烯酸甲酯有相似相溶作用；用于稀释、电离羧酸的乙醇溶液，本身是多种有机物的良好溶剂，同样也能微溶聚甲基丙烯酸甲酯。在拼装之前用拼装溶液充分润湿金属表面微轮廓，并且在拼装过程中，对拼装面施加的应力较小，可以在定型拼装件的同时，不会使得填充接触间隙的拼装溶液溢出而挥发；以上的过程使得聚合物表面充分与溶液作用，经过一定时间，聚合物表面发生轻微软化，贴合金属基板表面的细微轮廓，且拼装溶液不会固化，多余的溶液最终会因轮廓贴合后排出并挥发，不留下孔隙或胶层。相对于现有技术，本专利技术所述的聚合物与金属基板的无缝拼装方法具有以下优势：本专利技术通过拼装溶液在接触界面使聚合物表面轻微软化，充分贴合另一物件的表面，保证了拼装界面结合力以及固体介质在界面上的连续性，大幅降低拼装界面厚度与孔隙率，且本专利技术在拼装过程中施加外力较小，对聚合物件内部结构损伤小。另外，本专利技术拼装环境容易实现，工艺简捷，拼装溶液成本低，配制过程简捷，易于推广和应用。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板正交于接触面的断面SEM图；图2为本专利技术实施例2拼装的铜板与40wt％Cu/聚甲基丙烯酸甲酯板的断面SEM图；图3为本专利技术实施例3拼装的铝板与聚甲基丙烯酸甲酯板正交于接触面的断面SEM图；图4为本专利技术垂直于粘接面拉应力拉伸测试装置结构示意图；图5为图4中A的局部放大图。附图标记：1-聚合物基板，2-金属基板，3-小分子有机溶液，4-瞬干胶，5-粘接棒，6-夹具，7-固定底座。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图和实施例来详细说明本专利技术。实施例1本实施例以孔隙率为39％的泡沫聚甲基丙烯酸甲酯为聚合物基板，铜板为金属基板，其中，泡沫聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为1.97mm，铜板的厚度为2mm，泡沫聚甲基丙烯酸甲酯和铜板的直径皆为8mm，采用体积比为1∶1的乙酸和乙醇混合溶液为小分子有机溶液对上述聚合物基板和金属基板进行无缝拼装，其具体拼装方法，具体包括以下步骤：用黏度为4.397mPa·s的乙酸和乙醇混合溶液充分润湿铜板的待拼装面，其中，铜板保持被足量的乙酸和乙醇混合溶液持续润湿的润湿时间为45s，然后，对接触面施加3.3KPa的正应力，以保持泡沫聚甲基丙烯酸甲酯与铜板的待拼装面结合，可以泡沫聚甲基丙烯酸甲酯作为承力面(接触面)承受3.3KPa正应力，也可以铜板作为承力面(接触面)承受3.3KPa正应力，随后，在22℃、40％RH的环境条件下，将结合的泡沫聚甲基丙烯酸甲酯与铜板在3.3KPa正应力下保持12h。对本专利技术实施例1拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板正交于接触面的断面进行SEM测试，测试结果如图1所示，其中，图1的中间位置竖直界面为接触界面。由图1可知，本专利技术实施例1拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板中泡沫聚甲基丙烯酸甲酯与铜板的接触界面固体介质连续，无孔隙，说明采用本专利技术实施例1的方法拼装泡沫聚甲基丙烯酸甲酯与铜板可实现两者的无缝接触。使用如图4和5所示的垂直于粘接面拉应力拉伸测试方法对本专利技术实施例1拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板进行结合强度测试。由测试可知，本专利技术实施例1拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板的结合强度为0.25Mpa，说明采用本专利技术实施例1的方法拼装的铜板与泡沫聚甲基丙烯酸甲酯板的接触面兼具一定的结合强度同时又易于拆分。实施例2本实施例以孔隙率为0，含40wt％(质量分数)铜粉的聚甲基丙烯酸甲酯密实材料(40wt％Cu/聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法，其特征在于，包括以下步骤：/n用小分子有机溶液润湿金属基板的待拼装面，然后，以设定正应力保持聚合物基板与所述金属基板的待拼装面结合，并在设定环境条件和所述设定正应力下保持设定时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚合物与金属基板的无缝拼装方法，其特征在于，包括以下步骤：
用小分子有机溶液润湿金属基板的待拼装面，然后，以设定正应力保持聚合物基板与所述金属基板的待拼装面结合，并在设定环境条件和所述设定正应力下保持设定时间。


2.根据权利要求1所述的聚合物与金属基板的无缝拼装方法，其特征在于，所述小分子有机溶液的黏度范围为0.419～11.830mPa·s。


3.根据权利要求1所述的聚合物与金属基板的无缝拼装方法，其特征在于，所述小分子有机溶液为乙酸和乙醇混合溶液、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯中的一种。


4.根据权利要求3所述的聚合物与金属基板的无缝拼装方法，其特征在于，所述乙酸和乙醇混合溶液中乙酸的体积分数50％～80％。


5.根据权利要求1所述的聚合物与金属基板的无缝拼装方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国强，李家劲，何佳骏，郭成成，沈强，张联盟，张建，孙一，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42