工程塑料在汽车零件、电气电子产品，以及其他众多工业产品中替代金属材料有助于减轻重量。发展到今天已不是单纯地将金属材料替换为工程塑料，而是大量生产出部分留有金属材料，其余替换为工程塑料的金属树脂复合部件。金属树脂复合部件拥有能够同时发挥金属材料所具性能 ( 例如高刚性、导电性等 ) 和工程塑料所具性能 ( 例如低比重、绝缘性等 ) 的优势。但另一方面，由于在两种材料之间存在接合表面，因此在要求具有接合力和气密性的情况下技术难度会变高。
　作为制造金属树脂复合部件的方法，以往有基于单纯的嵌入成型、铆接、螺丝固定等的物理嵌合，以及粘合剂粘接与灌注胶密封等方法。但是，由于单纯的嵌入成型、铆接、螺丝固定难于获得气密性，因此大都性能不佳，而在粘合剂粘接、灌注胶密封的方法中，部件个数及工艺增多又不可避免地提高生产成本。
　为了解决这些问题，2000 年以后，出现了通过在金属表面上预先增加物理凹凸或化学亲和性后进行嵌入成型，仅仅以注塑成型赋予金属与树脂的表面接合力及气密性的技术。但是，由于在该方法中有许多因素 ( 金属部件、树脂材料、模具结构、注塑成型条件等 ) 的影响，较难获得稳定的接合性，目前应用于量产的案例尚不多。本文将介绍关于仅仅通过注塑成型获得金属与树脂接合性的注意事项

■通过金属树脂接合技术获得的益处

	模式①	模式②	模式③
传统技术	嵌件注塑成型粘接、螺丝固定	粘接、放热片	O形环
金属密合的优点	改善外观 （提高强度、设计性）	性能提升 （提高放热性）	赋予新功能 （增加防水性）
应用例	金属与树脂凸台的接合	对发热体散热片的放热性	移动设备接口的防水性

１. 金属粘接成功的要点

图 1-1示出了基于金属嵌入成型的金属与树脂直接接合工艺。
　金属与树脂的直接接合，是指在预先进行了适宜的表面处理的金属部件上，通过注塑成型灌注熔融的树脂，在熔融的树脂冷却并固化后获得金属部件与树脂牢固接合的部件的工艺。由于在这种工艺中存在许多影响因素，为了获得稳定的接合，需要优化图1-1中所示全部因素 ( 金属部件、树脂材料、模具结构、注塑成型条件等 )。下面汇总了关于各个因素应注意的要点。

（1）金属表面处理

　本公司已报告了通过使嵌入金属迅速加热及迅速冷却，即使不在金属侧施以特殊表面处理，仅仅凭借金属嵌入成型即可实现金属与树脂直接接合的 Quick-10^®　技术 1），而本次将从迄今为止所提
议的各种金属表面处理工艺中，介绍不需要迅速加热和迅速冷却系统的金属表面处理技术。
　使用化学药剂进行处理的技术有 NMT2）、TRI、PAL-fit^® 3）等，而作为不用化学药剂，仅用激光照射处理进行表面处理的实用化技术有 Laseridge^® 4）、DLAMP^® 等。各表面处理技术有各种各样的特点，例如，使用化学药剂的表面处理会对整个嵌入金属进行同样的处理，但是，激光照射表面处理具有仅处理嵌入金属部分的特点。各表面处理技术的详情请参阅本公司出版的 pla-topia^® 或者各厂商网站的信息。

（2）树脂材料

　众所周知，一般的金属嵌入成型，是通过做成用树脂覆盖整个金属的形状，或者将树脂物理固定到部分金属上的形状，来确保粘合性，但是在嵌入成型后的各种环境变化（热老化、热循环）中，金属和树脂的线膨胀差等因素会进一步造成接合性的降低。为了获得能承受这种成型后及其后环境变化，获得良好的金属与树脂接合效果，树脂材料需要具备以下的性能 5）。

①作用（亲和性）：注射～保压～冷却～脱膜

　通过分子间力及氢键等的作用提高密合性。。

②良好的表面转录性（流动性）：注射～填充

　无缝渗入金属表面的细微凹凸，提高接合强度和密合性。

③低成型收缩和近似金属的线膨胀系数：保压～冷却～脱膜后

　成型收缩和线膨胀系数近似金属，防止因温度变化产生的界面脱粘。

　图 1-3 示出了基于本公司实验结果的分析结果。
　对横轴的表面转录性 ( 数值越小，表面转录性越好 )、纵轴的收缩率 ( 数值越小，收缩率越小 ) 均以相对值进行无量纲表示。
　亲和性改善剂是改进金属与树脂表面亲和性的添加剂，选用能在树脂中均匀分散，并与金属表面密合性较高的成分。
　图 1-3 的左侧图示出了未添加亲和性改善剂时的粘合性，标准的材料属于此类别。即使是标准的材料，也能够通过优化表面转录性和收缩率提高粘合性，但改变极为有限。图 1-3 的右侧图示出了添加亲和性改善剂材料的粘合性。金属粘合等级属于此类别，是完全满足前述三要件的材料设计。
　表 1-1示出了本公司依据上述树脂材料设计准则推出的金属密合等级。
　作为 PPS、PBT 标准的金属密合等级分别设有 1135MF1 和940MA，作为具备附加功能的金属密合等级分别备有 1150MF1 和930MA。现在正在开发满足新需求且具备更多新功能的金属密合等级。

（3）模具设计

　在前述树脂材料的项目中有所描述，但是为在②从注射到填充的阶段中向金属表面的细微凹凸中无缝渗入，要求树脂材料具有良好的表面转录性 ( 流动性 )。表面转录性是与树脂的流动性密切相关的性能，在树脂和树脂的合流处 ( 熔接处 ) 及流动末端，因成型时产生的气体所引起的流动阻碍会成为问题。当树脂的流动阻碍使接合性产生问题时，有必要考虑适宜的壁厚设定以及排气槽除去气体。

（4）注塑成型

　在基于金属嵌入成型的金属与树脂的直接接合中，接合性受到注塑成型条件，特别是模具温度的影响极大。因此为了获得树脂材料项目中描述的 “良好的表面转录性”，以及 “低成型收缩和接近金属的线膨胀系数”，可从注塑成型条件的方面上下工夫。虽然不能从试验片上的实验结果确认图 1-4 中所示模具温度以外的成型条件对接合性的影响，但是有时在实际产品中为了达成上述两项，对模具温度以外的成型条件也有必要进行优化。

（5）品质管理

　在产品的量产中，不仅要对目前为止描述的各种条件进行优化，同时也要重视对实际上能否获得所需接合性进行检查。有时可间接地通过制造参数 ( 注塑成型条件等）进行管理，而有时需要直接检查产品。为了确切地进行品质管理，直接方法较为适用，但是与间接方法相比成本有所增加。但即使采用直接方法，如能实现在线自动检查，就可降低检查成本，所以期待利用 X 射线 CT 装置以及超声波探伤装置等在线自动检查系统的实际应用。

■图 1-4．注塑成型条件与接合性的关系

　下面介绍本公司金属树脂复合体的接合强度的测试数据。接合强度通过使用图 2-1所示基于 ISO19095 的金属与树脂复合体试验片得到的金属与树脂间剪切破坏强度进行评估。金属使用铝合金A5052，树脂使用 PBT、PPS 的标准等级。结果如图 2-3 所示。金属表面未作适宜处理的情况下，嵌入成型的金属树脂复合体脱模

　下面介绍本公司的金 属树脂 复合体气密性测 试 数据。试验片使用图 3-1 和图 3-2 所示的 2 个类 型，金 属使用铝合金A5052( 有表面处理，无表面处理），树脂使用 PPS 的标准等级与金属密合等级。在气密试验中使用氦气泄漏检测仪，根据泄漏速度 (Pa·m3/s) 评估气密性的优劣。结果如表 3-1所示。PPS标准等级无论是否进行金属表面处理，泄漏速度都大于 5×10-5(Pa·m3/s)，未能获得良好的气密性。而使用 PPS 金属粘合等级，在金属侧未进行适宜表面处理的情况下，也同样未能获得良好的气密性。但在金属侧实施适宜的表面处理并使用金属密合等级的情况下，获得了泄漏速度低于 5×10-7 (Pa·m3/s) 的良好的气密性。
　 进一步地将实施了表面处理的金属与金属密合等级进行组合，除了初期气密性，还确认了耐久处理后的气密性。在任何耐久处理条件 ( 热循环 1000 次循环、或者高温高湿 1000 小时 )下都未检测出泄漏速度的升高。因为泄漏速度会因试验片的形状、试验片的尺寸而变化，所以数值都只是大致范围，但足够表明如果能够将进行了表面处理的金属与金属密合等级进行组合，即可获得实用的气密性。

■表3–1. 气密性评估结果

○：泄漏量低于 5 × 10-7 Pa・m3/s　　×：泄漏量高于 5 × 10-5 Pa・m3/s

　基于嵌入成型技术的金属与树脂的复合部件以前就有很多，仅从外观来看，已经很难判断是单纯的嵌入成型件，还是金属密合成型件。目前已有多种移动产品部件 ( 移动电话、平板、数码相机等 )及部分汽车相关部件应用目前为止报告的金属密合技术的量产案例。为了今后进一步扩大应用案例，需要明确①接合机制及②接合表面的品质管理指标。本公司作为工程塑料的龙头企业仍将继续致力于本课题。