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金属与热塑性塑料在常规成型工艺下难以实现强界面粘结。研究人员开展了电场作用下制备硅烷改性高含量铝填充 PA66 复合材料的研究。结果显示复合材料拉伸强度显著提升，还获得高强度异质接头。该研究为金属 - 聚合物界面粘结提供新方向。
在材料科学的领域中，热塑性材料，像聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）和聚醚醚酮（PEEK）等，凭借自身重量轻、刚度高和抗疲劳等优势，成为众多工程领域的 “潜力股”。要是能在金属与这些热塑性材料的连接过程中实现化学粘结，那制造出既轻便又经济的连接件可就不再是梦，它们在工程领域的 “舞台” 也将更加广阔。
可现实却给这个美好的愿景泼了冷水。用传统的焊接或连接技术，想要让金属合金和热塑性材料牢牢地 “粘” 在一起，简直比登天还难。金属和聚合物就像是两个 “合不来” 的伙伴，界面之间的粘附力差得很。而且在焊接时，这两种材料膨胀和收缩特性不匹配，就像两个步伐不一致的人，走着走着就产生了应力集中，甚至出现裂缝。再加上焊接温度一高，聚合物还会 “闹脾气” 发生热解，产生气泡，这一下，接头的强度就大打折扣。
为了解决这些棘手的问题，研究人员们也是绞尽脑汁。有人尝试激光束焊接（LBW）和摩擦搅拌焊接（FSW），还结合化学处理、激光烧蚀等表面改性方法，希望能创造出异质界面微机械联锁和官能团结合。但过程中问题不断，工艺参数和表面预处理稍有变化，接头强度就跟着变，焊接废品率也居高不下。就拿 LBW 来说，就算调整激光离焦量、功率和焊接速度这些参数，界面处的亚微米间隙和挤压变形还是很难消除，聚合物热解产生的气泡更是让焊接雪上加霜。FSW 虽说能稳定地输入热量，可只调整转速和下压压力，想实现机械联锁依旧困难重重，接头的剪切强度也只能达到 3MPa 左右。激光处理工件表面能增加接触面积，可蚀刻孔大小不一，热解气泡没法顺利排出，全都堆积在界面，大大降低了表面预处理的效果。用改性剂和粘合剂处理表面，能提升界面相容性，可这种粘结的长期稳定性又成了问题，环境条件一变，或者受力方向有变化，它就 “扛不住” 了。
在这样的困境下，一项新研究应运而生。国内的研究人员为了解决金属 - 聚合物界面粘结难题，开展了电场作用下制备硅烷改性高含量铝填充 PA66 复合材料的研究。他们的研究成果意义非凡，相关论文发表在《Applied Surface Science》上。这一研究不仅为金属 - 聚合物异质界面的粘结提供了全新的思路，还给出了理论指导，就像在黑暗中为材料连接领域点亮了一盏明灯。
研究人员在研究过程中用到了几个关键技术方法。首先是对铝粉进行表面改性处理，通过调整去离子水的 pH 值，加入硅烷偶联剂 KH560 进行搅拌水解，让铝粉表面形成特定的化学键。接着采用场活化烧结技术制备复合材料，在一定压力和时间下进行烧结。最后利用摩擦搅拌焊接（FSW）技术，将复合材料与铝合金进行焊接，测试接头强度。
下面我们来详细看看研究结果。
- 机械性能：拉伸测试发现，在 8MPa 压力下，将烧结时间从 10 分钟延长到 20 分钟，不同铝含量的复合材料（50Al/10KH、100Al/10KH 和 200Al/10KH）整体极限强度都有显著提升。这说明场活化烧结时间的改变，对复合材料的极限强度有着重要影响。
- 复合 / 6061 的粘结界面：研究人员用复合材料和铝合金进行 FSW 实验。从金相图像和断裂示意图能看出，异质接头断裂发生在复合材料一侧，这表明接头强度不低于复合材料的结构强度，成功实现了高强度异质接头。
综合来看，研究人员通过研究发现，外部电场能促进 Al - PA66 界面的化学键合，进而提升材料的拉伸强度，而且这种效果比相同工艺和填料比下的辐射加热样品还要好。在 FSW 实验中，获得的接头在拉伸强度测试时在复合材料一侧断裂，展现出优异的性能。这项研究突破了金属 - 聚合物界面粘结的难题，为材料科学领域金属与聚合物的连接开辟了新道路，让金属 - 聚合物复合材料在更多工程领域的应用成为可能，有望推动相关行业的技术革新，具有极高的科学价值和应用潜力。
