利用稻殼燃燒灰質強化鋁合金與ABS塑膠板件超音波接合界面品質之共振破壞特性研究

近代機械設計朝向高度自動化、智慧化、複雜化的趨勢發展，尤其輕量化與高品質的需求更是與日俱增，在同時必須確保運轉安全可靠的前提下，鋁合金與塑膠材料的接合應用更顯其重要性。另一方面，由於稻榖採收輾製後，產出大量的稻殼，造成環境與處理上的沈重負擔。這些廢棄稻殼若經過適度燃燒，可轉化為稻殼灰質，內含有高純度的二氧化矽，與塑膠粉末混合後，可做為前述接合的重要介質，除有效減少農業廢棄物的環境負荷之外，更能為工業發展的材料取得新方向，相當符合環境永續的概念，極具研究發展潛能。為達成鋁合金與塑膠接合之目的，本研究採用CNC加工微鑽孔陣列的形式製作5052鋁合金粗化表面，在接合界面加入ABS塑膠與稻殼燃燒灰質的混合粉末，再利用超音波銲接將鋁合金與ABS塑膠板料進行接合，最後透過拉伸試驗來分析接合效果。另一方面，為了探討實際應用時面臨的振動問題，本研究首先採用懸臂式振動系統，以有限元素軟體分析ABS與鋁合金接合件在承受振動時的自然頻率與模態，透過模擬分析了解試片在不同自然頻率下的振動模態，預測試片可能發生的斷裂行為。接著以雷射都卜勒振動量測儀觀察異質接合試片的振動模態，再利用電磁控制的振動台將試片的振動控制在共振狀態下，透過固定振動機台的出力值和振動次數，獲得加速度-振動次數之曲線，探討不同混合比例之ABS塑膠粉末與稻殼燃燒灰質粉末對接合件振動破壞特性的影響。透過振動實驗結果顯示，在相同孔洞深度1.5 mm且熔接時間2.5秒條件下，異質接合試片在界面添加含5 wt%稻殼灰質的混合粉末後，比添加純ABS粉末之試片提升26 %的振動壽命；拉剪強度則由2.71 kN提升至3.59 kN，增加32 %的接合強度。透過本研究可以強化鋁合金與塑膠的接合技術與品質，進一步提升實際應用時之耐振度與運轉效能。