CN101941271A - 金属与塑料的复合体及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属与塑料的复合体及其制作方法。该金属与塑料的复合体包括一金属基体及一注塑结合于金属基体表面的塑件，该金属基体的表面形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-55nm，该塑件的材质为结晶型热塑性塑料。该金属与塑料的复合体的制作方法包括如下步骤：提供一金属基体；对该金属基体进行化学清洗，使该金属基体表面形成具有平均孔径为30-55nm的若干纳米孔；将所述经化学清洗后的金属基体置于一注塑成型模具中，并将该金属基体加热到100-350℃；向所述金属基体的表面注塑熔融的结晶型热塑性塑料，并瞬间冷却，成型塑件，制得所述复合体。

Description

金属与塑料的复合体及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种金属与塑料的复合体及其制作方法，尤其涉及一种结合力较强的金属与塑料的复合体及该复合体的制作方法。
背景技术
金属材料通常用来作为3C产品的外壳或零组件。该金属材料与其它材料连接的方法有焊接、机械连接及粘接。其中焊接是金属最主要的连接方法。但当金属与塑件连接时，就需要用到粘接的方法。所述粘接方法，是指利用胶粘剂作为中间的界面材料，将金属与塑件结合于一体的方法。
所述粘接方法虽然可以实现金属与塑件间的连接，但其存在以下缺点：粘结强度不够高，其结合力一般仅达0.5MPa；难以自动化，受操作者熟练程度影响；工作温度受胶粘剂性能影响，一般只能在-50-100℃的温度范围内正常工作；在环境光、热、湿气等因素下，胶粘剂会产生老化断裂等现象；大部分胶粘剂有毒，操作过程中会散发有刺激性的气体，危害人体健康。
目前，人们也试图通过模内注塑的方法将塑件直接注塑结合于金属的表面，然而该方法亦难以解决金属与塑件的结合力低的问题。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种结合力强的金属与塑料的复合体。
另外，还有必要提供一种上述金属与塑料的复合体的制作方法。
一种金属与塑料的复合体，其包括一金属基体及一注塑结合于金属基体表面的塑件，该金属基体的表面形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-55nm，该塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
一种金属与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供一金属基体；
对该金属基体进行化学清洗，使该金属基体表面形成具有平均孔径为30-55nm的若干纳米孔；
将所述经化学清洗后的金属基体置于一注塑成型模具中，并将该金属基体加热到100-350℃；
向所述金属基体的表面注塑熔融的结晶型热塑性塑料，并瞬间冷却，成型塑件，制得所述复合体。
相较于现有技术，所述的金属与塑料的复合体的制作方法藉由化学清洗处理，使金属基体的表面形成纳米多孔表面，从而以增强塑件与金属基体之间的结合力；更重要的是，在注塑塑件时，通过先将金属基体加热使该金属基体热胀，然后在注塑塑件后瞬间冷却，藉由热胀冷缩原理使得所述的金属与塑料的复合体的结合力被大大提升。
附图说明
图1是本发明一较佳实施方式的金属与塑料的复合体的剖视示意图。
图2是本发明一较佳实施方式的金属基体经化学清洗后的扫描电镜图。
主要元件符号说明
复合体      100
金属基体    11
防氧化膜    12
塑件        13
纳米孔      111
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的金属与塑料的复合体100包括一金属基体11、一形成于金属基体11表面的防氧化膜12、及一形成于金属基体11及防氧化膜12表面的若干塑件13。
金属基体11的材质可为铝合金、镁合金、不锈钢、铜或铜合金。
请参阅图2，所述金属基体11的表面形成有若干纳米孔111，该若干纳米孔111的平均孔径为30-55nm。从图2可以看到，所述若干纳米孔111在金属基体11表面的分布较均匀。该若干纳米孔111的存在可使得注塑所述塑件13的塑料嵌入到该若干纳米孔111中，从而增强了若干塑件13与金属基体11的结合力。所述若干纳米孔111可藉由对所述金属基体11进行化学清洗处理而形成。
防氧化膜12为一有机膜。所述防氧化膜12用以保护所述金属基体11不被氧化，以防止氧化膜的生成而影响金属基体11与塑件13的结合力。
塑件13以模内注塑的方式结合于金属基体11及防氧化膜12的表面。注塑塑件13的塑料可为具有高流动性的结晶型热塑性塑料，如聚苯硫醚(PPS)与玻璃纤维的混合物、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)塑料。其中玻璃纤维在聚苯硫醚与玻璃纤维的混合物中的质量百分含量可为20-50％。
本发明一较佳实施方式的制作上述金属与塑料的复合体的方法包括如下步骤：
提供一金属基体11。该金属基体11的材质可为铝合金、镁合金、不锈钢、铜或铜合金。
对该金属基体11进行化学清洗处理，以使该基体11的表面清洁。该化学清洗处理包括如下步骤：
脱腊处理，即将所述金属基体11浸渍于含除腊水的水溶液中。所述除腊水可为市面上出售的金属常用的除腊水。该除腊水的浓度可为30-80ml/L。浸渍时，保持所述除腊水的水溶液温度在55-65℃之间。该浸渍的时间在5分钟以上。脱腊处理后对所述金属基体11进行水洗。
脱脂处理，即将所述金属基体11浸渍于含脱脂剂的水溶液中。所述脱脂剂可为市面上出售的金属常用的脱脂剂。该脱脂剂的浓度可为90-150g/L。浸渍时，保持所述脱脂剂的水溶液的温度在20-30℃之间。该浸渍的时间为1-6分钟。脱脂处理后对所述金属基体11进行水洗。
除氧化膜，即将所述金属基体11浸渍于含酸性退氧化膜剂的水溶液中去除金属基体11表面的氧化膜。通常来说，金属原材料或经成型加工后的金属基材通常会在其表面形成一氧化物膜，该氧化物膜的存在会改变金属的表面性能，因此需要去除。该除氧化膜处理中所用的酸性退氧化膜剂可为市面上出售的金属常用的酸性退氧化膜剂。该酸性退氧化膜剂的浓度可为30-80ml/L。浸渍时，保持所述酸性退氧化膜剂的水溶液温度在20-30℃之间。该浸渍的时间为1-10分钟。除氧化膜处理后对所述金属基体11进行水洗。
所述金属基体11经上述化学清洗后，在其表面形成了具有平均孔径为30-55nm的若干纳米孔111(参图2)。
对所述经化学清洗后的金属基体11进行防氧化处理。该防氧化处理包括将所述金属基体11浸渍于水溶性的抗氧化剂中的步骤。所述抗氧化剂可为市面上出售的金属常用的有机抗氧化剂。浸渍时，保持所述抗氧化剂的温度在20-30℃之间。该浸渍的时间为1-5分钟。该防氧化处理可于金属基体11的表面形成一有机的防氧化膜12。防氧化处理后对所述金属基体11进行水洗及干燥。
提供一注塑成型模具，并将经干燥的金属基体11置于该模具中，且加热该金属基体11致100-350℃。该加热的方式可为电磁感应加热。
向所述加热后的金属基体11的表面注塑熔融的结晶型热塑性塑料，并瞬间冷却，成型塑件13，制得所述复合体100。
对所述金属与塑料的复合体100进行了抗拉强度及剪切强度测试。测试结果表明，该复合体100的抗拉强度可达10MPa，剪切强度可达25MPa。且对经上述测试后的复合体100在进行冷热冲击试验(48小时，-40-85℃，4小时/cycle，12cycles)后发现，该复合体100的抗拉强度及剪切强度均无明显减小。
相较于现有技术，所述的金属与塑料的复合体100的制作方法藉由化学清洗处理，使金属基体11的表面形成纳米多孔表面，并在化学清洗后对金属基体11进行防氧化处理，使得金属基体11表面无氧化物杂质形成，而增强了塑件13与金属基体11的结合力。更重要的是，在注塑塑件13时，通过先将金属基体11加热使该金属基体11热胀，然后在注塑塑件13后瞬间冷却，藉由热胀冷缩原理使得所述的金属与塑料的复合体100的结合力被大大提升。

Claims (13)

1.一种金属与塑料的复合体，其包括一金属基体及一注塑结合于金属基体表面的塑件，其特征在于：该金属基体的表面形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-55nm，该塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
2.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述若干纳米孔经由对所述金属基体进行化学清洗形成。
3.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述复合体还包括一防氧化膜，该防氧化膜形成于金属基体的表面。
4.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述防氧化膜为一有机膜。
5.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述塑件嵌入于所述金属基体表面的若干纳米孔中。
6.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚与玻璃纤维的混合物、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料。
7.如权利要求1所述的金属与塑料的复合体，其特征在于：所述金属基体的材质为铝合金、镁合金、不锈钢、铜或铜合金。
8.一种金属与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供一金属基体；
对该金属基体进行化学清洗，使该金属基体表面形成具有平均孔径为30-55nm的若干纳米孔；
将所述经化学清洗后的金属基体置于一注塑成型模具中，并将该金属基体加热到100-350℃；
向所述金属基体的表面注塑熔融的结晶型热塑性塑料，并瞬间冷却，成型塑件，制得所述复合体。
9.如权利要求8所述的金属与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述化学清洗包括脱腊处理、脱脂处理及除氧化膜。
10.如权利要求9所述的金属与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述脱腊处理包括将所述金属基体浸渍于温度在55-65℃之间，含浓度为30-80ml/L的除腊水的水溶液中5分钟以上的步骤。
11.如权利要求9所述的金属与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述脱脂处理包括将所述金属基体浸渍于温度在20-30℃之间，含浓度为90-150g/L的脱脂剂的水溶液中1-6分钟的步骤。
12.如权利要求9所述的金属与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述除氧化膜处理包括将所述金属基体浸渍于温度在20-30℃之间，含浓度为30-80ml/L的酸性退氧化膜剂的水溶液中1-10分钟的步骤。
13.如权利要求8所述的金属与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述制作方法还包括在化学清洗后对所述金属基体进行防氧化处理的步骤。
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