CN102268183A - 铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法 - Google Patents

铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法。该复合体包括一铝或铝合金基体及一注塑结合于该基体表面的塑件，该基体的表面形成有一阳极氧化膜，该阳极氧化膜形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-60nm，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。上述复合体的制作方法包括如下步骤：提供一铝或铝合金基体；对该基体进行化学蚀刻以使该基体表面粗糙；对上述基体进行阳极氧化处理，使该基体表面形成具有平均孔径为30-60nm的阳极氧化膜；将所述经阳极氧化处理后的基体置于一注塑成型模具中，注塑塑件结合于基体的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。

Description

铝或铝合金与塑料的复合体及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种铝或铝合金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铝或铝合金与塑料的复合体及该复合体的制作方法。
背景技术
铝或铝合金作为3C产品的外壳或零组件，其与其它材料连接的方法有焊接、机械连接及粘接。其中焊接是铝或铝合金最主要的连接方法。但当铝或铝合金与塑件连接时，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，将铝或铝合金与塑件结合于一体的方法。
所述粘接方法虽然可以实现铝或铝合金与塑件间的连接，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，人们通过研究发现，将铝或铝合金经过某些特殊的表面蚀孔处理后可直接与注塑塑料相结合，且二者之间的结合力较强。该特殊的表面蚀孔处理包括：水溶液浸渍，如将铝或铝合金浸渍于水溶性的胺类化合物的稀溶液中，利用水溶液的弱碱性使铝或铝合金表面微细地浸蚀，在浸渍的同时发生胺类化合物分子向铝或铝合金表面的吸附；以及阳极氧化处理，即使铝或铝合金表面形成多孔的氧化铝膜。然而，经上述成孔处理后的铝或铝合金仅能与单一种类的树脂具有较强的结合力，且需要对与其相结合的塑料进行特殊的改性处理，因而限制了上述方法的应用。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种适用塑料种类广、结合力强的铝或铝合金与塑料的复合体。
另外，还有必要提供一种上述铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法。
一种铝或铝合金与塑料的复合体，其包括一铝或铝合金基体及一注塑结合于铝或铝合金基体表面的塑件，该铝或铝合金基体的表面形成有一阳极氧化膜，该阳极氧化膜形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-60nm，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
一种铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供一铝或铝合金基体；
对该铝或铝合金基体进行化学蚀刻，使该铝或铝合金基体表面粗糙；
对上述铝或铝合金基体进行阳极氧化处理，使该铝或铝合金基体表面形成具有平均孔径为30-60nm的阳极氧化膜；
将所述经阳极氧化处理后的铝或铝合金基体置于一注塑成型模具中，注塑塑件结合于铝或铝合金基体的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
相较于现有技术，所述的铝或铝合金与塑料的复合体藉由化学蚀刻及阳极氧化处理，在铝或铝合金基体的表面形成具有平均孔径为30-60nm的阳极氧化膜，使得该铝或铝合金基体与众多的结晶型热塑性塑料均有较强的结合力，拓宽了铝或铝合金与塑件结合的应用范围。
附图说明
图1是本发明一较佳实施方式的铝或铝合金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铝或铝合金基体经阳极氧化处理后的扫描电镜图。
图3是图1中铝或铝合金与塑料的复合体的结合面的断面示意图。
主要元件符号说明
复合体            100
铝或铝合金基体    11
阳极氧化膜        13
塑件              15
纳米孔            131
膜埂              133
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的铝或铝合金与塑料的复合体100包括一铝或铝合金基体11、一形成于铝或铝合金基体11表面的阳极氧化膜13、及与阳极氧化膜13相结合的若干塑件15。
所述阳极氧化膜13为对铝或铝合金基体11进行阳极氧化处理而形成的氧化铝膜。请参阅图2所示，该阳极氧化膜13形成有若干纳米孔131，该若干纳米孔131的平均孔径约为30-60nm。该若干纳米孔131可增强若干塑件15与阳极氧化膜13的结合力。从图2可以看到，所述若干纳米孔131的分布较均匀，且在阳极氧化膜13表面的部分区域还形成有若干呈树枝状的膜埂133，该若干膜埂133将所述若干纳米孔131分隔为不同的区块，使得注塑所述塑件15的塑料沿着该若干膜埂133进入该不同的区块，并嵌入到若干纳米孔131中。该若干膜埂133且可进一步增强若干塑件15与阳极氧化膜13的结合力。
塑件15以模内注塑的方式结合于阳极氧化膜13的表面。注塑塑件15的塑料可为具有高流动性的结晶型热塑性塑料。本实施例中分别对聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)塑料进行了试验，结果表明，以上述塑料分别注塑所得的塑件15均与铝或铝合金基体11具有较强的结合力。可以理解的，在上述塑料中可添加其它辅助剂或添加剂。如，可在聚苯硫醚塑料中添加玻璃纤维，其中该玻璃纤维的质量百分含量可为30％。
再请参阅图3，从图3可以看到本较佳实施方式的塑件15已嵌入到阳极氧化膜13的若干纳米孔131中，且在塑件15与阳极氧化膜13相结合的界面看不到缝隙。
本发明一较佳实施方式的制作上述铝或铝合金与塑料的复合体的方法包括如下步骤：
提供一铝或铝合金基体11。
对该铝或铝合金基体11进行脱脂除油处理，以使该基体11的表面清洁。该脱脂除油处理包括将所述铝或铝合金基体11浸渍于含钠盐的溶液中的步骤。所述含钠盐的溶液中可包含有30-50g/L的碳酸钠，30-50g/L的磷酸钠，以及3-5g/L的硅酸钠。浸渍时，保持所述含钠盐的温度在50-60℃之间。该浸渍的时间可为5-15分钟。脱脂除油处理后对所述铝或铝合金基体11进行水洗。
对经脱脂除油处理后的铝或铝合金基体11进行化学蚀刻处理，以使该基体11的表面粗糙。该化学蚀刻处理包括将所述铝或铝合金基体11浸渍于碱性溶液中的步骤。所述碱性溶液中可包含有20-35g/L的氢氧化钠，以及20-30g/L的碳酸钠。蚀刻时，保持所述碱性溶液的温度在40-55℃之间。该蚀刻的时间可为1-2分钟。化学蚀刻处理后对所述铝或铝合金基体11进行水洗。
对经化学蚀刻处理后的铝或铝合金基体11进行阳极氧化处理，以在该基体11的表面形成阳极氧化膜13。该阳极氧化处理可在硫酸溶液中通电进行，并以该铝或铝合金基体11作为阳极，以不锈钢板或铅板作为阴极。该硫酸溶液的体积浓度可为100-250ml/L(98％的硫酸)。阳极处理时，使通过硫酸溶液的电流密度为0.5-4.9A/dm2。该阳极处理的时间可为15-60分钟。阳极处理后对所述铝或铝合金基体11进行水洗并干燥。
可以理解的，所述阳极氧化处理也可在磷酸或草酸溶液中进行。
提供一注塑成型模具，并将经阳极氧化处理后的铝或铝合金基体11置于该模具中，注塑塑件15结合于阳极氧化膜13，制得所述复合体100。注塑塑件15的塑料可为具有高流动性的结晶型热塑性塑料。注塑时控制模具的温度在120-140℃之间。
对所述铝或铝合金与塑料的复合体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8MPa，剪切强度可达15MPa。且对经上述测试后的复合体100在进行温湿度存储试验(72小时，85℃，85％相对湿度)及冷热冲击试验(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，所述的铝或铝合金与塑料的复合体100藉由化学蚀刻处理及阳极氧化处理，在铝或铝合金基体11的表面形成具有平均孔径为30-60nm的阳极氧化膜13，使得该铝或铝合金基体11与众多的结晶型热塑性塑料均有较强的结合力，拓宽了铝或铝合金与塑件结合的应用范围。

Claims (13)

1.一种铝或铝合金与塑料的复合体，其包括一铝或铝合金基体及一注塑结合于铝或铝合金基体表面的塑件，其特征在于：该铝或铝合金基体的表面形成有一阳极氧化膜，该阳极氧化膜形成有若干纳米孔，该若干纳米孔的平均孔径为30-60nm，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
2.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述阳极氧化膜表面的部分区域还形成有若干膜埂，该若干膜埂将所述若干纳米孔分隔为不同的区块。
3.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对苯二甲酸丁二醇酯中的任一种。
4.如权利要求3所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述聚苯硫醚中添加有玻璃纤维，该玻璃纤维的质量百分含量为30％。
5.如权利要求1所述的铝或铝合金与塑料的复合体，其特征在于：所述塑件嵌入于所述阳极氧化膜的若干纳米孔中。
6.一种铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其包括如下步骤：
提供一铝或铝合金基体；
对该铝或铝合金基体进行化学蚀刻，使该铝或铝合金基体表面粗糙；
对上述铝或铝合金基体进行阳极氧化处理，使该铝或铝合金基体表面形成具有平均孔径为30-60nm的阳极氧化膜；
将所述经阳极氧化处理后的铝或铝合金基体置于一注塑成型模具中，注塑塑件结合于铝或铝合金基体的表面制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
7.如权利要求6所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述阳极氧化膜表面的部分区域还形成有若干膜埂，该若干膜埂将所述若干纳米孔分隔为不同的区块。
8.如权利要求6所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述化学蚀刻处理包括将所述铝或铝合金基体浸渍于温度在40-55℃之间的碱性溶液中1-2分钟的步骤。
9.如权利要求8所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述碱性溶液中包含有20-35g/L的氢氧化钠、以及20-30g/L的碳酸钠。
10.如权利要求6所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述阳极氧化处理在体积浓度为100-250ml/L的硫酸溶液中通电进行15-60分钟，通过该硫酸溶液的电流密度为0.5-4.9A/dm2。
11.如权利要求6所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述阳极氧化处理在磷酸或草酸溶液中通电进行。
12.如权利要求6所述的铝或铝合金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蚀刻前对所述铝或铝合金基体进行脱脂除油的步骤。
13.如权利要求6所述的铝或铝合金与塑料的复合体的制作方法，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚，聚酰胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯及聚对苯二甲酸丁二醇酯中的任一种。
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