CN102794863A - 钛或钛合金与塑料的复合体及其制备方法 - Google Patents

钛或钛合金与塑料的复合体及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钛或钛合金与塑料的复合体及其制备方法。该复合体包括钛或钛合金基体及注塑成型的塑件，该钛或钛合金基体表面形成有纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔，所述塑件与所述纳米多孔氧化膜相结合，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。该复合体的制备方法包括如下步骤：提供钛或钛合金基体；对所述钛或钛合金基体进行阳极氧化处理，使该钛或钛合金基体表面形成纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔；将所述经阳极氧化处理后的钛或钛合金基体置于注塑成型模具中，注塑塑件与所述纳米多孔膜相结合，制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。

Description

钛或钛合金与塑料的复合体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钛或钛合金与塑料的复合体及其制备方法，尤其涉及一种钛或钛合金与塑料之间的结合力较强的复合体及该复合体的制备方法。
背景技术
钛金属具有较强的机械强度、良好的抗腐蚀性和抗疲劳性﹑良好的化学和生物稳定性等特性，在3C电子产品外壳（如数码相机﹑手机﹑笔记本电脑等）得到广泛的应用。
在3C电子产品“轻薄短小”、个性化及新颖性的趋势下，产品的外壳及内构件材料越来越倾向采用性能优越的钛及钛合金，并不断开发钛及钛合金与异种材料（如塑料）相结合的应用来取长补短，这样既利用了钛或钛合金的高强度，又利用了塑料优异的成型性能，从而解决产品复杂的结构设计问题。钛或钛合金与塑料常用的结合技术有热熔胶粘接方式，或模内直接注塑结合方式，但上述方式的钛或钛合金与塑料的结合强度不高，难以满足工业生产的需要。
发明内容
鉴于此，有必要提供一种结合力强的钛或钛合金与塑料的复合体。
另外，还有必要提供一种上述钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法。
一种钛或钛合金与塑料的复合体，其包括钛或钛合金基体及注塑成型的塑件，该钛或钛合金基体表面形成有纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔，所述塑件与所述纳米多孔氧化膜相结合，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
一种钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其包括如下步骤：
提供钛或钛合金基体；
对所述钛或钛合金基体进行阳极氧化处理，使该钛或钛合金基体表面形成纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔；
将所述经阳极氧化处理后的钛或钛合金基体置于注塑成型模具中，注塑塑件与所述纳米多孔膜相结合，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，所述的钛或钛合金与塑料的复合体藉由阳极氧化处理，使钛或钛合金基体表面形成纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜的比表面积大，吸附力强，使得所述钛或钛合金基体与塑件之间的结合力增强。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的钛或钛合金与塑料的复合体的剖视示意图。
图2是本发明较佳实施方式的钛或钛合金基体经阳极氧化处理后的扫描电镜图。
图3是本发明较佳实施方式的钛或钛合金基体经阳极氧化处理后的截面图。
图4是本发明较佳实施方式的注塑塑件于钛或钛合金基体表面的示意图。
主要元件符号说明
复合体 100
钛或钛合金基体 11
纳米多孔氧化膜 12
塑件 13
纳米管 121
纳米孔 123
注塑成型模具 20
下模 21
第二模穴 211
上模 23
浇口 231
第一模穴 233
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施方式的钛或钛合金与塑料的复合体100包括钛或钛合金基体11、形成于钛或钛合金基体11表面的纳米多孔氧化膜12及形成于纳米多孔氧化膜12表面的若干塑件13。
所述纳米多孔氧化膜12为二氧化钛膜，其可通过对所述钛或钛合金基体11进行阳极氧化处理而形成。请参阅图2及图3，该纳米多孔氧化膜12形成有若干规则有序、均匀且紧密排布的纳米管121，该若干纳米管121使得所述纳米多孔氧化膜12形成若干纳米孔123，该若干纳米孔123的孔径在30-100nm之间。所述若干纳米管121的长度在300-700nm之间，也即该纳米多孔氧化膜12的厚度在300-700nm之间。
该若干纳米管121及若干纳米孔123的形成使得所述纳米多孔氧化膜12的比表面积及吸附力大大增加，纳米效应显著增强，使得注塑所述塑件13的部分塑料嵌入到该若干纳米孔123中，从而极大地增强了若干塑件13与钛或钛合金基体11的结合力。
塑件13以模内注塑的方式与纳米多孔氧化膜12结合。注塑塑件13的塑料可为高流动性的结晶型热塑性塑料，如聚苯硫醚（PPS）塑料、聚酰胺（PA）塑料等。所述聚苯硫醚塑料中可添加玻璃纤维，其中该玻璃纤维的质量百分含量可为30%。
本发明一较佳实施方式的钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法包括如下步骤：
提供钛或钛合金基体11。
将该钛或钛合金基体11依次用无水乙醇、丙酮进行超声波清洗，以除去钛或钛合金基体11表面的油污。
对经上述处理后的钛或钛合金基体11进行化学抛光处理，以进一步清洁该钛或钛合金基体11的表面。该化学抛光步骤所使用的抛光液为氢氟酸（HF）与硝酸（HNO3）的混合水溶液，制备该混合水溶液按体积配比约为1：1：8的比例分别量取HF（质量百分比约40%）、HNO3（质量百分比约68%）与去离子水（H2O）进行混合即可。化学抛光时，优选对抛光液进行搅拌，以提升抛光效果。化学抛光处理完成后对所述钛或钛合金基体11进行水洗。
对经化学抛光处理后的钛或钛合金基体11进行阳极氧化处理。该阳极氧化处理可在含氢氟酸及硫酸钠的电解液中通电进行，或在由氢氟酸与硫酸纳组成的电解液中通电进行，并以该钛或钛合金基体11作为阳极，以不锈钢板作为阴极。该硫酸钠的摩尔浓度为0.5-2mol/L，该氢氟酸的质量浓度为0.5-1.0wt%。阳极氧化的电压为15-25V，加压方式为直接加压法，即直接将阴阳两极电压调节到所需值后，带电放入所述电解液中。整个阳极氧化过程中，优选对所述电解液进行搅拌，以控制钛或钛合金基体11表面的温度，并使电解液的浓度分布均匀，提升处理效果。本实施例中阳极氧化的时间可为15-20分钟。阳极氧化处理后即在所述钛或钛合金基体11的表面形成纳米多孔氧化膜12。阳极氧化后对形成有纳米多孔氧化膜12的钛或钛合金基体11进行水洗并干燥。
请参阅图4，提供一注塑成型模具20，该注塑成型模具20包括上模23及下模21，上模23设置有若干浇口231、及若干与所述塑件13相对应的第一模穴233，下模21形成有可容置所述钛或钛合金基体11的第二模穴211。将所述形成有纳米多孔氧化膜12的钛或钛合金基体11置于该第二模穴211中，经由若干浇口231注塑塑料填充于若干第一模穴233中形成若干塑件13，制得所述复合体100。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PPS，PA等。
对所述钛或钛合金与塑料的复合体100进行了剪切强度测试，测试仪器为万能材料试验机。测试结果表明，该复合体100的剪切强度可达20-30MPa。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的剪切强度无明显减小。
可以理解的，所述纳米多孔氧化膜12的厚度、若干纳米孔123的孔径均可通过调节阳极氧化电压大小、或电解液的浓度来进行调节，因此，凡是在本发明精神范围内通过改变相关参数得到不同厚度纳米多孔氧化膜及不同孔径范围的纳米孔，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
相较于现有技术，所述的钛或钛合金与塑料的复合体100藉由阳极氧化处理，使钛或钛合金基体11表面形成纳米多孔氧化膜12，该纳米多孔氧化膜12的比表面积大，吸附力强，使得注塑所述塑件13的部分塑料嵌入到若干纳米孔123中，从而极大地增强了若干塑件13与钛或钛合金基体11的结合力。

Claims (12)

1.一种钛或钛合金与塑料的复合体，其包括钛或钛合金基体及注塑成型的塑件，其特征在于：该钛或钛合金基体表面形成有纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔，所述塑件与所述纳米多孔氧化膜相结合，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
2.如权利要求1所述的钛或钛合金与塑料的复合体，其特征在于：所述纳米多孔氧化膜为二氧化钛膜。
3.如权利要求1或2所述的钛或钛合金与塑料的复合体，其特征在于：所述若干纳米孔的孔径在30-100nm之间。
4.如权利要求1或2所述的钛或钛合金与塑料的复合体，其特征在于：所述纳米多孔氧化膜形成有若干纳米管。
5.如权利要求1或2所述的钛或钛合金与塑料的复合体，其特征在于：所述纳米多孔氧化膜的厚度为300-700nm。
6.如权利要求1所述的钛或钛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塑料或聚酰胺塑料。
7.如权利要求1所述的钛或钛合金与塑料的复合体，其特征在于：所述塑件至少部分嵌入结合于所述纳米多孔氧化膜的若干纳米孔中。
8.一种钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其包括如下步骤：
提供钛或钛合金基体；
对所述钛或钛合金基体进行阳极氧化处理，使该钛或钛合金基体表面形成纳米多孔氧化膜，该纳米多孔氧化膜形成有若干纳米孔；
将所述经阳极氧化处理后的钛或钛合金基体置于注塑成型模具中，注塑塑件与所述纳米多孔膜相结合，制得所述复合体，所述塑件的材质为结晶型热塑性塑料。
9.如权利要求8所述的钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述阳极氧化在含氢氟酸及硫酸钠的电解液中通电进行15-20分钟，该硫酸钠的摩尔浓度为0.5-2mol/L，该氢氟酸的质量浓度为0.5-1.0wt%，阳极氧化的电压为15-25V。
10.如权利要求9所述的钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述阳极氧化处理步骤中对所述电解液进行搅拌。
11.如权利要求8所述的钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述结晶型热塑性塑料为聚苯硫醚塑料或聚酰胺塑料。
12.如权利要求8所述的钛或钛合金与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括在阳极氧化前对该钛或钛合金基体依次进行超声波清洗及化学抛光的步骤。
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