CN103963214A - 含铝基材与塑料的结合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种含铝基材与塑料的结合方法。首先，提供一含铝基材，对含铝基材的表面进行电化学抛光处理。接着，对此表面进行阳极处理，使此表面上形成多个孔洞。然后，蚀刻此表面，以扩张孔洞的直径。之后，将塑料以射出成型方式成型于此表面上。

Description

含铝基材与塑料的结合方法
技术领域
本发明涉及一种含铝基材与塑料的结合方法，特别涉及一种不须粘着剂而能将含铝基材与塑料牢固结合的方法。
背景技术
含铝基材因其良好的散热及材质轻等特点，广泛应用于电子产品，作为产品外壳或零组件。由于工业上的需求，目前普遍使用粘着剂将高分子材料粘着于含铝基材上，使其结合。
然而，此方式存在许多缺点，例如粘着强度不够高，产品工作温度受限于粘着剂，在光、热、湿气等环境下粘着剂会产生龟裂，使用粘着剂增加了产品厚度等。更甚者，部分的粘着剂具有毒性，制造或使用过程中会挥发出有毒气体，危害人体健康。欧盟已经禁止了多种粘着剂的使用。
因此，有需要提供一种新的结合含铝基材与塑料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铝基材与塑料的结合方法，结合后的复合材料具有高强度。
根据本发明，提供一种含铝基材与塑料的结合方法，包括下列步骤：
提供含铝基材；
对含铝基材的表面进行电化学抛光处理；
对此表面进行阳极处理，使此表面上形成多个孔洞；
蚀刻此表面，扩张孔洞的直径；以及
将塑料以射出成型方式成型于此表面上。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的一种含铝基材与塑料的结合方法流程图；
图2A为含铝基材经电化学抛光处理前的扫瞄式电子显微镜(SEM)图；
图2B为含铝基材经电化学抛光处理后的扫瞄式电子显微镜图；
图3为含铝基材经阳极处理后的扫瞄式电子显微镜图；
图4绘示依照本发明一实施例的一种含铝基材与塑料结合的复合材料的示意图。
其中，附图标记
100：复合材料
110：含铝基材
111：处理区域
112：其他区域
120：塑料
130：防镀漆
S01-S06：步骤
具体实施方式
以下提出实施例的一种含铝基材与塑料的结合方法，然该些步骤仅为举例说明之用，并非用以限缩本发明。具有通常知识者当可依据实际实施态样的需要对该些步骤加以修饰或变化。
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的一种含铝基材与塑料的结合方法流程图。结合方法包括下列步骤：提供含铝基材(S01)、选定处理区域(S02)、电化学抛光(S03)、阳极处理(S04)、扩孔蚀刻(S05)以及塑料射出成形(S06)。以下将详细的说明此些步骤的细节。
首先，如步骤S01所示，提供含铝基材。实施例中，含铝基材例如是铝金属或铝镁合金。一实施例中，铝镁合金例如是包括96.6重量百分比(wt%)的铝及1.42重量百分比的合金。然实际应用时，本发明的含铝基材可以是纯铝金属或者任何含有铝的合金，其中含铝基材的铝的重量百分比可视应用状况作适当选择，本发明并不对此多作限制。
接着，如步骤S02所示，可选择性地在含铝基材表面选定处理区域。在下列步骤中，将对含铝基材表面进行一连串的表面处理，使其能够牢固的与塑料结合，而表面处理进行的区域可依需求设定。若仅需在含铝基材表面特定的位置结合塑料，则可涂覆防镀漆至基材其他区域，或者改变对应的电极形状，以选定表面处理的处理区域。若不希望限定塑料结合的位置，则可用整个含铝基材执行下列步骤。本实施例中，是在电化学抛光之前先选定处理区域。在其他实施例中，则可在电化学抛光S03之后，阳极处理S04之前选定处理区域，本发明并不对此多做限制。
再来，如步骤S03所示，对含铝基材的一表面进行电化学抛光。于此步骤中，例如是以石墨板作为阴极，以含铝基材作为阳极，将欲处理的含铝基材浸泡在一第一电解液中。实施例中，第一电解液例如是包括过氯酸及乙醇的混合溶液。电化学抛光过程中，例如是施加1-30伏特的直流电压1-3分钟。一般含铝基材的制造过程多会受到机械应力而形成粗糙表面，此步骤可降低含铝基材的表面粗糙度，使后续阳极处理的电场分布较为均匀。一实施例中，电化学抛光处理前的含铝基材表面的均方根粗糙度(RMS roughness)例如是16.3纳米，经过此电化学抛光处理后，含铝基材表面的均方根粗糙度大幅降低至低于5纳米，较佳地，大幅降低至等于或低于3.1纳米。请同时参照图2A及图2B，其分别绘示含铝基材经电化学抛光处理前(图2A)及处理后(图2B)的扫描式电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)图。
然后，如步骤S04所示，对含铝基材的经电化学抛光处理后的表面进行阳极处理。此步骤中，例如是将石墨板作为阳极，将含铝基材作为阳极，将欲处理的含铝基材浸泡在一第二电解液中。实施例中，第二电解液例如是一硫酸水溶液，其浓度例如是0.3M。阳极处理过程中，例如是在恒温槽(例如是约15°C)中通入1-30伏特的直流电压30-60分钟。实施例中，第二电解液可选用硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液及硼酸水溶液其中之一，或其混合溶液。含铝基材于此反应条件下将与第二电解液中的氧离子产生氧化铝，吸附于基材表面，并自组装(Self-assembly)成多孔性氧化铝薄膜，也就是在含铝基材表面形成多个柱状孔洞。一实施例中，含铝基材例如是厚度为1.5毫米(mm)的铝镁合金，形成的多孔性氧化铝薄膜具有的厚度例如是41.9-116.5微米，此些孔洞的直径介于15-23纳米(nm)，如图3含铝基材经阳极处理后的扫描式电子显微镜图所示。
然后，如步骤S05所示，蚀刻含铝基材的经阳极处理后的表面，以扩张孔洞的直径。实施例中，例如是将含铝基材置于一磷酸水溶液中1-20分钟，磷酸水溶液的浓度例如是6wt%，反应温度例如是大约26°C。此步骤中，进行孔洞侧面蚀刻，也就是蚀刻移除部分孔洞侧面的氧化铝而将孔洞扩大，使得在后续的射出成型步骤中，熔融态的塑料能更易于且更有效地进入孔洞中。实施例中，经扩孔蚀刻的孔洞的直径大于仅经阳极处理而未经蚀刻处理的孔洞直径，例如是介于22-32纳米之间。
之后，如步骤S06所示，将塑料以射出成型的方式成型于含铝基材经扩孔蚀刻处理后的表面上，以使塑料与含铝基材结合。实施例中，将塑料以射出成型的方式成型于含铝基材上的工艺例如包括以下步骤：将含铝基材固定至模具上，加温塑料至熔融态，加压熔融态的塑料，接着使塑料通过模具射出并成型至含铝基材表面。实施例中，塑料的射出压力例如是高于300kgf/cm2，如此一来，可以使熔融态的塑料能够更易于进入含铝基材表面的孔洞内。待冷却后，含铝基材便能与塑料良好的结合。一实施例中，塑料例如是热塑性塑料，并可选自由聚乙烯(Polyethylene；PE)、聚丙烯(Polypropylene；PP)、尼龙6(PA6)、尼龙66(PA66)、尼龙46(PA46)、尼龙11(PA11)、尼龙12(PA12)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate；PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(Polybutylene Terephthalate；PBT)、聚缩醛(Polyoxy Methylene；POM)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide；PPS)、聚醚醚酮(Polyether Ether Ketone；PEEK)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene；PTFE)或聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene；POB)所组成的群组中其中之一。然实际应用时，塑料的种类亦视应用状况作适当选择，本发明并不对此多作限制。
图4绘示依照本发明一实施例的一种含铝基材与塑料结合的复合材料的示意图。复合材料100包括含铝基材110及塑料120，塑料120结合至含铝基材110的表面。如图4所示，含铝基材110的表面则分为处理区域111及其他区域112，塑料120结合至含铝基材110的表面的处理区域111。其他区域112上覆有防镀漆130，以防止其遭受表面处理。
本实施例的复合材料经强度测试后，正向拉伸强度高达95.7±4kg/cm2，而侧向强度更高达389.8±7.4kg/cm2。实验结果显示，经由本实施例的含铝基材与塑料的结合方法制成的复合材料，利用基材孔壁与塑料间物理吸附的作用力，所能承受的应力远大于现今工业使用的粘着剂（现有粘着剂可承受的应力值约为50-80kg/cm2）。
更甚者，藉由本实施例的含铝基材与塑料的结合方法制成的复合材料，在极端温度(-10～70℃)与湿度(75%)的环境测试下，仍能维持正向拉伸强度80.6±4kg/cm2，侧向拉伸强度368.6±14.5kg/cm2的良好机械特性，不会因冷热循环以及高湿度而使分子链断键或脆化，降低机械性质。
综上所述，本实施例提出的含铝基材与塑料的结合方法，藉由在含铝基材上形成多个孔洞，再以蚀刻方法将孔洞扩大。当塑料射出成形时，熔融状态的塑料进入此些扩大的孔洞中，待塑料固化后，便能牢固的附着在含铝基材表面上。不需要粘着剂且更具有优异的机械特性，远优于现今工业上所使用的结合方法。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供一含铝基材；
对该含铝基材的一表面进行一电化学抛光处理；
对该表面进行一阳极处理，使该表面上形成多个孔洞；
蚀刻该表面，以扩张该些孔洞的直径；以及
将一塑料以一射出成型方式成型于该表面上。
2.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，在将该塑料以该射出成型方式成型于该表面上的步骤中，部分的该塑料是以熔融状态进入该些孔洞中，使该塑料与该含铝基材结合。
3.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，该些孔洞为柱状孔洞。
4.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，该含铝基材为铝金属或铝镁合金。
5.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，以一第一电解液对该表面进行该电化学抛光处理，该第一电解液包括过氯酸及乙醇，且经该电化学抛光处理后，该表面的均方根粗糙度低于5纳米。
6.根据权利要求5所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，该电化学抛光处理的反应条件是以该含铝基材作为阳极通入1-30伏特的直流电压1-3分钟。
7.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，是以一第二电解液对该表面进行该阳极处理，该第二电解液选自硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液及硼酸水溶液至少其中之一。
8.根据权利要求7所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，该阳极处理的反应条件是以该含铝基材作为阳极通入1-30伏特的直流电压30-60分钟，且形成的该些孔洞的直径介于15-23纳米。
9.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，蚀刻该表面的步骤包括：将该表面置于一磷酸水溶液中1至20分钟。
10.根据权利要求9所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，蚀刻该表面的步骤完成后，该些孔洞的直径介于22-32纳米。
11.根据权利要求1所述的含铝基材与塑料的结合方法，其特征在于，该塑料选自于由聚乙烯、聚丙烯、尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚缩醛、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚四氟乙烯及聚氧苯甲酯所组成的群组。
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