CN104772973A - 一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合体技术，具体涉及一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，本发明采用超声波与酸化处理相结合的方式，酸化处理在不锈钢表面快速蚀刻出微孔结构，酸化处理过程中形成的微气泡在超声波空化时所产生的巨大压力和局部调温使酸化处理所形成的微孔结构进一步扩大和加深，便于后续工程塑料深入到微孔结构中；本发明采用胺系水溶液浸渍的方法使胺系化合物分子同时吸附于不锈钢表面形成的微孔结构中，工程塑料与处于低温状态的不锈钢接触会被急速冷却，而工程塑料与胺系化合物分子相遇后发热，将要结晶固化的工程塑料的固化时间延迟，便于高分子链段潜入到具有微孔结构的不锈钢表面，进而使工程塑料与不锈钢牢固结合。

Description

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法

技术领域

本发明涉及复合体技术领域，具体涉及一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法。

背景技术

在汽车、 家庭电气化制品、 产业设备等部件制造业领域通常需要将不锈钢和工程塑料复合到一起，通常用的是粘结技术，即通过胶黏剂将不锈钢和工程塑料粘合到一起。胶黏剂技术已经发展得比较成熟，如申请号为201210321030.3 的中国发明专利申请提供了一种环氧树脂胶黏剂，包括以下成分：环氧树脂35-45重量份，二亚乙基三胺4-6重量份，邻苯二甲酸二丁酯6-8重量份；申请号为201210426791.5的中国发明专利申请公开了一种环氧类胶黏剂，它是由甲乙两种组合组成：甲组分是由下述的原料组成：711环氧树脂、改性环氧树脂、增韧剂液态聚硫橡胶JLY-124、石英粉；所述乙组分是由下述原料组成：701环氧固化剂、偶联剂KH-550、促进剂DMP-30；混合，搅拌均匀，即得所述环氧类胶黏剂。

尽管上述胶黏剂的粘结性能非常优异，但是仍然使用了介质层---胶黏剂，目前尚未发现不使用胶黏剂便能将不锈钢和工程塑料牢固的结合到一起的方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在35-40kHz，超声波条件下的酸化处理时间为5-10min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                5-15%

乙酸                1-3%

过硫酸钾          0.1-1%  

磷酸氢二铵          1-5%

六次甲基四胺      0.01-0.03%。

上述组成的酸化液蚀刻效果好、蚀刻速度快而且稳定，能快速在不锈钢表面形成微孔结构。

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在5-7。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               2-6%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    0.1-1%

甲苯基三氮唑         0.1-1%

苯胺                0.5-1%。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为65-75℃，浸渍时间为8-12min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                            25-60份               

玻璃纤维                                 5-10份

纳米碳酸钙                                 1-4份

重质碳酸钙                                 3-6份。

优选的，所述步骤F中工程塑料还包括有：

乙烯-丙烯酸丁酯                          3-10份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.2-1份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.2-1份。

上述组成的工程塑料流动性好，力学性能好，便于深入到不锈钢的微孔结构中，使工程塑料与不锈钢牢固结合，不容易从不锈钢的表面脱离。

所述玻璃纤维的长度为17-25毫米，直径为5–24微米，所述纳米碳酸钙的粒径为160-260纳米，所述重质碳酸钙的粒径为2600-3600目。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明提供的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括超声波酸化处理、第一水池冲洗、胺系水溶液浸渍、第二水池冲洗、干燥和注射步骤，本发明采用超声波与酸化处理相结合的方式，酸化处理在不锈钢表面快速蚀刻出微孔结构，酸化处理过程中形成的微气泡在声波的作用下振动，当声压或声强达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合的瞬间产生冲击波使气泡周围产生巨大压力及局部调温，这种超声波空化所产生的巨大压力和局部调温使酸化处理所形成的微孔结构进一步扩大和加深，便于后续工程塑料深入到微孔结构中，实现工程塑料与不锈钢牢固地结合到；本发明采用胺系水溶液浸渍的方法使胺系化合物分子同时吸附于不锈钢表面形成的微孔结构中，当将工程塑料注射到经上述处理过的不锈钢上时，原本工程塑料与处于低温状态的不锈钢接触会被急速冷却，但是工程塑料与吸附于不锈钢表面的胺系化合物分子相遇后发热，进而将要结晶固化的工程塑料的固化时间延迟， 便于高分子链段潜入到具有微孔结构的不锈钢表面，进而使工程塑料与不锈钢牢固地结合到一起。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在35kHz，超声波条件下的酸化处理时间为5min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                5%

乙酸                1%

过硫酸钾          1%  

磷酸氢二铵          5%

六次甲基四胺      0.01%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在5。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               2%

1，3-噻唑-2-甲酰氯   1%

甲苯基三氮唑        1%

苯胺                0.5%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为65-75℃，浸渍时间为8-12min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                 25份               

玻璃纤维                                 5份

纳米碳酸钙                               1份

重质碳酸钙                               3份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          3份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.2份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.2份。

其中，所述玻璃纤维的长度为17毫米，玻璃纤维的直径为5微米，所述纳米碳酸钙的粒径为160纳米，所述重质碳酸钙的粒径为2600目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为24.6MPa。

实施例2。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在38kHz，超声波条件下的酸化处理时间为8min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                15%

乙酸                2%

过硫酸钾          0.1%  

磷酸氢二铵          1%

六次甲基四胺      0.03%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在6。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               5%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    0.5%

甲苯基三氮唑         0.7%

苯胺                0.8%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为70℃，浸渍时间为10min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                40份               

玻璃纤维                                8份

纳米碳酸钙                               3份

重质碳酸钙                              4份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          6份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.6份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.6份。

其中，所述玻璃纤维的长度为20毫米，直径为15微米，所述纳米碳酸钙的粒径为200纳米，所述重质碳酸钙的粒径为3000目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为24.1MPa。

实施例3。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在40kHz，超声波条件下的酸化处理时间为10min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                15%

乙酸                3%

过硫酸钾          1%  

磷酸氢二铵         5%

六次甲基四胺      0.03%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在7。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               6%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    1%

甲苯基三氮唑        1%

苯胺                1%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为75℃，浸渍时间为12min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                 60份               

玻璃纤维                                 10份

纳米碳酸钙                               4份

重质碳酸钙                               6份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          10份      

季戊四醇硬脂酸酯                         1份

硫代二丙酸二月桂酯                       1份。

其中，所述玻璃纤维的长度为25毫米，直径为24微米，所述纳米碳酸钙的粒径为260纳米，所述重质碳酸钙的粒径为3600目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为23.9MPa。

实施例4。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在35kHz，超声波条件下的酸化处理时间为5min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                12%

过硫酸钾          0.2%  

磷酸氢二铵          2%

六次甲基四胺      0.02%

乙酸                 2%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在5。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺              3%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    0.9%

甲苯基三氮唑         0.2%

苯胺                0.7%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为72℃，浸渍时间为11min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                 55份               

玻璃纤维                                 6份

纳米碳酸钙                               3份

重质碳酸钙                               5份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          9份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.7份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.6份。

其中，所述玻璃纤维的长度为17毫米，玻璃纤维直径为5微米，所述纳米碳酸钙的粒径为220纳米，所述重质碳酸钙的粒径为3200目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为23.6MPa。

实施例5。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在39kHz，超声波条件下的酸化处理时间为9min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                5%

乙酸                1%

过硫酸钾          0.1%  

磷酸氢二铵          1%

六次甲基四胺      0.01%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在5。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               2%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    0.1%

甲苯基三氮唑         0.1%

苯胺                0.5%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为65℃，浸渍时间为8min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                 25份               

玻璃纤维                                 5份

纳米碳酸钙                               1份

重质碳酸钙                               3份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          3份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.2份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.2份。

其中，所述玻璃纤维的长度为21毫米，玻璃纤维直径为18微米，所述纳米碳酸钙的粒径为160纳米，所述重质碳酸钙的粒径为2600目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为24.2MPa。

实施例6。

一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

所述超声波的频率控制在40kHz，超声波条件下的酸化处理时间为10min。

其中，以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                15%

乙酸                3%

过硫酸钾          1%  

磷酸氢二铵          5%

六次甲基四胺      0.03%

水                   余量。

其中，盐酸的质量浓度为38%。 

其中，所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在7。

其中，以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               6%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    1%

甲苯基三氮唑        1%

苯胺                1%

水                   余量。

其中，所述步骤C中，浸渍温度为75℃，浸渍时间为12min。

其中，以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                                 60份               

玻璃纤维                                 10份

纳米碳酸钙                               4份

重质碳酸钙                              6份            

乙烯-丙烯酸丁酯                          10份      

季戊四醇硬脂酸酯                         1份

硫代二丙酸二月桂酯                       1份。

其中，所述玻璃纤维的长度为25毫米，玻璃纤维直径为20微米，所述纳米碳酸钙的粒径为260纳米，所述重质碳酸钙的粒径为3600目。

通过本实施例的方法将工程塑料与不锈钢进行无胶结合，测得其剪切断裂力为24.5MPa。

 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

A：将不锈钢进行加工制成不锈钢形状物，将不锈钢形状物在超声波条件下进行酸化处理；

B：将步骤A酸洗后的不锈钢经第一水池冲洗；

C：将步骤B冲洗后的不锈钢放入装有胺系水溶液的槽中进行浸渍处理；

D：将步骤C浸渍后的不锈钢放入第二水池冲洗；

E：将步骤D冲洗后的不锈钢进行干燥；

F：将工程塑料注射到经过步骤E处理过的不锈钢上。

2.根据权利要求1所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述超声波的频率控制在35-40kHz，超声波条件下的酸化处理时间为5-10min。

3.根据权利要求1所述的一种无胶型、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：以重量百分比计，所述步骤A中酸化处理所用的酸化液包括以下组份：

盐酸                5-15%

乙酸                1-3%

过硫酸钾          0.1-1%  

磷酸氢二铵          1-5%

六次甲基四胺      0.01-0.03%。

4.根据权利要求1所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述步骤B和步骤D中，第一水池和第二水池的pH控制在5-7。

5.根据权利要求1所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：以重量百分比计，所述步骤C中的胺系水溶液包括以下组份：

乙二胺               2-6%

1，3-噻唑-2-甲酰氯    0.1-1%

甲苯基三氮唑         0.1-1%

苯胺                0.5-1%。

6.根据权利要求1所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述步骤C中，浸渍温度为65-75℃，浸渍时间为8-12min。

7.根据权利要求1所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：以重量百分比计，所述步骤F中工程塑料包括下重量份的原料：

聚苯硫醚树脂                            25-60份               

玻璃纤维                                 5-10份

纳米碳酸钙                                 1-4份

重质碳酸钙                                 3-6份。

8.根据权利要求7所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述步骤F中工程塑料还包括有：

乙烯-丙烯酸丁酯                          3-10份      

季戊四醇硬脂酸酯                         0.2-1份

硫代二丙酸二月桂酯                       0.2-1份。

9.根据权利要求7所述的一种无胶、高结合力的不锈钢与塑料的复合体的制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为17-25毫米，直径为5–24微米，所述纳米碳酸钙的粒径为160-260纳米，所述重质碳酸钙的粒径为2600-3600目。