CN104790009A - 金属与树脂的复合体的制备方法及由该方法制得的复合体 - Google Patents

金属与树脂的复合体的制备方法及由该方法制得的复合体 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属与树脂的复合体的制备方法，通过将经阳极氧化处理的金属基材浸渍于耦合剂中，在阳极氧化膜及孔的表面形成一耦合连接层，使得注塑的树脂层与耦合连接层之间以化学键力相结合，从而使树脂层与金属基材之间以化学键力结合，因此，所制备的复合体中金属基材表面的树脂层层不易发生剥离、龟裂(裂纹)、破损等现象。另，本发明还提供一种由上述方法制得的复合体，该复合体包括金属基材、覆盖于金属基材表面的阳极氧化膜、结合于阳极氧化膜表面的耦合连接层和结合于耦合连接层表面的树脂层。

Description

金属与树脂的复合体的制备方法及由该方法制得的复合体
技术领域
本发明涉及一种金属与树脂的复合体的制备方法及由该方法所制得的复合体。
背景技术
近年来便携式电子装置、汽车和IT产业产品的制造要求难度愈来愈高，产品如何做到更轻、薄及更多功能化一直是业者的追求目标，其中在保证产品的强度的同时降低产品的重量特别重要。将便携式电子装置、汽车和IT产业产品的各种不同材质构件有效快速粘合在一起，且不占空间，就可降低产品的厚度，且能提高讯号收发能力。
目前，将金属与塑料材料结合在一起的方法有很多种，包括在两者之间加一层粘着剂，或用机械方法固定在一起，或者先将金属的表面经过特殊表面处理后，再把塑料直接结合到金属基材表面。但是，在这些加工工艺中如何使金属基材表面的树脂层层不发生剥离、龟裂(裂纹)、破损等现象，仍然是一个难题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种金属与树脂的复合体的制备方法及由该方法制得的复合体。
一种金属与树脂的复合体的制备方法，其包括如下步骤：
提供一形状化的金属基材；
将金属基材进行阳极氧化处理，使基材的表面形成含纳米孔的阳极氧化膜；
将经阳极氧化处理后的金属基材浸渍于耦合剂中进行表面耦合处理，以在阳极氧化膜及其孔的表面形成一耦合连接层；
将经表面耦合处理的金属基材置于模具中，用注塑成型的方法在耦合连接层的表面注塑树脂层。
一种金属与树脂的复合体，该复合体包括基材、覆盖于基材表面的阳极氧化膜、结合于基材表面的耦合连接层和结合于耦合连接层表面的树脂层，该树脂层与该耦合连接层之间以化学键力相结合。
本发明的金属与树脂的复合体的制备方法，通过将经阳极氧化处理的金属基材浸渍于耦合剂中，在阳极氧化膜及孔的表面形成一耦合连接层，使得注塑的树脂层与耦合连接层之间以化学键力相结合，从而使树脂层与金属基材之间以化学键力结合，因此，所制备的复合体中金属基材表面的树脂层不易发生剥离、龟裂(裂纹)、破损等现象。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的金属与树脂的复合体的剖视图。
主要元件符号说明
金属与树脂的复体 100
金属基材 10
阳极氧化膜 20
耦合连接层 30
树脂层 40
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，本发明提供一种金属与树脂的复合体100（以下简称“复合体”），其包括金属基材10、覆盖于金属基材10表面的阳极氧化膜20、结合于阳极氧化膜20表面的耦合连接层30及结合于耦合连接层30表面的树脂层40。
一种金属与树脂的复合体100的制备方法，其包括如下步骤：
提供一形状化的金属基材10，其可为铝、铝合金、钛合金、铝镁合金及锌合金中的任意一种。
将金属基材10脱脂。将金属基材10浸渍于浓度为5-20g/L的中性金属清洗剂中，该金属清洗剂可为铝合金清洗剂、钛合金清洗剂或锌合金清洗剂，保持金属清洗剂的温度为40-75℃，在超声波条件下将金属基材10清洗3-10min，以去除金属基材10表面的油污。
将经脱脂的金属基材10浸渍于碱性溶液中碱咬2-5min，以去除金属基材10表面的自然氧化层。该碱性溶液的浓度为5-40g/L，该碱性溶液可为氢氧化钠、氢氧化钾及氟化氢铵等碱性溶液的任意一种或者几种的混合物。经碱咬的金属基材10表面没有形成孔洞。由于金属基材10为合金时，金属基材10中含有硅、铜等金属元素，且这些元素不溶于碱性溶液，故，经碱咬的金属基材10表面残留有硅、铜等杂质。
将经碱咬的金属基材10浸渍于硝酸溶液中进行剥黑膜，以除去金属基材10表面经碱咬后残留于其表面的硅、铜等杂质。该硝酸溶液的浓度为30-150g/L，剥黑膜的时间为5-180秒。
将经剥黑膜的金属基材10进行阳极氧化处理，使金属基材10的表面形成含纳米孔（图未示）的阳极氧化膜20。该阳极氧化处理使用的电解液为浓度为150-250g/L的硫酸溶液，电压为8-25V，温度为10-50℃，阳极氧化的时间为10-40min。阳极氧化膜20所形成的纳米孔的直径为5-25nm，深度为1-9μm。所述阳极氧化膜20表面的氧元素的质量百分含量为35-50%，阳极氧化膜20的厚度为1-9μm。
将经阳极氧化处理后的金属基材10浸渍于耦合剂中进行表面耦合处理，以在阳极氧化膜20及其孔的表面形成一耦合连接层30。所述耦合剂的种类为钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类、铝钛复合类、硼酸酯类、有机磺酸等；所述耦合剂的浓度为0.1%-10%；所述耦合剂的温度为25-100℃；浸渍时间为1s-5min。所得耦合连接层30的厚度为1-100nm。
将经耦合处理的金属基材10的表面进行干燥处理，该干燥处理可为自然晾干或置于烘干机中烘干，该干燥处理的温度为25-100℃。
将经表面耦合处理的金属基材10置于模具（图未示）中，用注塑成型的方法在金属基材10及耦合连接层30的表面注塑树脂层40，控制射出温度为220-320℃，即制得金属与树脂的复合体100。该树脂层40可为PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）、PPS（聚苯硫醚）、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PEEK（聚醚醚酮）、PC（聚碳酸酯）、PVC（聚氯乙烯）等。该树脂层40直接与耦合连接层30以化学键力相结合，从而使树脂层40与金属基材10之间以化学键力相结合。
一种由上述方法所制得的复合体100，其包括金属基材10、覆盖于金属基材10表面的阳极氧化膜20、结合于阳极氧化膜20表面的耦合连接层30及结合于耦合连接层30表面的树脂层40。
所述金属基材10可为铝、铝合金、钛合金、铝镁合金及锌合金的任意一种。所述金属基材10经阳极氧化处理，在其表面形成有厚度为1-9μm含纳米孔的阳极氧化膜20，该孔的直径为5-25nm，深度为1-9μm。
所述耦合连接层30结合于阳极氧化膜20及其孔的表面，该耦合连接层30的厚度为1-100nm。
所述树脂层40为PBT、PPS、PET、PEEK、PC、PVC等的任意一种。该树脂层40直接与耦合连接层30以化学键力相结合，从而使树脂层40与金属基材10之间以化学键力相结合。所述复合体100的拉拔力范围为10-40KgF/cm2。
下面通过实施例来对本发明进行具体说明。
实施例1
本实施例金属基材10的材质为铝合金基材Al5052，树脂层40的材质为PBT。
脱脂，将金属基材10浸渍于浓度为25g/L的中性铝合金清洗剂中，保持铝合金清洗剂的温度为60℃，在超声波条件下清洗6min。
将经脱脂的金属基材10浸渍于浓度为50g/L的NaOH的碱性溶液中碱咬0.5min。
将经碱咬的金属基材10浸渍于浓度为150g/L的硝酸溶液中进行剥黑膜，剥黑膜的时间为60秒。
将经剥黑膜的金属基材10进行阳极氧化处理，阳极氧化的电解液为300g/L的硫酸溶液，电压为13V，温度为20℃，该阳极氧化的时间为15min。所得阳极氧化膜20的厚度为5μm。
将经阳极氧化处理后的金属基材10浸渍于浓度为3%的铝酸酯耦合剂中进行表面耦合处理，该铝酸酯耦合剂的温度为40℃，浸渍时间为10s。所得耦合连接层30的厚度为1-100nm。
将经耦合处理的金属基材10置于烘箱中进行烘干，烘干温度为 60℃，时间为15min。
注塑成型，射出温度为285℃。
实施例2
本实施例金属基材10的材质为铝镁合金，树脂层40的材质为PPS。
脱脂，浸渍于浓度为25g/L的中性铝合金清洗剂中，保持铝合金清洗剂的温度为60℃，在超声波条件下清洗6min。
将经脱脂的金属基材10浸渍于浓度为30g/L的NaOH碱性溶液中碱咬1min。
将经碱咬的金属基材10浸渍于浓度为150 g/L的硝酸溶液中进行剥黑膜，剥黑膜的时间为60秒。
将经剥黑膜的金属基材10进行阳极氧化处理，阳极氧化的电解液为100g/L的硫酸溶液，电压为13V，温度为20℃，该阳极氧化的时间为30min。所得阳极氧化膜20的厚度为8μm。
将经阳极氧化处理后的金属基材10浸渍于浓度为2%的有机磺酸耦合剂中进行表面耦合处理，有机磺酸的温度为40℃浸渍时间为 60秒。所得耦合连接层30的厚度为1-100nm。
将经耦合处理的金属基材10置于烘箱中进行烘干，烘干温度为 60℃，时间为15分钟。
注塑成型，射出温度为320℃。
实施例3
本实施例金属基材10的材质为铝镁合金，树脂层40的材质为PA 。
脱脂，浸渍于浓度为25g/L的中性铝合金清洗剂中，保持铝合金清洗剂的温度为60℃，在超声波条件下清洗6min。
将经脱脂的金属基材10浸渍于浓度为40g/L的NaOH的碱性溶液中碱咬0.5min。
将经碱咬的金属基材10浸渍于浓度为150g/L的硝酸溶液中进行剥黑膜，剥黑膜的时间为60秒。
将经剥黑膜的金属基材10进行阳极氧化处理，阳极氧化的电解液为 200g/L的硫酸溶液，电压为13V，温度为20℃，该阳极氧化的时间为10 min。所得阳极氧化膜20的厚度为3μm。
将经阳极氧化处理后的金属基材10浸渍于浓度为3%的硼酸酯耦合剂中进行表面耦合处理，硼酸酯耦合剂的温度为30℃浸渍时间为15秒，所得耦合连接层30的厚度为1-100nm。
将经耦合处理的金属基材10置于烘箱中进行烘干，烘干温度为 60℃，时间为15分钟。
注塑成型，射出温度220℃。
所述金属与树脂的复合体100的制备方法，通过将经阳极氧化处理的金属基材10浸渍于耦合剂中，在阳极氧化膜20及其孔的表面形成一耦合连接层30，使得注塑的树脂层40与耦合连接层30之间以化学键力相结合，从而使树脂层40与金属基材10之间以化学键力结合，因此，所制备的复合体100中金属基材10表面的树脂层40不易发生剥离、龟裂(裂纹)、破损等现象。

Claims (10)

1.一种金属与树脂的复合体的制备方法，其包括如下步骤：
提供一形状化的金属基材；
将金属基材进行阳极氧化处理，使基材的表面形成含纳米孔的阳极氧化膜；
将经阳极氧化处理后的金属基材浸渍于耦合剂中进行表面耦合处理，以在阳极氧化膜及其孔的表面形成一耦合连接层；
将经表面耦合处理的金属基材置于模具中，用注塑成型的方法在耦合连接层的表面注塑树脂层。
2.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述金属为铝、铝合金、钛合金、铝镁合金或锌合金。
3.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：在对金属基材进行阳极氧化处理之前，还包括对金属基材的表面进行脱脂、将经脱脂的金属基材浸渍于碱性溶液中进行碱咬和将经碱咬的金属基材浸渍于硝酸溶液中进行剥黑膜处理的步骤。
4.如权利要求3所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述碱咬的过程在碱性溶液中进行，经碱咬的金属基材表面没有形成孔洞，该碱性溶液为氢氧化钠、氢氧化钾、氟化氢铵的一种或者几种的混合物，该碱性溶液的浓度为5-40g/L。
5.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述阳极氧化的条件为：阳极氧化的电解液为浓度为150-250g/L的硫酸溶液，电压为8-25V，温度为10-50℃，阳极氧化的时间为10-40min。
6.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述阳极氧化膜的表面的氧元素的质量百分含量为35-50%，阳极氧化膜的厚度为1-9μm，所述孔的直径为5-25nm，孔的深度为1-9μm。
7.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述耦合剂为钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类、铝钛复合类、硼酸酯类或有机磺酸。
8.如权利要求1所述的金属与树脂的复合体的制备方法，其特征在于：所述树脂层为聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚碳酸酯或聚氯乙烯，该树脂层直接与耦合连接层以化学键力相结合，使该树脂层与金属基材之间以化学键力相结合。
9.一种金属与树脂的复合体，其特征在于：该金属与树脂的复合体包括金属基材、形成于基材表面的阳极氧化膜、结合于阳极氧化膜表面的耦合连接层和结合耦于合连接层表面的树脂层，该树脂层与该耦合连接层之间以化学键力相结合。
10.如权利要求9所述的金属与树脂的复合体，其特征在于：所述耦合连接层的厚度为1-100nm，该耦合剂为钛酸酯类、铝酸酯类、锆酸酯类、铝钛复合类、硼酸酯类或有机磺酸，所述金属基材的表面形成一含纳米孔的阳极氧化膜，该孔的直径为5-25nm，孔的深度为1-9μm。
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