CN108724609A - 一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法 - Google Patents

一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法，包括如下步骤：步骤一，取不锈钢材料，对不锈钢材料进行腐蚀蚀刻处理，使处理后的不锈钢表面粗糙度Ra为10‑50μm，所述不锈钢材料的厚度不低于5mm；步骤二，将不锈钢材料表面喷淋一层促进结合剂后升温至50‑60℃，然后在真空条件下利用模内注塑在不锈钢表面形成一层厚度为0.1‑2mm的抗菌塑料层，从而制得抗菌不锈钢复合制件。本发明中方法制备出的不锈钢材料与塑胶材料之间的结合力强、一体性好，而且具有一定的抗菌功能，适合应用于与人体频繁接触的产品中作为结构制件。

Description

一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢复合材料领域，具体涉及一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法。
背景技术
不锈钢材料在小型化产品中应用非常广泛，尤其在3C电子领域，不锈钢材料由于具有良好的成型性能和高强度、高硬度、良好耐蚀性等优点，被广泛应用于手机、电脑等消费类电子产品中。消费类电子产品目前对金属材料结构的需求越来越大，随着目前消费类电子产品轻薄化、小型化趋势的发展，传统的不锈钢制件尽管原料来源广、成型性能好，但是由于密度较大，难以满足在结构件的应用中在不大幅影响结构强度的条件下，将构件厚度减轻、质量减薄的要求。现有技术中，提出了许多解决上述问题的方法，应用较多的即将不锈钢材料与塑胶材料等制成复合材料，一方面降低了整体产品的质量，而且还能够根据复合的不同材料的特性进行不同的表面处理。在实际应用过程中，由不锈钢件和塑胶材料制备成的复合制件，存在复合牢度不高的问题，同时在作为消费类电子使用过程中，由于和人体接触较多，复合面处容易集聚使用过程中产生的脏污，从而容易滋生细菌，影响使用体验。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种具有抗菌功能的不锈钢复合制件制备方法，通过该方法制备出的不锈钢材料与塑胶材料之间的结合力强、一体性好，而且具有一定的抗菌功能，适合应用于与人体频繁接触的产品中作为结构制件。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
本发明中提供的抗菌不锈钢复合制件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，取不锈钢材料，对不锈钢材料进行腐蚀蚀刻处理，使处理后的不锈钢表面粗糙度Ra为10-50μm，所述不锈钢材料的厚度不低于5mm；
步骤二，将不锈钢材料表面喷淋一层促进结合剂后升温至50-60℃，然后在真空条件下利用模内注塑在不锈钢表面形成一层厚度为0.1-2mm的抗菌塑料层，从而制得抗菌不锈钢复合制件。
本发明中的技术路线大致为：首先对不锈钢材料进行腐蚀蚀刻处理，使形成粗糙的结合面，然后利用模内注塑技术将熔化的塑胶料注入模具内，使形成所需复合材料。将上述工艺中的塑胶料制成和不锈钢材料具有良好结合能力的抗菌塑料，从而使得制件整体具有抗菌性能。在本发明的技术路线中，有许多工艺步骤需要注意。首先，腐蚀蚀刻出的注塑接触层的粗糙度需严格进行控制，为了获得高强结合性能的复合材料，粗糙度Ra值需至少大于10，但是需控制不能超过50，粗糙度过大一方面容易造成对不锈钢件的减薄，另一方面腐蚀蚀刻的深度是有限的，一旦单纯的追求更大的粗糙度，会造成不锈钢处理面的不均匀，从而影响复合件整体的均匀度和平整度，同时不锈钢材料的厚度应不低于5mm，否则不锈钢材料容易在刻蚀过程中过薄，难以进行后续的模内注塑加工。在步骤二中，注塑前优选喷淋促进结合剂并辅以加工以加深两者的结合力，尽管不锈钢件结合面上存在侵蚀的孔隙，但是对于塑胶材料来说，孔隙孔径还是略小，故需要利用合适的促进剂帮助将流动的注塑料“引入”不锈钢件表面的孔隙中。
进一步地，所述不锈钢为马氏体型不锈钢或者耐热钢。本发明中优选化学侵蚀均匀的马氏体型不锈钢或者耐热钢。利用本发明中的腐蚀蚀刻方法针对奥氏体不锈钢或者铁素体不锈钢容易造成晶间腐蚀的情况。
进一步地，所述步骤一中，对不锈钢进行腐蚀蚀刻处理的方法为：首先将不锈钢材料浸入强化腐蚀液中，所述强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在强化腐蚀液中腐蚀15-30s以后，再浸入循环流动的饱和苦味酸去离子水溶液中50-60s，取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干。本发明中的腐蚀蚀刻采用的是两次蚀刻法。本发明的发明人在实践中发现，使用现有技术中的蚀刻液对不锈钢材料进行蚀刻只能获得较为平行的内部孔隙，这样的不锈钢制件进行模内注塑后，与塑胶材料之间的结合力一般，并没有太大的改善。在本发明中，首先利用强化腐蚀液在不锈钢制件表面短时间内蚀刻出体积大但是较为浅薄的腐蚀坑洞，然后再利用饱和苦味酸水溶液在相对较长的时间内在原有的腐蚀坑洞的基础上腐蚀出体积小但是较为深入的腐蚀孔隙，通过模内注塑工艺中的注射压力，则可以将塑胶材料压入深层次的腐蚀孔隙中，从而在不锈钢与塑胶材料之间形成强有力的结合力。使用循环流动的饱和苦味酸溶液进行深度刻蚀是为了保证深度刻蚀过程中的均匀性。
进一步地，所述强化腐蚀液蚀刻温度为60-70℃；所述饱和苦味酸去离子水溶液的蚀刻温度为40-50℃。温度的提升有利于提升腐蚀刻蚀过程中的效率。
进一步地，所述饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有2-5wt%的缓蚀剂，所述缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。添加缓蚀剂能够有效避免二次腐蚀的产生。
进一步地，所述喷淋水冲洗的过程配合超声处理。
进一步地，所述步骤二中，所述促进结合剂为乙二胺四乙酸、对硝基苯磺酸、三乙醇胺、甘油、松香水中的一种或者多种与六亚甲基四胺复配后的混合物，所述六亚甲基四胺占混合物总质量的30-40%。本发明中所使用的促进结合剂需满足的条件包括：1、具有良好的渗透性和润湿性；2、在模内铸造的过程中，遇高温时不会产生过量的形变，以免影响不锈钢与塑胶料之间的结合程度。进一步优选，将步骤二中的模内注塑工艺设于真空环境中进行，可最大程度保证铸造过程中残留气体的排出。
进一步地，所述步骤二中，模内注塑过程中的保压时间为60-120s，注射压力为180-250MPa。
进一步地，所述步骤二中的抗菌塑料层所使用的抗菌塑料包括PP、PE、ABS、HDPE、LDPE、PVC、PMMA、EVA、PET、POM、PPS、PA中的一种或者多种作为基料，上述基料中还添加有占基料质量百分比为0.5-2%的纳米银粉以及0.05-0.08%的脂肽。本发明中使用的抗菌塑料不仅要具有抗菌能力，而且还需要对表面能进行适当的改性，使得其表面能够与不锈钢材料有机结合、不易分离，在本发明中通过添加纳米银粉提升抗菌能力。在现有技术中，添加有金属颗粒的塑料往往表面能下降，不易制成复合制件，在本发明中通过进行脂肽的添加，一方面提升了抗菌性能，另一方面使抗菌塑料的表面能提升，增加了与不锈钢材料复合过程中的动力。
本发明具有以下优点：
本发明提供了一种具有抗菌功能的不锈钢复合制件制备方法，通过该方法制备出的不锈钢材料与塑胶材料之间的结合力强、一体性好，而且具有一定的抗菌功能，适合应用于与人体频繁接触的产品中作为结构制件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1
本实施例中采用的是长宽高为10cm×8cm×1cm的12Cr12钢板与抗菌PP塑料相复合的复合材料。具体制备方法如下：
步骤一，取上述不锈钢板，首先将不锈钢板浸入强化腐蚀液中，强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在60℃强化腐蚀液中腐蚀15s以后，再浸入循环流动的40℃饱和苦味酸去离子水溶液中60s，饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有2wt%的缓蚀剂，缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干，清洗过程配合超声处理。处理完毕后形成粗糙的注塑接触层，注塑接触层表面粗糙度Ra为24-28μm范围内，平均粗糙度Ra为25.6；
步骤二，将不锈钢板注塑接触层喷淋一层促进结合剂升温至60℃，然后放置于设定的模具中，然后进行真空模内注塑，注塑过程中的真空度控制为100Pa，注射压力为200MPa，保压时间为110s，利用高注射压力和较长的保压时间将塑胶材料与不锈钢材料进行紧密结合。
该步骤中所使用的促进结合剂为甘油、松香水和六亚甲基四胺的混合物，三者的质量比为1:1:1。促进结合剂的喷淋使用雾化喷头，将促进结合剂覆于不锈钢材料的注塑接触层表面即可，一般利用雾化喷头喷洒1-2次即可。
步骤二中使用的抗菌塑料制备方法为：将PP与0.5wt%纳米银粉（平均粒度20nm）、0.05wt%脂肽进行混合、塑化制成PP抗菌塑料母粒。
实施例2
本实施例中采用的是长宽高为10cm×8cm×1cm的06Cr13钢板与抗菌PE塑料相复合的复合材料。具体制备方法如下：
步骤一，取上述不锈钢板，首先将不锈钢板浸入强化腐蚀液中，强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在65℃强化腐蚀液中腐蚀15s以后，再浸入循环流动的40℃饱和苦味酸去离子水溶液中60s，饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有2wt%的缓蚀剂，缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干，清洗过程配合超声处理。处理完毕后形成粗糙的注塑接触层，注塑接触层表面粗糙度Ra为30-35μm范围内，平均粗糙度Ra为31.5；
步骤二，将不锈钢板注塑接触层喷淋一层促进结合剂升温至60℃，然后放置于设定的模具中，然后进行真空模内注塑，注塑过程中的真空度控制为100Pa，注射压力为195MPa，保压时间为120s，利用高注射压力和较长的保压时间将塑胶材料与不锈钢材料进行紧密结合。
该步骤中所使用的促进结合剂为甘油、松香水和六亚甲基四胺的混合物，三者的质量比为1:1:1。促进结合剂的喷淋使用雾化喷头，将促进结合剂覆于不锈钢材料的注塑接触层表面即可，一般利用雾化喷头喷洒1-2次即可。
步骤二中使用的抗菌塑料制备方法为：将PE与2wt%纳米银粉（平均粒度20nm）、0.08wt%脂肽进行混合、塑化制成PE抗菌塑料母粒。
实施例3
本实施例中采用的是长宽高为10cm×8cm×1cm的06Cr13钢板与抗菌PVC塑料相复合的复合材料。具体制备方法如下：
步骤一，取上述不锈钢板，首先将不锈钢板浸入强化腐蚀液中，强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在60℃强化腐蚀液中腐蚀15s以后，再浸入循环流动的45℃饱和苦味酸去离子水溶液中55s，饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有5wt%的缓蚀剂，缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干，清洗过程配合超声处理。处理完毕后形成粗糙的注塑接触层，注塑接触层表面粗糙度Ra为18-28μm范围内，平均粗糙度Ra为23.9；
步骤二，将不锈钢板注塑接触层喷淋一层促进结合剂升温至54℃，然后放置于设定的模具中，然后进行真空模内注塑，注塑过程中的真空度控制为100Pa，注射压力为205MPa，保压时间为90s，利用高注射压力和较长的保压时间将塑胶材料与不锈钢材料进行紧密结合。
该步骤中所使用的促进结合剂为甘油、松香水和六亚甲基四胺的混合物，三者的质量比为1:1:1。促进结合剂的喷淋使用雾化喷头，将促进结合剂覆于不锈钢材料的注塑接触层表面即可，一般利用雾化喷头喷洒1-2次即可。
步骤二中使用的抗菌塑料制备方法为：将PVC与2wt%纳米银粉（平均粒度20nm）、0.08wt%脂肽进行混合、塑化制成PVC抗菌塑料母粒。
实施例4
本实施例中采用的是长宽高为10cm×8cm×1cm的Y12Cr13钢板与抗菌EVA塑料相复合的复合材料。具体制备方法如下：
步骤一，取上述不锈钢板，首先将不锈钢板浸入强化腐蚀液中，强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在60℃强化腐蚀液中腐蚀15s以后，再浸入循环流动的45℃饱和苦味酸去离子水溶液中55s，饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有5wt%的缓蚀剂，缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干，清洗过程配合超声处理。处理完毕后形成粗糙的注塑接触层，注塑接触层表面粗糙度Ra为18-28μm范围内，平均粗糙度Ra为23.9；
步骤二，将不锈钢板注塑接触层喷淋一层促进结合剂升温至60℃，然后放置于设定的模具中，然后进行真空模内注塑，注塑过程中的真空度控制为100Pa，注射压力为180MPa，保压时间为120s，利用高注射压力和较长的保压时间将塑胶材料与不锈钢材料进行紧密结合。
该步骤中所使用的促进结合剂为甘油、松香水和六亚甲基四胺的混合物，三者的质量比为1:1:1。促进结合剂的喷淋使用雾化喷头，将促进结合剂覆于不锈钢材料的注塑接触层表面即可，一般利用雾化喷头喷洒1-2次即可。
步骤二中使用的抗菌塑料制备方法为：将EVA与1wt%纳米银粉（平均粒度20nm）、0.08wt%脂肽进行混合、塑化制成EVA抗菌塑料母粒。
本发明实施例中制备得到的不锈钢复合制件与塑胶材料之间的结合力强、一体性好，而且具有一定的抗菌功能，适合应用于与人体频繁接触的产品中作为结构制件。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，取不锈钢材料，对不锈钢材料进行腐蚀蚀刻处理，使处理后的不锈钢表面粗糙度Ra为10-50μm，所述不锈钢材料的厚度不低于5mm；
步骤二，将不锈钢材料表面喷淋一层促进结合剂后升温至50-60℃，然后在真空条件下利用模内注塑在不锈钢表面形成一层厚度为0.1-2mm的抗菌塑料层，从而制得抗菌不锈钢复合制件。
2.如权利要求1所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述不锈钢为马氏体型不锈钢或者耐热钢。
3.如权利要求1所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，对不锈钢进行腐蚀蚀刻处理的方法为：首先将不锈钢材料浸入强化腐蚀液中，所述强化腐蚀液为含有5wt%硝酸、5wt%盐酸、3wt%氢氟酸和5wt%氯化铁的去离子水溶液，在强化腐蚀液中腐蚀15-30s以后，再浸入循环流动的饱和苦味酸去离子水溶液中50-60s，取出后利用喷淋水将不锈钢腐蚀面冲洗干净、烘干。
4.如权利要求3所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述强化腐蚀液蚀刻温度为60-70℃；所述饱和苦味酸去离子水溶液的蚀刻温度为40-50℃。
5.如权利要求3所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述饱和苦味酸去离子水溶液中还添加有2-5wt%的缓蚀剂，所述缓蚀剂为松香胺聚氧乙烯醚与硫脲1:0.8的混合添加物。
6.如权利要求3所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述喷淋水冲洗的过程配合超声处理。
7.如权利要求1所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，所述促进结合剂为乙二胺四乙酸、对硝基苯磺酸、三乙醇胺、甘油、松香水中的一种或者多种与六亚甲基四胺复配后的混合物，所述六亚甲基四胺占混合物总质量的30-40%。
8.如权利要求1所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，模内注塑过程中的保压时间为60-120s，注射压力为180-250MPa。
9.如权利要求1所述抗菌不锈钢复合制件的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的抗菌塑料层所使用的抗菌塑料包括PP、PE、ABS、HDPE、LDPE、PVC、PMMA、EVA、PET、POM、PPS、PA中的一种或者多种作为基料，上述基料中还添加有占基料质量百分比为0.5-2%的纳米银粉以及0.05-0.08%的脂肽。
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