TW201431676A - 含鋁基材與塑料的結合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種含鋁基材與塑料的結合方法。首先,提供一含鋁基材,對含鋁基材之表面進行電化學拋光處理。接著,對此表面進行陽極處理,使此表面上形成複數個孔洞。然後,蝕刻此表面,以擴張孔洞之直徑。之後,將塑料以射出成型方式成型於此表面上。
Description
本發明關於一種含鋁基材與塑料的結合方法,特別是指一種不須黏著劑而能將含鋁基材與塑料牢固結合的方法。
含鋁基材因其良好的散熱及材質輕等特點,廣泛應用於電子產品,作為產品外殼或零組件。由於工業上的需求,目前普遍使用黏著劑將高分子材料黏著於含鋁基材上,使其結合。
然而,此方式存在許多缺點,例如黏著強度不夠高,產品工作溫度受限於黏著劑,在光、熱、濕氣等環境下黏著劑會產生龜裂,使用黏著劑增加了產品厚度等。更甚者,部份的黏著劑具有毒性,製造或使用過程中會揮發出有毒氣體,危害人體健康。歐盟已經禁止了多種黏著劑的使用。
因此,有需要提供一種新的結合含鋁基材與塑料的方法。
本發明關於一種含鋁基材與塑料的結合方法,結合後之複合材料具有高強度。
根據本發明,提供一種含鋁基材與塑料的結合方法,包括下列步驟:
提供含鋁基材;對含鋁基材之表面進行電化學拋光處理;對此表面進行陽極處理,使此表面上形成複數個孔洞;蝕刻此表面,擴張孔洞之直徑;以及將塑料以射出成型方式成型於此表面上。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
以下係提出實施例之一種含鋁基材與塑料的結合方法,然該些步驟僅為舉例說明之用,並非用以限縮本發明。具有通常知識者當可依據實際實施態樣的需要對該些步驟加以修飾或變化。
請參照第1圖,其繪示依照本發明一實施例之一種含鋁基材與塑料的結合方法流程圖。結合方法包括下列步驟:提供含鋁基材(S01)、選定處理區域(S02)、電化學拋光(S03)、陽極處理(S04)、擴孔蝕刻(S05)以及塑料射出成形(S06)。以下將詳細的說明此些步驟之細節。
首先,如步驟S01所示,提供含鋁基材。實施例中,含鋁基材例如是鋁金屬或鋁鎂合金。一實施例中,鋁鎂合金例如是包括96.6重量百分比(wt%)的鋁及1.42重量百分比的合金。然實際應用時,本發明之含鋁基材可以是純鋁金屬或者任何含有鋁的合金,其中含鋁基材的鋁之重量百
分比可視應用狀況作適當選擇,本發明並不對此多作限制。
接著,如步驟S02所示,可選擇性地在含鋁基材表面選定處理區域。在下列步驟中,將對含鋁基材表面進行一連串之表面處理,使其能夠牢固的與塑料結合,而表面處理進行之區域可依需求設定。若僅需在含鋁基材表面特定之位置結合塑料,則可塗覆防鍍漆至基材其他區域,或者改變對應之電極形狀,以選定表面處理之處理區域。若不希望限定塑料結合之位置,則可用整個含鋁基材執行下列步驟。本實施例中,係在電化學拋光之前先選定處理區域。在其他實施例中,則可在電化學拋光S03之後,陽極處理S04之前選定處理區域,本發明並不對此多做限制。
再來,如步驟S03所示,對含鋁基材之一表面進行電化學拋光。於此步驟中,例如是以石墨板作為陰極,以含鋁基材作為陽極,將欲處理的含鋁基材浸泡在一第一電解液中。實施例中,第一電解液例如是包括過氯酸及乙醇之混合溶液。電化學拋光過程中,例如是施加1-30伏特之直流電壓1-3分鐘。一般含鋁基材之製造過程多會受到機械應力而形成粗糙表面,此步驟可降低含鋁基材的表面粗糙度,使後續陽極處理的電場分佈較為均勻。一實施例中,電化學拋光處理前的含鋁基材表面之均方根粗糙度(RMS roughness)例如是16.3奈米,經過此電化學拋光處理後,含鋁基材表面之均方根粗糙度大幅降低至低於5奈米,較佳地,大幅降低至等於或低於3.1奈米。請同時參照第2A及第2B圖,其分別繪示含鋁基材經電化學拋光處理前(第
2A圖)及處理後(第2B圖)的掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)圖。
然後,如步驟S04所示,對含鋁基材之經電化學拋光處理後的表面進行陽極處理。此步驟中,例如是將石墨板作為陽極,將含鋁基材作為陽極,將欲處理的含鋁基材浸泡在一第二電解液中。實施例中,第二電解液例如是一硫酸水溶液,其濃度例如是0.3M。陽極處理過程中,例如是在恆溫槽(例如是約15℃)中通入1-30伏特之直流電壓30-60分鐘。實施例中,第二電解液可選用硫酸水溶液、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。含鋁基材於此反應條件下將與第二電解液中之氧離子產生氧化鋁,吸附於基材表面,並自組裝(Self-assembly)成多孔性氧化鋁薄膜,也就是在含鋁基材表面形成多個柱狀孔洞。一實施例中,含鋁基材例如是厚度為1.5毫米(mm)的鋁鎂合金,形成的多孔性氧化鋁薄膜具有之厚度例如是41.9-116.5微米,此些孔洞的直徑介於15-23奈米(nm),如第3圖含鋁基材經陽極處理後的掃描式電子顯微鏡圖所示。
然後,如步驟S05所示,蝕刻含鋁基材之經陽極處理後的表面,以擴張孔洞之直徑。實施例中,例如是將含鋁基材置於一磷酸水溶液中1-20分鐘,磷酸水溶液之濃度例如是6 wt%,反應溫度例如是大約26℃。此步驟中,進行孔洞側面蝕刻,也就是蝕刻移除部分孔洞側面的氧化鋁而將孔洞擴大,使得在後續的射出成型步驟中,熔融態的塑料能更易於且更有效地進入孔洞中。實施例中,經擴孔蝕
刻之孔洞的直徑大於僅經陽極處理而未經蝕刻處理之孔洞直徑,例如是介於22-32奈米之間。
之後,如步驟S06所示,將塑料以射出成型的方式成型於含鋁基材經擴孔蝕刻處理後之表面上,以使塑料與含鋁基材結合。實施例中,將塑料以射出成型的方式成型於含鋁基材上的製程例如包括以下步驟:將含鋁基材固定至模具上,加溫塑料至熔融態,加壓熔融態之塑料,接著使塑料透過模具射出並成型至含鋁基材表面。實施例中,塑料的射出壓力例如是高於300 kgf/cm2,如此一來,可以使熔融態之塑料能夠更易於進入含鋁基材表面之孔洞內。待冷卻後,含鋁基材便能與塑料良好的結合。一實施例中,塑料例如是熱塑性塑料,並可選自由聚乙烯(Polyethylene;PE)、聚丙烯(Polypropylene;PP)、尼龍6(PA 6)、尼龍66(PA 66)、尼龍46(PA 46)、尼龍11(PA 11)、尼龍12(PA 12)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate;PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene Terephthalate;PBT)、聚縮醛(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)所組成的群組中其中之一。然實際應用時,塑料之種類亦視應用狀況作適當選擇,本發明並不對此多作限制。
第4圖繪示依照本發明一實施例之一種含鋁基材與塑料結合之複合材料的示意圖。複合材料100包括含鋁基材
110及塑料120,塑料120結合至含鋁基材110之表面。如第4圖所示,含鋁基材110之表面則分為處理區域111及其他區域112,塑料120結合至含鋁基材110之表面的處理區域111。其他區域112上覆有防鍍漆130,以防止其遭受表面處理。
本實施例之複合材料經強度測試後,正向拉伸強度高達95.7±4 kg/cm2,而側向強度更高達389.8±7.4 kg/cm2。實驗結果顯示,經由本實施例的含鋁基材與塑料之結合方法製成的複合材料,利用基材孔壁與塑料間物理吸附的作用力,所能承受的應力遠大於現今工業使用之黏著劑(習知黏著劑可承受之應力值約為50-80 kg/cm2)。
更甚者,藉由本實施例的含鋁基材與塑料之結合方法製成的複合材料,在極端溫度(-10~70℃)與濕度(75%)之環境測試下,仍能維持正向拉伸強度80.6±4 kg/cm2,側向拉伸強度368.6±14.5 kg/cm2的良好機械特性,不會因冷熱循環以及高濕度而使分子鏈斷鍵或脆化,降低機械性質。
綜上所述,本實施例提出之含鋁基材與塑料的結合方法,藉由在含鋁基材上形成多個孔洞,再以蝕刻方法將孔洞擴大。當塑料射出成形時,熔融狀態的塑料進入此些擴大之孔洞中,待塑料固化後,便能牢固的附著在含鋁基材表面上。不需要黏著劑且更具有優異的機械特性,遠優於現今工業上所使用之結合方法。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫
離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。因此,本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧複合材料
110‧‧‧含鋁基材
111‧‧‧處理區域
112‧‧‧其他區域
120‧‧‧塑料
130‧‧‧防鍍漆
S01-S06‧‧‧步驟
第1圖繪示依照本發明一實施例之一種含鋁基材與塑料的結合方法流程圖。
第2A圖為含鋁基材經電化學拋光處理前的掃瞄式電子顯微鏡(SEM)圖。
第2B圖為含鋁基材經電化學拋光處理後的掃瞄式電子顯微鏡圖。
第3圖為含鋁基材經陽極處理後的掃瞄式電子顯微鏡圖。
第4圖繪示依照本發明一實施例之一種含鋁基材與塑料結合之複合材料的示意圖。
S01-S06‧‧‧步驟
Claims (11)
- 一種含鋁基材與塑料的結合方法,包括下列步驟:提供一含鋁基材;對該含鋁基材之一表面進行一電化學拋光處理;對該表面進行一陽極處理,使該表面上形成複數個孔洞;蝕刻該表面,以擴張該些孔洞之直徑;以及將一塑料以一射出成型方式成型於該表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中在將該塑料以該射出成型方式成型於該表面上的步驟中,部分之該塑料係以熔融狀態進入該些孔洞中,使該塑料與該含鋁基材結合。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中該些孔洞係為柱狀孔洞。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中該含鋁基材為鋁金屬或鋁鎂合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中係以一第一電解液對該表面進行該電化學拋光處理,該第一電解液包括過氯酸及乙醇,且經該電化學拋光處理後,該表面之均方根粗糙度(RMS roughness)低於5奈米(nm)。
- 如申請專利範圍第5項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中該電化學拋光處理之反應條件係以該含鋁基材作為陽極通入1-30伏特之直流電壓1-3分鐘。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合 方法,其中係以一第二電解液對該表面進行該陽極處理,該第二電解液選自硫酸水溶液、草酸水溶液、磷酸水溶液及硼酸水溶液至少其中之一。
- 如申請專利範圍第7項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中該陽極處理之反應條件係以該含鋁基材作為陽極通入1-30伏特之直流電壓30-60分鐘,且形成之該些孔洞的直徑介於15-23奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中蝕刻該表面的步驟包括:將該表面置於一磷酸水溶液中1至20分鐘。
- 如申請專利範圍第9項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中蝕刻該表面的步驟完成後,該些孔洞的直徑介於22-32奈米。
- 如申請專利範圍第1項所述之含鋁基材與塑料的結合方法,其中該塑料選自於由聚乙烯(Polyethylene;PE)、聚丙烯(Polypropylene;PP)、尼龍6(PA 6)、尼龍66(PA 66)、尼龍46(PA 46)、尼龍11(PA 11)、尼龍12(PA 12)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate;PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene Terephthalate;PBT)、聚縮醛(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)及聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene;POB)所組成的群組。
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