TWI549809B - 鋁或鋁合金與塑膠的複合體及其製作方法 - Google Patents

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鋁或鋁合金與塑膠的複合體及其製作方法
本發明涉及一種鋁或鋁合金與塑膠的複合體及其製作方法，尤其涉及一種結合力較強的鋁或鋁合金與塑膠的複合體及該複合體的製作方法。
鋁或鋁合金作為3C產品的外殼或零元件，其與其他材料連接的方法有焊接、機械連接及黏接。其中焊接係鋁或鋁合金最主要的連接方法。但當鋁或鋁合金與塑件連接時，就需要用到黏接的方法。所述黏接方法，係指利用膠黏劑作為中間的介面材料，將鋁或鋁合金與塑件結合於一體的方法。
所述黏接方法雖然可以實現鋁或鋁合金與塑件間的連接，但其存在以下缺點：黏結強度不夠高，其結合力一般僅達0.5MPa；難以自動化，受操作者熟練程度影響；工作溫度受膠黏劑性能影響，一般只能在-50-100℃的溫度範圍內正常工作；在環境光、熱、濕氣等因素下，膠黏劑會產生老化斷裂等現象；大部分膠黏劑有毒，操作過程中會散發有刺激性的氣體，危害人體健康。
目前，人們藉由研究發現，將鋁或鋁合金經過某些特殊的表面蝕孔處理後可直接與注塑塑膠相結合，且二者之間的結合力較強。該特殊的表面蝕孔處理包括：水溶液浸漬，如將鋁或鋁合金浸漬 於水溶性的胺類化合物的稀溶液中，利用水溶液的弱鹼性使鋁或鋁合金表面微細地浸蝕，在浸漬的同時發生胺類化合物分子向鋁或鋁合金表面的吸附；以及陽極氧化處理，即使鋁或鋁合金表面形成多孔的氧化鋁膜。然而，上述水溶液浸漬的方法需用到有毒有害的胺類化合物，而陽極氧化處理製程較長，導致生產效率較低。
鑒於此，有必要提供一種結合力強、且可克服上述缺陷的鋁或鋁合金與塑膠的複合體。
另外，還有必要提供一種上述鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，該製作方法無需使用胺類化合物，且製程短，效率高。
一種鋁或鋁合金與塑膠的複合體，其包括一鋁或鋁合金基體及一注塑結合於鋁或鋁合金基體表面的塑件，其改良在於：該鋁或鋁合金基體表面的鋁或鋁合金本身形成有複數納米孔，該複數納米孔的平均孔徑為20-60nm，對所述鋁或鋁合金基體進行電化學蝕刻以在鋁或鋁合金基體表面形成所述複數納米孔，使得該鋁或鋁合金基體的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，所述塑件的材質為聚苯硫醚塑膠與玻璃纖維的混合物或聚醯胺塑膠。
一種鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其包括如下步驟：提供一鋁或鋁合金基體；對該鋁或鋁合金基體進行化學蝕刻，使該鋁或鋁合金基體表面粗化；對上述鋁或鋁合金基體進行電化學蝕刻，使該鋁或鋁合金基體表 面的鋁或鋁合金本身形成具有平均孔徑為20-60nm的複數納米孔，且使該鋁或鋁合金基體的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，所述電化學蝕刻係以所述鋁或鋁合金為陽極、在體積濃度為100-250ml/L的硫酸及體積濃度為20-60ml/L的磷酸的混合溶液中通電進行8-15分鐘，通過該混合溶液的電流密度為2-4A/dm2；將所述經電化學蝕刻後的鋁或鋁合金基體置於一注塑成型模具中，注塑塑件結合於鋁或鋁合金基體的具有所述複數納米孔的表面製得所述複合體，所述塑件的材質為聚苯硫醚塑膠與玻璃纖維的混合物或聚醯胺塑膠。
相較於習知技術，所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體藉由化學蝕刻及電化學蝕刻處理，在鋁或鋁合金基體表面的鋁或鋁合金本身形成具有平均孔徑為20-60nm的複數納米孔，且使該鋁或鋁合金基體的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，使得該鋁或鋁合金基體與聚苯硫醚塑膠或聚醯胺塑膠具有較強的結合力。本發明避免了使用有毒有害的胺類化合物，且相較於陽極氧化縮短了製程，提高了效率。
100‧‧‧複合體
11‧‧‧鋁或鋁合金基體
13‧‧‧塑件
111‧‧‧納米孔
圖1係本發明一較佳實施方式的鋁或鋁合金與塑膠的複合體的剖視示意圖。
圖2係本發明一較佳實施方式的鋁或鋁合金基體經電化學處理後的掃描電鏡圖。
請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鋁或鋁合金與塑膠的複合體100包括一鋁或鋁合金基體11、及一形成於鋁或鋁合金基體11 表面的複數塑件13。
請參閱圖2，所述鋁或鋁合金基體11表面的鋁或鋁合金本身形成有複數納米孔111，該複數納米孔111的平均孔徑為20-60nm。從圖2可以看到，所述複數納米孔111在鋁或鋁合金基體11表面的分佈較均勻。該複數納米孔111的存在可使得注塑所述塑件13的塑膠嵌入到該複數納米孔111中，從而增強了複數塑件13與鋁或鋁合金基體11的結合力。所述鋁或鋁合金基體11的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm。所述複數納米孔111可藉由對所述鋁或鋁合金基體11進行電化學蝕刻處理而形成。
塑件13以模內注塑的方式結合於鋁或鋁合金基體11的具有所述複數納米孔111的表面。注塑塑件13的塑膠可為具有高流動性的結晶型熱塑性塑膠，如聚苯硫醚(PPS)塑膠與玻璃纖維的混合物或聚醯胺(PA)塑膠等。所述聚苯硫醚(PPS)塑膠與玻璃纖維的混合物中，玻璃纖維的質量百分含量可為10-50%。
本發明一較佳實施方式的製作上述鋁或鋁合金與塑膠的複合體的方法包括如下步驟：提供一鋁或鋁合金基體11。
對該鋁或鋁合金基體11進行脫脂除油處理，以使該基體11的表面清潔。該脫脂除油處理包括將所述鋁或鋁合金基體11浸漬於含鈉鹽的溶液中的步驟。所述含鈉鹽的溶液中可包含有30-50g/L的碳酸鈉，30-50g/L的磷酸鈉，以及3-5g/L的矽酸鈉。浸漬時，保持所述含鈉鹽的溫度在50-60℃之間。該浸漬的時間可為5-15分鐘。脫脂除油處理後對所述鋁或鋁合金基體11進行水洗。
對經脫脂除油處理後的鋁或鋁合金基體11進行化學蝕刻處理，以使該基體11的表面粗化。該化學蝕刻處理包括將所述鋁或鋁合金基體11浸漬於鹼性溶液中的步驟。所述鹼性溶液中包含有10-50g/L的氫氧化鈉。對該鋁或鋁合金基體11進行化學蝕刻處理在室溫下進行約3-5分鐘。化學蝕刻處理後對所述鋁或鋁合金基體11進行水洗。
對經化學蝕刻處理後的鋁或鋁合金基體11進行電化學蝕刻處理，以在該基體11表面的鋁或鋁合金本身形成平均孔徑為20-60nm的複數納米孔洞111。該電化學蝕刻處理可在硫酸及磷酸的混合溶液中通電進行，並以該鋁或鋁合金基體11作為陽極，以不銹鋼板或鉛板作為陰極。該硫酸的體積濃度可為30-50ml/L，該磷酸的體積濃度可為20-60ml/L。電化學蝕刻時，使通過所述混合溶液的電流密度為2-4A/dm2。該電化學蝕刻的時間可為8-15分鐘，遠低於陽極氧化所需要的時間(約15-60分鐘)。電化學蝕刻後對所述鋁或鋁合金基體11進行水洗並乾燥。
提供一注塑成型模具，並將經電化學蝕刻後的鋁或鋁合金基體11置於該模具中，注塑塑件13結合於基體11的具有所述複數納米孔111的表面，製得所述複合體100。注塑塑件13的塑膠可為具有高流動性的結晶型熱塑性塑膠，如PPS，PA等。注塑時控制模具的溫度在120-140℃之間。
對所述鋁或鋁合金與塑膠的複合體100進行了抗拉強度及剪切強度測試。測試結果表明，該複合體100的抗拉強度可達10MPa，剪切強度可達20MPa。且對經上述測試後的複合體100在進行溫濕度存儲試驗(72小時，85℃，85%相對濕度)及冷熱衝擊試驗(48 小時，-40-85℃，4小時/cycle，12cycles)後發現，該複合體100的抗拉強度及剪切強度均無明顯減小。
相較於習知技術，所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體100藉由化學蝕刻及電化學蝕刻處理，在鋁或鋁合金基體11表面的鋁或鋁合金本身形成具有平均孔徑為20-60nm的複數納米孔111，且使該鋁或鋁合金基體11的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，使得該鋁或鋁合金基體11與聚苯硫醚塑膠及聚醯胺塑膠具有較強的結合力。避免了使用有毒有害的胺類化合物，且相對於陽極氧化縮短了對鋁或鋁合金基體進行表面處理的時間，提高了效率。
111‧‧‧納米孔

Claims (8)

  1. 一種鋁或鋁合金與塑膠的複合體，其包括一鋁或鋁合金基體及一注塑結合於鋁或鋁合金基體表面的塑件，其改良在於：該鋁或鋁合金基體表面的鋁或鋁合金本身形成有複數納米孔，該複數納米孔的平均孔徑為20-60nm，對所述鋁或鋁合金基體進行電化學蝕刻以在鋁或鋁合金基體表面形成所述複數納米孔，使得該鋁或鋁合金基體的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，所述塑件的材質為聚苯硫醚塑膠與玻璃纖維的混合物或聚醯胺塑膠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體，其中所述聚苯硫醚塑膠與玻璃纖維的混合物中，該玻璃纖維的質量百分含量為10-50%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體，其中所述塑件嵌入於所述鋁或鋁合金基體表面的複數納米孔中。
  4. 一種鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其包括如下步驟：提供一鋁或鋁合金基體；對該鋁或鋁合金基體進行化學蝕刻，使該鋁或鋁合金基體表面粗化；對上述鋁或鋁合金基體進行電化學蝕刻，使該鋁或鋁合金基體表面的鋁或鋁合金本身形成具有平均孔徑為20-60nm的複數納米孔，且使該鋁或鋁合金基體的表面粗糙度Ra值為0.1-1μm，所述電化學蝕刻係以所述鋁或鋁合金為陽極、在體積濃度為100-250ml/L的硫酸及體積濃度為20-60ml/L的磷酸的混合溶液中通電進行8-15分鐘，通過該混合溶液的電流密度為2-4A/dm2；將所述經電化學蝕刻後的鋁或鋁合金基體置於一注塑成型模具中，注塑 塑件結合於鋁或鋁合金基體的具有所述複數納米孔的表面製得所述複合體，所述塑件的材質為聚苯硫醚塑膠與玻璃纖維的混合物或聚醯胺塑膠。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其中所述化學蝕刻處理包括將所述鋁或鋁合金基體浸漬於含有10-50g/L的氫氧化鈉的鹼性溶液中3-5分鐘的步驟。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其中所述製作方法還包括在化學蝕刻前對所述鋁或鋁合金基體進行脫脂除油的步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其中所述脫脂除油處理包括將所述鋁或鋁合金基體浸漬於溫度在50-60℃之間的含有鈉鹽的溶液中5-15分鐘的步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的鋁或鋁合金與塑膠的複合體的製作方法，其中所述含有鈉鹽的溶液中包含有30-50g/L的碳酸鈉，30-50g/L的磷酸鈉，以及3-5g/L的矽酸鈉。
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