TWI614142B

TWI614142B - 不鏽鋼塑料複合體的製造方法

Info

Publication number: TWI614142B
Application number: TW106108421A
Authority: TW
Inventors: wen-tong Zhang; zhong-yi Su
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-02-11
Also published as: TW201832920A

Description

不鏽鋼塑料複合體的製造方法

本發明係有關於一種金屬與塑膠的複合材料的製造方法，特別是一種通過奈米孔洞結構來提高結合強度的不鏽鋼塑料複合體的製造方法。

3C電子產品通常會通過金屬與塑膠材料在膜內注塑成型，來增加產品強度、降低產品整體厚度，或用來獲得所需的外觀質感。然而，金屬和塑膠間的黏結性較差，需要製作各種咬合結構，例如倒扣和凹口，將彼此穩固地結合為一體；但是，這種方式會使製作成本大幅增加。

一種奈米成型技術，是先於金屬表面腐蝕形成微細的奈米孔洞結構，然後，通過注塑機將塑料直接注射在金屬表面的奈米孔洞中，從而讓金屬與塑料之間達成穩定的物理連接；其中，雖然可以隨著電壓高低或化學藥液濃度、溫度、時間變化來調整孔洞的平均孔徑，但是目前的製程所形成的孔洞，其平均孔徑一般僅為20-50奈米(nm)，如第1圖所示，其顯示不鏽鋼材料表面經腐蝕處理後所產生的奈米孔洞40之孔徑約為30-50奈米，而無法保證讓塑料將每個孔洞填充完整，而未能產生最佳的附著力，導致金屬和塑料的結合強度仍具有改善的空間。

有鑑於此，本案發明人構思研製出一種不鏽鋼塑料複合體的製造方法，除了製作方式非常簡易，並可將複合結構的結合強度和氣密度大幅提昇，不但有別於先前技術的結構及製程，更能有效克服其各種缺失；其具體架構及實施方式將詳述於下。

本發明之主要目的在於提供一種不鏽鋼塑料複合體的製造方法，乃將不鏽鋼基體表面蝕刻所形成的奈米孔洞的平均孔徑予以擴大，使得注塑成型的塑料層可以更深入每個奈米孔洞，而產生更高的附著力，以提昇不鏽鋼基體和塑料層兩者之間的結合強度和氣密度，使產品的品質和性能更加穩定。

本發明之另一目的在於提供一種不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其製作流程簡易，成本低廉，可容易達到產品的輕量化，並降低厚度。

為達到上述之目的，本發明揭露一種不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其步驟包括：首先，在步驟(a)中，對不鏽鋼基體表面進行脫脂處理；在步驟(b)中，再對經脫脂處理的不鏽鋼基體表面進行粗化處理；然後，在步驟(c)中，對經粗化處理的不鏽鋼基體表面進行微蝕處理，以形成複數微孔洞，微孔洞的平均孔徑為20-40奈米；接著，在步驟(d)中，對經微蝕處理的不鏽鋼基體表面進行黑化處理；在步驟(e)中，再對經黑化處理的不鏽鋼基體表面進行蝕刻處理，使微孔洞的平均孔徑擴大而形成複數奈米孔洞，奈米孔洞的平均孔徑為60-250奈米；之後，在步驟(f)中，對經蝕刻處理的不鏽鋼基體表面進行置換處理；在步驟(g)中，再對經置換處理的不鏽鋼基體表面進行烘乾作業；最後，在步驟(h)中，對烘乾作業後的不鏽鋼基體表面注射塑料，成型後則形成塑料層，以使塑料層通過前述奈米孔洞與不鏽鋼基體表面結合，而製得本發明的不鏽鋼塑料複合體。

較佳地，奈米孔洞的平均孔徑可達到80-120奈米。

較佳地，在步驟(a)至步驟(g)的每個步驟之間，還包括清洗作業的步驟。

較佳地，在步驟(e)之後，還包括清渣作業的步驟；更佳地，在前述清渣作業的步驟之後，還包括清洗作業的步驟。

較佳地，不鏽鋼基體的材質為SUS304型不鏽鋼。

較佳地，塑料層的材質為聚酰胺(PA)、聚亞苯基硫醚(PPS)或飽和聚酯對苯二甲酸丁酯(PBT)。

較佳地，在步驟(e)中是使用蝕刻處理劑進行蝕刻，且蝕刻處理劑包含5-10重量%的滲透劑、1-5重量%的緩蝕劑、1-3重量%的表面活性劑及1-3重量%的添加劑，其餘為水。

另外，本發明也揭露一種不鏽鋼塑料複合體，其包括不鏽鋼基體及與不鏽鋼基體結合的塑料層，而不鏽鋼基體表面分佈有複數奈米孔洞，這些奈米孔洞的平均孔徑為60-250奈米，且塑料層填充於每個奈米孔洞中。

較佳地，奈米孔洞的平均孔徑為80-120奈米。

較佳地，不鏽鋼基體的材質為SUS304型不鏽鋼。

與習知技術相比，本發明的方法使用脫脂、粗化、微蝕、黑化、蝕刻、置換等步驟，將奈米孔洞的平均孔徑由目前的20-50奈米提昇為60-250奈米的程度，而可讓注塑成型後的塑料層得以更完整地填充於每個奈米孔洞中，來產生更高的附著力，能夠大幅提昇不鏽鋼基體與塑料層的結合強度，同時也確保不鏽鋼基體與塑料層的界面間的氣密性。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

100‧‧‧不鏽鋼塑料複合體

10‧‧‧不鏽鋼基體

20‧‧‧塑料層

30‧‧‧奈米孔洞

40‧‧‧奈米孔洞

第1圖為一般不鏽鋼材料表面經腐蝕處理後的奈米孔洞的掃描電子顯微鏡之示意圖。

第2圖為本發明之實施例所提供的不鏽鋼塑料複合體之剖面圖。

第3A與3B圖為本發明之實施例所提供的不鏽鋼基體表面的奈米孔洞的掃描電子顯微鏡之示意圖。

第4圖為本發明之實施例所提供的不鏽鋼塑料複合體的製造方法之流程圖

第5圖為本發明之實施例所提供的注射塑料於不鏽鋼基體表面之示意圖。

請參照第2圖，繪示本發明之實施例所提供的不鏽鋼塑料複合體之剖面圖。此不鏽鋼塑料複合體100包含有不鏽鋼基體10與結合於不鏽鋼基體10表面的塑料層20。本實施例所使用的不鏽鋼基體10的材質可以例如為SUS304型的鉻-鎳系(Cr-Ni)不鏽鋼，而塑料層20的材質可以例如為聚酰胺(PA)、聚亞苯基硫醚(PPS)或飽和聚酯對苯二甲酸丁酯(PBT)等塑料。

再請參照第3A圖，為本發明之實施例所提供的不鏽鋼基體表面10的奈米孔洞30的掃描電子顯微鏡之示意圖；可以看到，本實施例的不鏽鋼基體10表面分佈有多個奈米孔洞30，這些奈米孔洞30的孔徑約為60-80奈米(nm)，其存在可讓後續注塑成型的塑料層得以充分填充於這些奈米孔洞30的孔隙中。本發明中，這些奈米孔洞30的平均孔徑可為60-250奈米，較佳者為80-120奈米，如第3B圖所示，本發明之另一實施例所提供的不鏽鋼基體表面10表面的奈米孔洞30之孔徑約為80-120奈米。藉此，可以提高塑料層20於奈米孔洞30中的吸附力，並從而增加塑料層20與不鏽鋼基體10之間的結合強度及氣密性，經過實際測試，可提升不鏽鋼塑料複合體100的拉拔力至220~300公斤力/平方公分(kgf/cm²)。

接著，請參照第4圖，其顯示本發明之實施例所提供的不鏽鋼塑料複合體的製造方法之流程圖。該製造流程包括如下步驟：首先，見步驟S10，提供通過機械加工形狀化的不鏽鋼基體。

見步驟S20，採用脫脂劑，對不鏽鋼基體進行脫脂處理，來去除表面油脂。

見步驟S21，為了進一步去除不鏽鋼基體的表面污垢，較佳是再對不鏽鋼基體表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S30，對不鏽鋼基體表面進行粗化處理，以增加不鏽鋼基體表面的粗糙度，而形成粗化的表面。

見步驟S31，同樣可進一步對粗化後的不鏽鋼基體表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S40，再採用微蝕處理劑，對不鏽鋼基體表面進行微蝕處理，使粗化過的不鏽鋼基體表面產生複數微孔洞，這些微孔洞的平均孔徑約為20-40奈米，微蝕處理劑的成分包括緩蝕劑、螯合劑、金屬鹽及酸鹽等，微蝕處理的溫度為45-65℃，微蝕處理的時間為3-5分鐘。

見步驟S41，可進一步對產生微孔洞的不鏽鋼基體表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S50，採用黑化劑，對不鏽鋼基體表面進行黑化處理，使具有微孔洞的不鏽鋼基體表面形成黑化處理表面，黑化劑的成份包括1-3重量%的微蝕刻劑、5重量%的緩蝕劑、2重量%的添加劑，其餘為水，黑化處理的溫度為45-55℃，黑化處理的時間為5-8分鐘。

見步驟S51，可進一步對不鏽鋼基體的黑化處理表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S60，再採用蝕刻處理劑，對不鏽鋼基體表面進行蝕刻處理，使黑化處理表面的微孔洞進一步擴大為奈米孔洞，這些孔洞的平均孔徑約為60-120奈米，較佳則為80-120奈米；本實施例中，蝕刻處理劑包含5-10重量%的滲透劑、1-5重量%的緩蝕劑、1-3重量%的表面活性劑及1-3重量%的添加劑，其餘為水，蝕刻處理的溫度為45-65℃，蝕刻處理的時間為3-5分鐘。

見步驟S61，同樣可進一步對形成奈米孔洞的不鏽鋼基體表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S62，完成清洗作業後，更可對不鏽鋼基體表面進行清渣作業。

見步驟S63，而清渣作業之後，亦可進一步對不鏽鋼基體表面進行一次或多次的清洗作業。

見步驟S70，再採用置換處理劑，對於不鏽鋼基體表面進行置換，使具有奈米孔洞的黑化處理表面形成置換處理表面，置換處理劑的成份包括20重量%的表面處理劑和5重量%的螯合劑，其餘為水，置換處理的溫度為55-65℃，置換處理的時間為3-5分鐘。

見步驟S71，可進一步對不鏽鋼基體的置換處理表面進行一次或多次的清洗作業。

之後，見步驟S80，對形成置換處理表面的不鏽鋼基體進行烘乾作業。

最後，見步驟S90，且如第5圖所示，將烘乾完成的不鏽鋼基體10放入注塑成型模具50內，然後對不鏽鋼基體10具有奈米孔洞的表面注射塑料，使塑料填充於每個奈米孔洞中，待塑料成型後即形成一塑料層20，此塑料層20會通過奈米孔洞與不鏽鋼基體10表面緊密結合在一起，以製得本發明的不鏽鋼塑料複合體。

本實施例在步驟S90的注塑成型中，其成型模溫約為140℃，料管溫度第一階段約為290℃，第二階段約為295℃，第三階段約為300℃，第四階段約為305℃，而射出壓力約為1750公斤力/平方公分(kg-f/cm²)。

此外，下面表一提供利用本發明所製得的不鏽鋼塑料複合體的抗拉強度測試數據。此抗拉強度測試是經由電子萬能材料試驗機來進行，其測試速度為10.00毫米/分鐘(mm/min)，測試標準為120公斤力/平方公分(kgf/cm³)，而測試試片所採用的不鏽鋼塑料複合體，其不鏽鋼基體的材質為SUS304型不鏽鋼，塑料種類為聚酯對苯二甲酸丁酯(PBT)，兩者的結合面積為0.5立方公分(cm³)，試片尺寸為45*18*1.5毫米(mm)。

總之，根據本發明所製得的不鏽鋼塑料複合體的不鏽鋼基體與塑料的結合效果相當穩定，且結合強度高。因此，相較於現有技術，本發明所提供的不鏽鋼塑料複合體及其製作方法，通過脫脂、粗化、微蝕、黑化、蝕刻、置換等步驟，而將奈米孔洞的平均孔徑可由目前的20-50奈米提昇為60-250奈米的程度，藉此，可讓注塑成型後的塑料層得以更為完整地覆蓋於每個奈米孔洞中，得以產生更高的附著力，能夠有效提昇不鏽鋼基體與塑料層的結合強度，亦可以確保不鏽鋼基體與塑料層的界面間的氣密性，從而使產品的品質和性能更加穩定。此外，本發明的製作流程簡易，成本低廉，可容易達到產品的輕量化，及降低厚度，能夠滿足精細化電子產品的市場需求，提高產品的產業競爭力。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

Claims

一種不鏽鋼塑料複合體的製造方法，包括以下步驟：(a)對一不鏽鋼基體表面進行脫脂處理；(b)對經脫脂處理的該不鏽鋼基體表面進行粗化處理；(c)對經粗化處理的該不鏽鋼基體表面進行微蝕處理，以形成複數微孔洞，該些微孔洞的平均孔徑為20-40奈米；(d)對經微蝕處理的該不鏽鋼基體表面進行黑化處理；(e)對經黑化處理的該不鏽鋼基體表面進行蝕刻處理，使該些微孔洞平均孔徑擴大形成複數奈米孔洞，該些奈米孔洞的平均孔徑為60-250奈米；(f)對經蝕刻處理的該不鏽鋼基體表面進行置換處理；(g)對經置換處理的該不鏽鋼基體表面進行烘乾作業；以及(h)對烘乾作業後的該不鏽鋼基體表面注射一塑料，形成一塑料層，以使該塑料層通過該些奈米孔洞與該不鏽鋼基體表面結合，而製得該不鏽鋼塑料複合體。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中該些奈米孔洞的平均孔徑為80-120奈米。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中在步驟(a)至步驟(g)的每個步驟之間，還包括一清洗作業的步驟。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中在步驟(e)之後，還包括一清渣作業的步驟。
如請求項第4項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中在該清渣作業的步驟之後，還包括一清洗作業的步驟。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中該不鏽鋼基體的材質為SUS304型不鏽鋼。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中該塑料層的材質為聚酰胺(PA)、聚亞苯基硫醚(PPS)或飽和聚酯對苯二甲酸丁酯(PBT)。
如請求項第1項所述之不鏽鋼塑料複合體的製造方法，其中在步驟(e)中是使用一蝕刻處理劑進行該蝕刻處理，且該蝕刻處理劑包含5-10重量%的滲透劑、1-5重量%的緩蝕劑、1-3重量%的表面活性劑及1-3重量%的添加劑，其餘為水。