一種鋁基塑料複合產品及其製備方法
2023-06-04 05:52:16
一種鋁基塑料複合產品及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁基塑料複合產品及其製備方法，該製備方法包括如下步驟：(1)在鋁或鋁合金製成基材表面採用化學腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級的大孔；(2)在鋁或鋁合金基材表面採用陽極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納米級的小孔；(3)將塑料直接注塑到鋁或鋁合金基材表面形成鋁基複合產品。由於鋁或鋁合金基材表面形成有微米級大孔，大孔內又成型有小孔，塑料注塑至基材表面後可與基材牢固結合在一起，結合強度可達10Mpa以上，且工藝簡單，適合大規模生產；其次，採用的塑料可為常規品種，適用範圍廣；另外，生產中使用化學腐蝕溶液具有良好的環境適應性，無汙染，環保效果良好。
【專利說明】一種鋁基塑料複合產品及其製備方法
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及複合材料【技術領域】，尤其是涉及一種金屬和塑料複合產品及其製備方 法。
【背景技術】：
[0002] 金屬與塑料構成的複合產品廣泛應用於汽車、家用電器、消費電子等領域。傳統的 金屬與塑料複合產品採用粘合技術製成，即通過粘接劑將各種塑料與鎂、鋁、不鏽鋼等金屬 材料粘接在一起，這種複合產品難以滿足各種產品對結合強度、部件精密度、產品複雜度的 要求。
[0003] 目前常見的金屬與塑料複合成型技術是將金屬件作為嵌件放入注塑模型腔中，再 在金屬件表面直接注塑塑料形成單一構件。這種方法在注塑過程中將金屬件和塑料直接結 合成一整體，可以體現各材料的性能優勢；但是，金屬件和塑料之間的結合強度較低，對金 屬件外形結構複雜性要求較高，加工難度大。
[0004] 近年來出現了納米注塑成型方法，該方法通過將金屬件表面納米化處理，再採用 結晶性塑料組合物作為注塑料直接注塑，使塑料組合物滲入到納米級微孔內注塑成型，從 而得到金屬塑料一體化產品。這種方法獲得的金屬和塑料複合件不僅具有高強度，耐酸鹼 性、熱衝擊性好等優點，而且大大降低了對金屬件的結構要求。然而，納米注塑成型技術所 使用的胺類化合物為有毒有害物質，不易於環保，並且所使用的塑料僅限於高結晶性塑料， 應用範圍較窄，難以大規模推廣應用。
【發明內容】
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[0005] 本發明的目的在於針對現有技術存在的不足之處而提供一種鋁基塑料複合產品 及其製備方法，該方法環保效果好，生產成本低，且得到的鋁基塑料複合產品具有很高的結 合強度。
[0006] 為實現上述目的，本發明鋁基塑料複合產品的製備方法包括如下步驟：
[0007] (1)在鋁或鋁合金製成基材表面採用化學腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級的大 孔；
[0008] (2)在鋁或鋁合金基材表面採用陽極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納 米級的小孔；
[0009] (3)將塑料直接注塑到鋁或鋁合金基材表面形成鋁基複合產品。
[0010] 作為上述技術方案的優選，所述的步驟（1)中的微米級大孔的形成是在pH值為 10-13、溫度為室溫到90°C的腐蝕液中，將鋁或鋁合金基材浸入1分鐘到30分鐘所形成。
[0011] 作為上述技術方案的優選，所述步驟（1)中形成的大孔的孔徑為lum到500um之 間。
[0012] 作為上述技術方案的優選，所述的步驟（1)中採用的化學腐蝕溶液為NaOH水溶 液、Κ0Η水溶液、Na2C03水溶液、NaHC03水溶液、Na0H-Na2HP04水溶液、氨水溶液、水溶性胺 系化合物水溶液、NH3-NH4C1水溶液、或Na3P04-Na2HP04水溶液中的一種或多種。
[0013] 作為上述技術方案的優選，所述的步驟（2)中的氧化膜層是在濃度為150g/ L - 250g/L、溫度為10 - 30°C的硫酸中，於10 - 20V電壓下電解氧化10-40分鐘所形成。
[0014] 作為上述技術方案的優選，所述的步驟（2)中的氧化膜層厚度為3 μ m-?ο μ m之 間，小孔的孔徑為20nm到200nm之間。
[0015] 作為上述技術方案的優選，步驟（1)和步驟（2)反覆多次進行，在小孔處理工藝後 再次進行大孔的處理，或在小孔處理後再次進行大孔和小孔的工藝處理。
[0016] 作為上述技術方案的優選，所述的大孔之間、小孔之間、大孔和小孔之間形成孔洞 連通結構。
[0017] 作為上述技術方案的優選，所述的塑料為流動性較好的聚苯硫醚、聚對苯二甲酸 丁二醇脂、或聚醯胺。
[0018] 作為上述技術方案的優選，述的塑料中添加有重量百分比含量小於50%的玻纖和 礦物材料。
[0019] 本發明的鋁基塑料複合產品，包括鋁或鋁合金製成的基材，所述的鋁或鋁合金基 材表面複合有塑料層。
[0020] 本發明的有益效果在於：由於鋁或鋁合金基材表面形成有微米級大孔，大孔內又 成型有小孔，塑料注塑至基材表面後可與基材牢固結合在一起，結合強度可達l〇Mpa以上， 且工藝簡單，適合大規模生產；其次，採用的塑料可為常規品種，適用範圍廣；另外，生產中 使用化學腐蝕溶液具有良好的環境適應性，無汙染，環保效果良好。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0021] 下面結合附圖對本發明做進一步的說明：
[0022] 圖1為本發明的鋁基塑料複合件整體結構示意圖；
[0023] 圖2為本發明的鋁或鋁合金基材表面的大孔和小孔結構示意圖。
【具體實施方式】：
[0024] 見圖1所示：本發明的鋁基塑料複合產品包括由鋁或鋁合金製成的基材10,基材 10表面複合有塑料層20。該鋁基塑料複合產品的製備方法包括如下步驟：
[0025] 首先，將鋁或鋁合金製成的基材浸入pH值為10-13的腐蝕液中，腐蝕液溫度為室 溫到90°C，浸入時長為1分鐘到30分鐘。可以反覆執行浸泡清洗的工藝，從而使基材表面 產生孔徑在lum到500um之間的大孔A，大孔A的孔徑深度優選大於lum，可以採用切片顯 微鏡觀察確認；
[0026] 接著，採用公知的陽極氧化設備，將鋁或鋁合金基材放入濃度為150g/L - 250g/L 的硫酸中，溫度為10 - 30°C，於10 - 20V電壓下電解氧化10-40分鐘，並控制氧化膜層厚度 在3-10 μ m之間；氧化膜層中含有孔徑在20nm-200nm之間的小孔B。大孔A和小孔B的配 合形成無數的對塑料的倒拉結構，塑料可以少量或完全進入小孔B中，見圖2所示。相對於 現有技術而言，本發明的製備方法更易於使塑料進入大孔A中，同時對塑料種類限制的要 求降低。另外，進一步優選的方式是使大孔A和小孔B之間形成孔洞連通結構，有利於注 塑工序中孔內空氣的排除，進而降低了因氣體的難以排除而影響塑料與金屬連接強度的問 題。
[0027] 最後，採用傳統技術中的注塑工藝條件將表面處理鋁合金製品放入注塑模具中進 行注塑。模具溫度優選1〇〇°到200°C之間，塑料優選為流動性較好的結晶性塑料，如聚苯 硫醚、聚對苯二甲酸丁二醇脂、聚醯胺三類塑料，也可以選用常用的塑料材料，如PP，PC，ABS 等工程塑料。
[0028] 由於塑料與金屬的熱膨脹係數相差較大，在冷熱衝擊條件下會影響結合強度，因 而本發明優選在塑料中添加重量百分比小於50%的玻纖和礦物材料。
[0029] 上述步驟（1)中採用的化學腐蝕溶液為NaOH水溶液、Κ0Η水溶液、Na2C03水溶液、 NaHC03水溶液、Na0H-Na2HP04水溶液、氨水溶液、水溶性胺系化合物水溶液、NH3-NH4C1水 溶液、或Na3P04-Na2HP04水溶液中的一種或多種。
[0030] 實施例1
[0031] (1)、前處理工藝：將市售的1. 5mm厚6061錯合金板，切成20mmX 80mm的長方形 片，將其放入除油溶液中清洗，然後放入酒精中洗淨；
[0032] (2)、大孔成型工藝：將前處理過後的鋁合金片浸入150g/L的氫氧化鈉水溶液中， 溫度控制在60°C，3min後取出用去離子水衝洗乾淨；然後切片在顯微鏡下觀察，觀測孔徑 大小，如果孔徑無法達到本發明所要求的孔徑，可以反覆進行鹼浸泡及水洗，在本實施例中 大孔A的孔徑為10um左右；
[0033] (3)、小孔成型工藝：將前處理過後的鋁合金片放入陽極槽溶液中，硫酸濃度為 200g/L，電壓控制在13V、20°C下電解25min，水洗烘乾；採用電子顯微鏡觀察經過上述陽極 氧化後的鋁合金片表面，可得氧化鋁膜層的厚度約為5um，孔徑為40-60nm左右的納米級小 孔B，小孔B的孔深為lum左右；同時可以觀察到各個孔洞間產生連通結構；如果沒有產生 連通結構，則可以重複上述步驟（2)和（3)，直到產生孔洞連通結構為止；
[0034] (4)、注塑成型：將烘乾後的鋁合金片插入注射成型模具中，注塑含有40wt%玻璃 纖維的PPS塑料組合物，模溫為150°C，產生15_X 10_的金屬與塑料的結合面，脫模及冷 卻；
[0035] 檢測：將樣條固定於萬能材料試驗機進行產品拉伸測試，測試結合部位的最大拉 伸載荷，結合強度=最大載荷+結合面積，本實施例得到的鋁基塑料複合產品的結合強度 超過15MPa。
[0036] 實施例2
[0037] (1)、前處理工藝：將市售的1. 5mm厚6061錯合金板，切成20mmX80mm的長方形 片，將其放入除油溶液中清洗，然後放入酒精中洗淨；
[0038] (2)、大孔成型工藝：將前處理過後的鋁合金片浸入150g/L的氫氧化鈉水溶液中， 溫度控制60°C，3分鐘後取出用去離子水衝洗乾淨；然後切片在顯微鏡下觀察，觀測孔徑大 小，如果孔徑無法達到本發明所要求的孔徑，則可以反覆進行鹼浸泡及水洗，在本實施例中 大孔A的孔徑為50um左右。
[0039] (3)、小孔成型工藝：將前處理過後的鋁合金片放入陽極槽溶液中，硫酸濃度為 200g/L，電壓控制在13V、20°C下電解25分鐘，水洗烘乾；檢測：採用電子顯微鏡觀察經過上 述陽極氧化後的鋁合金片表面，可得氧化鋁膜層的厚度約為5um，孔徑為40-60nm左右的納 米級小孔B，小孔B的孔深為lum左右；同時可以觀察到各個孔洞間產生連通結構；如果沒 有產生連通結構，則可以重複上述步驟（2)和（3)，直到產生孔洞連通結構為止；
[0040] (4)、注塑成型：將烘乾後的鋁合金片插入注射成型模具中，注塑含有40wt%玻璃 纖維的PC塑料組合物，模具溫度為150°C，產生15mmX 10mm的金屬與塑料的結合面，脫模並 冷卻；
[0041] 檢測：將樣條固定於萬能材料試驗機進行產品拉伸測試，測試結合部位的最大拉 伸載荷，結合強度=最大載荷/結合面積，本實施例得到的鋁基塑料複合產品的結合強度 超過13MPa。
[0042] 需要說明的是：以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員， 依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理 解為對本發明的限制。
【權利要求】
1. 一種鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於包括如下步驟： (1) 在鋁或鋁合金製成基材表面採用化學腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級的大孔； (2) 在鋁或鋁合金基材表面採用陽極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納米級 的小孔； (3) 將塑料直接注塑到鋁或鋁合金基材表面形成鋁基複合產品。
2. 根據權利要求1所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的步驟（1) 中的微米級大孔的形成是在pH值為10-14、溫度為室溫到90°C的腐蝕液中，將鋁或鋁合金 基材浸入1分鐘到30分鐘所形成，其孔徑為lum到500um之間。
3. 根據權利要求2所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的步 驟（1)中採用的化學腐蝕溶液為NaOH水溶液、KOH水溶液、Na2C03水溶液、NaHC03水溶 液、Na0H-Na2HP04水溶液、氨水溶液、水溶性胺系化合物水溶液、NH3-NH4C1水溶液、或 Na3P04-Na2HP04水溶液中的一種或多種。
4. 根據權利要求1所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的步驟（2) 中的氧化膜層是在濃度為150g/L - 250g/L、溫度為10 - 30°C的硫酸中，於10 - 20V電壓下 電解氧化10-40分鐘所形成。
5. 根據權利要求4所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的步驟（2) 中的氧化膜層厚度為3 μ m-?ο μ m之間，小孔的孔徑為20nm到200nm之間。
6. 根據權利要求1所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：步驟（1)和步 驟（2)反覆多次進行，在小孔處理工藝後再次進行大孔的處理，或在小孔處理後再次進行 大孔和小孔的工藝處理。
7. 根據權利要求6所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的大孔之 間、小孔之間、大孔和小孔之間形成孔洞連通結構。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於： 所述的塑料為流動性較好的聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丁二醇脂、或聚醯胺。
9. 根據權利要求7所述的鋁基塑料複合產品的製備方法，其特徵在於：所述的塑料中 添加有重量百分比含量小於50 %的玻纖和礦物材料。
10. 權利要求1所述的方法得到的鋁基塑料複合產品，包括鋁或鋁合金製成的基材，其 特徵在於：所述的鋁或鋁合金基材表面複合有塑料層。
【文檔編號】B29C45/14GK104085078SQ201410259330
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】劉秋華 申請人:深圳市欣茂鑫精密五金製品有限公司