一種鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：(1)在鋁或鋁合金制成基材表面采用化學(xué)腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級(jí)的大孔；(2)在鋁或鋁合金基材表面采用陽(yáng)極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納米級(jí)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復(fù)合產(chǎn)品。由于鋁或鋁合金基材表面形成有微米級(jí)大孔，大孔內(nèi)又成型有小孔，塑料注塑至基材表面后可與基材牢固結(jié)合在一起，結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)10Mpa以上，且工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)；其次，采用的塑料可為常規(guī)品種，適用范圍廣；另外，生產(chǎn)中使用化學(xué)腐蝕溶液具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，無(wú)污染，環(huán)保效果良好。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種金屬和塑料復(fù)合產(chǎn)品及其制備方 法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 金屬與塑料構(gòu)成的復(fù)合產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家用電器、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的 金屬與塑料復(fù)合產(chǎn)品采用粘合技術(shù)制成，即通過(guò)粘接劑將各種塑料與鎂、鋁、不銹鋼等金屬 材料粘接在一起，這種復(fù)合產(chǎn)品難以滿足各種產(chǎn)品對(duì)結(jié)合強(qiáng)度、部件精密度、產(chǎn)品復(fù)雜度的 要求。
[0003] 目前常見(jiàn)的金屬與塑料復(fù)合成型技術(shù)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(gòu)件。這種方法在注塑過(guò)程中將金屬件和塑料直接結(jié) 合成一整體，可以體現(xiàn)各材料的性能優(yōu)勢(shì)；但是，金屬件和塑料之間的結(jié)合強(qiáng)度較低，對(duì)金 屬件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜性要求較高，加工難度大。
[0004] 近年來(lái)出現(xiàn)了納米注塑成型方法，該方法通過(guò)將金屬件表面納米化處理，再采用 結(jié)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(jí)微孔內(nèi)注塑成型，從 而得到金屬塑料一體化產(chǎn)品。這種方法獲得的金屬和塑料復(fù)合件不僅具有高強(qiáng)度，耐酸堿 性、熱沖擊性好等優(yōu)點(diǎn)，而且大大降低了對(duì)金屬件的結(jié)構(gòu)要求。然而，納米注塑成型技術(shù)所 使用的胺類(lèi)化合物為有毒有害物質(zhì)，不易于環(huán)保，并且所使用的塑料僅限于高結(jié)晶性塑料， 應(yīng)用范圍較窄，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品 及其制備方法，該方法環(huán)保效果好，生產(chǎn)成本低，且得到的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品具有很高的結(jié) 合強(qiáng)度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法包括如下步驟：
[0007] (1)在鋁或鋁合金制成基材表面采用化學(xué)腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級(jí)的大 孔；
[0008] (2)在鋁或鋁合金基材表面采用陽(yáng)極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納 米級(jí)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復(fù)合產(chǎn)品。
[0010] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的步驟（1)中的微米級(jí)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(shù)方案的優(yōu)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(shù)方案的優(yōu)選，所述的步驟（1)中采用的化學(xué)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(shù)方案的優(yōu)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，于10 - 20V電壓下電解氧化10-40分鐘所形成。
[0014] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)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(shù)方案的優(yōu)選，步驟（1)和步驟（2)反復(fù)多次進(jìn)行，在小孔處理工藝后 再次進(jìn)行大孔的處理，或在小孔處理后再次進(jìn)行大孔和小孔的工藝處理。
[0016] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)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(jié)構(gòu)。
[0017] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的塑料為流動(dòng)性較好的聚苯硫醚、聚對(duì)苯二甲酸 丁二醇脂、或聚酰胺。
[0018] 作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，述的塑料中添加有重量百分比含量小于50%的玻纖和 礦物材料。
[0019] 本發(fā)明的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品，包括鋁或鋁合金制成的基材，所述的鋁或鋁合金基 材表面復(fù)合有塑料層。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：由于鋁或鋁合金基材表面形成有微米級(jí)大孔，大孔內(nèi)又 成型有小孔，塑料注塑至基材表面后可與基材牢固結(jié)合在一起，結(jié)合強(qiáng)度可達(dá)l〇Mpa以上， 且工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)；其次，采用的塑料可為常規(guī)品種，適用范圍廣；另外，生產(chǎn)中 使用化學(xué)腐蝕溶液具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，無(wú)污染，環(huán)保效果良好。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】：
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0022] 圖1為本發(fā)明的鋁基塑料復(fù)合件整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明的鋁或鋁合金基材表面的大孔和小孔結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0024] 見(jiàn)圖1所示：本發(fā)明的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品包括由鋁或鋁合金制成的基材10,基材 10表面復(fù)合有塑料層20。該鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法包括如下步驟：
[0025] 首先，將鋁或鋁合金制成的基材浸入pH值為10-13的腐蝕液中，腐蝕液溫度為室 溫到90°C，浸入時(shí)長(zhǎng)為1分鐘到30分鐘?？梢苑磸?fù)執(zhí)行浸泡清洗的工藝，從而使基材表面 產(chǎn)生孔徑在lum到500um之間的大孔A，大孔A的孔徑深度優(yōu)選大于lum，可以采用切片顯 微鏡觀察確認(rèn)；
[0026] 接著，采用公知的陽(yáng)極氧化設(shè)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，于10 - 20V電壓下電解氧化10-40分鐘，并控制氧化膜層厚度 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(wú)數(shù)的對(duì)塑料的倒拉結(jié)構(gòu)，塑料可以少量或完全進(jìn)入小孔B中，見(jiàn)圖2所示。相對(duì)于 現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的制備方法更易于使塑料進(jìn)入大孔A中，同時(shí)對(duì)塑料種類(lèi)限制的要 求降低。另外，進(jìn)一步優(yōu)選的方式是使大孔A和小孔B之間形成孔洞連通結(jié)構(gòu)，有利于注 塑工序中孔內(nèi)空氣的排除，進(jìn)而降低了因氣體的難以排除而影響塑料與金屬連接強(qiáng)度的問(wèn) 題。
[0027] 最后，采用傳統(tǒng)技術(shù)中的注塑工藝條件將表面處理鋁合金制品放入注塑模具中進(jìn) 行注塑。模具溫度優(yōu)選1〇〇°到200°C之間，塑料優(yōu)選為流動(dòng)性較好的結(jié)晶性塑料，如聚苯 硫醚、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇脂、聚酰胺三類(lèi)塑料，也可以選用常用的塑料材料，如PP，PC，ABS 等工程塑料。
[0028] 由于塑料與金屬的熱膨脹系數(shù)相差較大，在冷熱沖擊條件下會(huì)影響結(jié)合強(qiáng)度，因 而本發(fā)明優(yōu)選在塑料中添加重量百分比小于50%的玻纖和礦物材料。
[0029] 上述步驟（1)中采用的化學(xué)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(shí)施例1
[0031] (1)、前處理工藝：將市售的1. 5mm厚6061錯(cuò)合金板，切成20mmX 80mm的長(zhǎng)方形 片，將其放入除油溶液中清洗，然后放入酒精中洗凈；
[0032] (2)、大孔成型工藝：將前處理過(guò)后的鋁合金片浸入150g/L的氫氧化鈉水溶液中， 溫度控制在60°C，3min后取出用去離子水沖洗干凈；然后切片在顯微鏡下觀察，觀測(cè)孔徑 大小，如果孔徑無(wú)法達(dá)到本發(fā)明所要求的孔徑，可以反復(fù)進(jìn)行堿浸泡及水洗，在本實(shí)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(guò)后的鋁合金片放入陽(yáng)極槽溶液中，硫酸濃度為 200g/L，電壓控制在13V、20°C下電解25min，水洗烘干；采用電子顯微鏡觀察經(jīng)過(guò)上述陽(yáng)極 氧化后的鋁合金片表面，可得氧化鋁膜層的厚度約為5um，孔徑為40-60nm左右的納米級(jí)小 孔B，小孔B的孔深為lum左右；同時(shí)可以觀察到各個(gè)孔洞間產(chǎn)生連通結(jié)構(gòu)；如果沒(méi)有產(chǎn)生 連通結(jié)構(gòu)，則可以重復(fù)上述步驟（2)和（3)，直到產(chǎn)生孔洞連通結(jié)構(gòu)為止；
[0034] (4)、注塑成型：將烘干后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(chǎn)生15_X 10_的金屬與塑料的結(jié)合面，脫模及冷 卻；
[0035] 檢測(cè)：將樣條固定于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品拉伸測(cè)試，測(cè)試結(jié)合部位的最大拉 伸載荷，結(jié)合強(qiáng)度=最大載荷+結(jié)合面積，本實(shí)施例得到的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的結(jié)合強(qiáng)度 超過(guò)15MPa。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] (1)、前處理工藝：將市售的1. 5mm厚6061錯(cuò)合金板，切成20mmX80mm的長(zhǎng)方形 片，將其放入除油溶液中清洗，然后放入酒精中洗凈；
[0038] (2)、大孔成型工藝：將前處理過(guò)后的鋁合金片浸入150g/L的氫氧化鈉水溶液中， 溫度控制60°C，3分鐘后取出用去離子水沖洗干凈；然后切片在顯微鏡下觀察，觀測(cè)孔徑大 小，如果孔徑無(wú)法達(dá)到本發(fā)明所要求的孔徑，則可以反復(fù)進(jìn)行堿浸泡及水洗，在本實(shí)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(guò)后的鋁合金片放入陽(yáng)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，水洗烘干；檢測(cè)：采用電子顯微鏡觀察經(jīng)過(guò)上 述陽(yáng)極氧化后的鋁合金片表面，可得氧化鋁膜層的厚度約為5um，孔徑為40-60nm左右的納 米級(jí)小孔B，小孔B的孔深為lum左右；同時(shí)可以觀察到各個(gè)孔洞間產(chǎn)生連通結(jié)構(gòu)；如果沒(méi) 有產(chǎn)生連通結(jié)構(gòu)，則可以重復(fù)上述步驟（2)和（3)，直到產(chǎn)生孔洞連通結(jié)構(gòu)為止；
[0040] (4)、注塑成型：將烘干后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(chǎn)生15mmX 10mm的金屬與塑料的結(jié)合面，脫模并 冷卻；
[0041] 檢測(cè)：將樣條固定于萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品拉伸測(cè)試，測(cè)試結(jié)合部位的最大拉 伸載荷，結(jié)合強(qiáng)度=最大載荷/結(jié)合面積，本實(shí)施例得到的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的結(jié)合強(qiáng)度 超過(guò)13MPa。
[0042] 需要說(shuō)明的是：以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員， 依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 在鋁或鋁合金制成基材表面采用化學(xué)腐蝕溶液腐蝕的方法形成微米級(jí)的大孔； (2) 在鋁或鋁合金基材表面采用陽(yáng)極氧化方法形成氧化膜層，氧化膜層中含有納米級(jí) 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復(fù)合產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：所述的步驟（1) 中的微米級(jí)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(jù)權(quán)利要求2所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：所述的步 驟（1)中采用的化學(xué)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(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：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，于10 - 20V電壓下 電解氧化10-40分鐘所形成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：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(jù)權(quán)利要求1所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：步驟（1)和步 驟（2)反復(fù)多次進(jìn)行，在小孔處理工藝后再次進(jìn)行大孔的處理，或在小孔處理后再次進(jìn)行 大孔和小孔的工藝處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：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(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于： 所述的塑料為流動(dòng)性較好的聚苯硫醚、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇脂、或聚酰胺。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品的制備方法，其特征在于：所述的塑料中 添加有重量百分比含量小于50 %的玻纖和礦物材料。
10. 權(quán)利要求1所述的方法得到的鋁基塑料復(fù)合產(chǎn)品，包括鋁或鋁合金制成的基材，其 特征在于：所述的鋁或鋁合金基材表面復(fù)合有塑料層。
【文檔編號(hào)】B29C45/14GK104085078SQ201410259330
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】劉秋華 申請(qǐng)人:深圳市欣茂鑫精密五金制品有限公司