一种铝基塑料复合产品及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝基塑料复合产品及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：(1)在铝或铝合金制成基材表面采用化学腐蚀溶液腐蚀的方法形成微米级的大孔；(2)在铝或铝合金基材表面采用阳极氧化方法形成氧化膜层，氧化膜层中含有纳米级的小孔；(3)将塑料直接注塑到铝或铝合金基材表面形成铝基复合产品。由于铝或铝合金基材表面形成有微米级大孔，大孔内又成型有小孔，塑料注塑至基材表面后可与基材牢固结合在一起，结合强度可达10Mpa以上，且工艺简单，适合大规模生产；其次，采用的塑料可为常规品种，适用范围广；另外，生产中使用化学腐蚀溶液具有良好的环境适应性，无污染，环保效果良好。
【专利说明】一种铝基塑料复合产品及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及复合材料【技术领域】，尤其是涉及一种金属和塑料复合产品及其制备方 法。
【背景技术】：
[0002] 金属与塑料构成的复合产品广泛应用于汽车、家用电器、消费电子等领域。传统的 金属与塑料复合产品采用粘合技术制成，即通过粘接剂将各种塑料与镁、铝、不锈钢等金属 材料粘接在一起，这种复合产品难以满足各种产品对结合强度、部件精密度、产品复杂度的 要求。
[0003] 目前常见的金属与塑料复合成型技术是将金属件作为嵌件放入注塑模型腔中，再 在金属件表面直接注塑塑料形成单一构件。这种方法在注塑过程中将金属件和塑料直接结 合成一整体，可以体现各材料的性能优势；但是，金属件和塑料之间的结合强度较低，对金 属件外形结构复杂性要求较高，加工难度大。
[0004] 近年来出现了纳米注塑成型方法，该方法通过将金属件表面纳米化处理，再采用 结晶性塑料组合物作为注塑料直接注塑，使塑料组合物渗入到纳米级微孔内注塑成型，从 而得到金属塑料一体化产品。这种方法获得的金属和塑料复合件不仅具有高强度，耐酸碱 性、热冲击性好等优点，而且大大降低了对金属件的结构要求。然而，纳米注塑成型技术所 使用的胺类化合物为有毒有害物质，不易于环保，并且所使用的塑料仅限于高结晶性塑料， 应用范围较窄，难以大规模推广应用。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于针对现有技术存在的不足之处而提供一种铝基塑料复合产品 及其制备方法，该方法环保效果好，生产成本低，且得到的铝基塑料复合产品具有很高的结 合强度。
[0006] 为实现上述目的，本发明铝基塑料复合产品的制备方法包括如下步骤：
[0007] (1)在铝或铝合金制成基材表面采用化学腐蚀溶液腐蚀的方法形成微米级的大 孔；
[0008] (2)在铝或铝合金基材表面采用阳极氧化方法形成氧化膜层，氧化膜层中含有纳 米级的小孔；
[0009] (3)将塑料直接注塑到铝或铝合金基材表面形成铝基复合产品。
[0010] 作为上述技术方案的优选，所述的步骤（1)中的微米级大孔的形成是在pH值为 10-13、温度为室温到90°C的腐蚀液中，将铝或铝合金基材浸入1分钟到30分钟所形成。
[0011] 作为上述技术方案的优选，所述步骤（1)中形成的大孔的孔径为lum到500um之 间。
[0012] 作为上述技术方案的优选，所述的步骤（1)中采用的化学腐蚀溶液为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水溶液中的一种或多种。
[0013] 作为上述技术方案的优选，所述的步骤（2)中的氧化膜层是在浓度为150g/ L - 250g/L、温度为10 - 30°C的硫酸中，于10 - 20V电压下电解氧化10-40分钟所形成。
[0014] 作为上述技术方案的优选，所述的步骤（2)中的氧化膜层厚度为3 μ m-?ο μ m之 间，小孔的孔径为20nm到200nm之间。
[0015] 作为上述技术方案的优选，步骤（1)和步骤（2)反复多次进行，在小孔处理工艺后 再次进行大孔的处理，或在小孔处理后再次进行大孔和小孔的工艺处理。
[0016] 作为上述技术方案的优选，所述的大孔之间、小孔之间、大孔和小孔之间形成孔洞 连通结构。
[0017] 作为上述技术方案的优选，所述的塑料为流动性较好的聚苯硫醚、聚对苯二甲酸 丁二醇脂、或聚酰胺。
[0018] 作为上述技术方案的优选，述的塑料中添加有重量百分比含量小于50%的玻纤和 矿物材料。
[0019] 本发明的铝基塑料复合产品，包括铝或铝合金制成的基材，所述的铝或铝合金基 材表面复合有塑料层。
[0020] 本发明的有益效果在于：由于铝或铝合金基材表面形成有微米级大孔，大孔内又 成型有小孔，塑料注塑至基材表面后可与基材牢固结合在一起，结合强度可达l〇Mpa以上， 且工艺简单，适合大规模生产；其次，采用的塑料可为常规品种，适用范围广；另外，生产中 使用化学腐蚀溶液具有良好的环境适应性，无污染，环保效果良好。
【专利附图】
【附图说明】：
[0021] 下面结合附图对本发明做进一步的说明：
[0022] 图1为本发明的铝基塑料复合件整体结构示意图；
[0023] 图2为本发明的铝或铝合金基材表面的大孔和小孔结构示意图。
【具体实施方式】：
[0024] 见图1所示：本发明的铝基塑料复合产品包括由铝或铝合金制成的基材10,基材 10表面复合有塑料层20。该铝基塑料复合产品的制备方法包括如下步骤：
[0025] 首先，将铝或铝合金制成的基材浸入pH值为10-13的腐蚀液中，腐蚀液温度为室 温到90°C，浸入时长为1分钟到30分钟。可以反复执行浸泡清洗的工艺，从而使基材表面 产生孔径在lum到500um之间的大孔A，大孔A的孔径深度优选大于lum，可以采用切片显 微镜观察确认；
[0026] 接着，采用公知的阳极氧化设备，将铝或铝合金基材放入浓度为150g/L - 250g/L 的硫酸中，温度为10 - 30°C，于10 - 20V电压下电解氧化10-40分钟，并控制氧化膜层厚度 在3-10 μ m之间；氧化膜层中含有孔径在20nm-200nm之间的小孔B。大孔A和小孔B的配 合形成无数的对塑料的倒拉结构，塑料可以少量或完全进入小孔B中，见图2所示。相对于 现有技术而言，本发明的制备方法更易于使塑料进入大孔A中，同时对塑料种类限制的要 求降低。另外，进一步优选的方式是使大孔A和小孔B之间形成孔洞连通结构，有利于注 塑工序中孔内空气的排除，进而降低了因气体的难以排除而影响塑料与金属连接强度的问 题。
[0027] 最后，采用传统技术中的注塑工艺条件将表面处理铝合金制品放入注塑模具中进 行注塑。模具温度优选1〇〇°到200°C之间，塑料优选为流动性较好的结晶性塑料，如聚苯 硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇脂、聚酰胺三类塑料，也可以选用常用的塑料材料，如PP，PC，ABS 等工程塑料。
[0028] 由于塑料与金属的热膨胀系数相差较大，在冷热冲击条件下会影响结合强度，因 而本发明优选在塑料中添加重量百分比小于50%的玻纤和矿物材料。
[0029] 上述步骤（1)中采用的化学腐蚀溶液为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水溶液中的一种或多种。
[0030] 实施例1
[0031] (1)、前处理工艺：将市售的1. 5mm厚6061错合金板，切成20mmX 80mm的长方形 片，将其放入除油溶液中清洗，然后放入酒精中洗净；
[0032] (2)、大孔成型工艺：将前处理过后的铝合金片浸入150g/L的氢氧化钠水溶液中， 温度控制在60°C，3min后取出用去离子水冲洗干净；然后切片在显微镜下观察，观测孔径 大小，如果孔径无法达到本发明所要求的孔径，可以反复进行碱浸泡及水洗，在本实施例中 大孔A的孔径为10um左右；
[0033] (3)、小孔成型工艺：将前处理过后的铝合金片放入阳极槽溶液中，硫酸浓度为 200g/L，电压控制在13V、20°C下电解25min，水洗烘干；采用电子显微镜观察经过上述阳极 氧化后的铝合金片表面，可得氧化铝膜层的厚度约为5um，孔径为40-60nm左右的纳米级小 孔B，小孔B的孔深为lum左右；同时可以观察到各个孔洞间产生连通结构；如果没有产生 连通结构，则可以重复上述步骤（2)和（3)，直到产生孔洞连通结构为止；
[0034] (4)、注塑成型：将烘干后的铝合金片插入注射成型模具中，注塑含有40wt%玻璃 纤维的PPS塑料组合物，模温为150°C，产生15_X 10_的金属与塑料的结合面，脱模及冷 却；
[0035] 检测：将样条固定于万能材料试验机进行产品拉伸测试，测试结合部位的最大拉 伸载荷，结合强度=最大载荷+结合面积，本实施例得到的铝基塑料复合产品的结合强度 超过15MPa。
[0036] 实施例2
[0037] (1)、前处理工艺：将市售的1. 5mm厚6061错合金板，切成20mmX80mm的长方形 片，将其放入除油溶液中清洗，然后放入酒精中洗净；
[0038] (2)、大孔成型工艺：将前处理过后的铝合金片浸入150g/L的氢氧化钠水溶液中， 温度控制60°C，3分钟后取出用去离子水冲洗干净；然后切片在显微镜下观察，观测孔径大 小，如果孔径无法达到本发明所要求的孔径，则可以反复进行碱浸泡及水洗，在本实施例中 大孔A的孔径为50um左右。
[0039] (3)、小孔成型工艺：将前处理过后的铝合金片放入阳极槽溶液中，硫酸浓度为 200g/L，电压控制在13V、20°C下电解25分钟，水洗烘干；检测：采用电子显微镜观察经过上 述阳极氧化后的铝合金片表面，可得氧化铝膜层的厚度约为5um，孔径为40-60nm左右的纳 米级小孔B，小孔B的孔深为lum左右；同时可以观察到各个孔洞间产生连通结构；如果没 有产生连通结构，则可以重复上述步骤（2)和（3)，直到产生孔洞连通结构为止；
[0040] (4)、注塑成型：将烘干后的铝合金片插入注射成型模具中，注塑含有40wt%玻璃 纤维的PC塑料组合物，模具温度为150°C，产生15mmX 10mm的金属与塑料的结合面，脱模并 冷却；
[0041] 检测：将样条固定于万能材料试验机进行产品拉伸测试，测试结合部位的最大拉 伸载荷，结合强度=最大载荷/结合面积，本实施例得到的铝基塑料复合产品的结合强度 超过13MPa。
[0042] 需要说明的是：以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员， 依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理 解为对本发明的限制。
【权利要求】
1. 一种铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 在铝或铝合金制成基材表面采用化学腐蚀溶液腐蚀的方法形成微米级的大孔； (2) 在铝或铝合金基材表面采用阳极氧化方法形成氧化膜层，氧化膜层中含有纳米级 的小孔； (3) 将塑料直接注塑到铝或铝合金基材表面形成铝基复合产品。
2. 根据权利要求1所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1) 中的微米级大孔的形成是在pH值为10-14、温度为室温到90°C的腐蚀液中，将铝或铝合金 基材浸入1分钟到30分钟所形成，其孔径为lum到500um之间。
3. 根据权利要求2所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的步 骤（1)中采用的化学腐蚀溶液为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水溶液中的一种或多种。
4. 根据权利要求1所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2) 中的氧化膜层是在浓度为150g/L - 250g/L、温度为10 - 30°C的硫酸中，于10 - 20V电压下 电解氧化10-40分钟所形成。
5. 根据权利要求4所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2) 中的氧化膜层厚度为3 μ m-?ο μ m之间，小孔的孔径为20nm到200nm之间。
6. 根据权利要求1所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：步骤（1)和步 骤（2)反复多次进行，在小孔处理工艺后再次进行大孔的处理，或在小孔处理后再次进行 大孔和小孔的工艺处理。
7. 根据权利要求6所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的大孔之 间、小孔之间、大孔和小孔之间形成孔洞连通结构。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于： 所述的塑料为流动性较好的聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇脂、或聚酰胺。
9. 根据权利要求7所述的铝基塑料复合产品的制备方法，其特征在于：所述的塑料中 添加有重量百分比含量小于50 %的玻纤和矿物材料。
10. 权利要求1所述的方法得到的铝基塑料复合产品，包括铝或铝合金制成的基材，其 特征在于：所述的铝或铝合金基材表面复合有塑料层。
【文档编号】B29C45/14GK104085078SQ201410259330
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】刘秋华 申请人:深圳市欣茂鑫精密五金制品有限公司