一种液态金属处理剂和复合体材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种液态金属处理剂，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的液态金属，包括按重量计以下配比的组分：水1000份；无机碱剂100-350份；有机碱剂70-200份；氯化钠或氯化钾45-90份。一种复合体材料的制备方法，包括以下步骤：a.使用所述液态金属处理剂对液态金属进行表面处理，使所述液态金属的表面形成孔洞；b.对所述液态金属进行注塑成型，以形成所述液态金属与塑料一体化的复合体材料。经过该处理剂处理后的液态金属与塑料注塑结合效果好，不易发生结合部位的松动，保证电子产品结构件的使用性能。
【专利说明】一种液态金属处理剂和复合体材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种液态金属处理剂和复合体材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 液态金属（又称非晶材料）具有原子排列短程有序、长程无序、无晶界存在的独特 微观结构，与相应的晶体材料相比，液态金属具有高强度、抗划伤性好、外观时尚、高光泽度 等优异的性能。将液态金属与塑料结合制备复合体材料，符合3C电子产品结构件的使用要 求，具有很大的应用潜力和市场发展前景。
[0003] 已有一种通过使用树脂黏着剂实现液态金属与基材结合以制备复合体材料的方 法。然而，使用这种黏结方式得到的复合体材料其自身的结合强度十分有限，同时，复合体 材料的强度对黏着剂的依赖程度大；另外，黏着剂在光、热、水等环境因素的影响下容易发 生老化导致产品的结合部位出现断裂，影响电子产品的使用性能。
[0004] 另有一种通过真空镀膜的方法在液态金属表面形成保护层以制备3C电子产品结 构件的方法。虽然，利用该法可以在一定程度上提高液态金属的抗刮性；但是，由于真空镀 膜设备十分昂贵，制造成本高，不适合用于规模化生产。
[0005] 以现有的具有蚀刻性的化学处理液处理所得到的液态金属表面均匀度差，处理效 果较差，所得液态金属基材与塑料结合强度低，而且处理的时间较长，难以满足实际生产的 需求。
【发明内容】
[0006] 本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种液态金属处理剂和复合体 材料的制备方法，实现液体液态金属与塑料高强结合。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] -种液态金属处理剂，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的液态金属，包括 按重量计以下配比的组分：
[0009] 水 1000份； 无机碱剂 100-350份；
[0010] 有机碱剂 70-200份； 氯化钠或氯化钾45-90份。
[0011] 进一步地，所述无机碱剂为水溶性的碱或水解后呈碱性的无机盐。
[0012] 所述无机碱剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的一种或 多种。
[0013] 所述有机碱剂为水合肼、乙二胺、丙二胺、苯胺、甲胺、乙胺、对苯二胺、苯基肼、咪 唑中的一种或多种或其有机衍生碱。
[0014] 一种复合体材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015] a.使用所述液态金属处理剂对液态金属进行表面处理，使所述液态金属的表面形 成孔洞；
[0016] b.对所述液态金属进行注塑成型，以形成所述液态金属与塑料一体化的复合体材 料。
[0017] 所述液态金属为铝基液态金属或其合金。
[0018] 所述塑料为结晶型热塑性塑料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种或多种。优选地，所述 塑料添加有质量含量为25% -50 %的玻璃纤维。
[0019] 在步骤a之前，用表面除污剂对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面 的污迹，所述表面除污剂包含：35-80g/L的Κ0Η或Na0H、25-75g/L的K2C03、Na2C03或 NaHC03以及0. 2-2. Og/L的十二烷基苯磺酸钠，除污温度为45-75°C。
[0020] 步骤a中，液态金属处理剂表面处理的处理温度为60-85°C，处理时间为7-20min， 经所述液态金属处理剂表面处理的所述液态金属形成孔径10-160微米的不规则孔洞。
[0021] 步骤b中，在注塑成型模具内设置冷却系统以加速液态金属在注塑成型后的冷 却，优选地，所述冷却系统所用的冷却介质是循环冷却水、液氮或液氦中的一种。
[0022] 本发明的有益效果：
[0023] 本发明的液态金属处理剂可以有效改善液态金属的表面处理效果，其中无机碱剂 与氯化钠或氯化钾主要使得液态金属表面产生微米级不规则孔洞，而有机碱剂的加入，可 以改善液态金属与处理剂液体之间的液相-固相接触角，使得处理剂液体可以均匀地在液 态金属表面铺张，增加液态金属与处理剂液体之间的接触面积，使得处理剂液体进入微米 级孔洞内继续蚀刻液态金属基材，增加孔洞内部的深度。本发明处理效率高，工艺简单，处 理成本经济，同时，经处理的液态金属表面与塑料的结合效果良好，不易发生结合部位的松 动，保证电子产品结构件的使用性能。此外，经过液态金属处理剂处理后的液态金属表面光 泽度保持良好，确保产品的整体具有良好外观。本发明尤其适于铝基液态金属或其合金的 处理。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例 性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
[0025] 本发明的实施例所涉及的主要材料如下。
[0026] 液态金属：通过铜模吸铸法、喷枪法、液体急冷法、溅射法等工艺并且在模具内成 型制备得到的形状化液态金属基材，例如铝基液态金属。
[0027] 塑料：优选为结晶型热塑性塑料，可以包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸 乙二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚苯硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种。在优选实施例 中，以聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚苯硫醚树脂为主要成分，并优 选添加有质量含量为25% -50%的玻璃纤维作为辅助成分。
[0028] 液态金属复合体材料是与塑料通过注射成型技术一体化而得到的复合体材料。
[0029] 其中，液态金属基材表面经过液态金属处理剂处理后产生微米级孔洞，十分有 利于塑料进入液态金属孔洞内并结合成型。在优选实施例中，液态金属表面的孔洞介于 10-160微米之间。注塑时模具内部可通入氩气作为保护气体，以防止液态金属在注塑时与 氧气作用发生化学反应，同时注塑时模具内的温度控制在125-140°C之间。另外，注塑成型 模具内部优选配置冷却系统，有效地使得液态金属在注塑成型后快速冷却，避免其因受热 时间长，热量释放缓慢而导致的内部微观结构变化。冷却系统所用的冷却介质可以是循环 冷却水、液氮、液氦中的一种。
[0030] 液态金属复合体材料的制备方法及其所使用的液态金属处理剂的具体实施例如 下。
[0031] 实施例一：
[0032] 液态金属处理剂的配制
[0033] 在1000份的水中，添加有以下配比的组分：
[0034] 氢氧化钠 345份
[0035] 水合肼 85份
[0036] 氯化钠（或氯化钾）67份。
[0037] 液态金属复合体材料的制备方法，具体步骤如下：
[0038] 1)提供形状化的液态金属基材，尤其是铝基液态金属。
[0039] 2)对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面的污迹；
[0040] 表面除污配方为：K0H65g/L，K2C0345g/L，十二烷基苯磺酸钠1. 5g/L，除污温度 60°C，除污时间根据具体的除污效果而定。
[0041] 3)对经过除污处理的液态金属基材放入上述的液态金属处理剂中进行液态金属 表面处理，处理温度75°C，处理时间为lOmin，以形成平均孔径10-120微米的不规则孔洞。
[0042] 4)将经过液态金属处理剂处理后的、表面具有10-120微米不规则孔洞的液态金 属放入配置有冷却系统的一体化注塑成型模具内，然后对该液态金属基材具有孔洞的表面 进行注射塑料，得到液态金属与塑料一体化的复合体材料。注塑时模具内部可通入氩气作 为保护气体，以防止液态金属在注塑时与氧气作用发生化学反应，同时注塑时模具内的温 度控制在125-140°C之间。另外，注塑成型模具内部所配置的快速冷却系统，可以有效地使 得液态金属在注塑成型后可以快速冷却，避免其因受热时间长，热量释放缓慢而导致的内 部微观结构变化。冷却系统所用的冷却介质可以是循环冷却水、液氮、液氦中的一种。
[0043] 结合强度测试：对上述方式所得到的液态金属与塑料复合体材料用电子万能材料 试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度达到17. 7MPa。
[0044] 实施例二：
[0045] 液态金属处理剂的配制
[0046] 在1000份的水中，添加有以下配比的组分：
[0047] 氢氧化钠 102份
[0048] 乙二胺100份+水合肼35份
[0049] 氯化钠（或氯化钾）55份。
[0050] 液态金属复合体材料的制备方法，具体步骤如下：
[0051] 1)提供形状化的液态金属基材，尤其是铝基液态金属。
[0052] 2)对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面的污迹；
[0053] 表面除污配方为：K0H70g/L，K2C0348g/L，十二烷基苯磺酸钠1. 5g/L，除污温度 60°C，除污时间根据具体的除污效果而定。
[0054] 3)对经过除污处理的液态金属基材放入上述的液态金属处理剂中进行液态金属 表面处理，处理温度55°C，处理时间为lOmin，以形成平均孔径25-135微米的不规则孔洞。
[0055] 4)将经过液态金属处理剂处理后的、表面具有25-135微米不规则孔洞的液态金 属放入配置有快速冷却系统的一体化注塑成型模具内，然后对该液态金属基材具有孔洞的 表面进行注射塑料，得到液态金属与塑料一体化的复合体材料。注塑时模具内部可通入氩 气作为保护气体，以防止液态金属在注塑时与氧气作用发生化学反应，同时注塑时模具内 的温度控制在125-140°C之间。另外，注塑成型模具内部所配置的快速冷却系统，可以有效 地使得液态金属在注塑成型后可以快速冷却，避免其因受热时间长，热量释放缓慢而导致 的内部微观结构变化。冷却系统所用的冷却介质可以是循环冷却水、液氮、液氦中的一种。
[0056] 结合强度测试：对上述方式所得到的液态金属与塑料复合体材料用电子万能材料 试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度达到17. 5MPa。
[0057] 实施例三：
[0058] 液态金属处理剂的配制
[0059] 在1000份的水中，添加有以下配比的组分：
[0060] 氢氧化钾180份+氨水40份
[0061] 乙二胺 72份
[0062] 氯化钠（或氯化钾）80份。
[0063] 液态金属复合体材料的制备方法，具体步骤如下：
[0064] 1)提供形状化的液态金属基材，尤其是铝基液态金属。
[0065] 2)对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面的污迹；
[0066] 表面除污配方为：K0H75g/L，Na2C0360g/L，十二烷基苯磺酸钠1. 5g/L，除污温度 65°C，除污时间根据具体的除污效果而定。
[0067] 3)对经过除污处理的液态金属基材放入上述的液态金属处理剂中进行液态金属 表面处理，处理温度80°C，处理时间为lOmin，以形成平均孔径15-145微米的不规则孔洞。
[0068] 4)将经过液态金属处理剂处理后的、表面具有15-145微米不规则孔洞的液态金 属放入配置有快速冷却系统的一体化注塑成型模具内，然后对该液态金属基材具有孔洞的 表面进行注射塑料，得到液态金属与塑料一体化的复合体材料。注塑时模具内部可通入氩 气作为保护气体，以防止液态金属在注塑时与氧气作用发生化学反应，同时注塑时模具内 的温度控制在125-140°C之间。另外，注塑成型模具内部所配置的快速冷却系统，可以有效 地使得液态金属在注塑成型后可以快速冷却，避免其因受热时间长，热量释放缓慢而导致 的内部微观结构变化。冷却系统所用的冷却介质可以是循环冷却水、液氮、液氦中的一种。 [0069] 6)结合强度测试：对上述方式所得到的液态金属与塑料复合体材料用电子万能 材料试验机进行抗拉强度测试,该复合体材料的平均抗拉强度达到18. 4MPa。
[0070] 实施例四：
[0071] 液态金属处理剂的配制
[0072] 在1000份的水中，添加有以下的配比的组分：
[0073] 氢氧化钾120份，
[0074] 对苯二胺128份+乙二胺70份，
[0075] 氯化钠（氯化钾）80份。
[0076] 液态金属复合体材料的制备方法，具体步骤如下：
[0077] 1)提供形状化的液态金属基材，尤其是铝基液态金属。
[0078] 2)对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面的污迹；
[0079] 表面除污配方为：K0H50g/L，K2C0375g/L，十二烷基苯磺酸钠2. Og/L，除污温度 75°C，除污时间根据具体的除污效果而定。
[0080] 3)对经过除污处理的液态金属基材放入上述的液态金属处理剂中进行液态金属 表面处理，处理温度75°C，处理时间为lOmin，以形成平均孔径15-105微米的不规则孔洞。
[0081] 4)将经过液态金属处理剂处理后的、表面具有15-105微米不规则孔洞的液态金 属放入配置有快速冷却系统的一体化注塑成型模具内，然后对该液态金属基材具有孔洞的 表面进行注射塑料，得到液态金属与塑料一体化的复合体材料。注塑时模具内部可通入氩 气作为保护气体，以防止液态金属在注塑时与氧气作用发生化学反应，同时注塑时模具内 的温度控制在125-140°C之间。另外，注塑成型模具内部所配置的快速冷却系统，可以有效 地使得液态金属在注塑成型后可以快速冷却，避免其因受热时间长，热量释放缓慢而导致 的内部微观结构变化。冷却系统所用的冷却介质可以是循环冷却水、液氮、液氦中的一种。 [0082] 结合强度测试：对上述方式所得到的液态金属与塑料复合体材料用电子万能材料 试验机进行抗拉强度测试，该复合体材料的平均抗拉强度达到17. 9MPa。
[0083] 此外，发明人还测试了以多种其他常规的化学蚀刻处理剂对液态金属进行处理后 制备的液态金属复合体材料。对比例制备的复合体材料与经上述实施例所制备的复合体材 料的平均拉伸强度测试数据对比如下表1。
[0084] 表1平均拉伸强度测试数据对比
[0085]
【权利要求】
1. 一种液态金属处理剂，用于处理与塑料一体化形成复合体材料的液态金属，其特征 在于，包括按重量计以下配比的组分： 水 1000份； 无机碱剂 100-350份; 有机碱剂 70-200份； 氯化钠或氯化钾45-90份。
2. 如权利要求1所述的液态金属处理剂，其特征在于，所述无机碱剂为水溶性的碱或 水解后呈碱性的无机盐。
3. 如权利要求2所述的液态金属处理剂，其特征在于，所述无机碱剂为氢氧化钠、氢氧 化钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠中的一种或多种。
4. 如权利要求1所述的液态金属处理剂，其特征在于，所述有机碱剂为水合肼、乙二 胺、丙二胺、苯胺、甲胺、乙胺、对苯二胺、苯基肼、咪唑中的一种或多种或其有机衍生碱。
5. -种复合体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： a. 使用权利要求1至4任一项所述的液态金属处理剂对液态金属进行表面处理，使所 述液态金属的表面形成孔洞； b. 对所述液态金属进行注塑成型，以形成所述液态金属与塑料一体化的复合体材料。
6. 如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，所述液态金属为铝基液 态金属或其合金。
7. 如权利要求5所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，所述塑料为结晶型 热塑性塑料，包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯 硫醚树脂以及芳香族聚酰胺树脂中的一种或多种，优选地，所述塑料添加有质量含量为 25% -50 %的玻璃纤维。
8. 如权利要求5至7任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，在步骤a之 前，用表面除污剂对液态金属基材进行表面除污处理，以清除其表面的污迹，所述表面除污 剂包含：35-80g/L 的 KOH 或 NaOH、25-75g/L 的 K2C03、Na2C03 或 NaHC03 以及 0· 2-2. Og/L 的十二烷基苯磺酸钠，除污温度为45-75°C。
9. 如权利要求5至7任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，液 态金属处理剂表面处理的处理温度为60-85°C，处理时间为7-20min，经所述液态金属处理 剂表面处理的所述液态金属形成孔径10-160微米的不规则孔洞。
10. 如权利要求5至9任一项所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，步骤b中， 在注塑成型模具内设置冷却系统以加速液态金属在注塑成型后的冷却，优选地，所述冷却 系统所用的冷却介质是循环冷却水、液氮或液氦中的一种。
【文档编号】C23F1/36GK104060268SQ201410245803
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】邓崇浩, 王长明, 谢守德 申请人:东莞劲胜精密组件股份有限公司, 东莞华晶粉末冶金有限公司