CN103341945A - 一种塑胶与金属复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塑胶与金属复合材料及其制造方法，所述方法包括以下步骤：S1、金属粉末注塑成型：将金属粉末与粘结剂的混合料在注塑机上注塑成型为预定形状的金属结构件；S2、金属结构件脱脂烧结：将所述金属结构件进行脱脂烧结去除其中的粘结剂以使金属结构件表面获得0.5-2μm的微米级微孔；S3、20-40nm的微米级微孔纳米化：在所述微米级微孔的基础上，利用化学试剂腐蚀形成纳米级微孔；S4、模具注塑成型：将填充有化学试剂的金属结构件置于注塑模具中与塑胶注塑成型为一体。所述复合材料为前述方法制造的产品。与现有技术相比，本发明节约了制造成本，提高制造效率，而且还解决了金属结构件成型难的问题，具有显著的进步。

Description

一种塑胶与金属复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料，尤其是涉及一种塑胶与金属复合材料及其制造方法。背景技术
在3C电子产品上，为了增加产品强度或获得较好外观及质感，通常通过金属件与塑胶在模内注塑成型，以达到增加结构强度，降低产品整体厚度，获得较好的外观质感等目的。但金属与塑胶一般直接粘结性较差，通常的做法是通过金属上制作一些咬合结构，通过塑胶“抱紧”金属来实现的。但由于金属与塑胶的收缩差异，模内成型后产品极易产生变形。同时，金属件上需增加咬合结构，增加了金属件的加工量与制作成本。
另外，如果用金属件作为外观结构件，需要在金属上加工制作各种倒扣、卡口等装配结构，而这种结构一般无法通过冲压成型的方式以此成型出来，一般只能通过昂贵的CNC进行加工，大大增加了金属结构件的制作成本。
纳米成型技术（英文全称：Nano Molding Technology，缩略词：NMT)，是源自日本的塑料与金属一体化技术，该技术首先在金属表面腐蚀形成纳米孔结构，然后直接在金属表面进行注塑，从而形成塑料与金属之间稳定的物理连接。但是，NMT技术需要经过多次、反复、长时间的腐蚀过程才能够在金属表面形成有效的纳米结构，需耗费大量的腐蚀液，且效率也有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种塑胶与金属复合材料及其制造方法用于制备常用于电子产品上的复合件，提高生产效率，降低生产成本，且获得更优的连接强度。
本发明的技术问题通过以下技术手段予以解决：
一种塑胶与金属复合材料的制造方法，所述复合材料包括塑胶及金属，所述方法包括以下步骤：
S1、金属粉末注塑成型：将金属粉末与粘结剂的混合料在注塑机上注塑成型为预定形状的金属结构件；
S2、金属结构件脱脂烧结：将所述金属结构件进行脱脂烧结去除其中的粘结剂以使金属结构件表面获得0.5-2μm微米级微孔；
S3、微米级微孔纳米化：在所述微米级微孔的基础上，利用化学试剂腐蚀形成20-40nm纳米级微孔；
S4、注塑成型：将填充有化学试剂的金属结构件置于注塑模具中与塑胶注塑成型为一体。
优选地：
所述步骤S3与S4之间还包括步骤：S300、试剂填充：在所述金属结构件表面的微孔中填充化学试剂，用于与所述塑胶发生化学反应而形成稳定连接
所述步骤S2与步骤S3之间还包括步骤：S200、清洗：清洗脱脂烧结后的金属结构件以去除其表面的污垢与油脂。
所述步骤S4中的化学试剂为水溶液或有机溶液，其溶质含有能够与所述塑胶发生酯化反应、缩聚反应、取代反应或加成反应而形成化学键的官能团。
所述塑胶的成分包含PPS、PBT、PA中的一种、两种或多种，所述溶质为含有氨基官能团的小分子化合物和/或酯类小分子化合物，所述小分子化合物的分子量小于1000；或者塑胶的成分包含PC，所述溶质为化学交联剂；或者所述塑胶为包含酰胺结构的塑胶，所述溶质为烯类单体化合物，该烯类单体化合物的分子量小于1000。
所述金属为铝合金、镁合金、不锈钢、锌合金或钛合金。
一种塑胶与金属的复合材料，包括金属与塑胶；还包括连接介质；所述金属与所述塑胶连接的面分布有纳米级微孔；所述连接介质分布于所述纳米级微孔中，且至少一部分因与所述塑胶发生化学反应而与所述塑胶之间形成有稳定的连接结构。
与现有技术相比，本发明的方法使用金属粉末注塑成型金属结构件，可成型较复杂的结构，避免后续的CNC，量产性好；而通过烧结可形成微米级的微孔结构，而在微孔结构的基础进行化学腐蚀，化学腐蚀液能够进入金属表面的微米级微孔中，从而迅速在微米级微孔的基础上腐蚀形成纳米级微孔，相比于传统NMT技术大幅缩减了腐蚀液的用量及纳米孔的形成时间，节约成本，提高效率，而且还解决了金属结构件成型难的问题，具有显著的进步。
优选方案中，在注塑成型之前首先在金属结构件表面的微孔中填充化学试剂，利用该化学试剂与塑胶发送化学反应从而形成稳定的化学连接，其相对于传统NMT技术单纯的物理咬合，增加了化学结合，能够大幅提高塑胶与金属的结合强度。
具体实施方式
下面结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
一种塑胶与金属复合材料的制造方法，包括下述步骤：
1）产品结构设计：根据要求设计产品尺寸与结构，包括金属结构与塑胶结构。
2）金属粉末注塑成型：将金属粉末与粘结剂的混合料在注塑机上注塑成型为预定形状的金属结构件。该步骤可借鉴现有的金属粉末注塑成型技术。
3）金属结构件脱脂烧结：将所述金属结构件进行脱脂烧结去除其中的粘结剂以使金属结构件表面获得0.5-2μm的微米级微孔。脱脂烧结过程中粘结剂被去除后在其原位置会形成较大的微米级微孔，该微米级微孔能够为化学腐蚀形成纳米级微孔的腐蚀液提供与金属接触的腐蚀接触通道，从而可大幅提高纳米级微孔的形成效率。
4）清洗：清洗脱脂烧结后的金属结构件以去除其表面的污垢与油脂。
5）微米级微孔纳米化：在所述微米级微孔的基础上，利用化学试剂腐蚀形成20-40nm的纳米级微孔。本步骤的化学试剂可借鉴现有NMT技术中的腐蚀液，优选采用pH>4的弱酸或pH<10的弱碱，以准确的获得纳米级微孔结构。
6）试剂填充：在所述金属结构件表面的微孔中填充化学试剂，用于与所述塑胶发生化学反应而形成稳定连接。该化学试剂优选为水溶液或有机溶液，其溶质为优选含有能够与所述塑胶发生酯化反应、缩聚反应、取代反应、加成反应的官能团，从而在后续注塑过程中，塑胶进入纳米级微孔中，填充在纳米级微孔中的化学试剂与塑胶发生上述化学反应形成稳定的化学键，从而与塑胶稳定连接。下述为几类常用塑胶的化学试剂选择方案实例：若塑胶的成分包含PPS、PBT、PA中的一种、两种或多种，所述溶质为含有氨基官能团的小分子化合物和/或酯类小分子化合物，所述小分子化合物的分子量小于1000，例如：氨基乙酰胺甲酯、乙二醛甲酰胺甲酯；或者塑胶的成分包含PC，所述溶质为化学交联剂，例如：二异氰酸酯、乙二醇、1,4-丁二醇、2-环氧丙烷、二羟甲基丁酸、三乙胺、三乙烯二胺、二甲基乙醇胺等；或者所述塑胶为保护酰胺结构的塑胶，所述溶质为烯类单体化合物，该烯类单体化合物的分子量小于1000。
7）模具注塑成型：将填充有化学试剂的金属结构件置于注塑模具中与塑胶注塑成型为一体。
8）金属表面处理：对复合材料表面进行表面光泽度、颜色等后续处理。
通过上述制备方法，本实施例获得了一种新型的塑胶与金属的复合材料，其包括金属与塑料胶，还包括连接介质；所述金属与所述塑胶连接的面分布有纳米级微孔；所述连接介质分布于所述纳米级微孔中，且至少一部分因与所述塑胶发生化学反应而与所述塑胶之间形成有稳定的连接结构。前述的连接介质即是由前述填充的化学试剂与塑胶发生化学反应而形成的物质。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种塑胶与金属复合材料的制造方法，所述复合材料包括塑胶及金属，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、金属粉末注塑成型：将金属粉末与粘结剂的混合料在注塑机上注塑成型为预定形状的金属结构件；
S2、金属结构件脱脂烧结：将所述金属结构件进行脱脂烧结去除其中的粘结剂以使金属结构件表面获得0.5-2μm的微米级微孔；
S3、微米级微孔纳米化：在所述微米级微孔的基础上，利用化学试剂腐蚀形成20-40nm的纳米级微孔；
S4、模具注塑成型：将填充有化学试剂的金属结构件置于注塑模具中与塑胶注塑成型为一体。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S3与S4之间还包括步骤：
S300、试剂填充：在所述金属结构件表面的微孔中填充化学试剂，用于与所述塑胶发生化学反应而形成稳定连接。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S2与步骤S3之间还包括步骤：
S200、清洗：清洗脱脂烧结后的金属结构件以去除其表面的污垢与油脂。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S4中的化学试剂为水溶液或有机溶液，其溶质含有能够与所述塑胶发生酯化反应、缩聚反应、取代反应或加成反应而形成化学键的官能团。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：
所述塑胶的成分包含PPS、PBT、PA中的一种、两种或多种，所述溶质为含有氨基官能团的小分子化合物和/或酯类小分子化合物，所述小分子化合物的分子量小于1000；
或者塑胶的成分包含PC，所述溶质为化学交联剂；
或者所述塑胶为包含酰胺结构的塑胶，所述溶质为烯类单体化合物，该烯类单体化合物的分子量小于1000。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：所述金属为铝合金、镁合金、不锈钢、锌合金或钛合金。
7.一种塑胶与金属的复合材料，包括金属与塑胶，其特征在于：
还包括连接介质；
所述金属与所述塑胶连接的面分布有纳米级微孔；
所述连接介质分布于所述纳米级微孔中，且至少一部分因与所述塑胶发生化学反应而与所述塑胶之间形成有稳定的连接结构。
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