CN103950147B - 一种金属润湿剂及复合体材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合体材料的制备方法及一种金属润湿剂，所述方法括以下步骤：1)对金属基材进行表面激光处理，以形成微细孔洞；2)用金属润湿剂对具有微细孔洞的金属基材进行表面处理；3)对经过金属润湿剂处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料。所述金属润湿剂中含有用于改善所述金属基材与塑料的表面张力系数差异的有机酸剂。本发明能够有效提高金属与塑料的结合强度。

Description

一种金属润湿剂及复合体材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种金属润湿剂及复合体材料的制备方法。

背景技术

通过化学处理液对金属基材表面进行处理，可以使金属基材表面形成不规则的孔洞，然后再与塑料进行一体化成型制备成复合体材料。由于化学处理液一般都含有强酸强碱以及其他成分的化学试剂，其废液在很大程度上增加了处理成本，而且废液的处理存在不少难度。

已有通过聚焦离子束对金属表面进行蚀刻形成纳米孔点阵，再与树脂进行一体化结合的方法。由于聚焦离子束是利用聚焦的方式将热量集中到加工部位来融化金属，这会导致其周边的部位产生较大的热影响区，金属容易发生局部烧灼现象，不利于后续加工处理。按照现有技术，直接通过塑料注塑与金属基材表面结合，结合强度比较有限，难以到理想的程度。

发明内容

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合体材料的制备方法，实现金属与塑料高强结合。

另一目的是提供一种金属润湿剂，用于所述制备方法可以有效提高金属与塑料的结合强度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合体材料的制备方法，包括以下步骤：

1)对金属基材进行表面激光处理，以形成微细孔洞；

2)用金属润湿剂对具有微细孔洞的金属基材进行表面处理；

3)对经过金属润湿剂处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料；

其中，所述金属润湿剂中含有用于改善所述金属基材与塑料的表面张力系数差异的有机酸剂。

在进一步的技术方案中：

所述金属润湿剂采用以下配方：

1000份的水或有机溶剂，至少配有有机酸剂50-400份，所述有机酸剂为一种或多种有机酸或有机酸衍生物或其组合。

所述有机酸剂选自以下成分中的一种或多种：对苯二甲酸、顺丁烯二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、对硝基苯磺酸、醋酸、苹果酸、三氟乙酸、1,3-丙二酸、对硝基苯甲酸、三硝基苯甲酸以及水溶性氨基酸类，或它们的有机衍生物。

所述金属润湿剂还配有无机酸60-250份，所述无机酸选自盐酸、硫酸、氢溴酸、硝酸、磷酸中的一种或多种。

所述金属润湿剂采用的配方为，1000份的水或有机溶剂至少配有以下的无机酸和有机酸剂：

浓盐酸105份、顺丁烯二酸120份、苹果酸80份；或

浓盐酸65份、顺丁烯二酸105份、苹果酸95份；或

浓盐酸248份、顺丁烯二酸85份、苹果酸115份；或

浓盐酸85份、浓硫酸10份、对苯二甲酸54份；或

浓盐酸50份、浓硫酸25份、对苯二甲酸175份、三氟乙酸25份；或

浓盐酸75份、浓硫酸50份、对苯二甲酸385份、苹果酸15份。

步骤2)中，将具有微米级孔洞的金属基材放入所述金属润湿剂中进行表面处理，处理温度为45-85℃，处理时间为10-35min。

步骤1)中，对金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米、深度为100-350微米的微米级孔洞，其中紫外激光的波长为190-400nm，功率为3-12W，光束的直径为1-50微米。

步骤3)中，在注塑成型模具内对该基材的表面注射塑料，注塑温度控制在120-145℃之间。

一种用于所述的制备方法的金属润湿剂，所述金属润湿剂含有用于改善所述金属基材与塑料的表面张力系数差异的有机酸剂。

所述金属润湿剂的配方为：

1000份的水或有机溶剂，至少配有有机酸剂50-400份，所述有机酸剂为一种或多种有机酸或有机酸衍生物或其组合。

优选地，所述金属润湿剂还配有无机酸60-250份，所述无机酸选自盐酸、硫酸、氢溴酸、硝酸、磷酸中的一种或多种。

优选地，所述有机酸剂选自以下成分中的一种或多种：对苯二甲酸、顺丁烯二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、对硝基苯磺酸、醋酸、苹果酸、三氟乙酸、1,3-丙二酸、对硝基苯甲酸、三硝基苯甲酸以及水溶性氨基酸类，或它们的有机衍生物。

本发明的有益技术效果：

根据本发明，在使用激光加工金属基材表面形成微细孔洞后，用金属润湿剂进行表面润湿处理，改善金属基材与塑料的表面张力系数差异，克服现有技术中金属基材与塑料在进行注塑成型时，由于两者相互之间存在表面张力系数差异的原因而导致塑料不易与金属表面产生有效结合的问题，有效改善金属基材微细孔洞表面与塑料的结合力，实现金属与塑料高强结合。而且，本发明的工艺操作简易，特别适于金属基材与塑料相结合形成复合体制备电子产品结构件，注塑成型之后不易发生结合部位的松动，保证结构件的使用性能，其制作成本低，效果好。此外，本发明激光加工金属表面的方法结合了金属湿润剂的处理，但有别于传统的依靠化学处理液形成微细孔洞的方法，加工处理过程比较环保，且经过金属润湿剂处理后的金属基材表面基本不发暗，不影响结构件产品的外观。

附图说明

图1为本发明复合体材料的制备方法实施例的基本流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。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。

在制备金属塑料复合体材料时，金属与塑料两者表面张力系数差异是一个客观存在又容易被忽略的重要问题。金属与塑料在进行注塑成型时，由于两者相互之间存在表面张力系数差异的原因，导致塑料不易与金属表面产生有效结合，同时亦影响塑料进入金属孔洞内填充增强结合的预期效果，这样所制备的金属塑料复合体材料的结合强度不高，即使成型后也容易出现结构上的松动，这对结构件的使用性能产生较大的影响。发明人注意到，如果能够以某种方式改善金属与塑料两者表面张力系数差异，将能有效提高两者的结合强度。

参阅图1，根据本发明的实施例，复合体材料的制备方法包括以下步骤：

对金属基材进行表面激光处理，以形成微细孔洞；

用金属润湿剂对具有微细孔洞的金属基材进行表面处理；

对经过金属润湿剂处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料；

其中，所述金属润湿剂中含有用于改善所述金属基材与塑料的表面张力系数差异的有机酸剂。

实施本发明的方法所用的材料如下。

1、金属：所述的金属可以是由机械加工成型的金属基材，可以但不限于是不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2、塑料：所说的塑料可以但不限于是结晶型热塑性塑料，例如可以是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。所述的树脂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，同时其中添加有质量含量为25％-50％的玻璃纤维作为辅助成分。

3、复合体材料：由机械加工成型的金属基材与塑料可以通过注射成型技术一体化而得到复合体材料。该金属基材表面可以是经过紫外激光加工处理后形成具有微米级孔洞以及经过金属润湿剂处理，使得塑料可以进入金属孔洞内与润湿剂的组分发生反应形成化学键而结合成型。在较佳的实施例中，所述的属基材表面的微米级孔洞，其开口直径小于其孔底直径，其开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米。

4、金属润湿剂：

在1000份的溶剂(可以包括但不限于水、乙醇、甲醇、丙酮其中的一种或几种)中，可以配有以下重量比的原料：

1)无机酸60-250份

所说的无机酸可以但不限于是浓盐酸、浓硫酸、氢溴酸、浓硝酸、浓磷酸中的一种或几种。

无机酸的主要作用是与金属进行进一步的蚀刻反应，提高表面的粗糙度，增强与塑料的结合面积；同时，无机酸液进入金属表面的微米级孔洞内，可以与孔洞内部的金属进行反应，进一步拓展孔洞的范围和深度，增加塑料与金属孔洞的结合面积。

2)有机酸剂50-400份

所说的有机酸剂可以但不限于是以下的组分的一种或几种有机酸：对苯二甲酸、顺丁烯二酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、对硝基苯磺酸、醋酸、苹果酸、三氟乙酸、1,3-丙二酸、对硝基苯甲酸、三硝基苯甲酸以及水溶性氨基酸类。本发明所述的有机酸剂还可以包括有机酸的有机衍生物。

有机酸剂的作用在于，一方面可以改善金属基材的表面张力，提高金属表面的润湿性，另一方面有机酸自身在注塑时可以与塑料发生反应形成化学键，有效地增加塑料与金属的结合度。

根据本发明的实施例，一种复合体材料的制备方法可以包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，可以但不限于是不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度50-100℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为190-400nm；b)功率为3-12W；c)光束的直径为1-50微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面处理。

表面处理的工艺参数：a)温度：45-85℃；b)时间：10-35min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在120-145℃之间。

实施例一

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水700份，乙醇300份)中，配有以下重量比的原料组分：

1)浓盐酸105份；

2)有机酸200份，其中：顺丁烯二酸120份，苹果酸80份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面处理的工艺参数：a)温度：75℃；b)时间：15min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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16.3MPa。

实施例二

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水700份，乙醇300份)中，配有以下重量比的原料组分：

1)浓盐酸65份；

2)有机酸200份，其中：顺丁烯二酸105份，苹果酸95份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面处理的工艺参数：a)温度：85℃b)时间：10min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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15.2MPa。

实施例三

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水700份，乙醇300份)中，配有以下重量比的原料组分：

1)浓盐酸248份；

2)有机酸200份，其中：顺丁烯二酸85份，苹果酸115份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面处理的工艺参数：a)温度：70℃；b)时间：20min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在130-140℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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17.0MPa。

实施例四

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水550份、乙醇300份、甲醇150份)中，配有以下重量比的原料组成：

1)无机酸95份，其中，浓盐酸85份，浓硫酸10份；

2)有机酸54份，其中：对苯二甲酸54份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面润湿处理的工艺参数：a)温度：85℃；b)时间：10min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在125-135℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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15.4MPa。

实施例五

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水550份、乙醇300份、甲醇150份)中，配有以下重量比的原料组分：

1)无机酸75份，其中，浓盐酸50份，浓硫酸25份；

2)有机酸200份，其中：对苯二甲酸175份，三氟乙酸25份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面润湿处理的工艺参数：a)温度：75℃；b)时间：15min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在125-135℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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16.4MPa。

实施例六：

金属润湿剂包括如下组分：

在1000份溶剂(其中水550份、乙醇300份、甲醇150份)中，配有以下重量比的原料组成：

1)无机酸125份，其中，浓盐酸75份，浓硫酸50份；

2)有机酸400份，其中，对苯二甲酸385份，苹果酸15份。

复合体材料的制备方法包括以下的步骤：

1)提供通过机械加工成型的金属基材，主要涉及包括不锈钢、钛合金、铝合金、镁合金以及铜合金中的一种。

2)用市面上出售的除油剂对金属基材进行化学除油处理，以清除金属表面的油污；化学除油温度85℃，除油时间根据具体的除油效果而定。

3)对除油处理后的金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米，微孔的深度为100-350微米的孔洞。

紫外激光处理的工艺参数：a)波长为355nm；b)功率为5.5W；c)光束的直径为10微米。

4)将经过紫外激光加工处理后具有微米级孔洞的金属基材放入金属润湿剂中进行表面润湿处理。

表面润湿处理的工艺参数：a)温度：70℃；b)时间：20min。

5)将经过金属润湿剂处理后的金属基材放入一体化注塑成型模具内，然后对该基材的表面进行注射塑料，得到金属与塑料一体化的复合体材料；注塑时模具温度控制在125-135℃之间。

结合强度测试：对上述方式所得到的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17.2MPa

表1实施例与对比例(未经湿润剂处理)所得复合体平均拉伸强度测试数据对比

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普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种复合体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对金属基材进行表面激光处理，以形成微细孔洞；

2)用金属润湿剂对具有微细孔洞的金属基材进行表面润湿处理；

3)对经过金属润湿剂实施了表面润湿处理后的金属基材与塑料进行注塑成型，得到金属与塑料一体化的复合体材料；

所述金属润湿剂采用的配方为，1000份的水或有机溶剂至少配有以下的无机酸和有机酸剂：

浓盐酸105份、顺丁烯二酸120份、苹果酸80份；或

浓盐酸65份、顺丁烯二酸105份、苹果酸95份；或

浓盐酸248份、顺丁烯二酸85份、苹果酸115份；或

浓盐酸85份、浓硫酸10份、对苯二甲酸54份；或

浓盐酸50份、浓硫酸25份、对苯二甲酸175份、三氟乙酸25份；或

浓盐酸75份、浓硫酸50份、对苯二甲酸385份、苹果酸15份；

步骤2)中，将具有微米级孔洞的金属基材放入所述金属润湿剂中进行表面处理，处理温度为45-85℃，处理时间为10-35min。

2.如权利要求1所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，对金属基材进行表面紫外激光处理，以形成开口直径为10-60微米、深度为100-350微米的微米级孔洞，其中紫外激光的波长为190-400nm，功率为3-12W，光束的直径为1-50微米。

3.如权利要求1所述的复合体材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在注塑成型模具内对该基材的表面注射塑料，注塑温度控制在120-145℃之间。

4.一种用于权利要求1至3任一项所述的制备方法的金属润湿剂，其特征在于,所述金属润湿剂含有用于改善所述金属基材与塑料的表面张力系数差异的有机酸剂，

所述金属润湿剂采用的配方为，1000份的水或有机溶剂至少配有以下的无机酸和有机酸剂：

浓盐酸105份、顺丁烯二酸120份、苹果酸80份；或

浓盐酸65份、顺丁烯二酸105份、苹果酸95份；或

浓盐酸248份、顺丁烯二酸85份、苹果酸115份；或

浓盐酸85份、浓硫酸10份、对苯二甲酸54份；或

浓盐酸50份、浓硫酸25份、对苯二甲酸175份、三氟乙酸25份；或

浓盐酸75份、浓硫酸50份、对苯二甲酸385份、苹果酸15份。