CN110028750A - 复合材料组合物 - Google Patents

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Abstract

公开了一种复合材料组合物，基于组合物的总重量，其包含：约60至90wt％的量的聚合物基体、以及约10至40wt％的量的无机填料。

Description

复合材料组合物
相关申请的引证
本申请要求2017年12月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0184581号的优先权和权益，其全部内容通过引证并入本文中。
技术领域
本发明涉及复合材料组合物，或可以用于车辆的内部件和外部件的组合物。
背景技术
在相关技术中，塑料镀铬法已应用于车辆的所有的内部和外部塑料件以及装饰性装饰件。例如，如图3中所示，塑料镀件已应用于车辆的各种部件中。
广泛用作镀覆塑料的材料包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和包括聚碳酸酯(PC)和ABS的树脂(基体)。为执行这样的电镀过程，需要初级化学镀的过程。例如，可通过在化学镀过程中以铬酸/硫酸蚀刻，来氧化表面ABS中的丁二烯，使得可形成孔。所形成的孔称为锚孔(anchor hole，锚定孔，锚固洞)，因为其在后续镀覆(plating，镀，电镀)过程中形成并堆叠的金属层与ABS之间赋予物理结合力方面起到最重要的作用。
在相关技术中，如图4所示，在金属镀覆过程中，注入原料，随后进行蚀刻过程。在蚀刻过程期间，通过使用铬酸/硫酸(例如CrO3/H2SO4)在ABS表面形成锚孔。随后，可以进行化学镀(例如赋予表面导电性)过程，其可包括中和/还原过程、活化过程、以及化学镍层产生过程。之后，进行电镀过程以在表面产生金属层。该过程可包括铜产生过程、镍产生过程和铬产生过程。
当锚孔未适当形成时，镀层可能不具有足够的粘合性。这可能会导致镀层的剥落，当其发生在手触件(诸如把手、按钮和旋钮)上时，可能会导致人身伤害的致命缺陷。
在此背景部分公开的上述信息仅为了加强对本发明的背景的理解，因此它可能包含了尚不能构成在本国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本文所使用的术语只是用于描述特定的具体实施方式而不是对本发明的限制。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”还意图包括复数形式，除非上下文清楚地指出了其它情况。另外还应理解，本说明书中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”等表示存在所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或成分，但不排除一个或多个其他的特征、区域、整数、步骤、操作、元素、成分和/或其中的组合的存在或添加。
应理解，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括：机动车辆，一般诸如客车，包括运动型多功能车(SUV)、公交车、卡车、各种商用车辆；水运工具，包括各种艇和船；航空器等，且包括混合动力车辆、电动车辆、***式混合动力电动车辆、氢驱动车辆以及其它可替代的燃料车辆(例如从石油之外的资源获得的燃料)。本文中所称的混合动力车辆为具有两种或更多种动力来源的车辆，例如包括汽油驱动与电驱动两者的车辆。
此外，除非特别声明或从上下文中明显可见，本文中所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差的范围内，例如在均值的两个标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文中清楚可见，否则本文中提供的所有数值都由术语“约”修饰。
除非以其他方式定义，否则本文中使用的所有术语(包括科技术语和科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员普遍理解的含义相同的含义。应当进一步理解的是，例如通用字典中定义的术语之类的术语应当解释为具有与其在本公开和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非此处有明确定义，否则不应当在理想化或过分字面意义上加以解释。
在优选方面，本文提供一种复合材料组合物(“组合物”或“塑料组合物”)，其可改善在用于车辆的各种材料中在镀层与塑料之间的粘合性及各种性能。
一方面，本发明提供一种组合物，其可包含：基于组合物的总重量的约60至90wt％的量的聚合物基体(polymer matrix，聚合物基质)、以及基于组合物的总重量的约10至40wt％的量的无机填料。基于聚合物基体的总重量，聚合物基体可包括约60至90wt％的量的聚碳酸酯类聚合物(polycarbonate-based polymer，基于聚碳酸酯的聚合物)以及约10至40wt％的量的丁二烯类共聚物(butadiene-based copolymer，基于丁二烯的共聚物)。根据本发明的示例性实施方式，可在车辆部件的聚合物层(“塑料层”)中形成包括无机填料的组合物，以及可在组合物上形成车辆部件的镀层，从而可以改善聚合物层对镀层的粘合性。
本文所用的术语“填料”是指通常加入树脂(例如聚合物树脂组合物)中以改良树脂性能的材料。本文所用的术语“无机填料”是指用作填料的无机材料(非有机材料)，包括除了仅碳以外的诸如P、S、Si、O、N、B、金属、卤素等的元素。
无机填料的尺寸可在约0.5至15μm、约0.5至5μm、或尤其在约0.5至2μm的范围内，其中由于与丁二烯类共聚物中形成的锚孔的有机关系，可最大化镀层的粘合区域。
通常，关于颗粒(例如无机填料的颗粒)的术语“尺寸”或“粒径”是指所测量的尺寸的最大值。例如，可沿具有所测长度的最大值的方向测量尺寸或粒径。
基于聚合物基体的总重量，聚合物基体可适当地包括约40至60wt％的量的聚碳酸酯类聚合物。
丁二烯类共聚物可适当地包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
无机填料可适当地包括晶须、滑石、碳酸钙、高岭土或它们的组合。
基于组合物的总重量，无机填料可适当地包括约10至20wt％的量的晶须。晶须可包括硫酸镁。
基于组合物的总重量，无机填料可适当地包括约10至30wt％的量的滑石。
基于组合物的总重量，无机填料可适当地包括约10至40wt％的量的碳酸钙。
基于组合物的总重量，无机填料可适当地包括约10至40wt％的量的高岭土。
另一方面，提供了一种车辆部件，其可包括镀层、以及包括本文中所述的组合物的聚合物层。镀层可在聚合物层上形成。
还提供了一种制造车辆部件的方法。该方法可适当地包括形成包括本文中所述的组合物的层，以及蚀刻该组合物中的无机填料。在蚀刻中，可适当地使用铬酸/硫酸。还提供了一种车辆，其可包括本文中所述的车辆部件。
在以下示例性实施方式中将给出无机填料的种类和含量的详细说明。
根据本发明的实施方式，可以改善在车辆的各种材料中在镀层与塑料之间的粘合性以及各种性能。
附图说明
图1为显示对比例中界面锚孔的扫描电子显微镜(SEM)图。
图2为示出根据本发明的示例性实施方式的示例性界面锚孔的SEM图。
图3为示出用于示例性车辆的示例性塑料镀覆部件的示意图，其中组合物可以不同地施用。
图4为根据本发明的示例性实施方式的示例性金属镀覆过程的示意图。
具体实施方式
本文所使用的术语只是用于描述特定的具体实施方式而不是对本发明的限制。如本文所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”还意图包括复数形式，除非上下文清楚地指出了其它情况。另外还应理解，本说明书中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”等表示存在所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或成分，但不排除一个或多个其他的特征、区域、整数、步骤、操作、元素、成分和/或其组合的存在或添加。
应理解，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语包括：机动车辆，一般诸如客车，包括运动型多功能车(SUV)、公交车、卡车、各种商用车辆；水运工具，包括各种艇和船；航空器等，且包括混合动力车辆、电动车辆、***式混合动力电动车辆、氢驱动车辆以及其它可替代的燃料车辆(例如从石油之外的资源获得的燃料)。本文中所称的混合动力车辆为具有两种或更多种动力来源的车辆，例如包括汽油驱动与电驱动两者的车辆。
此外，除非特别声明或从上下文中明显可见，本文中所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差的范围内，例如在均值的两个标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文中清楚可见，否则本文中提供的所有数值都由术语“约”修饰。
除非以其他方式定义，否则本文中使用的所有术语(包括科技术语和科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员普遍理解的含义相同的含义。应当进一步理解的是，例如通用字典中定义的术语之类的术语应当解释为具有与其在本公开和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非此处有明确定义，否则不应当在理想化或过分字面意义上加以解释。
一方面，本发明提供一种组合物，其可包含：基于组合物的总重量的约60至90wt％的量的聚合物基体、以及基于组合物的总重量的约10至40wt％的量的无机填料。在一个实施方式中，基于聚合物基体的总重量，聚合物基体可包括约60至90wt％的量的聚碳酸酯类聚合物以及约10至40wt％的量的丁二烯类共聚物。
当无机填料的含量大于预定量(例如大于约40wt％，以组合物总重量计)时，材料的冲击强度可能会劣化，且当无机填料的含量小于预定量(例如小于约10wt％，以组合物总重量计)时，对于镀层的粘合性可能微不足道地改善。
无机填料的粒径可在约0.5至15μm、约0.5至5μm、或尤其在约0.5至2μm的范围内，其中由于与丁二烯类共聚物中形成的锚孔的有机关系，可最大化镀层的粘合区域。
在另一个实施方式中，基于聚合物基体的总重量，聚合物基体可适当地包括约40至60wt％的量的聚碳酸酯类聚合物。丁二烯类共聚物可适当地包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
无机填料可适当地包括晶须、滑石、碳酸钙、高岭土或其组合。基于组合物的总重量，无机填料可适当地包括约10至20wt％的量的晶须。晶须可包括硫酸镁。基于聚合物基体的总重量，无机填料可适当地包括约10至30wt％的量的滑石。基于聚合物基体的总重量，无机填料可适当地包括约10至40wt％的量的碳酸钙。基于聚合物基体的总重量，无机填料可适当地包括约10至40wt％的量的高岭土。
另一方面，本发明提供车辆部件，其可包括镀层、以及包括本文中所述的组合物的聚合物层。镀层可在聚合物层上形成。
另一方面，本发明提供制造车辆部件的方法。该方法可适当地包括形成包括本文中所述的组合物的层，以及蚀刻该组合物中的无机填料。在蚀刻中，可适当地使用铬酸/硫酸(例如CrO3/H2SO4)。该方法可进一步包括在该层上形成镀层。例如，镀层可包括Cu、Ni或Cr。
另一方面，本发明提供可包括本文中所述的车辆部件的车辆。
实例
下文将详细描述本发明的示例性实施方式。然而，示例性实施方式仅作为实例而提供，而本发明并不由此限定，而是由所附权利要求的范围所限定。
示例性实施方式和对比例
如表1中所示，根据示例性实施方式和对比例的组合物制备塑料组合物。
此外，用金属镀覆具有这些组合物的塑料，并评估包括镀层的塑料的各种性能。
更具体而言，如表1中所示的示例性实例1至13中，在约250℃的温度下使用双螺杆挤出机在包括PC和ABS的基体中混合四种无机颗粒：晶须、细滑石、CaCO3和高岭土；并测试在250℃的注入温度下注入的标准试验件。
表1
表1中所用无机填料的具体种类如下。
表2
在表2中，通过调整晶须、滑石、碳酸钙和高岭土中的一种来调整填料的种类和含量。
表1的评估方法如下。
表3
根据表3的方法，通过注入拉伸/弯曲标准试样制备试样，然后进行评估。
关于镀覆粘合性，在注入10x10cm2的平板试验件后，通过用铬酸/硫酸(CrO3/H2SO4)的1:1混合物蚀刻ABS表面形成锚孔；接着进行化学镀，包括依序进行中和/还原过程、活化过程以及化学镍层产生过程；随后使用电镀工艺依序形成Cu/Ni/Cr层。在此情形下，Cu层、Ni层和Cr层分别采用20μm、10μm和0.25μm的标准厚度，随后在90°方向上剥落这些层，以施加平均值为约50mm的剥落距离。
在表1的示例性实施方式的晶须的情形下，当晶须含量大于20wt％时，挤出不可能进行。在滑石的情形下，当滑石含量为大于30wt％时，挤出不可能进行。
尤其，当混合30wt％或更多的晶须时，挤出不可能进行，但由此镀覆粘合性显著大于混合基体(包括PC和ABS)以及0-20wt％的晶须的镀覆粘合性。
当混合40wt％或更多的滑石时，挤出不可能进行，但由此镀覆粘合性大于混合基体(包括PC和ABS)以及0-30wt％的滑石的镀覆粘合性，且由此耐冲击性优于混合相同含量的晶须的耐冲击性。
此外，相较于仅基体(包括PC和ABS)的耐热性，混合有晶须和滑石的耐热性增加约10℃或更多。
在CaCO3和高岭土的情形下，当其含量高达40wt％时，挤出有可能(possible，可以)进行，但当它们以20wt％或更少量混合时，由此镀覆粘合性微不足道地改善。然而，当它们以30至40wt％混合时，由此镀覆粘合性得到改善。
一般而言，当镀覆ABS或包括PC和ABS的基体时，在蚀刻过程中在基体表面上形成凹的锚孔。优选地，根据本发明的各种示例性实施方式，当无机填料包括在聚合物层(“层”或“塑料层”)中时，可以放大锚孔的压花(embossing)效果，从而引起镀覆粘合性的协同效果。
晶须通常在其长度方向上或在具有最大值的直径处具有7至11μm的尺寸。当其长度为约5μm或更小时，可以降低物理增强效果，且会降低粘合性的协同效果。当其长度为约15μm或更大时，可进一步增加物理增强效果。在此情形下，由于镀覆之后外观劣化，其可能不适合作为用于镀覆材料的填料。
细滑石可适当地具有约3至4μm的尺寸，CaCO3可适当地具有约1至2μm的尺寸，高岭土可适当地具有约1至2μm的尺寸，且它们可具有平坦的形状或球形。当这些颗粒的直径增加时(例如大于约5μm)，镀覆粘合性可能会下降或者镀覆外观可能会劣化。此外，大批量生产1μm或更小的纳米等级的滑石、CaCO3和高岭土可能很困难，且难以大批量生产的原因在于成本问题。
图1为显示根据表1中对比例的界面锚孔的状态的扫描电子显微镜(SEM)图。
图2为显示根据本发明的示例性实施方式的示例性界面锚孔的SEM图。
在图2的情形下，根据示例性实施方式，局部观察到具有约1至3μm(其为填料粒径)的锚孔，且整个比表面积增加。
相较于在不存在填料的情况下的ABS或包括PC和ABS的基体，根据本发明的示例性实施方式的组合物可在提供实质性改善的机械性能、耐热性和镀覆粘合性的同时，保持外观。
通常，包括PC和ABS的基体相较于ABS具有优异的机械性能，但其镀覆粘合性可能较差，因为其相较于仅为ABS的情形缺乏丁二烯含量。
根据本发明的各种示例性实施方式，通过在其中混合用于本发明的无机填料，包括PC和ABS的常规基体的镀覆粘合性比ABS增加一个等级。
此外，包括PC和ABS的基体比ABS更贵。因此，当其中混合低价无机填料时，随着无机填料含量的增加，包括PC和ABS的基体含量相对下降，成本就会下降。
本发明的示例性实施方式的组合物可用作用于镀覆诸如内部/外部件的材料，且当替换用于手触部件的常规材料时，可以减少与镀覆剥落相关的问题。
虽然已结合目前认为是优选的示例性实施方式描述本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的实施方式，相反，其意图涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。

Claims (14)

1.一种复合材料组合物，包含：
基于所述复合材料组合物的总重量，60至90wt％的量的聚合物基体，以及
基于所述复合材料组合物的总重量，10至40wt％的量的无机填料。
2.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，所述无机填料的粒径为0.5至15μm。
3.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，基于所述聚合物基体的总重量，所述聚合物基体包括40至60wt％的量的聚碳酸酯类聚合物。
4.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，所述聚合物基体包括丁二烯类共聚物，并且所述丁二烯类共聚物包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
5.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中所述无机填料包括晶须、滑石、碳酸钙、高岭土或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，基于所述复合材料组合物的总重量，所述无机填料包括10至20wt％的量的晶须。
7.根据权利要求6所述的复合材料组合物，其中，所述晶须包括硫酸镁。
8.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，基于所述复合材料组合物的总重量，所述无机填料包括10至30wt％的量的滑石。
9.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，基于所述复合材料组合物的总重量，所述无机填料包括10至40wt％的量的碳酸钙。
10.根据权利要求1所述的复合材料组合物，其中，基于所述复合材料组合物的总重量，所述无机填料包括10至40wt％的量的高岭土。
11.一种车辆部件，包括：
镀层；以及
聚合物层，所述聚合物层包括根据权利要求1所述的复合材料组合物，
其中，所述镀层形成在所述聚合物层上。
12.一种制造车辆部件的方法，包括：
形成包括复合材料组合物的层，其中，所述复合材料组合物包含：基于所述复合材料组合物的总重量，60至90wt％的量的聚合物基体；以及基于所述复合材料组合物的总重量，10至40wt％的量的无机填料，
蚀刻所述复合材料组合物中的所述无机填料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过使用铬酸和/或硫酸来进行所述蚀刻。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述层上形成镀层。
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