TW201200350A - Composite of metal and plastic and method for making the same - Google Patents

Description

201200350 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種金屬與塑膠的複合體及其製作方法，尤 其涉及一種結合力較強的金屬與塑膠的複合體及該複合 體的製作方法。 【先前技術】 [0002] 金屬材料通常用來作為3C產品的外殼或零元件。該金屬 材料與其他材料連接的方法有焊接、機械連接及黏接。 其中焊接係金屬最主要的連接方法。但當金屬與塑件連 Ο 接時，就需要用到黏接的方法。所述黏接方法，係指利 用膠黏劑作為中間的介面材料，將金屬與塑件結合於一 體的方法。 [0003] 所述黏接方法雖然可以實現金屬與塑件間的連接，但其 存在以下缺點：黏結強度不夠高，其結合力一般僅達 0. 5MPa ;難以自動化，受操作者熟練程度影響；工作溫 度受膠黏劑性能影響，一般只能在-50-1 00°C的溫度範圍 Q 内正常工作；在環境光、熱、濕氣等因素下，膠黏劑會 產生老化斷裂等現象；大部分膠黏劑有毒，操作過程中 會散發有刺激性的氣體，危害人體健康。 [0004] 目前，人們也試圖藉由模内注塑的方法將塑件直接注塑 結合於金屬的表面，然而該方法亦難以解決金屬與塑件 的結合力低的問題。 【發明内容】 [0005] 鑒於此，有必要提供一種結合力強的金屬與塑膠的複合 體。 099121123 表單編號 A0101 第 3 頁/共 12 頁 0992037247-0 201200350 [0006] 另外，還有必要提供一種上述金屬與塑膠的複合體的製 作方法。 , [0007] 一種金屬與塑膠的複合體，其包括一金屬基體及一注塑 結合於金屬基體表面的塑件，該金屬基體的表面形成有 複數奈米孔，該複數奈米孔的平均孔徑為30-55nm，該塑 件的材質為結晶型熱塑性塑膠。 [0008] 一種金屬與塑膠的複合體的製作方法，其包括如下步驟 [0009] 提供一金屬基體； [0010] 對該金屬基體進行化學清洗，使該金屬基體表面形成具 有平均孔徑為30-55nm的複數奈米孔； [0011] 將所述經化學清洗後的金屬基體置於一注塑成型模具中 ，並將該金屬基體加熱到1 00-350°C ; [0012] 向所述金屬基體的表面注塑溶融的結晶型熱塑性塑膠， 並瞬間冷卻，成型塑件，製得所述複合體。 [0013] 相較於習知技術，所述的金屬與塑膠的複合體的製作方 法藉由化學清洗處理，使金屬基體的表面形成奈米多孔 表面，從而以增強塑件與金屬基體之間的結合力；更重 要的係，在注塑塑件時，藉由先將金屬基體加熱使該金 屬基體熱脹，然後在注塑塑件後瞬間冷卻，藉由熱脹冷 縮原理使得所述的金屬與塑膠的複合體的結合力被大大 提升。 【實施方式】 099121123 表單編號A0101 第4頁/共12頁 0992037247-0 201200350 [0014] [0015] [0016]

[0017] ❹ [0018] 請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的金屬與塑膠的複合 體100包括一金屬基體11、一形成於金屬基體11表面的防 氧化膜12、及一形成於金屬基體11及防氧化膜12表面的 複數塑件13。 金屬基體11的材質可為鋁合金、鎂合金、不銹鋼、銅或 銅合金。 請參閱圖2，所述金屬基體11的表面形成有複數奈米孔 111，該複數奈米孔111的平均孔徑為30-55nm。從圖2可 以看到，所述複數奈米孔111在金屬基體11表面的分佈較 均勻。該複數奈米孔111的存在可使得注塑所述塑件13的 塑膠嵌入到該複數奈米孔111中，從而增強了複數塑件13 與金屬基體11的結合力。所述複數奈米孔111可藉由對所 述金屬基體11進行化學清洗處理而形成。 防氧化膜12為一有機膜。所述防氧化膜12用以保護所述 金屬基體11不被氧化，以防止氧化膜的生成而影響金屬 基體11與塑件13的結合力。 塑件13以模内注塑的方式結合於金屬基體11及防氧化膜 12的表面。注塑塑件13的塑膠可為具有高流動性的結晶 型熱塑性塑膠，如聚苯硫醚（PPS)與玻璃纖維的混合物 、聚醯胺（PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)或聚對 苯二曱酸丁二醇酯（PBT)塑膠。其中玻璃纖維在聚苯硫 醚與玻璃纖維的混合物中的品質百分含量可為20-50%。 本發明一較佳實施方式的製作上述金屬與塑膠的複合體 的方法包括如下步驟： 099121123 表單編號A0101 第5頁/共12頁 0992037247-0 [0019] 201200350 [0020] 提供一金屬基體11。該金屬基體11的材質可為鋁合金、 鎂合金、不銹鋼、銅或銅合金。 [0021] 對該金屬基體11進行化學清洗處理，以使該基體11的表 面清潔。該化學清洗處理包括如下步驟： [0022] 脫臘處理，即將所述金屬基體11浸潰於含除臘水的水溶 液中。所述除臘水可為市面上出售的金屬常用的除臘水 。該除臘水的濃度可為30-80ml/L。浸潰時，保持所述 除臘水的水溶液溫度在5 5 - 6 5 °C之間。該浸潰的時間在5 分鐘以上。脫臘處理後對所述金屬基體11進行水洗。 [0023] 脫脂處理，即將所述金屬基體11浸潰於含脫脂劑的水溶 液中。所述脫脂劑可為市面上出售的金屬常用的脫脂劑 。該脫脂劑的濃度可為90-1 50g/L。浸潰時，保持所述 脫脂劑的水溶液的溫度在20-30°C之間。該浸潰的時間為 1-6分鐘。脫脂處理後對所述金屬基體11進行水洗。 [0024] 除氧化膜，即將所述金屬基體11浸潰於含酸性退氧化膜 劑的水溶液中去除金屬基體11表面的氧化膜。通常來說 ，金屬原材料或經成型加工後的金屬基材通常會在其表 面形成一氧化物膜，該氧化物膜的存在會改變金屬的表 面性能，因此需要去除。該除氧化膜處理中所用的酸性 退氧化膜劑可為市面上出售的金屬常用的酸性退氧化膜 劑。該酸性退氧化膜劑的濃度可為30-80ml/L。浸潰時 ，保持所述酸性退氧化膜劑的水溶液溫度在2 0 - 3 0 °C之間 。該浸潰的時間為卜1 0分鐘。除氧化膜處理後對所述金 屬基體Π進行水洗。 099121123 表單編號A0101 第6頁/共頁 0992037247-0 201200350 [0025] [0026] G [0027] [0028] [0029] 所述金屬基體11經上述化學清洗後，在其表面形成了具 有年·均孔徑為30-55 nm的複數奈米孔1丨1 (參圖2)。 對所述經化學清洗後的金屬基體11進行防氧化處理。該 防氧化處理包括將所述金屬基體11浸漬於水溶性的抗氧 化劑中的步驟。所述抗氧化劑可為市面上出售的金屬常 用的有機抗氧化劑。浸潰時，保持所述抗氧化劑的溫度 在2 0 - 3 0 °C之間。該浸潰的時間為1_ 5分鐘。該防氧化處 理可於金屬基體11的表面形成一有機的防氧化膜12。防 氧化處理後對所述金屬基體11進行水洗及乾燥。 提供一注塑成型模具，並將經乾燥的金屬基體11置於該 模具中，且加熱該金屬基體11致100_350°C。該加熱的 方式可為電磁感應加熱。 向所述加熱後的金屬基體11的表面注塑熔融的結昴型熱 塑性塑膠，並瞬間冷卻，成型塑件13，製得所述複合體 '' π ΡΕ ί； Μ 1〇〇 ο 對所述金屬與塑膠的複合體100進行了抗拉強度及剪切強 度蜊試。測試結果表明’該複合體100的抗拉強度可達 WliPa，剪切強度町達25MPa。且對經上述測試後的複合 趙！〇0在進行冷熱衡擊試驗（48小時’ _40_85t：，4小時 /cycle，12cycles)後發現，該複合體1〇〇的抗拉強度 及剪切強度均無明顯滅小。 相較於習知技術，所述的金屬與塑膠的複合體100的製作 方法藉由化學清洗處理，使金屬基體11的表面形成奈米 多孔表面，並在化學清洗後對金屬基體11進行防氧化處 099121123 表幕碥號A0101 0992037247-0 [0030] 201200350 理，使得金屬基體11表面無氧化物雜質形成，而增強了 塑件13與金屬基體11的結合力。更重要的係，在注塑塑 件13時，藉由先將金屬基體11加熱使該金屬基體11熱脹 ，然後在注塑塑件13後瞬間冷卻，藉由熱脹冷縮原理使 得所述的金屬與塑膠的複合體100的結合力被大大提升。 【圖式簡單說明】 [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] 圖1係本發明一較佳實施方式的金屬與塑膠的複合體的剖 視示意圖。 圖2係本發明一較佳實施方式的金屬基體經化學清洗後的 掃描電鏡圖。 【主要元件符號說明】 複合體：100 余屬基體：11 防氧化膜：12 塑件：13 奈米孔：111 099121123 表單編號A0101 第8頁/共12頁 0992037247-0

Claims (1)

1. 201200350 七、申請專利範圍： 1 . 一種金屬與塑膠的複合體，其包括一金屬基體及一注塑結 合於金屬基體表面的塑件，其改良在於：該金屬基體的表 面形成有複數奈米孔，該複數奈米孔的平均孔徑為 . 30-55nm，該塑件的材質為結晶型熱塑性塑膠。 2 .如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述複數奈米孔經由對所述金屬基體進行化學清洗形成。 3 .如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述複合體還包括一防氧化膜，該防氧化膜形成於金屬基 D 體的表面。 4. 如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述防氧化膜為一有機膜。 5. 如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述塑件嵌入於所述金屬基體表面的複數奈米孔中。 6 .如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述結晶型熱塑性塑膠為聚笨硫醚與玻璃纖維的混合物、 聚醯胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯 ϋ 塑膠。 7.如申請專利範圍第1項所述的金屬與塑膠的複合體，其中 所述金屬基體的材質為紹合金、鎖合金、不錢鋼、銅或銅 合金。 8 . —種金屬與塑膠的複合體的製作方法，其包括如下步驟： 提供一金屬基體； 對該金屬基體進行化學清洗，使該金屬基體表面形成具有 平均孔徑為30-55nm的複數奈东孔； 099121123 表單編號A0101 第9頁/共12頁 0992037247-0 201200350 將所述經化學清洗後的金屬基體置於一注塑成型模具中， 並將該金屬基體加熱到1 00-350°C ; 向所述金屬基體的表面注塑熔融的結晶型熱塑性塑膠，並 瞬間冷卻，成型塑件，製得所述複合體。 9 .如申請專利範圍第8項所述的金屬與塑膠的複合體的製作 方法，其中所述化學清洗包括脫臘處理、脫脂處理及除氧 化膜。 10 .如申請專利範圍第9項所述的金屬與塑膠的複合體的製作 方法，其中所述脫臘處理包括將所述金屬基體浸潰於溫度 在55-65°C之間，含濃度為30-80ml/L的除臘水的水溶液 中5分鐘以上的步驟。 11 .如申請專利範圍第9項所述的金屬與塑膠的複合體的製作 方法，其中所述脫脂處理包括將所述金屬基體浸潰於溫度 在20-30°C之間，含濃度為90-1 50g/L的脫脂劑的水溶液 中1-6分鐘的步驟。 12 .如申請專利範圍第9項所述的金屬與塑膠的複合體的製作 方法，其中所述除氧化膜處理包括將所述金屬基體浸潰於 溫度在20-30°C之間，含濃度為30-80ml/L的酸性退氧化 膜劑的水溶液中1-10分鐘的步驟。 13 .如申請專利範圍第8項所述的金屬與塑膠的複合體的製作 方法，其中所述製作方法還包括在化學清洗後對所述金屬 基體進行防氧化處理的步驟。 0992037247-0 099121123 表單編號A0101 第10頁/共12頁