金属树脂复合体及其热处理方法

摘要

本发明公开了一种金属树脂复合体及其热处理方法，包括对金属表面预处理后置于模具中并设置模具温度介于树脂玻璃化转变温度以上、熔融温度以下，将树脂的组合物注入模具中与金属相结合，得金属树脂复合体；将复合体留在模具中，模具维持上述温度；对模具进行程序降温使复合体以低于50℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。该方法使树脂更好地保持在金属的纳米级微孔中，增强树脂与金属表面氧化层的作用力，提高树脂与金属之间的结合力，不仅使PPS、PBT、PA等常规树脂与金属结合力提高30％左右，更能使非晶态树脂例如PMMA、PS或PVC与金属的结合力提高500％左右，大大拓宽了NMT产品的应用范围。

权利要求

1.一种金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对金属表面进行预处理，使金属表面及其内部形成用于注塑的纳米级微孔结构；

(2)将表面处理后的金属置于模具中，设置模具温度介于树脂的玻璃化转变温度以上、熔融温度以下，然后将树脂的组合物注入模具中与金属相结合，得到金属树脂复合体；

(3)将金属树脂复合体留在模具中，模具维持步骤(2)中的温度；

(4)对模具进行程序降温，使得金属树脂复合体首先以低于50℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

2.根据权利要求1所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：步骤(4)中，对模具进行程序降温，使得所述金属树脂复合体首先以低于20℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

3.根据权利要求2所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：对模具进行程序降温，使得所述金属树脂复合体首先以低于10℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

4.根据权利要求3所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：对模具进行程序降温，使得所述金属树脂复合体首先以低于1℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

5.根据权利要求1所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：步骤(4)中，对模具进行程序降温，使得金属树脂复合体首先以低于50℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近，然后以低于60℃/min的速率从玻璃化转变温度附近降至室温。

6.根据权利要求1所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：所述树脂为非晶态树脂。

7.根据权利要求6所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：所述树脂为PMMA、PS或PVC。

8.根据权利要求1所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：所述树脂为PPS、PBT、PA6、PA66或PPA。

9.根据权利要求1所述金属树脂复合体的热处理方法，其特征在于：所述金属为铝、镁、铜、不锈钢、钛、铁或镀锌板。

10.一种金属树脂复合体，其特征在于它是采用权利要求1-9任一处理方法得到的。

说明书

金属树脂复合体及其热处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种金属树脂复合体及其热处理方法，广泛适用于NMT技术领域。

背景技术

[0002] 目前，在各种电子机器、家用制品、医疗机械、车辆用结构部件、车辆装载用品、建筑材料、外装饰用部件或其他结构用部件中，常常涉及机械加工法制造的金属与高强度树脂组合体一体化的复合体。

[0003] 现有技术已公开金属与树脂组合物的一体化成型技术，大多使用高强度的热塑性树脂如PPS、PBT进行注塑，注塑后进行的退火步骤只是为了消除树脂的内应力，对其与金属的粘接强度影响有限。同时，对于结晶度不高的常规树脂，由于其抗拉伸性能差导致制备的金属树脂复合体性能效果不佳，因此对其应用范围造成了明显的限制。

[0004] 因此，亟待解决上述问题。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的第一目的是提供一种有利于增强金属与树脂结合力的金属树脂复合体的热处理方法；本发明的第二目的是提供由该热处理方法获得的金属树脂复合体。

[0006] 技术方案：本发明金属树脂复合体的热处理方法，包括如下步骤：

[0007] (1)对金属表面进行预处理，使金属表面及其内部形成用于注塑的纳米级微孔结构；

[0008] (2)将表面处理后的金属置于模具中，设置模具温度介于树脂的玻璃化转变温度以上、熔融温度以下，然后将树脂的组合物注入模具中与金属相结合，成型后得到金属树脂复合体；

[0009] (3)将金属树脂复合体留在模具中，模具维持步骤(2)中的温度；

[0010] (4)对模具进行程序降温，使得金属树脂复合体首先以低于50℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

[0011] 其中，步骤(4)中，对模具进行程序降温使得所述金属树脂复合体首先以低于20℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

[0012] 优选的，对模具进行程序降温使得所述金属树脂复合体首先以低于10℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

[0013] 更优的，对模具进行程序降温使得所述金属树脂复合体首先以低于1℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近。

[0014] 本发明程序降温的另一种方案是，对模具进行程序降温，使得金属树脂复合体首先以低于50℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近，然后以低于60℃/min的速率从玻璃化转变温度附近降至室温。也可以是，使得金属树脂复合体首先以低于10℃/min的速率从原有温度降至玻璃化转变温度附近，然后以低于20℃/min的速率从玻璃化转变温度附近降至室温等。

[0015] 本发明步骤(3)中，模具维持步骤(2)的温度，持续时间可以从0-48h；还可以将存有金属树脂复合体的模具置于烘箱中，烘箱维持步骤(2)中模具的温度。

[0016] 本发明突破了现有技术对树脂类型的限制，可将树脂范围拓展至非晶态树脂，例如PMMA、PS或PVC。

[0017] 本发明的树脂也可以为PPS、PBT、PA6、PA66或PPA。

[0018] 本发明的金属可以为铝、镁、铜、不锈钢、钛、铁、镀锌板或黄铜。

[0019] 本发明还涉及金属树脂复合体，其采用上述热处理方法得到的。

[0020] 有益效果：与现有技术相比，采用本发明的热处理方法能使树脂更好地保持在金属的纳米级微孔中，增强树脂与金属表面氧化层的作用力，明显提高树脂与金属之间的结合力；研究表明，本发明方法可使PPS、PBT、PA等常规树脂与金属的结合力提高30％左右，更能使非晶态树脂例如PMMA、PS或PVC与金属的结合力提高500％左右，大大拓宽了NMT产品的应用范围；同时，本发明方法简单可行、易实现大规模生产、绿色安全环保。

具体实施方式

[0021] 下面对本发明的技术方案作进一步说明。

[0022] 实施例1

[0023] 本实施例制备基于PPS的经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体[0024] 第一步：阳极氧化

[0025] 1.将经过常规表面前处理的铝片作为阳极放入到电解池中抛光，电解液为体积比为1比3的高氯酸和乙醇的混合溶液，恒压30V电解3min。

[0026] 2.将金属基材作为阳极于0.8M的草酸溶液之中，电压40V，温度50℃，处理0.8h；

[0027] 3.在组成为2％H2CrO4+10％H3PO4的铬磷混酸溶液中浸泡25min，浸泡时的温度维持在50℃，然后用去离子水冲洗干净；

[0028] 4.继续将金属基材作为阳极于0.8M的草酸溶液之中，电压40V，温度30℃，处理40min

[0029] 第二步：注塑

[0030] 将烘干后的铝合金片插入注射成型模具中，设置模具温度160℃，料筒温度315℃，注塑压力70Mpa，保压时间1min，注塑PPS；

[0031] 第三步：热处理方法

[0032] 将金属树脂复合体保留在模具当中立即放入到160℃的烘箱中，维持上述温度18h，然后以1℃/min的降温速度降到85℃，接着以10℃/min的降温速度降到室温后脱模得到牢固结合在一起的铝合金与PPS的复合体，重复实验为10次。

[0033] 对比例1

[0034] 本实施例制备基于PPS的未经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体。

[0035] 第一步、第二步与实施例1相同，不同之处在于第三步；

[0036] 第三步：将金属树脂复合体立刻脱模室温自然冷却，得到铝合金与PPS的复合体，重复实验为10次，结果见表1。

[0037] 表1实施例1与对比例1的样品结合力测试数据

[0038]

[0039]

[0040] 从表1可以看出，通过本发明热处理方法制备的PPS与铝合金的复合体结合力可以达到1763.82N，相比于未经过本发明热处理方法的金属树脂复合体的强度提高了30％，极大地提高了金属树脂的结合力度。

[0041] 实施例2

[0042] 本实施例制备基于PMMA的经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体。

[0043] 第一步：阳极氧化

[0044] 1.将经过常规表面前处理的铝片作为阳极放入到电解池中抛光，电解液为体积比为1比3的高氯酸和乙醇的混合溶液，恒压30V电解3min。

[0045] 2.将金属基材作为阳极于0.8M的草酸溶液之中，电压40V，温度50℃，处理0.8h；

[0046] 3.在组成为2％H2CrO4+10％H3PO4的铬磷混酸溶液中浸泡25min，浸泡时的温度维持在50℃，然后用去离子水冲洗干净；

[0047] 4.继续将金属基材作为阳极于0.8M的草酸溶液之中，电压40V，温度30℃，处理40min

[0048] 第二步：注塑

[0049] 将烘干后的铝合金片插入注射成型模具中，设置模具温度140℃，料筒温度210℃，注塑压力70Mpa，保压时间1min，注塑PMMA；

[0050] 第三步：热处理方法

[0051] 将金属树脂复合体保留在模具当中立即放入到140℃的烘箱中，维持上述温度18h，然后以1℃/min的降温速度降到90℃，接着以10℃/min的降温速度降到室温后脱模得到牢固结合在一起的铝合金与PMMA的复合体，重复实验为10次。

[0052] 对比例2

[0053] 第一步、第二步与实施例1相同，不同之处在于第三步；

[0054] 第三步：将金属树脂复合体立刻脱模室温自然冷却，得到铝合金与PMMA的复合体，重复实验为10次，结果见表2。

[0055] 表2实施例2与对比例2的样品结合力测试数据

[0056]

[0057]

[0058] 从表2可以看出，通过本发明热处理方法制备的PMMA与铝合金的复合体结合力可以达到520.11N，相比于未经过本发明热处理方法的金属树脂复合体的强度提高了5倍多，远远高于现有技术，并且重复性非常优异，次品率很低，极大地拓宽了NMT的树脂范围。

[0059] 实施例3

[0060] 本实施例制备基于PMMA的经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体。

[0061] 第一步、第二步与实施例2相同，不同之处在于第三步的热处理方法；

[0062] 第三步：将金属树脂复合体保留在模具当中立即放入到140℃的烘箱中，维持上述温度18h，然后以1℃/min的降温速度降到90℃，接着自然降到室温后脱模得到牢固结合在一起的铝合金与PMMA的复合体，重复实验10次后取结合力的平均值，结果见表3。

[0063] 实施例4

[0064] 本实施例制备基于PPS的经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体。

[0065] 第一步、第二步与实施例1相同，不同之处在于第三步的热处理方法；

[0066] 将金属树脂复合体保留在模具当中立即放入到160℃的烘箱中，维持上述温度18h，然后以1℃/min的降温速度降到85℃，接着自然降到室温后脱模得到牢固结合在一起的铝合金与PPS的复合体，重复实验10次后取结合力的平均值，结果见表3。

[0067] 表3实施例3-4样品结合力测试数据

[0068]样品/结合力 实施例3 实施例4
1 400.29N 1600.05N

[0069] 由表3可知，本发明热处理方法中的程序降温步骤使树脂(无论是PPS还是PMMA)能更好地保持在金属的纳米级微孔中，增强树脂与金属表面氧化层的作用力，明显提高树脂与金属之间的结合力；同时说明本发明的程序降温步骤的第一步降温尤为关键。

[0070] 实施例5

[0071] 本实施例(8组实验)制备基于PMMA的经过本热处理方法处理的铝合金树脂复合体。

[0072] 第一步、第二步与实施例3相同，不同之处在于第三步的热处理方法；

[0073] 第三步：将金属树脂复合体保留在模具当中立即放入到140℃的烘箱中，维持上述温度18h，然后分别以60℃/min、50℃/min、40℃/min、30℃/min、20℃/min、10℃/min、5℃/min、1℃/min的降温速度降到90℃，接着自然降到室温后脱模得到牢固结合在一起的铝合金与PMMA的复合体，分别重复实验10次后取结合力的平均值，将数据结果记录在表4中。

[0074] 表4实施例5中8组样品结合力测试数据

[0075]

[0076] 由表4可知，随着首次降温速率的降低，金属与树脂的结合力逐渐增强，同时首次降温速率控制在50℃/min以内效果较好。