制備鋁-樹脂復合物的方法
【專利摘要】提供一種制備鋁-樹脂復合物的方法，該復合物中鋁合金和樹脂組合物相互結合在一起。更具體地，本發(fā)明涉及制備具有改進的粘合強度的鋁-樹脂復合物的方法，通過使用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液和添加螯合劑的酸性水溶液制備具有更均勻的蝕刻表面的鋁合金，和使用鋁合金注射成型樹脂組合物。
【專利說明】
制備鋁-樹脂復合物的方法
技術領域
[0001]以下公開涉及制備鋁-樹脂復合物的方法，其中多相材料的鋁合金和樹脂組合物相互結合在一起，更具體地涉及制備具有改進的粘合強度(bonding strength)的招-樹脂復合物的方法，通過使用添加螯合劑和環(huán)胺(cycloamine)的堿性水溶液和添加螯合劑的酸性水溶液制備具有更均勻的和更精細的蝕刻表面的鋁合金，和使用該鋁合金注射成型樹脂組合物。
【背景技術】
[0002]在各領域，如汽車、電子產(chǎn)品、工業(yè)設備等領域，已使用用粘合劑將是多相材料的金屬合金材料和樹脂材料結合的技術，但在使用粘合劑的方法中，問題在于難以精確粘結、固化時間長及粘合劑的狀態(tài)的維護和管理困難。
[0003]由于這些原因，根據(jù)相關技術，已經(jīng)研究不使用粘合劑將是多相材料的金屬合金材料和樹脂材料結合的方法。作為其中方法之一，納米方法已被積極地研究。
[0004]使用納米方法將多相材料結合的技術是在金屬合金材料的表面上形成納米尺寸的槽，以在其中插入樹脂材料的技術，具有的優(yōu)點在于，張力比在使用粘合劑的情況下更尚O
[0005]然而，當金屬-樹脂復合物暴露于惡劣的環(huán)境中時，金屬-樹脂復合物的粘合強度是不充分的，使得需開發(fā)具有更優(yōu)異的粘合強度的金屬-樹脂復合物。
[0006][相關文獻]
[0007][專利文獻]
[0008]韓國專利公開出版號10-2014-0035926
[0009]韓國專利公開出版號10-2010-0063152
[0010]皿
[0011]本發(fā)明的一個實施方案涉及提供制備具有改進的粘合強度的鋁-樹脂復合物的方法，該方法通過使用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液和添加螯合劑的酸性水溶液制備具有更均勻的和更精細的蝕刻表面的鋁合金，和使用該鋁合金注射成型樹脂組合物。
[0012]在一個總的方面中，制備鋁-樹脂復合物的方法包括:
[0013]制備具有經(jīng)蝕刻的表面的鋁合金材料；和
[0014]在鋁合金材料的經(jīng)蝕刻的表面上注射成型樹脂組合物，由此相互結合在一起，
[0015]其中所述鋁合金材料的制備方法包括:
[0016]i )用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液處理鋁合金材料的一次加工工序；和
[0017]ii )用添加螯合劑的酸性水溶液處理鋁合金材料的二次加工工序。
[0018]鋁樹脂合金材料的經(jīng)蝕刻的表面的孔可以具有0.1至10 μπι的平均內(nèi)徑，和經(jīng)蝕刻的表面的平均表面粗糙度可為50至200 μπι。
[0019]基于100重量份的堿性或酸性水溶液，螯合劑的添加量范圍可為0.001至0.5重量份。
[0020]基于100重量份的堿性水溶液，環(huán)胺的添加量范圍可為0.001至0.2重量份。
[0021]—次加工工序、二次加工工序、或者一次和二次加工工序可以成為單元工序，并且單元工序可以重復執(zhí)行一次或一次以上。
[0022]在一次加工工序中，堿性水溶液的濃度可以為I至10重量％，溫度可以為30至70°C，和加工時間可以為30秒至2分鐘。
[0023]在二次加工工序中，酸性水溶液的濃度可以為5至30重量％，溫度可以為40至80°C，和蝕刻時間可以為I到5分鐘。
[0024]鋁合金材料的制備可以進一步包括作為一次加工工序的預處理的脫脂工序。
[0025]在下文中，對本發(fā)明的各成分進行詳細說明。
[0026]首先，將說明根據(jù)本發(fā)明的鋁合金。
[0027]在本發(fā)明中使用的鋁合金可分為非熱處理型合金和熱處理合金。作為非熱處理型合金，其只在加工硬化時增加硬度和拉伸強度，有Al-Mg基合金，Al-Mn基合金，Al-Mg-Mn基合金等，作為熱處理合金，其通過熱處理提高機械性能，有Al-Cu-Mg基合金，Al-Zn-Mg基合金，Al-Mg-Si基合金，耐熱招合金，等等。
[0028]作為本發(fā)明中使用的鋁合金，可使用所有市售的鋁或鋁合金，例如，A5052、A3003、A6063等等，但本發(fā)明不限于此。
[0029]另外，作為應用于本發(fā)明的實例中的鋁合金，可使用在加工前通過機械加工具有板狀、棒狀、管狀等形狀的中間鋁原料而加工為組件結構的鋁合金，所述機械加工使用切割加工方法、拉深加工方法(a drawing processing method)、粉碎加工方法，放電加工方法，壓力加工方法，磨削加工方法，打磨加工方法等。
[0030]組件結構可被注射到注射成型模具中，從而被加工成具有適合于特定產(chǎn)品的形狀和結構的組件。
[0031]接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的脫脂工序。
[0032]一般地，異物和油組分粘附到經(jīng)加工的鋁合金表面上，這些異物和油組分需要被除去。在這種情況下，在除去異物和油組分的時候，可使用中性洗滌劑，或者可使用超聲波脫脂方法或電解脫脂方法。
[0033]作為中性洗滌劑，用于鋁合金的洗滌劑已在市場上出售，但是可使用通常在家庭中使用的餐具洗滌劑(含有表面活性劑)。在這種情況下，最好是在使用后完全地除去餐具洗滌劑組分。其原因是，在餐具洗滌劑組分殘余的情況下，一次和二次加工工序可能被抑制。
[0034]接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的一次加工工序。
[0035]在本發(fā)明中，用以除去保護膜，例如氧化鋁膜等，并激活表面的一次加工工序允許酸在隨后的二次加工工序中均勻地反應并減少工序時間。
[0036]—次加工工序是使用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液除去鋁合金的氧化膜等的步驟，加工方法沒有特別的限制。例如，可以通過將鋁合金浸到添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液中或使堿性水溶液在鋁合金上流過除去氧化膜等。
[0037]此外，優(yōu)選的是，在一次加工工序中，堿性水溶液的濃度范圍為I至10重量％，溶液溫度范圍為30°C至70°C，以及加工時間范圍為30秒至2分鐘。在上述范圍內(nèi)保護膜如氧化鋁膜等能夠有效地除去。
[0038]堿性水溶液沒有特別限制，但可使用氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液、或氫氧化鎂水溶液。
[0039]在本發(fā)明中，基于100重量份的堿性水溶液，螯合劑的添加量范圍為0.001至0.5重量份，優(yōu)選為0.005至0.2重量份，并且更優(yōu)選地0.01至0.1重量份。在上述范圍內(nèi)，保護膜如氧化鋁膜等可以更有效和快速地除去。
[0040]螯合劑沒有特別限制，只要是通常使用的。例如，乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、次氮基三乙酸(NTA)、(2-羥乙基)-乙二胺三乙酸(HEDTA)乙二醇雙(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)等，都可以使用。
[0041]在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，基于100重量份的堿性水溶液，環(huán)胺添加的范圍為0.001至0.2重量份。據(jù)認為，在上述范圍內(nèi)，環(huán)胺幫助有效地除去保護膜如氧化鋁膜等并在隨后的二次加工工序中形成更精細且均勻的刻蝕表面，從而允許顯著優(yōu)異的粘合強度。此外，環(huán)胺可以在注射成型和粘合樹脂時防止粘合表面形成如空隙等的缺陷。
[0042]環(huán)胺沒有特別限定。例如，吡咯烷、1-甲基吡咯烷、哌啶、1-甲基哌啶、4-芐基-1-己基哌啶、哌嗪、1-(3-甲基芐基)哌嗪、1，2-二甲基哌嗪、1-(1-戊基)哌嗪等，都可以使用，但本發(fā)明不限于此。
[0043]此后，將說明根據(jù)本發(fā)明的二次加工工序。
[0044]在本發(fā)明中，二次加工工序是在鋁合金的表面上形成蝕刻表面的步驟，雖然沒有特別的限制，但是蝕刻表面可以具有0.1至10 μπι的平均內(nèi)徑和50至200 μπι的平均表面粗糙度。上述平均內(nèi)徑和平均表面粗糙度的范圍內(nèi)，錨定效應高，以使得粘合力優(yōu)異，并且鋁合金本身的強度也不會降低。
[0045]二次加工工序是使用添加螯合劑的酸性水溶液在鋁合金的表面上形成蝕刻表面，加工方法沒有特別的限制。例如，蝕刻表面可以通過將鋁合金浸到酸性水溶液中或使酸性水溶液在鋁合金上流過形成。
[0046]此外，優(yōu)選的是，在二次加工工序中，酸性水溶液的濃度范圍為5至30重量％，溶液溫度的范圍為40°C至80°C，和加工時間范圍為I至5分鐘。在上述范圍內(nèi)，粘合強度優(yōu)異，且二次加工工序不顯著影響鋁合金的厚度。
[0047]所述酸性水溶液沒有特別限制，但可以使用鹽酸、硝酸、硫酸或蟻酸。
[0048]在本發(fā)明中，基于100重量份的酸性水溶液，螯合劑的添加量范圍為0.001至0.5重量份，優(yōu)選為0.005至0.2重量份，并且更優(yōu)選地，0.01至0.1重量份。在上述范圍內(nèi)，可以更均勻地形成蝕刻表面，使得粘合強度得到了改善，并且在注射成型和粘合樹脂時的粘合表面沒有形成如空隙等的缺陷。
[0049]螯合劑沒有特別限制，只要是通常使用的。例如，乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、次氮基三乙酸(NTA)、(2-羥乙基)-乙二胺三乙酸(HEDTA)乙二醇雙(2-氨基乙基醚)四乙酸(EGTA)等，都可以使用，并且可以選擇和使用添加到酸性水溶液中的螯合劑相同于或不同于添加到堿性水溶液中的螯合劑。
[0050]接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的樹脂組合物。
[0051]在本發(fā)明中，樹脂材料沒有特別的限制。例如，優(yōu)選的是，可使用聚酰胺(PA)樹脂諸如尼龍6、尼龍66等，聚鄰苯二甲酰胺(PPA)樹脂，聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)樹脂，或聚苯硫醚(PPS)樹脂，并可以單獨使用一種樹脂，也可以使用兩種或更多種樹脂的組合。在使用兩種或更多種樹脂的組合的情況下，可使用所有的組合，其中兩種或更多種樹脂簡單地混合，或相互間分子鍵合。
[0052]此外，為了調(diào)節(jié)鋁合金部分和樹脂部分之間的膨脹線性系數(shù)的差異并提高樹脂部分的機械強度，根據(jù)本發(fā)明的鋁-樹脂復合物基于100份重量的總的樹脂材料可以進一步含有I至200重量份，更優(yōu)選為10至150重量份的的填料。
[0053]作為填料，有纖維狀填料、粒狀填料、板狀填料等。作為纖維狀填料，有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等等，作為玻璃纖維的具體例子，有具有6-14 μπι的平均纖維直徑的短切原絲。作為粒狀填料或板狀填料，有碳酸鈣、云母、玻璃薄片、玻璃球、碳酸鎂、二氧化硅、滑石、粘土、碳纖維或聚芳基酰胺纖維的粉碎材料等。
[0054]接下來，將說明根據(jù)本發(fā)明的注射成型。
[0055]在制備注射成型模具，打開上模具(可動模)，并向下模具(固定模具)中注入經(jīng)加工的鋁合金組件結構后，將上模具閉合。
[0056]其后，在使用模具注射成型已制備的樹脂組合物的情況下，鋁合金和樹脂組合物(其是多相材料)相互結合，從而可得到鋁-樹脂復合物，其中鋁合金和樹脂組合物彼此相互結合。
[0057]為了提高結合力，優(yōu)選的是，模具溫度升高到高于成型普通的樹脂材料的溫度。因此，模具溫度可根據(jù)樹脂的種類變化，但一般，優(yōu)選的是，模具溫度為120°C至350°C。
[0058]其它特征和方面將從以下的詳細描述、附圖和權利要求書顯而易見。
【附圖說明】
[0059]圖1是根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的鋁-樹脂復合物的橫截面圖。
[0060]圖2是用鉑涂覆表面(以得到表面良好的視圖)后，使用放大倍數(shù)1000倍的電子顯微鏡觀察本發(fā)明實施例1中的鋁合金表面獲得的放大照片。
[0061]圖3是用鉑涂覆表面(以得到表面良好的視圖)后，使用放大倍數(shù)5000倍的電子顯微鏡觀察本發(fā)明實施例1中的鋁合金表面獲得的放大照片。
[0062]實施方案詳細描述
[0063]在下文中，將通過以下實例更詳細地說明制備根據(jù)本發(fā)明的鋁-樹脂復合物的方法。但是，下列實施例僅具體說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，并且可以以各種形式來實現(xiàn)。
[0064]此外，除非在說明書中定義，否則所有在本說明書中使用的技術和科學術語具有如那些通常由本領域技術人員理解的相同含義。在說明書中使用的術語是僅有效地描述具體的示例性實施方案，但不限于本發(fā)明。
[0065]而且，在下面描述的附圖通過實例的方式提供，以使得本發(fā)明的構思能夠充分地傳遞給本發(fā)明所屬領域的技術人員。因此，本發(fā)明不局限于下面提供的附圖，而是可以以許多不同的形式進行修改。此外，下面提供的附圖可能被放大，以闡明本發(fā)明的范圍。
[0066]此外，除非上下文另有明確說明，否則在說明書和所附權利要求書中使用的單數(shù)形式的術語應當理解為包括復數(shù)形式的術語。
[0067]在以下實例和比較例中制備的鋁合金的物理性質(zhì)按如下測定。
[0068](剪切斷裂力的測定)
[0069]在實施例中制備的鋁樹脂復合物的剪切斷裂力使用萬能拉伸試驗機(英斯特朗3343)在10mm/min的拉伸速度下測定。
[0070][實施例1]
[0071]購買厚度為1.0mm的市售A5052鋁合金板并切割成長方形件(14.0mmX 50.0mm)。
[0072]在使用壓力在切割鋁合金件的端部形成直徑6πιπιΦ的孔后，制備鈦線制成的夾具，將10件切割鋁合金件放置于鈦線制成的夾具上以使它們不相互碰撞。
[0073]然后，0.3g的EDTA和0.1g的1，2_ 二甲基哌啶添加到IL的5重量％的NaOH水溶液中制備溶液，在50°C的溶液溫度下將鋁合金件浸于其中I分鐘，然后洗滌。
[0074]—次加工工序后，0.3g的EDTA添加到IL的20重量％的HCl水溶液中制備溶液，將鋁合金件在60°C的溶液溫度下浸于其中3分鐘，洗滌并干燥。
[0075]接下來，將得到的鋁合金件從夾具中取出，并把該鋁合金件放入和儲存在塑料袋中2天，挑出所儲存的鋁合金件，并用注射成型模具的上和下模具注射。然后，聚對苯二甲酸丁二酯樹脂(東麗株式會社，107G)使用模具注射成型，由此得到鋁合金與樹脂組合物相互結合的復合物。在這種情況下，注射溫度為300°C，模具溫度為180°C。此外，如圖1中所示的橫截面圖，制備的招-樹脂復合物具有招合金部分(1.0 mm X 50.0 mm X 14.0mm，厚度 X 長 X 寬)，樹脂部分(3.0mm X 47.0 mm X 14.0 mm)和結合部分(4.0 mm X 7.0 mm X 8.0mm )，且結合部分的面積為0.56平方厘米。
[0076]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為31.5MPa。
[0077][實施例2]
[0078]執(zhí)行與實施例1中相同的工序，除了一次和二次加工工序的條件和數(shù)目外。
[0079]將0.3g的EDTA和0.1g的1，2_ 二甲基哌啶添加到IL的5重量％的NaOH水溶液中制備溶液后，在50°C的溶液溫度下將鋁合金件浸于其中I分鐘，然后洗滌。
[0080]一次加工工序之后，將0.3g的EDTA添加到IL的10重量％的HCl水溶液中制備溶液，并將鋁合金件在60°C的溶液溫度下浸于其中I分鐘，然后洗滌。
[0081]經(jīng)受過二次加工工序的鋁合金件反復經(jīng)受再一次的一次和二次加工工序。按如上所述執(zhí)行一次加工工序，并按如上所述執(zhí)行二次加工工序，除了將鋁合金件浸漬3分鐘，洗滌，和干燥外。
[0082]執(zhí)行與實施例1中相同的后續(xù)工序，使得得到的復合物中鋁合金與樹脂組合物相互結合在一起。
[0083]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為32.0Mpa0
[0084][實施例3]
[0085]執(zhí)行與實施例1中相同的工序，除了執(zhí)行作為一次加工工序之前的步驟的脫脂工序外。
[0086]在脫脂工序中，異物如油成分等，通過將鋁合金件浸在市售的餐具洗滌劑(例如，PongPong)洗滌溶液中除去。
[0087]執(zhí)行與實施例1中相同的后續(xù)工序，使得得到的復合物中鋁合金與樹脂組合物相互結合在一起。
[0088]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為32.2Mpa。
[0089][比較例I]
[0090]執(zhí)行與實施例1中相同的工序，除了在一次和二次加工工序中不添加EDTA和1，2-二甲基哌嗪外。
[0091]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為27.2Mpa。
[0092][比較例2]
[0093]執(zhí)行與實施例2中相同的工序，除了在一次和二次加工工序中不添加EDTA和1，2-二甲基哌嗪外。
[0094]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為27.3MPa。
[0095][比較例3]
[0096]執(zhí)行與實施例1中相同的工序，除了在一次加工工序中不添加1，2-二甲基哌嗪外。
[0097]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為28.1MPa0
[0098][比較例4]
[0099]執(zhí)行與實施例1中相同的工序，除了在二次加工工序中不添加Η)ΤΑ外。
[0100]2天后，使用拉伸斷裂測試機對10個樣品進行拉伸斷裂試驗，其結果是，平均剪切斷裂力為28.5MPa。
[0101]在根據(jù)本發(fā)明的制備鋁-樹脂復合物的方法中，粘合強度可以通過使用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液和添加螯合劑的酸性水溶液制備具有更均勻的蝕刻表面的鋁合金，然后使用鋁合金注射成型樹脂組合物進行改進。
【主權項】
1.一種制備鋁-樹脂復合物的方法，其包括: 制備具有經(jīng)蝕刻的表面的鋁合金材料；和 在鋁合金材料的經(jīng)蝕刻的表面上注射成型樹脂組合物，由此相互結合在一起， 其中所述鋁合金材料的制備方法包括: i )用添加螯合劑和環(huán)胺的堿性水溶液處理鋁合金材料的一次加工工序；和 ?)用添加螯合劑的酸性水溶液處理鋁合金材料的二次加工工序。2.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中鋁合金材料的經(jīng)蝕刻的表面具有0.1至10 μ m的平均內(nèi)徑，和50至200 μ m的平均表面粗糙度。3.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中基于100重量份的堿性或酸性水溶液，螯合劑的添加量范圍為0.001至0.5重量份。4.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中基于100重量份的堿性水溶液，環(huán)胺的添加量范圍為0.001至0.2重量份。5.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中一次加工工序、二次加工工序、或者一次和二次加工工序成為單元工序，并且單元工序重復執(zhí)行一次或一次以上。6.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中在一次加工工序中，堿性水溶液的濃度為I至10重量％，溫度為30至70°C，和加工時間為30秒至2分鐘。7.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中在二次加工工序中，酸性水溶液的濃度為5至30重量％，溫度為40至80°C，和蝕刻時間為I到5分鐘。8.如權利要求1所述的制備鋁-樹脂復合物的方法，其中鋁合金材料的制備進一步包括作為一次加工工序的預處理的脫脂工序。
【文檔編號】C23F1/36GK105986271SQ201510051456
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】李殷景, 趙庸完
【申請人】株式會社日光聚合物