[发明专利]一种不锈钢与高分子材料的复合体及其制造方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种不锈钢与高分子材料的复合体及其制造复合体的方法。

技术背景

金属和高分子材料的复合体，在家用电器，数码产品，汽车制造，工业制造业等领域具有广泛的应用。现阶段的制造方式主要有两种：1）使用黏合剂将金属与高分子材料粘结在一起，该方法简单易操作无技术难度，但是该方法需要大量人力进行表面处理与黏合剂的涂抹，然后再粘结，效率低下，不易进行大规模生产，且粘结效果受到人工操作的影响；更重要的是，黏合剂虽然能够将金属与高分子材料粘结在一起形成复合体，但复合体耐酸碱性能差，难以进行后续加工；2）内嵌件注塑，该方法将高分子材料通过注塑包裹金属件，一次成型，极大的提高了生产效率，同时高分子材料与金属内嵌件间的结合力也得到提高，容易理解该方法由于通过高分子材料对金属件的包裹实现结合，只能针对相对较小的金属件，并且高分子材料与金属界面间相互作用力弱，耐久性差，使用受到极大限制。

现阶段该领域的研究工作者的目标是，寻找一种方面快捷的处理技术，使高分子材料能够直接注塑在不特定大小与形状的金属表面，形成复合体，该复合体的金属与高分子界面间具有较高的并能够持久的相互作用力。目前有技术人员通过研究提出了纳米加工处理技术（NMT），NMT通过将金属表面纳米化处理，将高分子材料直接注塑在金属表面，使金属与高分子材料形成一定的有效结合，从而实现金属与高分子材料一体化成型，取代目前常用的嵌件成型与黏合剂成型的技术。与黏合剂成型和嵌件成型方法相比，NMT具有高效快捷，使用产品形状多样化，强度高，效率高等明显优势。但是目前的NMT技术或者新NMT技术，在酸对金属基材进行腐蚀后，通常还需要进行硬化处理，并且表面腐蚀的粗糙度要求高（通常要求在微米以下孔径），使用的树脂非常有限，只能为硬的高结晶性树脂，即聚苯醚（PPO），聚苯硫醚(PPS)，聚酰胺（PA）,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)以及聚苯硫醚（PPS）少数几种功能性塑料；不仅如此，在目前的研究技术中，都只涉及到金属与高分子材料间的剪切强度，对用户使用过程中最容易产生的金属与高分子材料界面失效，即不同材料间的剥离力并没有做研究，而且，NMT技术从原理上看，金属与塑胶间的结合力主要为两种材料相互的物理契合作用，随着使用次数的增加和塑料与金属间由于冷热收缩不均而不断积累起来的应力，会导致剥离强度大为降低，因此实际应用非常窄。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足提供一种不锈钢与高分子材料间粘结强度高，且工艺简单易于大规模生产，无污染的不锈钢高分子材料复合体的制造方法及其制造的不锈钢高分子材料复合体。

为此，本发明包含以下步骤：

A）表面化学蚀刻：将经过清洁前处理的不锈钢基材通过化学腐蚀得到在微观尺度具有高低不平的粗糙表面，所述不锈钢为通用的200系列（如201，202等），300系列（如301，304，309，316，321等），400系列（409，410，420，430等）以及其他系列的不锈钢基材；

B）表面活化处理：将经过步骤A）处理的不锈钢基材进行活化处理，得到不锈钢表面覆盖有一层活化剂的金属基材，所述活化剂为各种偶联剂、含极性基团的溶液以及高分子溶液；

C）注塑成型：将高分子材料组合物注塑在经过步骤B）表面活化处理过的不锈钢基材上，成型后得到不锈钢高分子材料复合体。

进一步的特征是：所述前处理包括对金属表面进行除油，酸碱洗，水洗步骤； 

所述表面化学蚀刻为使用无机酸或者低分子有机酸进行化学腐蚀，无机酸或者低分子有机酸为硫酸，磷酸，盐酸，氢氟酸，硝酸，甲酸，乙酸，苯甲酸，二苯甲酸，磺酸，苯磺酸中的任一种或者两种，或者两种以上混合；

所述酸的质量百分比浓度为5～60％，温度为40～85℃，时间为0.1～60min；

所述的活化剂为通用型偶联剂，极性有机物溶液，高分子溶液的任一种或者两种，或者两种以上混合；

所述通用型偶联剂为有机络合物，钛酸酯类偶联剂，硅烷偶联剂，硅氧烷偶联剂，铝酸化合物中的一种或者两种，或者两种以上混合；

所述极性有机分子为苯甲酸，二苯甲酸，苯酚，对苯二酚，三聚氰胺，三聚硫氰酸，三聚硫氰酸钠盐，二甲基乙酰胺等中的一种或者两种，或者两种以上混合；