[发明专利]在金属表面上塑料包覆成型的方法和塑料-金属混杂部件

说明书

本发明涉及一种通过纳米成型技术(NMT)在金属表面上塑料包覆成型来制造塑料‑金属混杂部件的方法，其中可成型的塑性材料是聚合物组合物，其包含热塑性聚酰胺或热塑性聚酯或其共混物以及硼硅玻璃纤维。本发明还涉及能够通过所述方法获得的塑料‑金属混杂部件，其中金属部件被包含热塑性聚酰胺或热塑性聚酯或其共混物以及硼硅玻璃纤维的聚合物组合物包覆成型。

本发明涉及通过纳米成型技术(NMT)在金属表面上塑料包覆成型来制造塑料-金属混杂部件的方法。本发明还涉及通过纳米成型技术(NMT)工艺获得的塑料-金属混杂部件，其中所述混杂部件包含与金属部件的表面区域结合的塑性材料。

纳米成型技术是这样一种技术，其中塑性材料与金属部件结合以形成所谓的塑料-金属混杂部件，其中金属-塑料界面处的结合强度来自金属预处理或通过金属预处理得以增强，所述金属预处理导致具有纳米尺寸级表面不规则性的表面区域。这种不规则性具有约几纳米至几百纳米范围内的尺寸，并且适当地具有超细凹凸(asperity)、凹陷(recess)、凸出(projection)、颗粒和孔的形状。

对于NMT金属预处理，可以应用不同的技术和不同的处理步骤组合。主要使用的NMT工艺是包含所谓的“T-处理”的工艺。在Taisei Plas开发的“T-处理”中，通过将金属片材浸渍在碱性溶液中来精细蚀刻金属。碱性溶液被表示为T-溶液，浸渍步骤被表示为T-处理步骤。合适地，碱性溶液是用水溶性胺(如氨或肼)的水溶液。通常，这种溶液的pH为约11。例如，在专利申请US20060257624A1、CN1717323A、CN1492804A、CN101341023A、CN101631671A和US2014065472A1中描述了这种工艺。在后面的文献中，在氨或肼水溶液中的蚀刻步骤之后获得的铝合金具有这样的表面，所述表面的特征在于20-80nm的超细凹凸或20-80nm的超细凹陷或凸出。

另一种NMT金属预处理方法包括阳极氧化处理。在阳极氧化处理中，金属在酸性溶液中被阳极氧化以形成具有多孔金属氧化物修饰(finish)的腐蚀层，从而与塑性材料形成一种互穿结构。例如，在专利申请US20140363660A1和EP2572876A1中描述了这种工艺。在后面的文献中，描述了通过阳极氧化形成的铝合金的实例，其被具有孔的表面覆盖，在电子显微镜观察下测量，其开口具有10-80nm的数均内径。

这些工艺中的每一种都可以与多个步骤组合，例如与其他蚀刻、中和和冲洗步骤组合，和/或与使用底漆组合，所述底漆在用塑性材料对金属基材进行包覆成型之前涂覆在金属基材上。最后，将金属部件插入模具中，其中将树脂注入并在处理过的表面上直接结合。

根据美国专利US8858854B1，阳极氧化处理相较于包括多级预处理步骤的NMT工艺具有特定的优点，在所述NMT工艺中，金属部件经受包括脱脂剂、酸溶液、碱溶液在内的多种化学浴，最后浸没在T-溶液中并在稀释水中冲洗。在US8858854B1的术语中，NMT限于包括T-处理步骤的工艺。

在本发明中，术语“纳米成型技术(NMT)”和“NMT工艺”应被理解为经受预处理工艺的金属的任何包覆成型，所述预处理工艺导致具有纳米尺寸级表面不规则性的金属表面区域，因此包括US8858854B1的阳极氧化方法和Taisei Plas的T-处理溶液以及其他替代物。

通过NMT技术制造的塑料-金属混杂部件中最广泛使用的聚合物是聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚苯硫醚(PPS)。美国专利申请US2014065472A1/美国专利US9166212B1中提到，“当树脂组合物包含PBT或PPS作为主要组分，任选地与不同的聚合物复合，并且还包含10-40质量％的玻璃纤维时，其展示出非常高的与铝合金的连接强度。在铝和树脂组合物均为板状并且在0.5-0.8cm²的区域中彼此连接的条件下，剪切断裂为25-30MPa。在其中不同的聚酰胺被复合的树脂组合物的情况下，剪切断裂为20-30MPa”。为了制备US2014065472A1/US9166212B1的塑料-金属混杂部件中的金属表面，应用“T-处理”步骤，随后应用另外的胺吸附步骤。