由金属和树脂制得的复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种由金属和树脂构成的复合材料、以及所述复合材料的制造方法。所述复合材料包含：由金属构成的金属部分；由树脂构成的树脂部分；被施加到所述金属部分的表面上的极性官能团；以及粘附性改进剂，该粘附性改进剂混合在所述树脂中、并且具有与所述极性官能团相互作用的粘附性官能团。所述金属部分与所述树脂部分通过所述极性官能团与所述粘附性官能团之间的相互作用而相结合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料及其制造方法，在所述复合材料中，由金属构成的金属 部分与由树脂构成的树脂部分相结合。
技术介绍
目前，已经研制出多种复合材料。这种复合材料是由不同材料结合后而制成的，并 且利用了所结合的材料的特性。特别是，由于金属和树脂彼此具有截然不同的特性，所以由 金属和树脂制成的复合材料具有前所未有的特性。因此，预期这种复合材料的应用在将来 会进一步增加。 对于将由金属和树脂制成的复合材料中的金属和树脂相结合的方法，通常已知的 是利用了在金属表面上形成的不平坦度的锚固效应的结合方法、或者利用了粘合剂的结合 方法。例如，专利文献JP-A-2000-273168描述了这种粘合剂。 然而，借助于锚固效应的结合方法的结合强度较小。尤其是，当对其进行伴随着重复升温和降温的热测试时，金属和树脂会在它们之间的界面处发生断裂。 另一方面，借助于粘合剂的结合方法需要在金属与树脂之间的界面处具有粘合层，因此需要多个加工工序。 除了上述方法之外，作为其它的将金属和树脂相结合的方法，有人还提出 了这样的方法借助于混合在聚芳硫醚树脂中的环氧树脂的结合方法，如专利文献 JP-A-H05-214071中所述的那样；或者借助于在金属表面上形成的热变性环氧树脂膜的结 合方法，如专利文献JP-A-2004-58646中所述的那样。然而，所提出的这些方法并不能获得 足够的结合强度。
技术实现思路
本专利技术的实施方案通过提供由金属和树脂制成的复合材料、以及该复合材料的制 造方法，从而解决了上述问题。本专利技术实施方案的复合材料无需粘合剂即在金属与树脂之 间具有较强的结合。 在本文中，较强的结合是指当将金属和树脂这两部分沿相反方向牵拉时，在具有张力的条件下，在金属与树脂之间的界面处金属与树脂之间不会发生断裂的结合。 本专利技术实施方案的由金属和树脂制成的复合材料是这样的复合材料，在该复合材料中，由金属构成的金属部分与由树脂构成的树脂部分相结合。该复合材料包含施加于金属部分的表面之上的极性官能团、以及混合有粘附性改进剂(adhesion modifying agent)的树脂，其中所述粘附性改进剂具有与所述极性官能团相互作用的粘附性官能团。金属部分与树脂部分至少通过所述极性官能团与所述粘附性官能团之间的化学键而相结合。 有两种施加极性官能团的方式的实施方案。在第一个实施方案中，通过极性官能 团与表面的化学结合而直接将该极性官能团施加在金属部分的表面上。在第二个实施方案 中，将极性官能团以含有极性官能团的化合物层的形式施加在金属部分的表面上。这两种 实施方案均包含在本专利申请文件中。 极性官能团与粘附性官能团之间的相互作用涉及到这两种官能团之间所形成的 化学键，如氢键、共价键、离子键、范德华键等。 本专利技术实施方案的复合材料的制造方法是制造这样的复合材料的方法，在该复合 材料中，由金属构成的金属部分与由树脂构成的树脂部分相结合。所述制造方法包括通过 向金属部分的表面上施加极性官能团，从而对表面进行处理；通过将树脂与粘附性改进剂 相混合，从而制备模制材料，其中所述粘附性改进剂具有与极性官能团相互作用的粘附性 官能团；由所述模制材料来模制成树脂部分，使得该树脂部分与金属部分接触；并且通过 极性官能团与粘附性官能团之间的相互作用将金属部分与树脂部分相结合。 下面将对本专利技术各要素的示例性实施方案进行阐述。 IM漁 金属部分的非限定性的示例性形状可以为板状、膜状和块状等。对金属部分的形 状没有限制，并且该形状取决于复合材料的应用。可通过机器对金属部分进行成形，或者可 以在金属部分与树脂部分相结合之后对金属部分进行成形。 用于金属部分的金属的非限定性例子为铜、镍、锡、金、银、铝、铁、镁、铬、钨、锌、铅等，以及合金如不锈钢、黄铜等。 施加于金属部分的表面上的极性官能团的非限定性例子为羧基、氨基、羟基、醛基等。由于羧基和氨基易于被施加在金属部分的表面上，因而它们是优选的。 将极性官能团施加于金属部分的表面上的表面处理的非限定性实施方案为涂敷处理、火焰处理、蒸气沉积处理、等离子处理等。这些方法使用了含有极性官能团的化合物、其衍生物等。具有极性官能团的化合物或其衍生物的非限定性例子为含有羧基的化合物，如 丙烯酸单体、丙烯酸的聚合物、丙烯酸和马来酸的共聚物、甲基丙烯酸单体、甲基丙烯酸的 聚合物等；以及含有氨基的化合物，如烯丙胺单体、烯丙胺的聚合物等。另外，作为羧基和氨 基衍生物的非限定性实施方案，有己内酰胺、聚酰胺等。 树脂部分 树脂部分的非限定性的示例性形状可以为板状、膜状和块状。优选的是，在对树脂 部分进行模制以使其与金属部分接触时，根据复合材料的用途，将树脂部分以预定的形状 成形，因为这可减少加工工序的数量。 用于树脂部分的树脂的非限定性实例为工程塑料，例如聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺 (PA)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT);通用型树脂，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯 (PS)或聚氯乙烯(PVC)等。特别是，工程塑料是优选的，这是因为其可改善复合材料的特 性，如耐热性。 另外，可将玻璃纤维、无机填料等混入树脂中，以改善其机械强度。聚苯硫醚的非限定性例子为交联型聚苯硫醚，其在分子内具有通过氧原子而连5接的二维或三维交联结构；或线型聚苯硫醚，其分子以直链的形式排布(结构单元以线状 连接)。 聚酰胺的非限定性例子为凍酰胺6 (PA6)、聚酰胺11 (PA11)、聚酰胺12 (PA12)、聚 酰胺66 (PA66)、聚酰胺6T (PA6T)、聚酰胺61 (PA6I)、聚酰胺9T (PA9T)和作为芳香族聚酰胺 的ar咖id等。 优选的是，粘附性改进剂容易且均匀地混合在树脂中。这种粘附性改进剂的非限 定性例子为经改性的接枝共聚物。通过用粘附性官能团对接枝共聚物(其具有作为主链的 聚乙烯、聚苯乙烯等，以及作为侧链的苯乙烯类聚合物)进行改性而得到经改性的接枝共 聚物。粘附性改进剂的其他非限定性例子为这样的化合物，其中聚乙烯、聚苯乙烯等经粘附 性官能团改性，等等。具体而言，其非限定性例子为经改性的乙烯-苯乙烯共聚物(其中， 乙烯和苯乙烯的共聚物经甲基丙烯酸縮水甘油酯改性)、经改性的聚乙烯(其中，聚乙烯经 甲基丙烯酸縮水甘油酯改性)等。 粘附性改进剂的含量取决于粘附性改进剂的种类(粘附性官能团的种类、粘附性官能团在粘附性改进剂中的量等)。粘附性改进剂的优选含量范围的非限定性例子是相对于总量为100重量份的树脂和粘附性改进剂，粘附性改进剂的含量为5重量份至40重量份。当其含量低于5重量份时，树脂部分对金属部分的粘附性发生劣化。当其含量高于40重量份时，在树脂模制完成后，树脂部分对模具的脱模性变差。相对于总量为ioo重量份的树脂和粘附性改进剂，粘附性改进剂的更优选的含量为10重量份至30重量份。 粘附性改进剂的非限定性例子是环氧基(包括縮水甘油基中的环氧基，下文相同)、羧基、氨基、羟基等。由于环氧基易于与极性官能团反应，因而其是优选的。 在树脂和粘附性改进剂的混合物(其为模制材料)中，粘附性官能团的合适含量取决于粘附性官能团的种类。粘附性官能团的优选含量范围的非限定性例子为占树脂和粘 附性改进剂的总重量的O. 15重量％至1.2重量％。当其含量低于O.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料，其包含：　　由金属构成的金属部分；　　由树脂构成的树脂部分；　　被施加到所述金属部分的表面上的极性官能团；以及　　粘附性改进剂，该粘附性改进剂混合在所述树脂中、并且具有与所述极性官能团相互作用的粘附性官能团，其中，　　所述金属部分和所述树脂部分至少通过所述极性官能团与所述粘附性官能团之间的化学键而相结合。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：今井英幸，长森吉纪，竹田慎一，
申请(专利权)人：丰田合成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]