金属和树脂的复合体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及能够将金属和树脂、尤其是将经形状化的普通钢材的基材和树脂组合物牢固地一体化接合的金属和树脂的复合体及其制造方法。将经形状化的普通钢材的表面通过化学蚀刻等而制成被超微细凹凸形状覆盖几乎整个面的铁的自然氧化膜薄层，使其化学吸附有肼、氨或水溶性胺而得到的钢铁材形状物（１），将该钢铁材形状物（１）插入注射成型模具（１０），注射特定的树脂组合物（４）。钢铁材形状物（１）的表面可以是金属氧化物或金属磷氧化物的薄层。通过该注射普通钢材和树脂形成牢固地一体化的复合体（７）。使用的树脂组合物（４）的主要树脂成分为结晶性聚苯硫醚树脂（ＰＰＳ）或聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂（ＰＢＴ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一般适用于移动机械、电气设备、医疗设备、普通机械、其他制造领域的复合体及其制造技术。更详细而言，涉及将通过各种机械加工而形状化的钢铁材形状物 和热塑性树脂组合物一体化而成的复合体及其制造方法。
技术介绍
将金属和合成树脂一体化的技术，是汽车、家庭电气化产品、产业设备等的部件制 造业等广阔产业领域所要求的，为此开发出大量粘合剂。其中提案有非常优良的粘合剂。例 如，常温或通过加热而发挥功能的粘合剂，被用于将金属和合成树脂一体化的接合，该接合 方法目前是通常的接合技术。 然而，一直以来也研究着不使用粘合剂的更合理的接合方法。对于镁、铝、作为其 合金的轻金属类、或不锈钢等铁合金类，不介由粘合剂而将高强度的工程树脂一体化的方 法，是其中一例。例如，由本专利技术人等提出了向预先插入到注射成型模具内的经表面处理的 金属形状物注射熔融树脂而将树脂部分成型，与此同时将该成型品和金属形状物固着(接 合)的方法(以下，称为"注射接合")。 作为该接合技术，有例如对铝合金注射聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂(以下称为 "PBT")或聚苯硫醚树脂(以下称为"PPS")而使其接合的一体化技术(例如，参照专利文 献1)。另外，还公开了在铝材的阳极氧化皮膜上设置大的孔，使合成树脂体插入该孔而使其 粘合的接合技术(例如，参照专利文献2)。 专利文献1的提案中的该注射接合的原理为如下所示。使铝合金形状物金浸渍于水溶性胺系化合物的稀水溶液中，通过水溶液的弱碱性而使铝合金形状物微细地蚀刻。另外，清楚了在该浸渍中，同时发生胺系化合物分子在铝合金形状物表面的吸附。将完成该处理的铝合金形状物插入到注射成型模具中，向其高压注射已熔融的热塑性树脂。 此时，热塑性树脂与吸附于铝合金形状物表面的胺系化合物分子相遇，由此而发热。虽然与该发热几乎同时地，该热塑性树脂与保持在低温的模具温度的铝合金形状物接触而被急速冷却，但是由于产生发热现象，因此要结晶化并固化的树脂，其固化延迟而维持熔融状态，潜入到超微细的铝合金形状物面上的凹部。树脂潜入凹部后固化。由此，铝合金形状物和热塑性树脂以该树脂不会从铝合金形状物表面剥离的状态牢固地接合(以下，也称为固着)。g卩，由于发生发热反应，而可以牢固地注射接合。实际上，确认了能与胺系化合物发生发热反应的PBT、PPS等可以与该铝合金注射接合。另外，还知道将预先进行了化学蚀刻的金属部件插入到注射成型机的模具中，用热塑性树脂材料进行注射成型本身的技术(例如，参照专利文献3)。其中虽然包含了形状条件，但仍然是有关注射接合的技术之一。 专利文献1 :日本特开2004-216425号 专利文献2 :W02004-055248A1 专利文献3 :日本特开2001-225352号
技术实现思路
由本专利技术人等提出的专利文献1的技术原理虽然对铝合金类显示出明确的效果， 但对于向铝合金以外的金属、尤其是钢铁材的注射接合其效果尚不明确。因此，希望对于钢 铁材也开发出新的接合技术。本专利技术人等对向铝合金进行硬质树脂的注射接合进行了开发 改良，从中开发出新的技术。即，发现了无需胺系化合物向金属部件表面的化学吸附，总之 不需得到格外的发热反应、某些特异的化学反应的帮助，而可以进行注射接合的条件。 为此，必须要至少2个条件。1个条件为，使用硬的高结晶性树脂，即虽然使用PPS、 PBT或芳香族聚酰胺，但仅此并不充分，必须配合注射接合而进一步将它们制成改良的组合 物后使用。另一条件是对金属合金方面所要求的条件，即，金属部件的表层为适当的粗糙度 形状且表面为硬质。 对粗糙度形状进行概述，是l 10ym周期的(微米级周期的)凹凸，且至少在其 凹部内壁面具有数十 数百nm周期的微细凹凸的二重凹凸型的粗糙度结构。而且形成该 粗糙度的表面形成金属氧化物或金属磷氧化物的薄层，即形成高硬度的陶瓷质地。 该薄层的厚度为十 数十nm即足够，对于自然氧化层具有耐腐蚀性的金属种类 而言，优选比自然氧化层厚。此外，对于像镁合金、普通钢材这样的自然氧化层没有足够耐 腐蚀性的金属种类而言，优选实施化成处理等，形成由与底料金属不同金属种类的氧化物、 磷氧化物等形成的表面层。总之，必要条件是将表层制成比金属硬度高的陶瓷质地。 为了制成高硬度的陶瓷质地，例如在使用以铜合金为基材的形状物时，如果浸渍 于酸性的过氧化氢水溶液中，则铜被氧化成铜离子，其结果是，如果浸渍条件合适，则基材 被化学蚀刻成数ym周期的凹凸的粗糙度。接着，将经化学蚀刻过的铜合金形状物浸渍于 强碱性的亚氯酸钠水溶液中，则虽然铜发生氧化但铜离子不能溶解，因此表面被氧化铜薄 层覆盖。如果用电子显微镜观察其表面，可知数十 数百nm直径的凹部(开口部)被以数 百nm周期存在的微细凹凸面覆盖。由于氧化铜薄层为陶瓷质地，因此经该处理后的铜合金 形状物满足上述条件。 然后，设想将该铜合金形状物插入到注射成型模具中进行树脂注射的情况，对注 射接合的状况进行说明。将注射接合时的注射成型模具的温度设定为120 14(TC左右。 插入在该注射成型模具内的铜合金形状物保持比注射的树脂的熔点(对于PBT而言温度为 25(TC左右，对于PPS而言温度30(TC左右)低IO(TC以上的温度，因此，被注射的树脂在进 入注射成型模具内的流路后被急速冷却，在接近铜合金部件的时刻达到熔点以下的可能性 高。 并不是所有的结晶性树脂在从熔融状态被急速冷却而达到熔点以下时，都是以零 时间而结晶化、固化的，虽是非常短的时间，但仍有熔点以下的熔融状态、即过冷却状态的 时间。在合金形状物上的粗糙度为微米级时，即，本专利技术中定义的凹部的内径为1 10ym 左右时，在限于从过冷却到产生最初结晶、即微结晶的时间内，有可能侵入到凹部内，凹部 深度如果为凹部直径的一半左右，则在侵入凹部后，即使微结晶一齐产生而粘度急剧上升， 树脂流也有可能到达其底部。换言之，在产生的高分子微结晶群的数字密度还小的情况下， 如果是内径为数P m的大的凹部，则树脂能够充分侵入其凹部内。 进而换言之，在金属合金上的微米级凹部的内壁上存在数十 数百nm直径的微细凹凸。例如对于前述的纯铜系铜合金而言，正确来说，与其说具有微细凹凸，不如说可以 观察到散在有无数100nm直径左右的孔状凹部的独特微细凹凸面。虽然侵入微米级凹部内 的树脂流可能未到达至该约100nm直径的微细开口部的底部，但可以认为能够以在该微细 开口部的入口处突入头的程度进入。此外，随后进入凹部内部的树脂以生长为微结晶的结 晶和掩埋结晶群的间隙的非晶性固体而全部固化。 总之，可以推定，在微米级的凹部中结晶化而固化的树脂，形成为在存在于内壁面 的微细开口部稍深入根的形状。形成该微细开口部的金属表层为氧化铜、即陶瓷质地的硬 表层时，由于在凹部内形成的树脂的牵拉而成为更牢固地被粘合的形态，成为不会容易地 剥落的构成。由于树脂一方和金属一方硬度均高，因此即使要将已固化的树脂部强制性地 从金属合金部剥离时，已固化的树脂也难以从凹部拔出。即，注射接合力提高。 本专利技术中进行注射的树脂组合物的改良也是重要因素。即，本专利技术中使用的树脂 组合物是在注射成型而从熔融状态急冷至熔点以下的温度时，使结晶速度减慢了的树脂组 合物。通过使用该树脂组合物，产生更强的注射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属和树脂的复合体，其特征在于，由钢铁材形状物、以及通过注射成型与所述钢铁材形状物粘合而一体化的高硬度结晶性树脂组合物形成，其中，所述钢铁材形状物具有由化学蚀刻所致的微米级粗糙度，并且其表面被高度和深度为５０～５００ｎｍ、宽为数百～数千ｎｍ的阶梯连续的形状的超微细凹凸形状覆盖几乎整个面，并且其表面为铁的自然氧化膜薄层且化学吸附有选自肼、氨和水溶性胺中的１种以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：成富正德，安藤直树，
申请(专利权)人：大成普拉斯株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]