金屬和樹脂的復合體制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)的課題是將金屬和樹脂，特別是將形狀化的鈦合金的基材和樹脂組合物牢固地一體化接合。使用如下的鈦合金的基材：通過化學蝕刻等而成為具有超微細凹凸面的表面粗糙度，所述超微細凹凸面的形狀為，寬和高為10～數(shù)百nm、長度為數(shù)百～數(shù)μm的彎曲的山脈狀突起以間隔周期10～數(shù)百nm在面上林立。在注射成形模（10）的空腔內(nèi)嵌入經(jīng)表面處理的鈦合金片（1），注射特定的樹脂組合物（4），從而得到一體化的復合體（7）。作為使用的樹脂組合物（4）的主要成分，可以使用聚苯硫醚樹脂（PPS），或聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂（PBT）。樹脂組合物在PBT的情況下是含有聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂和/或聚烯烴系樹脂為輔助成分的組合物、在PPS的情況下是含有聚烯烴系樹脂為輔助成分的樹脂組合物，則產(chǎn)生高注射接合力。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及在電子設(shè)備的筐體、家電設(shè)備的筐體、機械部件等中使用的、特別加工有鈦合金的金屬部件和樹脂組合物構(gòu)成的復合體，及其制造方法。更詳細而言，涉及利用各種機械加工制作的鈦合金制的部件與熱塑性樹脂組合物一體化得到的復合體及其制造方法，涉及適合在移動用 的各種電子設(shè)備、家電制品、醫(yī)療設(shè)備、車輛用構(gòu)造部件、車輛搭載用品、其它的電氣部件、耐腐蝕性外裝部件等中使用的金屬與樹脂的復合體及其制造方法。
技術(shù)介紹
將金屬和合成樹脂一體化的技術(shù)，是汽車、家庭電氣化制品、產(chǎn)業(yè)設(shè)備等部件制造業(yè)等廣闊產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域所要求的，為此開發(fā)出大量粘接劑。其中提案有非常優(yōu)異的粘接劑。例如，常溫或通過加熱而發(fā)揮功能的粘接劑，被用于將金屬和合成樹脂一體化的接合，該方法目前是通常的接合技術(shù)。然而，一直以來研究著不使用粘接劑的更合理的接合方法。對于鎂、鋁、作為其合金的輕金屬類，或不銹鋼等鐵合金類，不使用粘接劑而將高強度的工程樹脂一體化的方法，是其中一例。例如，本專利技術(shù)人等提出了向預先嵌入到注射成型模內(nèi)的金屬部件，注射溶融樹脂而使樹脂部分成形，與此同時將該成形品和金屬部件粘著(接合)的方法(以下，簡稱為“注射接合”)。作為該注射接合的技術(shù)，已知有對鋁合金注射聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂(以下稱為“PBT”)或聚苯硫醚樹脂(以下稱為“PPS”)而使其接合的制造技術(shù)(例如參照專利文獻I)。另外，還知道在鋁材的陽極氧化皮膜上設(shè)置大的孔，使合成樹脂體嵌入該孔而使其粘接的接合技術(shù)(例如參照專利文獻2)。對專利文獻I中的注射接合的原理進行簡單說明如下。使鋁合金浸潰于水溶性胺系化合物的稀水溶液中，通過水溶液的弱堿性而使鋁合金微細地蝕刻，并且使胺系化合物分子同時吸附于鋁合金表面。將如此處理的鋁合金嵌入到注射成形模，用高壓注射已熔融的熱塑性樹脂。此時，熱塑性樹脂與吸附于鋁合金表面的胺系化合物分子相遇后發(fā)熱。與該發(fā)熱幾乎同時，該熱塑性樹脂與模溫度保持成比熱塑性樹脂的溶融溫度低溫的鋁合金接觸而被急速冷卻。此時，將要結(jié)晶化且固化的樹脂，因發(fā)熱而固化延遲，潛入到超微細的鋁合金面上的凹部。由此，鋁合金和熱塑性樹脂在樹脂不從鋁合金表面剝離的情況下牢固地接合(粘著)。即，如果發(fā)生發(fā)熱反應(yīng)，則可以牢固地注射接合。實際上，確認了能夠與胺系化合物發(fā)生發(fā)熱反應(yīng)的PBT、PPS，可以與該鋁合金注射接合。另外，還知道如下的技術(shù)預先對金屬部件的表面進行化學蝕刻，接著將金屬部件嵌入到注射成形機的模具中，用熱塑性樹脂材料進行注射成形的技術(shù)(例如參照專利文獻3)。專利文獻I :日本特開2004 - 216425號公報專利文獻2 W02004 — 055248A1 公報專利文獻3 :日本特開2001 - 225352號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
然而，上述的專利文獻I所示的原理對鋁合金等顯示出非常大的效果，但對于向鋁合金以外的金屬的注射接合無效。因此，希望開發(fā)出新的接合技術(shù)。本專利技術(shù)人等對向鋁合金進行硬質(zhì)樹脂的注射接合進行了開 發(fā)改良，從中開發(fā)出新的技術(shù)。即，無需胺系化合物向金屬部件表面的化學吸附，總之不需得到格外的發(fā)熱反應(yīng)、某些特異的化學反應(yīng)的幫助，而確立了可以進行注射接合的條件。為此，必須要至少2個條件。第I條件為，使用硬的高結(jié)晶性樹脂，即使用PPS、PBT及芳香族聚酰胺。而且，配合注射接合將其制成改良的樹脂組合物。其它的條件是，嵌入模具的金屬部件的表面或表層為適當?shù)男螤钋冶砻鏋橛操|(zhì)。例如，在以鎂合金為原材料而使用其形狀物時，關(guān)于處于由自然氧化層被覆的狀態(tài)的鎂合金，其耐蝕性低，因此通過對其實施化成處理、電解氧化處理而將表層形成金屬氧化物、金屬碳酸化物、或金屬磷酸化物，從而可以制成用高硬度的陶瓷質(zhì)被覆的表面。只要是具有這些表層的鎂合金部件，就可以接近上述的條件。理論上，設(shè)定將這些被表面處理了的鎂合金形狀物嵌入到注射成形模的情況，考慮會有以下情形。由于模具和嵌入的鎂合金形狀物保持在比注射的樹脂的熔點低百數(shù)十。C以上的溫度，因此，被注射的樹脂在進入模具內(nèi)的流路后立刻被急速冷卻，在接近鎂金屬部件的時刻達到熔點以下的可能性很高。并不是所有的結(jié)晶性樹脂在從熔融狀態(tài)被急速冷卻而達到熔點以下時，都是以零時間而結(jié)晶化、固化的，雖是非常短的時間，但仍有熔點以下的熔融狀態(tài)、即過冷卻狀態(tài)的時間。在合金形狀物上的凹部的直徑比較大為數(shù)百nm時，在限于從過冷卻到產(chǎn)生微結(jié)晶的時間內(nèi)，已熔融的樹脂有可能侵入到凹部。換言之，在產(chǎn)生的高分子微結(jié)晶群的數(shù)字密度還小的情況下，如果是數(shù)百nm直徑的大的凹部，則樹脂能夠侵入。這是由于，關(guān)于微結(jié)晶、即具有從不規(guī)則運動的分子鏈而在分子鏈產(chǎn)生某種排列好的狀態(tài)時的形狀的微結(jié)晶的大小，如果由分子模型進行推測，則認為是數(shù)nm IOnm的大小。因此，雖不能說微結(jié)晶能夠簡單地侵入20 30nm直徑的超微細凹部，但如果是數(shù)百nm直徑左右的凹部，則判斷為能夠侵入。但是，由于微結(jié)晶同時產(chǎn)生無數(shù)，因而在注射樹脂的前端、接近模具金屬面的地方，樹脂流的粘度急速上升。因此，在IOOnm直徑左右的凹部的情況下，雖也會無法侵入到凹部的最底部，但由于侵入到相當內(nèi)部后結(jié)晶化而固化，因而會產(chǎn)生與此相當?shù)慕雍狭?粘著力)。此時，即使鎂合金形狀物的表面是金屬氧化物等陶瓷質(zhì)的微結(jié)晶群或非結(jié)晶層，也會成為nm級的凹凸面，如果是硬的結(jié)實的表層，則凹部內(nèi)的樹脂的牽拉變強，固化結(jié)晶化的樹脂難以從凹部拔出，即，接合力提高。該nm級的凹凸面用電子顯微鏡所見的視覺圖像為粗糙的面。在本專利技術(shù)中，注射的樹脂組合物的改良實際上是最重要的要素。對該關(guān)系進行說明。即，樹脂組合物在注射成形時，從熔融狀態(tài)急速冷卻到熔點以下的溫度而要結(jié)晶化、固化，但只要是結(jié)晶化的速度能夠變慢的樹脂組合物，就可以產(chǎn)生更強的接合力。這成為適于注射接合的樹脂組合物的條件。本專利技術(shù)人等基于此提出了如下技術(shù)如上所示對鎂合金形狀物進行化學蝕刻，進而通過化成處理等表面處理將表層陶瓷質(zhì)化，從而將硬質(zhì)的結(jié)晶性樹脂與其注射接合，能得到高接合性(日本特開2007 - 301972號)。這驗證了不用胺系化合物的化學吸附也可以注射接合，由此水平展開思考，則只要至少對于所有金屬、金屬合金而言是同樣的表面形狀、表面的物性，則使用對注射接合用進行改良了的PBT或PPS，可以進行注射接合。在此，對以往技術(shù)所公開的內(nèi)容進行說明。在專利文獻3中記載了如下方法將經(jīng)化學蝕刻的銅線嵌入到注射成形模中，注射PPS等，制成數(shù)根銅線穿通PPS制圓盤狀物的中心部的形狀的帶有引線的電池蓋的方法。該發(fā) 明由于化學蝕刻導致銅線的表面凹凸(粗度)，因而即使電池的內(nèi)壓上升，氣體也不從引線部漏出。該專利文獻3中記載的專利技術(shù)，不是本專利技術(shù)人等所主張的注射接合技術(shù)，而是通常的注射成形的延長線上的技術(shù)，是單純利用金屬的線膨脹率和樹脂的成形收縮率的關(guān)系的技術(shù)。當在金屬制的棒狀物質(zhì)穿通的形狀的周圍部使樹脂注射成形時，如果將成形品從模具脫模而放冷，則金屬制棒部成為由樹脂成形品部緊固的形狀。這是因為，金屬的線膨脹率就算大也是鋁合金、鎂合金、銅、銅合金的I. 7 2. 5X IO-5oC 1左右，即使從模具取出而冷卻到室溫，在線膨脹率X 100°C左右的條件下其收縮情況也只不過是O. 2 O. 3%。另外，本專利技術(shù)的目的是使氣體不從金屬和樹脂的接合面漏出，是以基本上形成微小間隙本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種金屬和樹脂的復合體，其特征在于，由純鈦合金的基材和第1樹脂組合物或第2樹脂組合物構(gòu)成，所述純鈦合金的基材，在機械加工成規(guī)定的形狀后，通過化學蝕刻，具有超微細凹凸面且具有可觀察到如下表面粗糙度的面，所述超微細凹凸面的形狀是寬和高為10～數(shù)百nm、長度為數(shù)百～數(shù)μm的彎曲的山脈狀突起以間隔周期10～數(shù)百nm在面上林立，所述表面粗糙度是輪廓曲線要素的平均長度RSm為1～10μm、最大高度粗糙度Rz為0.5～5μm；所述第1樹脂組合物或第2樹脂組合物通過注射成形而直接與所述純鈦合金的基材接合，所述第1樹脂組合物以聚苯硫醚樹脂為主要成分，所述第2樹脂組合物以聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂為主要成分。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：成富正德，安藤直樹，
申請(專利權(quán))人：大成普拉斯株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：