金屬與塑膠的復合體及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬與塑膠材料一體化的制造技術，尤其是關于一種能夠提供防水、 防塵和防震功效的金屬與塑膠復合體及其制造方法。
【背景技術】
[0002] 隨著制造業的發展和延伸，將金屬與塑膠材料（樹脂、彈性體等高分子材料）一體 化復合的技術，在汽車、家庭電氣化制品、產業設備等部件，乃至個人日常制品的制造業等 廣闊產業領域都有非常大的需求。而制造技術發展將金屬的強度和剛性與塑膠材料的可塑 性的有效結合，提供了更寬泛的應用領域。通過可行的技術手段能夠實現金屬與塑膠材料 的一體化結合，對于結合體性能的要求，既要滿足二者間的結合強度（不能輕易分開），還 應滿足二者結合的緊密性（即，防塵防水性），而利用塑膠材料對金屬構件的外露部進行包 覆和粘附，也進一步提升了這類部件的加工性能。針對這些需求，相關的研究和應用也陸續 被報道。
[0003] 金屬構件與塑膠材料（塑件）的結合強度和緊密度提升始終是被關注的問題， 考慮到對制造/使用環境和生產者的影響以及可能加速塑膠的老化，選擇不使用粘接劑 的更合理的結合方法成為更多生產者的追求，注塑結合技術也因此被廣泛應用。例如，CN 200780047587. X中公開了一種將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，這種通過選擇經表面處理的鈦合金構件與高硬度結晶性樹脂組合物的注 射結合而提高其結合性的復合體，適合在需要移動便攜使用的各種電子設備、家電制品、醫 療設備、車輛用構造部件、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，該 技術的研究認為，針對鈦合金基材的性質，選擇適當具有結晶性的樹脂組合物（以聚苯硫 醚樹脂為主要成分的第1樹脂組合物，或者是以聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂為主要成分的 第2樹脂組合物），通過注射成形而直接結合于鈦合金基材上，能夠提供鈦合金制部件與樹 脂組合物難以剝離而被一體化了的復合體。對該技術的研究還證明，若使用的樹脂組合物 不同（主要成分改變），其與鈦合金構件的結合力則明顯下降。
[0004] 目前已經有報道的金屬與塑膠材料復合體中，對塑膠材料的選擇多集中在硬膠性 材料，例如結晶型（或者說不推薦選擇無定形材料）且具有適當的強度，從而滿足二者結合 面的氣密性同時應提供復合體的可加工性。進一步的研究也發現，針對金屬（金屬材料或 合金材料）的種類和性質，塑膠材料的選擇及二者的結合工藝（注塑結合工藝）選擇，都對 最終得到的復合體的特性和能提供的功效帶來明顯不同結果。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種金屬與塑膠的復合體，選擇柔性塑膠/彈性體作為用于結合成型 的塑膠材料，在滿足二者間結合強度的同時，更能賦予該復合體抗沖擊的優點，從而拓寬其 應用范疇。
[0006] 本發明還提供了所述金屬與塑膠的復合體的制造方法，針對所選擇的塑膠材料特 性，配合相應的成型和處理工藝，從而得到金屬與塑膠結合力優良的復合體。
[0007] 本發明提供的一種包含金屬材料和塑膠材料的復合體，該復合體為將結合面經化 學處理成至少部分區域具有納米級凹凸結構的金屬構件與塑膠材料結合成，金屬構件與塑 膠材料在該區域呈鑲嵌結構的緊密結合，所述金屬構件包括金屬材料或合金材料構件，所 述塑膠材料的主要成分為聚醚嵌段酰胺，且該塑膠材料具有單層或疊層結構。
[0008] 本發明還提供了所述包含金屬材料和塑膠材料的復合體的制備方法，包括以下過 程：
[0009] 將結合面經化學處理成至少部分區域為納米級凹凸結構的金屬構件基材置于模 具的模腔內；
[0010] 向已置入所述金屬構件基材的模腔中注入所述塑膠材料而使塑膠材料成型的同 時與金屬構件相接合，且金屬構件通過所述結合面與塑膠材料呈鑲嵌結構的緊密結合，得 到所述復合體。
[0011] 本發明的方案中，選擇聚醚嵌段聚酰胺（PEBA)作為與金屬構件結合的塑膠材料， 利用其兼具熱塑體和彈性體特點的性質（或者稱柔性塑膠），通過適當的成型結合技術與 金屬構件形成的復合體，使PEBA在成型過程中與表面經化學處理而具有納米級凹凸結構 (或者說表面被結構化）的金屬構件在結合面呈鑲嵌結構而緊密結合，不僅具有優良的結 合強度，用于制品的外殼或連接部件，相比于目前普遍使用硬膠材料而制成的同類產品，更 賦予了優良的抗沖擊性，當結合于金屬構件的表面，則在實現二者結合部的密封效果的同 時，也為該產品提供了抗沖擊（例如防摔、放撞擊）的效果；并且采用本發明的復合體制成 的結構部件用于產品的組裝結合時，無論是該復合體之間還是與其它部件之間，都能夠通 過部件間的"軟硬搭配組接"而易于使部件之間的結合可在無需密封件的情況下保證緊密 性和密閉性；而這樣的復合體，可以替代傳統工藝中，多個零件的裝配組合達到的效果，并 同時達到精簡產品結構和優化體積等效果。
[0012] 另一方面，本發明還探索了采用PEBA作為注塑材料與金屬（包括金屬或合金）結 合過程中，材料的篩選與結合工藝之間的匹配，為實現連續化生產奠定了基礎。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明實施例提供的復合體產品示意圖，圖中，金屬構件與PEBA塑膠經注 塑結合工藝通過結合面形成緊密結合。
[0014] 圖2是本發明實施例提供的具有多層結構的復合體產品示意圖，金屬構件與PEBA 塑膠結合的同時，另一種高分子材料也被復合。
[0015] 圖3是本發明實施例提供的另一種結構的復合體產品示意圖，金屬構件同時與包 括PEBA塑膠在內的二種高分子材料復合。
【具體實施方式】
[0016] 本發明提供了一種包含金屬材料和塑膠材料的復合體，選擇主要組成為聚醚嵌段 酰胺（PEBA)的嵌段共聚物作為與金屬構件結合的塑膠材料，通過在金屬構件表面的凹凸 微結構中鑲嵌結合，所得到的復合體結合力強，且在實現密封的同時，抗沖擊性得到提升。
[0017] 聚醚嵌段酰胺的結構可以表示為：H〇-(C〇-PA-C〇-PE-〇)n-H，PA代表聚酰胺鏈段 (也稱尼龍）的單元，PE代表聚醚的單元，即，本發明的實施方案中，所述聚醚嵌段酰胺是選 自由聚酰胺鏈段與聚醚鏈段組成的嵌段共聚物，其中酰胺單元含量至少為10%，例如含有 30-90 %酰胺單元的聚醚嵌段酰胺，在具體實施方案中選擇了酰胺單元含量為30-60 %的聚 醚嵌段酰胺塑膠。
[0018] 本發明的實施方案中，所使用的聚醚嵌段酰胺塑膠材料中，聚醚嵌段酰胺的數均 分子量 500-20000g/mol。
[0019] 本發明所使用的聚醚嵌段酰胺塑膠材料均來自商品化的工業產品，即，商品化的 PEBA，根據對復合體的應用和加工要求，選擇具有適當聚酰胺嵌段（PA)的材料，以獲得所 需要的表觀硬度，在具體實施方案中，可以使用具有PA6嵌段、PA66嵌段、PA12嵌段、PAll 嵌段、PAl2嵌段、PA6/11嵌段、PA6/12嵌段、PA610嵌段、PA1010嵌段等規格的PEBA材料。 所述PEBA材料可商購或按照需要的結構特征進行合成得到，例如可以使用商購尼龍彈性 體材料PEBAX，其數均分子量可以為700-16000g/mol。
[0020] 本發明的復合體對于所結合的金屬構件材質沒有特別限制，本文中記載的"金屬 構