鋁樹脂接合體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及將由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁基材和熱塑性樹脂制的樹脂成形體，通過熱 塑性樹脂的注塑成形或熱壓接，而一體地牢固接合的鋁樹脂接合體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年，在汽車的各種傳感器部件、家庭電氣化產(chǎn)品部件、產(chǎn)業(yè)機(jī)械部件等領(lǐng)域中， 將散熱性高的鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁基材與絕緣性能高、輕量且廉價(jià)的熱塑性樹脂制的樹脂 成形體一體地進(jìn)行接合的鋁樹脂接合體被廣泛使用，并且其用途正在擴(kuò)大。
[0003] 并且，以往作為將鋁基材這種異種材質(zhì)和樹脂成形體相互進(jìn)行一體接合的鋁樹脂 接合體，使用將鋁基材和樹脂成形體之間通過接合劑在加壓下進(jìn)行接合而得的接合體。然 而，現(xiàn)今，作為工業(yè)上更合適的接合方法，開發(fā)了將鋁基材插入注塑成形用模具內(nèi)，對(duì)著該 插入的鋁基材的表面注塑熔融后的熱塑性樹脂，在通過熱塑性樹脂的注塑成形來成形樹脂 成形體的同時(shí)，將鋁基材和樹脂成形體之間進(jìn)行接合的方法。為了更廉價(jià)地、并且可進(jìn)一步 提高接合強(qiáng)度地進(jìn)行鋁基材和樹脂成形體之間的接合，提出了幾種方法。而且，這些提案大 多是對(duì)鋁基材的表面實(shí)施適當(dāng)表面處理的提案。
[0004] 例如，本發(fā)明人提出了將利用原有的鋁材的凹狀部和熱塑性樹脂的嵌入部來將鋁 形狀體和樹脂成形體相互卡合作為特征的鋁·樹脂注塑一體成形品（專利文獻(xiàn)1)，此外， 提出了將具有由硅結(jié)晶構(gòu)成的凸部作為特征的、樹脂接合性優(yōu)良的鋁合金部材（專利文獻(xiàn) 2) 〇
[0005] 此外，例如，提出了將經(jīng)過浸漬在選自氨、肼、以及水溶性胺化合物的1種以上的 水溶液中的前處理而得的鋁合金物和熱塑性樹脂組合物通過注塑成形進(jìn)行一體化的技術(shù) (專利文獻(xiàn)3、4);將三嗪二硫醇類水溶液、或以各種有機(jī)溶劑作為溶劑的溶液作為電沉積 溶液使用，在進(jìn)行金屬電化學(xué)表面處理后，接合該表面處理后的金屬和橡膠或塑料的技術(shù) (專利文獻(xiàn)5);進(jìn)一步，分別提出了在金屬板上涂布接合劑，或者進(jìn)行表面處理來形成有機(jī) 皮膜，在之后通過注塑成形將金屬和樹脂一體化的技術(shù)（專利文獻(xiàn)6);將金屬的表面用酸 或堿進(jìn)行處理后用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行處理，在之后通過注塑成形使其與樹脂接合的技術(shù)（專 利文獻(xiàn)7)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)I :W02009-151099號(hào)公報(bào)
[0009] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2010-174372號(hào)公報(bào)
[0010] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利特許第3954379號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利特許第4270444號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)5 :日本專利特公平05-051671號(hào)公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)6 :日本專利特許3016331號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)7 :日本專利特開2003-103562號(hào)公報(bào)
[0015] 此處，在專利文獻(xiàn)3、4所記載的利用氨、肼、以及水溶性胺化合物的方法中，由于 對(duì)從處理后到注塑成形為止的時(shí)間有限制，因此存在穩(wěn)定的表面狀態(tài)可維持的時(shí)間短的問 題。此外，在專利文獻(xiàn)5所記載的處理方法中，存在處理復(fù)雜的問題；并且，專利文獻(xiàn)6和7 所記載的方法也存在工序的復(fù)雜度和處理成本高的問題。
[0016] 另外，如專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2所記載，本發(fā)明人至今主要提出了以基于錨固效 果嵌合的物理接合，作為其方法，提出了通過在處理浴中含有鹵素離子的特殊蝕刻處理的 方法。這些方法雖然不存在接合強(qiáng)度和接合部分的氣密性這樣的性能上的問題，但在該蝕 刻處理中產(chǎn)生來源于鹵素的氣體，因此必須采取為了不腐蝕周邊的金屬部件和裝置、并且 不污染周邊的環(huán)境的對(duì)策，因而存在其它技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0018] 于是，本發(fā)明人在對(duì)鋁基材和熱塑性樹脂制的樹脂成形體之間進(jìn)行接合時(shí)，為了 開發(fā)在周邊的設(shè)備和環(huán)境上沒有問題的、操作簡(jiǎn)單且成本低的、而且可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期且優(yōu)良的 接合強(qiáng)度的方法而進(jìn)行認(rèn)真研宄后發(fā)現(xiàn)，在鋁基材的表面上形成含有氧的含氧皮膜，在該 含氧皮膜上接合含有熱塑性樹脂以及添加劑的熱塑性樹脂組合物所形成的樹脂成形體時(shí)， 通過使用包括在重復(fù)單元中及/或末端具有具備未共享電子對(duì)的元素的熱塑性樹脂、以及 含有具備未共享電子對(duì)的元素的添加劑中的至少任一方的該熱塑性樹脂組合物，在利用鋁 基材和樹脂成形體之間的注塑成形或熱壓接進(jìn)行接合（鋁-樹脂間接合）時(shí)，可在鋁基材 表面的含氧皮膜和樹脂成形體之間形成長(zhǎng)期的牢固接合，從而完成了本發(fā)明。
[0019] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種在體現(xiàn)優(yōu)良的鋁-樹脂間的接合強(qiáng)度的同時(shí)，在 耐久試驗(yàn)后不發(fā)生強(qiáng)度下降、可長(zhǎng)期地維持優(yōu)良的鋁-樹脂間的接合強(qiáng)度的鋁樹脂接合 體。
[0020] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0021] 即，本發(fā)明涉及一種鋁樹脂接合體，具備由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁基材、和在該鋁基 材的表面上形成的含有氧的含氧皮膜、和接合在該含氧皮膜上的由含有熱塑性樹脂以及添 加劑的熱塑性樹脂組合物所形成的樹脂成形體，
[0022] 其中，上述熱塑性樹脂組合物包括在重復(fù)單元中及/或末端具有具備未共享電子 對(duì)的元素的熱塑性樹脂、以及含有具備未共享電子對(duì)的元素的添加劑中的至少任一方。
[0023] 此外，本發(fā)明涉及一種鋁樹脂接合體的制造方法，具備在由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁 基材的表面上形成含氧皮膜的皮膜形成工序、和在由該皮膜形成工序而得的表面處理后的 鋁基材的含氧皮膜上通過將含有熱塑性樹脂以及添加劑的熱塑性樹脂組合物進(jìn)行注塑成 形而形成樹脂成形體的樹脂成形工序，該方法是介由上述含氧皮膜來制造鋁基材和樹脂成 形體接合而成的鋁樹脂接合體的鋁樹脂接合體的制造方法，
[0024] 其中，上述熱塑性樹脂組合物包括在重復(fù)單元中及/或末端具有具備未共享電子 對(duì)的元素的熱塑性樹脂、以及含有具備未共享電子對(duì)的元素的添加劑中的至少任一方。
[0025] 此外，本發(fā)明涉及一種鋁樹脂接合體的制造方法，具備在由鋁或鋁合金構(gòu)成的鋁 基材的表面上形成含氧皮膜的皮膜形成工序、通過含有熱塑性樹脂以及添加劑的熱塑性樹 脂組合物的注塑成形而形成樹脂成形體的樹脂成形工序、和在由上述皮膜形成工序而得的 表面處理后的鋁基材的含氧皮膜上通過熱壓接來接合由上述樹脂成形工序而得的樹脂成 形體的鋁樹脂接合工序，該方法是介由上述含氧皮膜來制造鋁基材和樹脂成形體接合而成 的鋁樹脂接合體的鋁樹脂接合體的制造方法，
[0026] 其中，上述熱塑性樹脂組合物包括在重復(fù)單元中及/或末端具有具備未共享電子 對(duì)的元素的熱塑性樹脂、以及含有具備未共享電子對(duì)的元素的添加劑中的至少任一方。
[0027] 本發(fā)明中，作為坯料的鋁基材的材質(zhì)或形狀等只要是由鋁或鋁合金構(gòu)成的則沒有 特別的限制，可根據(jù)使用這些所形成的鋁樹脂接合體的用途及其用途所要求的強(qiáng)度、耐腐 蝕性、加工性等各種物性決定。
[0028] 此外，對(duì)于這樣的在鋁基材的表面上以皮膜形成工序形成的含氧皮膜，只要與鋁 基材的密著性良好則沒有特別限定，優(yōu)選使用含鋅離子的堿水溶液進(jìn)行含鋅皮膜形成處理 而得的含有鋅元素的皮膜，或含有來源于鋁皮膜形成處理的選自Al (OH) 3、AlO(OH)、A1203、 Al (PO4)、A12 (HPO4) 3、以及Al (H2PO4) 3的1種或2種以上的鋁化合物的皮膜，含有來源于鋁皮 膜形成處理的錯(cuò)輕基（7S水酸基，an hydroxy group on an aluminum substrate)和 硅烷醇基的氫鍵的皮膜，以及含有來源于鋁皮膜形成處理的Al-O-Si鍵的皮膜中的任一種 皮膜，而且也可以是通過激光處理在鋁基材的表面上形成的皮膜。
[0029] 此時(shí)，對(duì)于為了在鋁基材的表面上形成含氧皮膜而在皮膜形成工序中進(jìn)行的含鋅 皮膜形成處理，只要是在鋁基材的表面上形成包含鋅元素的同時(shí)以氧化鋅（ZnO)、氧化鋅鐵 (ZnFeO)、氧化鋅鋁（ZnAlO)等形式含有氧的皮膜即可，藉此在構(gòu)成熱塑性樹脂組合物的熱 塑性樹脂以及添加劑的至少任一方具有具備未共享電子對(duì)的元素的情況下，在通過該熱塑 性樹脂組合物的注塑成形來成形樹脂成形體時(shí)，或通過與將該熱塑性樹脂組合物成形而得 的樹脂成形體的熱壓接，可與在該含氧皮膜上形成的樹脂成形體之間實(shí)現(xiàn)牢固的鋁-樹脂 間接合強(qiáng)度。
[0030] 而且，對(duì)于該使用含鋅離子堿水溶液的含鋅皮膜形成處理，理想的是使用以氫氧 化堿（MOH)和鋅離子（Zn 2+)的重量比（MOH/Zn2+)為1以上100以下的比例、優(yōu)選2以上 20以下的比例、更優(yōu)選3以上10以下的比例含有氫氧化堿（MOH)和鋅離子（Zn 2+)的含 鋅離子堿水溶液，通過使該含鋅離子堿水溶液在常溫下與鋁基材的表面接觸，在鋁基材的 表面上形成含有氧的含鋅皮膜。如果該氫氧化堿（MOH)和鋅離子（Zn 2+)的重量比（Μ0Η/ Zn2+)小于I (Μ0Η〈Ζη2+)，則由于鋅不充分溶解而不能充分發(fā)揮其效果，相反地，如果大于 100 (MOHMOOZn2+)，則由于鋁基材的溶解快于鋅的置換析出，在該鋁基材的表面上析出鋅變 得困難。
[0031] 此處，對(duì)于含鋅離子堿水溶液中的堿源，優(yōu)選使用選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、以及 氫氧化鋰的1種以上，此外，作為該含鋅離子堿水溶液中的鋅離子源，優(yōu)選使用選自氧化 鋅、氫氧化鋅、過氧化鋅、氯化鋅、硫酸鋅、以及硝酸鋅的1種以上。
[0032] 而且，在該含鋅離子堿水溶液中，氫氧化堿濃度為10g/L以上1000g/L以下，優(yōu)選 50g/L