金属包覆的聚合物制品
2019-11-22

金属包覆的聚合物制品

公开了一种金属包覆的聚合物制品,其含有结构细粒化的和/或无定形金属涂层/层,该涂层任选的含有分散在其中的固体微粒。该细粒化的和/或无定形金属涂层特别适于结实的和轻重量的制品、精密模具、运动商品、汽车零件和曝露于热循环的部件,虽然该金属层和基底的线性热膨胀系数(CLTE)是不匹配的。该金属层和该聚合物之间的界面适于预处理来经受热循环,而无失效。

许多聚合物高尔夫球杆头面板是使用抛光模具表面来注塑的(3cmX8cm,厚度1mm)。样片是由两种聚合物模塑的:(i)玻璃填充的聚酰胺聚合物(DurethanBKV130,由美国的LanxessCorp.,Pittsburg,PA提供),和(ii)聚丙烯(RTP-141H,由美国的RTPCompany,Winona,MN55987提供)。每个面板表面仅仅一个面是用浮雕化模具插件来浮雕化的,如工作例VIII所述来制造。浮雕是在200°C,使用压塑来进行的。另外,将一组面板在200°C热处理,而无任何浮雕化,来评价对模塑的聚合物样品所施加的后热处理对于附着性的影响。其后,将全部聚酰胺面板如工作例IX所述进行蚀刻(二元醇蚀刻),聚丙烯面板如工作例VIII所述进行蚀刻(磺基铬酸蚀刻,仅仅浸渍)。在蚀刻后,将全部样品金属化,并且用所施加的涂层整体包封。涂层厚度、组成和CTLE值提供在表15中。附着和热循环性能是在能够施用的浮雕化表面上,以及平坦的背表面,通过进行所述的脱离和剥离测试来测量的。这些数据也表示在表16中。微观分析该浮雕化表面显示该锚定结构包括微米和纳米结构化凸起,总计到大约10000-15000/cm。表15.面板设计信息

表12.移动电话壳体性能,附着和热循环结果。

(ν)在所述界面处的锚定结构,其包含凹陷和/或凸起,来提高界面面积和在该聚合物材料和该金属材料之间的界面或者在该聚合物材料和任何中间层之间的界面处提供提高的物理结合;

(iv)提供在该聚合物材料和该金属层之间的界面和在该聚合物材料和任何中间层之间的界面和在任何中间层和该金属层之间的界面和在任何相邻中间层之间的界面;

可镀的聚合物组合物因此经常使用“可除去的填料”,其是从金属-聚合物界面的附近表面上,通过在金属沉积之前合适的预处理来提取。在含有“永久性纤维”的聚合物复合材料的情况中,可以优化预处理方法和条件来“曝露”一些植入的纤维,以使得涂层能够附着于其上,并且至少部分的包封它们,在此导致结合强度提高和能够容忍的涂层和基底之间的CLTE不匹配性的提高。许多合适的聚合物组合物因此包含可除去的和永久的填料二者。已经确定了单独滤去可除去的填料而不产生另外的锚定结构不会产生足够高的锚定结构群,来满足该金属包覆的聚合物制品的脱离强度要求。

氧化物层:在金属材料列表中所列出的元素的氧化物,包括M,Cu,Ag氧化物

合适的层合金属材料/聚合物材料制品包括但不限于精密石墨纤维/环氧模具,其用于航空、汽车和其他曝露于反复的温度循环(_75°C到高达350°C)的工业应用。由在适当的基底上的细粒化的和/或无定形金属涂层制成的金属包覆的聚合物零件能够非常好的适用于在宽的运行温度范围内,需要大的尺寸稳定性的高精密模塑部件。

本发明的另一目标是预处理聚合物和/或金属材料的表面,来实现金属层和聚合物材料之间优异的附着性,该附着性是通过所规定的热循环测试而无失效例如分层所需的。

(iv)至少一些所述的部分涂覆有具有平均粒度是2-5000nm的细粒化微结构和/或无定形微结构的金属材料。

该金属包覆的制品的屈服强度是44.6MPa,极限拉伸强度是47.3MPa,杨氏模量是2.4GPa和弹性限度是1.8%。

当施用该金属层到壳体外面上时,电镀常规的硬铬薄层(<1μm),用于装饰目的。当用于所述装置中时,所选择的样品在施用NiCoi^e层之后,使用第二Cu层(25μπι)来提高热导率和热消散性。该Ni-Fe-Co层提供给EMI和RFI屏蔽。可选择的,电镀的EMI或者RFI屏蔽层包括Ni,Co和!^或者它们任意的合金,包括Ni-2(Fe和Ni_50Fe。所选择的样品还用10微米厚的Sn层电镀,用于防腐蚀,并且所选择的样品不包含Cr闪蚀。令人惊讶的注意到该印有浮雕化锚定结构的聚合物壳未涂覆的外层表现出水接触角的明显升高,即,该聚合物表面变得更疏水,有时候是超疏水性和自洁性,如表13所示。该接触角是如下来测量的:将多个5μ1的去离子水滴置于平坦的样品表面上,并且用1¾放大倍率的立体镜照相。接触角测量是取自使用图象程序软件的数字化捕集图象。当“作为模塑的”光滑聚合物表面蚀刻时,注意到接触角仅仅非常适度的增加(3°-6°),但是,在用不同的浮雕化模具浮雕化未蚀刻的聚合物表面之后,注意到接触角的显著增加(接触角增加了31°-60°)。