一种聚合物-钢复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种聚合物

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物
‑
钢复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属聚合物复合
，具体涉及一种聚合物
‑
钢复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，为满足复杂、苛刻的使用环境，复合材料可通过不同材料的互补获得单一材料所不能达到的综合性能，从而被广泛应用在工程轻量化、航空航天和海洋工程等各个行业领域。其中，聚合物与钢复合材料由于其强度高，质量轻，生产成本低逐渐替代传统材料，广泛用于航空航天和汽车行业。
[0003]目前，聚合物
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钢复合材料的制备方法主要是对钢试样进行喷砂，然后借助注塑工艺，通过注射系统将熔融的聚合物注射到钢试样表面，完成聚合物与钢试样的结合。此方法虽然简单，但是钢与聚合物界面结合强度较低，难以满足生产需要。
[0004]因此，如何提高聚合物
‑
钢复合材料的界面结合强度成为亟待解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种聚合物
‑
钢复合材料及其制备方法。本专利技术提供的制备方法制备的聚合物
‑
钢复合材料具备较高的界面结合强度。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种聚合物
‑
钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)对钢进行第一次退火，得到退火态钢；
[0009](2)将所述步骤(1)得到的退火态钢进行喷砂处理，得到喷砂处理钢；
[0010](3)将所述步骤(2)得到的喷砂处理钢加热后进行表面硅烷化处理，得到表面改性钢；
[0011](4)对所述步骤(3)得到的表面改性钢进行聚合物注塑，得到复合体；
[0012](5)将所述步骤(4)得到的复合体进行第二次退火，得到聚合物
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钢复合材料。
[0013]优选地，所述步骤(1)中第一次退火的温度为700～1000℃，第一次退火的保温时间为1～2h。
[0014]优选地，所述步骤(1)中升温至所述第一次退火温度的升温速率为15～25℃/min；所述第一次退火的冷却速率为5～10℃/min。
[0015]优选地，所述步骤(2)中喷砂处理的压力为0.4～0.6MPa，喷砂处理的时间为40～70s。
[0016]优选地，所述步骤(2)中喷砂处理的介质为棕刚玉，所述棕刚玉的粒度为46目、120目和150目中的至少一种。
[0017]优选地，所述步骤(3)中加热的温度为400～500℃，加热的时间为20～40min。
[0018]优选地，所述步骤(3)中表面硅烷化处理的操作包括如下步骤：将加热后的钢浸泡在硅烷溶液中5～10min，取出后对钢进行固化。
[0019]优选地，所述固化的温度为100～120℃，固化的时间为5～10min。
[0020]优选地，所述步骤(4)中聚合物为热塑性弹性体，所述热塑性弹性体包括TPU、SBS和SEBS中的至少一种。
[0021]优选地，所述步骤(4)中注塑的时间为7～10s，注塑的压力为70～100MPa。
[0022]优选地，所述步骤(5)中第二次退火的温度为120～180℃，第二次退火的保温时间为1～1.5h。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的聚合物
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钢复合材料。
[0024]本专利技术提供了一种聚合物
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钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：对钢进行第一次退火，得到退火态钢；将所述退火态钢进行喷砂处理，得到喷砂处理钢；将所述喷砂处理钢加热后进行表面硅烷化处理，得到表面改性钢；对所述表面改性钢进行聚合物注塑，得到复合体；将所述复合体进行第二次退火，得到聚合物
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钢复合材料。本专利技术首先对钢进行退火处理，在退火处理过程中钢内部的碳元素会逐渐向表层析出，在钢的表层形成富碳层，再进行喷砂处理将金属表层的富碳层去除，避免金属表层由于过多碳存在阻碍钢表面形成均匀的硅烷层，从而提高了钢与硅烷层的结合强度，同时还能将钢表面的氧化膜去除，暴露出未氧化的表面，增加表面积，从而提高与聚合物的结合强度；之后对钢进行加热，使其表面充分氧化，形成氧化膜，氧化膜中的O元素能够与硅烷层发生反应，从而提高硅烷层和金属的结合强度；随后进行表面硅烷化处理，使钢表面与硅烷偶联剂实现有效的化学键合，形成硅烷层，有利于钢与聚合物的结合；在聚合物注塑成型后再次进行退火处理，不仅能够消除内应力，提高聚合物结晶度，还能实现硅烷层与聚合物的进一步反应，从而进一步提高聚合物与钢的界面结合强度。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法制备的聚合物
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钢复合材料的拉伸剪切强度为13.75～17.78MPa。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种聚合物
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钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026](1)对钢进行第一次退火，得到退火态钢；
[0027](2)将所述步骤(1)得到的退火态钢进行喷砂处理，得到喷砂处理钢；
[0028](3)将所述步骤(2)得到的喷砂处理钢加热后进行表面硅烷化处理，得到表面改性钢；
[0029](4)对所述步骤(3)得到的表面改性钢进行聚合物注塑，得到复合体；
[0030](5)将所述步骤(4)得到的复合体进行第二次退火，得到聚合物
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钢复合材料。
[0031]在本专利技术中，所述钢优选为模具钢或不锈钢；所述模具钢优选为模具钢H13，模具钢718或不锈钢S 136。本专利技术对所述钢的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品或熟知的制备方法制备得到的即可。
[0032]本专利技术对钢进行第一次退火，得到退火态钢。本专利技术首先对钢进行第一次退火处理，在退火处理过程中钢内部的碳元素会逐渐向表层析出，在钢的表层形成富碳层，再进行喷砂处理将金属表层的富碳层去除，避免金属表层由于过多碳存在阻碍钢表面形成均匀的硅烷层，从而提高了钢与硅烷层的结合强度；如果钢的成分中含有铬元素，在进行第一次退火处理时，Cr元素会以FeCr2O4的形式富集在基体表面，通过后续喷砂处理，有效减少了钢表面的铬元素，提高与聚合物的结合强度。
[0033]在本专利技术中，所述第一次退火的温度优选为700～1000℃，进一步优选为750～950℃，更优选为800～900℃；所述第一次退火的保温时间优选为1～2h，更优选为1.5h；升温至所述第一次退火温度的升温速率优选为15～25℃/min，更优选为20℃/min。本专利技术对所述钢的尺寸没有特殊的限定，根据实际需求进行调整即可。在本专利技术中，所述第一次退火的温度和保温时间在上述范围内时，能够提高钢表面的脱碳和脱铬率，从而提高与聚合物的结合强度。
[0034]在本专利技术中，所述第一次退火的冷却速率优选为5～10℃/min。本专利技术采用缓冷的方式能够细化钢的晶粒，增加钢的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物
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钢复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)对钢进行第一次退火，得到退火态钢；(2)将所述步骤(1)得到的退火态钢进行喷砂处理，得到喷砂处理钢；(3)将所述步骤(2)得到的喷砂处理钢加热后进行表面硅烷化处理，得到表面改性钢；(4)对所述步骤(3)得到的表面改性钢进行聚合物注塑，得到复合体；(5)将所述步骤(4)得到的复合体进行第二次退火，得到聚合物
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钢复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中第一次退火的温度为700～1000℃，第一次退火的保温时间为1～2h。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中升温至所述第一次退火温度的升温速率为15～25℃/min；所述第一次退火的冷却速率为5～10℃/min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中喷砂处理的压力为0.4～0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李熹平，丁杰泰，汪斌，王思思，胡仲略，赵元，董卫平，王琳琳，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：