塑料鍍的主要工藝流程與示例

塑料制品經(jīng)過電鍍金屬層后，具有質(zhì)量輕、能導(dǎo)電、外表美觀的特點。因此塑料電鍍工藝已廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)儀器、機(jī)床按鈕和輕工產(chǎn)品等各方面。

對塑料進(jìn)行電鍍，首先應(yīng)考慮塑料是非導(dǎo)體，不能直接進(jìn)行電鍍。在電鍍前應(yīng)對塑料表面進(jìn)行預(yù)處理，除去塑料表面的油和雜質(zhì)以保持潔凈，再沉積一層導(dǎo)電的金屬膜，將它作為陰極，即可進(jìn)行電鍍。采用塑料電鍍，不僅可以代替金屬銅、鋁來使用，還能減少加工工序，降低生產(chǎn)成本。

塑料電鍍工藝包括涂復(fù)聚合物涂料、活化、噴鍍和電鍍等主要工序。

涂復(fù)聚合物涂料

在需要電鍍的塑料表面涂復(fù)含有化學(xué)鍍用的催化劑的聚合物涂料,然而干燥形成含有催化劑的聚合物涂膜。

含有化學(xué)鍍的催化劑的聚合物涂料,其催化劑為鈀、金、銀、鈷、鎳、鐵、銅等金屬酚鹽或金屬氧化物微粒等。涂料為丙烯酸、聚氨基甲酸乙酯和環(huán)氧類等,這些涂料與塑料表面可以牢固地粘結(jié)。涂復(fù)方法有噴涂、刷涂和浸涂等,其中以噴涂為佳。涂膜厚度為1～25μm。形成涂膜的干燥溫度為5～80℃。

活化

涂復(fù)在塑料表面的聚合物涂膜必須進(jìn)行活化處理,才能使涂膜中的催化劑具有催化性能。例如,在塑料表面上涂復(fù)含有PdSO4等金屬鹽的聚合物涂料,干燥以后采用NaH2PO2溶液進(jìn)行還原處理,才能具有化學(xué)鍍的催化作用,又如在塑料表面上涂復(fù)含有鈀和鈦的復(fù)合金屬氧化物的聚合物涂料,干燥以后可以用H2SO4等進(jìn)行催速處理。

噴鍍

經(jīng)活化處理后的涂膜表面上同時分別從各自的噴嘴中噴射出含有金屬離子的金屬鹽溶液和含有還原該金屬離子的還原劑溶液,形成電鍍用的導(dǎo)電性金屬層。適宜的金屬離子有Ni2+，Cu2+、Ag+等。金屬鹽溶液噴射涂復(fù)時,分別噴出的溶液在聚合物涂膜面附近相遇,并以混合狀態(tài)附著于聚合物涂膜表面上,或者金屬鹽溶液和還原劑溶液以上下積層狀態(tài)噴射在涂復(fù)的聚合物表面上。含有金屬離子的金屬鹽溶液與還原劑溶液的組合方式可舉例如下:

(1)以氨性AgNO3為金屬鹽溶液時,還原劑為乙二醛,添加含HNO3的葡萄糖和硫酸肼等溶液。

(2)金屬鹽溶液以KNaC4H4O6為絡(luò)合劑的堿性銅溶液時,還原劑為乙二醛和硫酸肼等溶液。

(3)金屬鹽溶液為NH4Cl和NiCl2溶液時,還原劑為硼氫化鈉(NaBH4)和NaH2PO2溶液。

含有非導(dǎo)電性催化劑的聚合物涂膜面上噴射了金屬鹽溶液和還原劑溶液以后,立即發(fā)生還原金屬鹽的化學(xué)鍍反應(yīng),形成了電鍍用的導(dǎo)電性金屬層的基底。

電鍍

在化學(xué)鍍形成的導(dǎo)電性金屬層上施鍍,形成滿足實用要求的電鍍層。

應(yīng)用

例1采用120mm×130mm×1mm的ABS板,按照下列工藝程序進(jìn)行處理。

(1)形成聚合物涂膜

在ABS板的一面上噴涂含鈀的聚合物涂料,65℃,干燥90min。

(2)化學(xué)鍍銅

以Cu2+鹽溶液∶還原劑溶液=1∶1的比例,在30kPa噴射壓力下,同時分別從各自的噴嘴中噴射Cu2+鹽溶液和還原劑溶液到ABS板的聚合物涂膜表面上,開始迅速呈現(xiàn)黑褐色,緊接著呈現(xiàn)光亮的金屬銅光澤,形成了導(dǎo)電性化學(xué)鍍銅層。

(3)電鍍

金屬鹽溶液和還原劑溶液噴射時產(chǎn)生的廢液中含有KNaC4H4O6,添加0.1g/LFeCl3,接著采用Ca(OH)2和NaOH的混合液,調(diào)至pH值11.5以上,生成凝聚沉淀,這時廢液中的Cu2+濃度僅為1mg/L以下。

例2在100mL聚氨基甲酸乙酯水分散體(固體成份質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)中添加10mgPdCl2,制成分散的聚合物涂料,噴涂到ABS板上,40℃,干燥1h,形成約為5μm厚度的聚合物涂膜。接著浸漬于1g/L的NaBH4溶液中,還原析出金屬鈀。然后按照例1的工藝,噴射金屬鹽溶液和還原劑溶液,在ABS板的聚合物涂膜表面形成導(dǎo)電性化學(xué)鍍銅層,再進(jìn)行電鍍銅。

例3采用120mm×130mm×1mm的ABS板,按照下列工藝程序進(jìn)行處理。

(1)形成聚合物涂膜

在ABS板的單面上噴涂上述聚合物涂料,在65℃干燥90min,形成5μm厚度的聚合物涂膜。

(2)催化

在聚合物涂膜上噴淋由1g/LSnO和4g/LNaOH混合攪拌配制而成的透明水溶液,以便在聚合物涂膜表面吸附催化劑,然后充分噴淋水洗。

(3)化學(xué)鍍銀

用AgNO3和氨水配制成銀氨溶液。還原劑溶液采用100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%乙二醛溶液。

然后按例1的工藝,噴射金屬鹽溶液和還原劑溶液,在ABS板的聚合物涂膜表面形成導(dǎo)電性銀層。

(4)電鍍

同例1,電鍍光亮酸銅。

銀氨溶液和還原劑溶液噴射時產(chǎn)生的廢液中添加過量NaCl,殘存的Ag+以AgCl沉淀,然后把沉淀脫水干燥而回收。

例4采用120mm×150mm×1mmABS板,按照下列工藝程序進(jìn)行處理。

(1)形成聚合物涂膜

在ABS板的兩面上噴涂含有Ag2O和SiO2的聚合物涂料,65℃干燥90min,形成5μm厚度的聚合物涂膜。

(2)催化

在聚合物涂膜上噴淋,以便在聚合物涂膜上吸附鈀催化劑。

(3)化學(xué)鍍鎳

然后按例1的工藝,噴射金屬鹽溶液和還原劑溶液,在ABS板的聚合物涂膜表面形成導(dǎo)電性鎳層。

(4)電鍍鎳

上述Ni2+溶液和還原劑溶液噴射時產(chǎn)生的廢液中添加鐵鹽,使溶液pH值為10以上,通過凝聚沉淀可以使廢液中Ni2+濃度降低到0.5mg/L以下。

按照ASTMD3359標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的橫切膠帶試驗方法進(jìn)行鍍層剝離試驗。結(jié)果表明,從例1～例4中獲得的鍍銅層和鍍鎳層的附著性優(yōu)良,都沒有發(fā)生鍍層剝離現(xiàn)象。

結(jié)論

上述工藝的特點:  

(1)無須采用傳統(tǒng)的化學(xué)鍍銅工藝,減少污染,保護(hù)環(huán)境。而且,可以簡便、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定地形成附著性優(yōu)良的電鍍層。

(2)金屬鹽溶液和還原劑溶液直到噴射時都是分別單獨(dú)保存的,溶液穩(wěn)定性高,還原析出速度快,比傳統(tǒng)化學(xué)鍍的作業(yè)時間大大縮短。

(3)無須使用金屬離子的穩(wěn)定劑,金屬鹽溶液和還原劑溶液噴射時產(chǎn)生的廢液容易處理。

(4)由于噴涂的聚合物涂料中不含增加粘度的金屬或者石墨等導(dǎo)電性填料,因而不會產(chǎn)生鍍層的不均勻問題,鍍層均鍍性優(yōu)良。

(5)預(yù)定電鍍表面的凸起或凹陷等形狀復(fù)雜部位的聚合物涂膜厚度僅為5μm左右,因而有利于提高復(fù)雜部位的尺寸精度。特別適用于電子設(shè)備等塑料機(jī)殼的表面電鍍,具有優(yōu)良的EMI屏蔽特性和帶電防止特性。