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塑料電鍍發(fā)展至今已經(jīng)成為一門極有應用價值的表面處理技術。塑料電鍍制品廣泛用于汽車儀器儀表、電子、家用電器、服裝等行業(yè)。隨著工程塑料應用領域的擴大,塑料電鍍范圍也在擴大。目前,國內塑料電鍍廠家普遍采用的前處理工藝不僅繁瑣,而且在粗化過程中使用鉻酐,產(chǎn)生含鉻污水,嚴重的污染環(huán)境,這在一定程度上阻礙了塑料電鍍的發(fā)展。因此,為了減少環(huán)境污染,促進塑料電鍍的進一步發(fā)展,人們一直在探索塑料電鍍的前處理新工藝、新方法。伍學高〔1〕等人曾經(jīng)導報了溶劑型“粗化、敏化、活化”三合一工藝,該工藝對傳統(tǒng)工藝作了很大的改進,采用銅鹽和鎳鹽來取代貴金屬鹽作活化物質。還有一些文獻〔2、3〕報導了對傳統(tǒng)工藝的部分改進。
工藝流程及原理
1.工藝流程塑料電鍍前處理傳統(tǒng)的工藝流程為:塑料件→除油→水洗→化學粗化(含鉻氧化劑,65℃)→清洗→敏化、活化(膠體鈀,50℃)→清洗→解膠(50℃)→水洗→化學鍍。經(jīng)過改進后的無鉻“三合一”新工藝流程為:塑料件→除油→水洗→“粗化、敏化、活化三合一”(常溫)→水洗→化學鍍。
2.“三合一”前處理配方設計的基本思想塑料電鍍前處理的目的為:其一是使塑料光滑的表面變?yōu)槲⒂^粗糙面,以提高鍍層與塑料基體的結合力;其二是使塑料表層吸附足夠的、具有催化作用的物質,形成活性點,以利于化學鍍能順利進行。從理論上看,如果前處理液既含有對塑料起溶解或蝕刻作用的粗化劑,又含有對化學鍍起催化作用的活化劑、活化劑載體及穩(wěn)定劑,故而可以達到粗化、敏化、活化“三合一”的目的。在前處理溶液中,粗化劑是最重要的組分之一,我們選取粗化劑基于如下幾點:1)它能夠溶解或蝕刻塑料,使塑料表面能形成適度的粗糙面;2)無毒、無污染環(huán)境;3)揮發(fā)性低,不易著火;4)來源豐富,價格適當;5)與活化劑及其載體不起化學反應。
3.鍍層結合力的測試方法采用冷熱循環(huán)法測定結合力,以評價前處理的效果。按國家標準GB/T126-90測試方法:鍍件經(jīng)過-40℃、20℃、75℃、20℃溫度,分別處理1h為一個循環(huán)周期,共試驗4個循環(huán)周期,試驗后目視檢查樣品無起泡、起皺、裂紋或脫落等現(xiàn)象,則視為合格。
無鉻“三合一”前處理液配方及工藝條件的探索
1.配方組成經(jīng)過多的實驗確定前處理液由下列幾種物質構成,各組分的作用如下:1)RJ(粗化劑) 是一種有機溶劑,能夠溶解ABS塑料,起粗化塑料表面的作用。2)FS(活化劑載體) 是一種能分別與水、RJ互溶的有機溶劑,它能緩慢地溶解配方中所加入的活化劑,起活化劑載體作用,但它不能溶解ABS塑料。3)PdCl2(活化劑) 提供Pd2+離子,溶解在FS中,被吸附或滲透到塑料表面,成為化學鍍的催化活性中心。4)H2O 能與RJ、FS形成多相乳狀液,加入H2O可調節(jié)RJ、FS的比例。5)乙酸 一方面可消除塑料件殘余應力,提高鍍層的結合力;另一方面可防止RJ的水解。6)1201(乳化劑) 可以使FS、RJ、H2O形成穩(wěn)定的乳化液,還可以降低塑料的表面張力,提高塑料表面的親水性。
2.工藝條件的確定我們著重考察了粗化劑、活化劑含量,前處理時間、溫度、化學鍍等因素對鍍層結合力的影響。
1)粗化劑濃度的影響在前處理液中,改變粗化劑含量,進行實驗所得結果見表1。從表1可以看出,粗化劑RJ的濃度對鍍層結合力影響很大。濃度低時,粗化不夠,鍍層結合力差;濃度太高時,易使塑料過度溶解,造成粗化過度,鍍層結合力反而下降。只有當粗化劑濃度在18～28%時,才可以獲得滿意的結果。
圖1和圖2分別是ABS塑料基體經(jīng)過含粗化劑RJ28%和55%的前處理液處理后,進行電鏡掃描放大3000倍的結果。對比二者可以看到,塑料表層適度粗化和過度粗化的微觀狀態(tài)明顯不同。
2)活化劑濃度的影響前處理液的活化劑含量越高,活化效果越好,但含量過高時,塑料吸附過多的活化劑,導致化學鍍速太快,鍍層粗糙、疏松,結合力變差;當前處理液重復使用多次后,活化劑濃度降低,活化效果減弱,化學鍍速下降,出現(xiàn)局部露鍍現(xiàn)象,這時應適當補充活化劑。實驗表明,活化劑濃度為0.1～0.3g/l時為宜。
3)前處理時間的影響取含粗化劑RJ28%和溫度為25℃的溶液進行實驗,只改變前處理的時間,所得結果見表2。從表2可以看到,前處理時間對鍍層結合力也有較大的影響。前處理時間短,粗化、活化不夠,效果不好;前處理時間如果過長,雖然活化效果好,但粗化過度,結果也不理想。因此,想獲得結合力好的鍍層,必須控制好前處理時間。實驗還表明,對不同類型的ABS塑料,前處理時間有所不同。
4)溫度的影響在時間為30min,RJ28%條件下,采用不同的溫度進行實驗,結果見表3。從表3可以看到,當處理時間為30min,溫度保持在25～35℃之間是比較合適的,鍍層能經(jīng)得起冷熱循環(huán)測試。
5)化學鍍的影響采用化學鍍銅和化學鍍鎳。實驗表明:當化學鍍速太快時,鍍層比較粗糙、疏松,鍍層結合力差;鍍速太慢時,鍍層會起泡,或者局部上鍍。因此,控制化學鍍液的濃度和溫度,保持適當?shù)腻兯偈潜匾摹Ｎ覀冞€觀察到用PdC2作為活化劑,化學鍍銅獲得鍍層結合力比化學鍍鎳高。
結 論
經(jīng)過試驗得到下列新型無鉻“三合一”前處理液,其配方和工藝條件為:RJ180～280ml/l FS150ml/l H2O575～675ml/l 乙酸95ml/l PdCl20.1～0.3g/l 1201乳化劑25g/l 溫度25～35℃ 時間25～35min 攪拌方式電磁攪拌 該處理液是一種乳狀液,集塑料表面的粗化、敏化、活化為一體,用它來處理ABS塑料水洗后,即可進行化學鍍、常規(guī)電鍍,所獲得鍍層能經(jīng)得起冷熱循環(huán)測試,達到GB/T12610-90質量要求。該前處理工藝與傳統(tǒng)工藝對比,有如下特點:
1.工藝簡單,易于操作,化學鍍一次成品合格率高,達到95%以上。
2.“三合一”前處理液通過補充粗化劑和活化劑來維護,可長期使用,故而可降低前處理的成本。
3.前處理過程在常溫下進行,不需加熱,處理后亦不需干燥,可節(jié)省能源。
4.處理過程無污水、污氣排放,對環(huán)境沒有污染。
