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高品质塑料电镀技术新进展

【英文篇名】 Latest Progress of the Technology of High Quality Electroplating on Plastic
【作者】 陈亚; 苗艺;
【作者单位】 安美特（广州）化学股份有限公司南京分公司; 南京轻工业机械厂;
【刊名】 电镀与环保 , , 编辑部邮箱 1999年 03期 
期刊荣誉：ASPT来源刊  中国期刊方阵  CJFD收录刊
【关键词】 塑料; 直接金属化;
【英文关键词】 Plastics Direct metallization;
【摘要】 阐述了汽车、摩托车等高品质塑料电镀制品的质量要求及其前处理和电镀工艺的选择与控制，阐述了塑料直接金属化新工艺原理及工艺过程。
【英文摘要】 Quality requirements of electroplating products of high quality plastics used in automobiles and motorcars and, selection and control of processes of pretreatment and electroplating are stated, highlighting principle of new process of direct metallization of plastics and its technological course.
【DOI】 CNKI:ISSN:1000-4742.0.1999-03-000

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1　高品质塑料电镀的市场需求与现状由于塑料电镀制品兼有塑料的重量轻、易成型和金属镀层的漂亮外观的特点,因而塑料电镀被广泛用于汽车、摩托车、家用电器的零部件和水暧器材的生产。近年来由于我国轿车和高档摩托车工业的发展带动了市场对高品质塑料电镀制品的需求,如汽车铭牌、车灯、水箱面罩、仪表壳以及镶条等。这类零件要求具有高的装饰性和高的耐蚀性,首先在镀层的外观上比一般的装饰铬层要有更高的光亮度、平整性和均匀性。由于镀层高度光亮,使得其上的任何细小的针孔、麻点都变得更加显眼。因此,消除这些细微针孔、麻点常常是塑料电镀生产一大难题。另外,这些零件镀层的结合力、耐蚀性等有严格的要求,其塑料电镀规格标准见表1～4,为达此标准,则要求采用先进可靠的工艺和严格的管理以获得稳定的镀层质量。目前,我国塑料电镀企业主要分布在珠江三角洲地区和江浙一带,过去都以电镀日用制品为主。近年来,已有多家从事塑料电镀的港商在珠江三角洲投资设厂,生产和经营汽车、摩托车塑料电镀零部件及其它高级塑料电镀产品。这类厂其塑料金属化都采用胶体钯活化和化学镀镍工艺,而更多的电镀厂仍然采用硝酸银活化和化学镀铜工艺。虽然前者较后者为好,然而,由于都是采用化学镀的办法而带来一系列缺点,如镀液稳定性差,操作困难,合格率低,尤其是采用后者,其镀层质量不稳定,极易出现麻点等疵病。为此,发展和应用可靠先进的塑料电镀技术,改进塑料金属化工艺是制造高品质塑料电镀制品的发展方向。

2　塑料直接金属化工艺30多年来,塑料电镀基本上采用传统的工艺方法,直到几年前由Ａｔｏｔｅｃｈ公司发展了塑料镀覆技术,推出了不需化学镀而直接金属化的新工艺———Ｆｕｔｕｒｏｎ,这是当今塑料电镀技术的重大创新。

2.1　Ｆｕｔｕｒｏｎ塑料直接金属化工艺特点Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺适用于ＡＢＳ或ＡＢＳ的混合材料上装饰性电镀。与传统工艺的区别,见表5。从表中可看出,传统工艺是塑料经浸蚀后在含钯75～150ｍｇ/Ｌ的活化液中沉积一层Ｐｄ Ｓｎ复合层,接着在解胶液中除去锡成份,产生一层催化钯膜,该膜开始了化学镍层或化学铜层的沉积,这是非常薄的化学镍层,通常需要用电镀镍(Ｗａｔｔｓ型)来加厚。工件经镀酸铜后按用户要求接着镀镍和铬。新型的Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺是塑料经相类似的活化前的工序后,在含250～300ｍｇ/Ｌ钯的专利活化剂中沉积Ｐｂ Ｓｎ复合层,随后在专利溶液中将锡置换为铜,使其具有导电性。水洗后,工件直接电镀酸性光亮铜或光亮镍。Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺对传统工艺的改进,概括为以下几点:
(1)Ｆｕｔｕｒｏｎ活化剂代替传统的活化剂;(2)Ｃｕ ｌｉｎｋＦｕｔｕｒｏｎ代替传统的催化剂;(3)化学镀镍(或铜)完全省去;(4)预镀镍不再需要。由于上述工艺改进带来一系列的优点:(1)无需使用化学镀,使操作容易,稳定性提高,废品率下降和废水处理简单;(2)工艺流程和时间缩短30%,产量因而提高;(3)由于不用化学镀,可以防止挂具镀上金属,所以ＡＢＳ塑料可在上挂后从粗化开始,直到镀完为止,无需更换挂具,这为塑料电镀连续自动化生产创造了条件;(4)镀层质量较传统工艺好。传统工艺除油粗化六价铬还原预浸钯锡活化除去氢氧化锡化学沉镍(或铜)预镀镍电镀Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺除油粗化六价铬还原预浸Ｆｕｔｕｒｏｎ活化Ｃｕ ｌｉｎｋ铜置换锡电镀

2.2　Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺原理探讨塑料电镀的基材主要为ＡＢＳ或ＡＢＳ/ＰＣ(ＰＣ<30%)混合塑料。ＡＢＳ是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯三元接枝共聚物,在电子显微镜下可以观察到丁二烯橡胶相呈球状均匀地嵌入在丙烯腈 苯乙烯的树脂相中。Ｆｕｔｕｒｏｎ工艺在化学粗化时跟传统工艺一样,橡胶相被氧化溶蚀,而连续的树脂相表面留下了大量微小的孔穴。正是这些空穴使镀层被锚合在塑料表面,以获得良好的结合力。Ｆｕｔｕｒｏｎ活化液中含有被氯化亚锡覆盖的钯/锡胶体复合物,这种胶体粒子带负电性,当活化时,即吸附于经粗化处理、具有极性基团的塑料表面上。

胶体中的Ｓｎ2+反应,锡被氧化为Ｓｎ4+,而铜被还原为Ｃｕ+或金属铜,因而形成铜与钯胶体的连接。钯核上铜的积累使表面获得一个良好的导电层(如图1-2)。导电层形成之后即可直接电镀酸性光亮铜(如图1-3)。一般3～5ｍｉｎ铜层即可完全覆盖,接着就可以和一般金属一样电镀。

3　高品质塑料电镀的质量控制塑料金属镀层的质量如外观、结合力、耐腐蚀性等是贯穿在塑料电镀的全过程中,主要涉及到塑料种类、制件造型设计、模具设计与制造、制件成型工艺、镀前表面处理、镀层结构和厚度等。因此,现今有些塑料电镀企业往往实行制模 注塑 电镀一条龙服务,以利于质量保证。前述Ｆｕｔｕｒｏｎ塑料直接金属化工艺已在我国汽车塑料电镀中应用,实践证明此工艺可以显著改善塑料电镀层的外观质量,大大减少麻点出现的机会。这主要是由于该工艺取消了化学镀,从而避免了由于不良的化学镀溶液而引起的缺陷。

　　塑料电镀件的结合力是一个十分重要的指标,它决定着镀件的耐热、耐蚀、耐磨等性能。对于已经成型的塑料件,无论是直接金属化还是传统前处理工艺保证镀层结合强度关键是掌握好粗化工艺,甚至可以说塑料电镀成败关键在于粗化。然而有所不同的是在Ｆｕｔｕｒｏｎ塑料直接金属化工艺的粗化液中添加含有15ｍｇ/Ｌ左右钯的添加剂,它能使ＡＢＳ及ＡＢＳ混合型塑料活化沉钯效果更佳。为了使塑料电镀件在温度发生很大变化时,镀层不会因本身的应力和塑料件的应力变化而发生起皮或脱落,则要求在塑料金属化后再镀一层铜,厚度一般为15～25μｍ,以改善镀层的结合力,其镀铜工艺除快速整平、光亮外,还要有高的延展性和优越的低电位性能。对于室外恶劣条件下使用的塑料电镀件如汽车的外部件,为提高镀层的耐蚀性则要求采用双层镍或多层镍上镀常规格、微孔铬或微裂纹铬。在选择镀镍工艺时既要保证镀层的电位差特性,又要求其镀层的低应力和对铜杂质等的高容忍度。塑料电镀工艺确定之后,对高品质塑料电镀来说,严格的工艺管理无疑是十分重要的。可以相信,随着汽车工业的发展和新技术的推广应用,我国塑料电镀技术水平将会提高到新水平。