塑料电镀前处理无铬“三合一”新工艺
塑料电镀发展至今已经成为一门极有应用价值的表面处理技术。塑料电镀制品广泛用于汽车仪器仪表、电子、家用电器、服装等行业。随着工程塑料应用领域的扩大,塑料电镀范围也在扩大。目前,国内塑料电镀厂家普遍采用的前处理工艺不仅繁琐,而且在粗化过程中使用铬酐,产生含铬污水,严重的污染环境,这在一定程度上阻碍了塑料电镀的发展。因此,为了减少环境污染,促进塑料电镀的进一步发展,人们一直在探索塑料电镀的前处理新工艺、新方法。伍学高〔1〕等人曾经导报了溶剂型“粗化、敏化、活化”三合一工艺,该工艺对传统工艺作了很大的改进,采用铜盐和镍盐来取代贵金属盐作活化物质。还有一些文献〔2、3〕报导了对传统工艺的部分改进。
工艺流程及原理
1.工艺流程塑料电镀前处理传统的工艺流程为:塑料件→除油→水洗→化学粗化(含铬氧化剂,65℃)→清洗→敏化、活化(胶体钯,50℃)→清洗→解胶(50℃)→水洗→化学镀。经过改进后的无铬“三合一”新工艺流程为:塑料件→除油→水洗→“粗化、敏化、活化三合一”(常温)→水洗→化学镀。
2.“三合一”前处理配方设计的基本思想塑料电镀前处理的目的为:其一是使塑料光滑的表面变为微观粗糙面,以提高镀层与塑料基体的结合力;其二是使塑料表层吸附足够的、具有催化作用的物质,形成活性点,以利于化学镀能顺利进行。从理论上看,如果前处理液既含有对塑料起溶解或蚀刻作用的粗化剂,又含有对化学镀起催化作用的活化剂、活化剂载体及稳定剂,故而可以达到粗化、敏化、活化“三合一”的目的。在前处理溶液中,粗化剂是最重要的组分之一,我们选取粗化剂基于如下几点:1)它能够溶解或蚀刻塑料,使塑料表面能形成适度的粗糙面;2)无毒、无污染环境;3)挥发性低,不易着火;4)来源丰富,价格适当;5)与活化剂及其载体不起化学反应。
3.镀层结合力的测试方法采用冷热循环法测定结合力,以评价前处理的效果。按国家标准GB/T126-90测试方法:镀件经过-40℃、20℃、75℃、20℃温度,分别处理1h为一个循环周期,共试验4个循环周期,试验后目视检查样品无起泡、起皱、裂纹或脱落等现象,则视为合格。
无铬“三合一”前处理液配方及工艺条件的探索
1.配方组成经过多的实验确定前处理液由下列几种物质构成,各组分的作用如下:1)RJ(粗化剂)是一种有机溶剂,能够溶解ABS塑料,起粗化塑料表面的作用。2)FS(活化剂载体)是一种能分别与水、RJ互溶的有机溶剂,它能缓慢地溶解配方中所加入的活化剂,起活化剂载体作用,但它不能溶解ABS塑料。3)PdCl2(活化剂)提供Pd2+离子,溶解在FS中,被吸附或渗透到塑料表面,成为化学镀的催化活性中心。4)H2O能与RJ、FS形成多相乳状液,加入H2O可调节RJ、FS的比例。5)乙酸一方面可消除塑料件残余应力,提高镀层的结合力;另一方面可防止RJ的水解。6)1201(乳化剂)可以使FS、RJ、H2O形成稳定的乳化液,还可以降低塑料的表面张力,提高塑料表面的亲水性。
2.工艺条件的确定我们着重考察了粗化剂、活化剂含量,前处理时间、温度、化学镀等因素对镀层结合力的影响。
1)粗化剂浓度的影响在前处理液中,改变粗化剂含量,进行实验所得结果见表1。从表1可以看出,粗化剂RJ的浓度对镀层结合力影响很大。浓度低时,粗化不够,镀层结合力差;浓度太高时,易使塑料过度溶解,造成粗化过度,镀层结合力反而下降。只有当粗化剂浓度在18～28%时,才可以获得满意的结果。
图1和图2分别是ABS塑料基体经过含粗化剂RJ28%和55%的前处理液处理后,进行电镜扫描放大3000倍的结果。对比二者可以看到,塑料表层适度粗化和过度粗化的微观状态明显不同。
2)活化剂浓度的影响前处理液的活化剂含量越高,活化效果越好,但含量过高时,塑料吸附过多的活化剂,导致化学镀速太快,镀层粗糙、疏松,结合力变差;当前处理液重复使用多次后,活化剂浓度降低,活化效果减弱,化学镀速下降,出现局部露镀现象,这时应适当补充活化剂。实验表明,活化剂浓度为0.1～0.3g/l时为宜。
3)前处理时间的影响取含粗化剂RJ28%和温度为25℃的溶液进行实验,只改变前处理的时间,所得结果见表2。从表2可以看到,前处理时间对镀层结合力也有较大的影响。前处理时间短,粗化、活化不够,效果不好;前处理时间如果过长,虽然活化效果好,但粗化过度,结果也不理想。因此,想获得结合力好的镀层,必须控制好前处理时间。实验还表明,对不同类型的ABS塑料,前处理时间有所不同。
4)温度的影响在时间为30min,RJ28%条件下,采用不同的温度进行实验,结果见表3。从表3可以看到,当处理时间为30min,温度保持在25～35℃之间是比较合适的,镀层能经得起冷热循环测试。
5)化学镀的影响采用化学镀铜和化学镀镍。实验表明:当化学镀速太快时,镀层比较粗糙、疏松,镀层结合力差;镀速太慢时,镀层会起泡,或者局部上镀。因此,控制化学镀液的浓度和温度,保持适当的镀速是必要的。我们还观察到用PdC2作为活化剂,化学镀铜获得镀层结合力比化学镀镍高。
结论
经过试验得到下列新型无铬“三合一”前处理液,其配方和工艺条件为:RJ180～280ml/lFS150ml/lH2O575～675ml/l乙酸95ml/lPdCl20.1～0.3g/l1201乳化剂25g/l温度25～35℃时间25～35min搅拌方式电磁搅拌该处理液是一种乳状液,集塑料表面的粗化、敏化、活化为一体,用它来处理ABS塑料水洗后,即可进行化学镀、常规电镀,所获得镀层能经得起冷热循环测试,达到GB/T12610-90质量要求。该前处理工艺与传统工艺对比,有如下特点:
1.工艺简单,易于操作,化学镀一次成品合格率高,达到95%以上。
2.“三合一”前处理液通过补充粗化剂和活化剂来维护,可长期使用,故而可降低前处理的成本。
3.前处理过程在常温下进行,不需加热,处理后亦不需干燥,可节省能源。
4.处理过程无污水、污气排放,对环境没有污染。