|
|
| 塑料制品的表面直接電鍍方法 |
| 來(lái)源： 日期：2017-7-25 9:15:45 浏覽次數：125 |
|
塑料制品的表面直接電鍍方法
傳統的塑料電鍍工藝包括表面除油、粗化(huà)、活化(huà)、化(huà)學鍍和電鍍等工序,其中常見的化(huà)學鍍是化(huà)學鍍鎳和化(huà)學鍍銅,它們存在以下(xià)問題[1]:
1)化(huà)學鍍銅液中含有緻癌物甲醛,污染環境;
2)化(huà)學鍍液中共存金(jīn)屬離子(zǐ)和還原劑,即使添加穩定劑,也(yě)難免出現(xiàn)降低(dī)鍍液穩定性的問題;
3)化(huà)學鍍有時(shí)難以适用于表面粗化(huà)困難的材料;4)化(huà)學鍍銅過程中由于氫氣的産生(shēng)易出現(xiàn)針孔,電鍍銅與接界處化(huà)學鍍銅層物理(lǐ)性能(néng)差,可靠性低(dī),于是提出不需要化(huà)學鍍步驟的直接電鍍工藝。非金(jīn)屬上(shàng)的直接電鍍工藝是Radovsky和Ronkese[2]在1963年發明的,直到20世紀80年代才實現(xiàn)工業化(huà)。直接電鍍工藝根據采用的導電性物質的不同,大緻可以分(fēn)為(wèi)三種:1)導電性高分(fēn)子(zǐ)聚合物體(tǐ)系;2)Pd/Sn體(tǐ)系[3～5];3)碳粒子(zǐ)懸浮液體(tǐ)系。
1 導電性高分(fēn)子(zǐ)聚合物體(tǐ)系導電聚合物直接金(jīn)屬化(huà)工藝是以高分(fēn)子(zǐ)導電材料為(wèi)基礎的直接電鍍。經常使用的具有導電性的聚合物主要是多炔、聚吡咯、聚硫代苯或聚苯胺,其中聚吡咯有其商(shāng)業應用價值。
1.1 聚吡咯的制備聚吡咯膠體(tǐ)的制備方法[6]:1)使組成為(wèi)吡咯、聚(2-乙烯基吡啶)和以FeCl3為(wèi)氧化(huà)劑的混合物水溶液充分(fēn)反應,生(shēng)成膠體(tǐ)産物。
2)利用超速離心分(fēn)離,收集聚吡咯膠粒。
3)使聚吡咯膠粒重新(xīn)分(fēn)散成聚吡咯懸浮液,這(zhè)種膠粒粒徑為(wèi)130～200nm。
另一(yī)方法[7]是在塑料表面直接形成一(yī)層聚吡咯膜,這(zhè)層膜具有一(yī)定的導電性,可以直接進行電鍍。主要過程如(rú)下(xià):
1)塑料表面經打磨、鑽孔、堿性除油。
2)粗化(huà):高錳酸鉀、濃硫酸、OP。
3)氧化(huà):氫氧化(huà)鉀、高錳酸鉀、OP。
4)中和:水合肼、EDTA。5)催化(huà):吡咯、異丙醇、對甲苯磺酸鈉、對甲苯磺酸、NaF、FeCl3、OP、明膠。
6)電鍍。
1.2 聚吡咯的形成原理(lǐ)及催化(huà)液中各組分(fēn)的作(zuò)用要獲得導電性好(hǎo)(hǎo)的聚合物膜,首先應選擇适宜的單體(tǐ)及相關(guān)的氧化(huà)劑、摻雜劑等。适宜的有機單體(tǐ)有吡咯、呋喃、苯胺或噻吩及其衍生(shēng)物,其中以吡咯及其衍生(shēng)物最佳。吡咯溶液在空氣中相當穩定,但(dàn)遇光會氧化(huà)聚合成聚吡咯黑色不溶性沉澱,應避免光直接照射。加入适當的表面活化(huà)劑,可以增加它的穩定性。聚合物膜的導電性随吡咯單體(tǐ)的增加而提高。在弱酸性溶液中,吡咯單體(tǐ)在氧化(huà)劑及摻雜劑的作(zuò)用下(xià)發生(shēng)聚合反應生(shēng)成聚吡咯[8]:
MnO2是在粗化(huà)、氧化(huà)過程産生(shēng)的,粗化(huà)過程的反應如(rú)下(xià):
催化(huà)液中的酸性化(huà)合物對于有機單體(tǐ)發生(shēng)聚合反應是至關(guān)重要的。适宜的酸有對甲苯磺酸、苯磺酸、磷酸、鹽酸等,其中對甲苯磺酸最好(hǎo)(hǎo)。另外還應含有磺酸鹽類,如(rú)對甲苯磺酸鈉,以獲得聚合物膜中的摻雜陰離子(zǐ)。催化(huà)液中加入醇類有機溶液或溶解促進劑能(néng)改善催化(huà)液的穩定性,加入明膠則可顯著改善聚吡咯對基體(tǐ)的塗覆性。明膠的溶解度常溫下(xià)較小,需要用少量水加熱溶解後再配吡咯溶液。1.3 聚吡咯的導電機理(lǐ)大部分(fēn)的高分(fēn)子(zǐ)材料都是非導體(tǐ),但(dàn)有些(xiē)聚合物由于其本身(shēn)結構特殊或進行摻雜而具有導電性能(néng),例如(rú)聚吡咯、聚吡啶、聚乙炔等都具有導電性。這(zhè)些(xiē)導電聚合物具有一(yī)些(xiē)共性,即都是共轭聚合物。共轭聚合物都具有π電子(zǐ)分(fēn)子(zǐ)軌道,分(fēn)子(zǐ)内的長程相互作(zuò)用使之形成能(néng)帶,禁帶寬度Eg随着共轭體(tǐ)系長度(聚合度)的增加而減少。當聚吡咯的聚合度達到某一(yī)數值時(shí)就(jiù)可以導電。
2 Pd/Sn體(tǐ)系
2.1 PdS活化(huà)工藝PdS活化(huà)工藝[9]使得電鍍的速度增加100倍以上(shàng),适合工業化(huà)生(shēng)産。直接電鍍不僅适用于ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)和ABS/PC(聚碳酸酯),還用于其它許多新(xīn)型的工程塑料,這(zhè)些(xiē)工程塑料适合金(jīn)屬化(huà)是因為(wèi)它們強度高和耐高溫不變形的特點。
2.1.1PdS活化(huà)步驟PdS活化(huà)工藝的步驟[10]如(rú)下(xià):
1)活化(huà):将粗化(huà)後的基體(tǐ)浸入膠體(tǐ)钯活化(huà)液(PdCl210g/L,SnCl2500g/L,HCl300mL/L)中活化(huà)。Pd2+的質量濃度是常規活化(huà)液中的100倍,基體(tǐ)在飽和溶液中更容易吸附大量的Pd2+。
2)解膠:水洗後在4g/L的NaOH溶液中解膠5min。
3)加速:水洗後浸入Na2S溶液中2min,然後就(jiù)可以直接進行電鍍。
2.1.2PdS活化(huà)機理(lǐ)已經提出的PdS活化(huà)機理(lǐ)有多種。Weng和Landau[11]提出逐步生(shēng)成機理(lǐ),這(zhè)種機理(lǐ)恰當地解釋了(le)非導體(tǐ)表面被Pd或其它導電材料以團簇形式覆蓋時(shí)直接電鍍過程,但(dàn)不能(néng)解釋為(wèi)什(shén)麽浸入硫化(huà)物之後電鍍速度的增加。Shipley公司[12]認為(wèi)浸入硫化(huà)物溶液後形成的PdS層提高了(le)導電性,使得非金(jīn)屬表面可鍍。Badon等[13]使用X-射線吸收光譜技術确定經過硫化(huà)處理(lǐ)的表面為(wèi)PdS,提出連續傳導的逐步生(shēng)成模型。然而,導電聚合物膜的導電性比PdS高100倍以上(shàng),但(dàn)它的導電速度比PdS膜慢(màn)。C.H.Yang等[9]通過光電子(zǐ)能(néng)譜(ESCA)分(fēn)析提出“橋接”模型,他們認為(wèi),PdS活化(huà)層在直接電鍍中提供一(yī)“橋接”作(zuò)用,即S原子(zǐ)不僅連接着Pd與Cu,而且可使電子(zǐ)通過。這(zhè)種活化(huà)方法不僅可以直接使用電鍍銅,而且使得銅層覆蓋整個(gè)表面,進而增加銅層的厚度。
2.2 Futuron工藝Futuron工藝[14]是Atotech公司于1996年推出來(lái)的,該工藝适用于ABS或ABS混合材料上(shàng)的電鍍,不需要化(huà)學鍍而直接進行金(jīn)屬化(huà)。
2.2.1Futuron工藝流程除油→粗化(huà)→六價鉻還原→預浸→Futuron活化(huà)→Cu-link銅置換錫→電鍍Futuron活化(huà)液中钯的質量濃度為(wèi)250～300mg/L,活化(huà)後在塑料表面沉積Pb-Sn複合層,随後在銅置換溶液中将錫置換為(wèi)銅,使塑料表面具有導電性。水洗後,工件可直接進行電鍍。2.2.2Futuron工藝原理(lǐ)ABS中橡膠相丁二烯呈球狀均勻地嵌入在丙烯腈-苯乙烯的樹脂相中。在化(huà)學粗化(huà)時(shí),橡膠相被氧化(huà)溶解,使得連續的樹脂相表面留下(xià)大量微小的孔穴,産生(shēng)-COOH、-SO3H或-CONH2等活性基團。這(zhè)些(xiē)活性基團和空穴使鍍層被錨合在塑料表面,以獲得良好(hǎo)(hǎo)的結合力。Futuron活化(huà)液中含有Pd/Sn膠體(tǐ)複合物,這(zhè)種膠體(tǐ)粒子(zǐ)帶負電,當活化(huà)時(shí)吸附在經粗化(huà)處理(lǐ)、具有極性基團的塑料表面上(shàng)(如(rú)圖1)[15]。銅置換錫是銅的螯合物與Pd/Sn膠體(tǐ)中的Sn2+反應,反應的離子(zǐ)方程式如(rú)下(xià):Cu2++Sn2+→Sn4++Cu↓Cu在塑料的表面沉積形成一(yī)連續的導電層(圖2)[11]。導電層形成之後可以直接進行電鍍(圖3)[15]。
2.2.3Futuron工藝的優點Futuron工藝的改進帶來(lái)一(yī)系列的優點[15]:
1)不需要使用化(huà)學鍍,操作(zuò)容易,鍍液穩定性提高,廢品率下(xià)降,廢水處理(lǐ)簡單;
2)工藝流程和時(shí)間(jiān)縮短30%,産量提高,鍍層質量比傳統工藝好(hǎo)(hǎo);3)由于不用化(huà)學鍍,可以防止挂具鍍上(shàng)金(jīn)屬,所以ABS塑料可在上(shàng)挂後從粗化(huà)開始,直到鍍完為(wèi)止,無需更換挂具,這(zhè)為(wèi)塑料電鍍連續自動化(huà)生(shēng)産創造了(le)條件。
3 碳粒子(zǐ)懸浮液體(tǐ)系
3.1 碳粒子(zǐ)懸浮液的成分(fēn)及作(zuò)用最初的碳粒子(zǐ)懸浮液是首先采用碳黑懸浮液接觸印刷闆基闆,在通孔的孔壁表面形成碳黑層,再采用石墨懸浮液接觸印刷闆基闆,在孔壁表面的碳黑層上(shàng)形成石墨層,最後進行電鍍。這(zhè)種先後形成碳黑層和石墨層作(zuò)為(wèi)電鍍用的導電性基底層的兩步法工藝不但(dàn)工藝複雜,而且制造成本較高,現(xiàn)在常用的是一(yī)步法。碳粒子(zǐ)懸浮液[16]由碳粒子(zǐ)、粘結劑、表面活性劑和水溶性高分(fēn)子(zǐ)化(huà)合物等組成。碳粒子(zǐ)[17]包括石墨粒子(zǐ)和碳黑粒子(zǐ),主要起導電作(zuò)用。石墨粒子(zǐ)的平均粒徑應小于2μm,以小于1μm為(wèi)宜,最好(hǎo)(hǎo)小于0.7μm。如(rú)果石墨粒子(zǐ)平均粒徑大于2μm,則會降低(dī)導電性,還會降低(dī)鍍層金(jīn)屬與絕緣基材之間(jiān)的附着性。碳黑粒子(zǐ)平均粒徑小于1μm,以小于0.5μm為(wèi)宜,最好(hǎo)(hǎo)小于0.3μm。如(rú)果碳黑粒子(zǐ)平均粒徑大于1μm,則會産生(shēng)局部無鍍層現(xiàn)象或鍍層空洞,降低(dī)鍍層的可靠性。石墨粒子(zǐ)和碳黑粒子(zǐ)可以單獨使用,也(yě)可以混合使用。懸浮液中的碳粒子(zǐ)的質量分(fēn)數應低(dī)于6%,最好(hǎo)(hǎo)為(wèi)1%～5%。懸浮液中的粘結劑的作(zuò)用是提高碳粒子(zǐ)與絕緣基材之間(jiān)的粘結性能(néng)。适宜的粘結劑有無機類粘結劑和有機類粘結劑,其中以無機類粘結劑為(wèi)佳,包括Na2SiO3、K2SiO3等,粘結劑質量分(fēn)數約為(wèi)0.05%～5%。懸浮液中的表面活性劑的作(zuò)用是提高碳粒子(zǐ)的附着性和懸浮液的穩定性。懸浮液中的水溶性高分(fēn)子(zǐ)化(huà)合物的作(zuò)用是提高懸浮液的穩定性,适宜的水溶性高分(fēn)子(zǐ)化(huà)合物有羧甲基纖維素、澱粉和阿拉伯樹膠等,其質量分(fēn)數約為(wèi)0.3%～1.0%。
3.2 處理(lǐ)步驟碳粒子(zǐ)懸浮液接觸印刷闆基闆的方法有噴淋、浸漬和塗布等,将印刷闆基闆接觸20～60℃的懸浮液中30～90s,使碳粒子(zǐ)附着于包括孔壁在内印刷闆基闆表面上(shàng)。然後經過酸處理(lǐ)和微刻蝕處理(lǐ)即可以進行直接電鍍。
4 小 結
碳粒子(zǐ)懸浮液體(tǐ)系以及PdS工藝都是為(wèi)印刷線路(lù)闆開發的,普通電鍍級塑料的金(jīn)屬化(huà)因其前處理(lǐ)工藝的不同還需要開發環保、簡化(huà)、經濟的工藝路(lù)線。Futuron直接電鍍工藝節省了(le)步驟,但(dàn)活化(huà)所需要的膠體(tǐ)钯活化(huà)液中钯的含量比較高,一(yī)般為(wèi)150～300mg/L,而普通化(huà)學鍍鎳所需最低(dī)钯含量為(wèi)30～50mg/L,如(rú)何節省钯的含量也(yě)是現(xiàn)今的研究熱點之一(yī)。
|
|
工業清洗機原理(lǐ)清洗機價格清洗機型号清洗機廠家掃描關(guān)注官方微博
高壓清洗機訂制清洗機産品清洗機用途清洗機設備掃描關(guān)注官方微信
