CN100595325C - 一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法，包括如下步骤：木材表面处理，尺寸稳定性处理，敏化活化处理，化学镀铜，镀后处理，最后热压胶合并着色/涂饰处理而成。本发明的方法不仅使薄木具备金属质感，起到一定的装饰性，又使得电磁屏蔽的安全性和金属利用率的结合得到了提升，可以有效地防止电磁污染。

Description

一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法

技术领域

本发明涉及一种木材加工处理方法，具体地说，涉及一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法。属于木材加工及金属镀覆交叉复合领域。

背景技术

化学镀铜因其良好的延展性、导热性和导电性以及化学镀所特有的无边缘效应发展迅速，化学镀铜层既可作为木材/金属镀覆的打底层，又可以作为装饰层，因此具有很宽阔的发展前途。但是，化学镀技术的真正价值在木材加工行业中也没有体现出来。

化学镀铜技术引入到木材的处理中，不仅能够很好地解决木材的金属镀膜工艺的实际生产问题，还能在很大程度上降低现行的贴箔或喷镀所产生的镀膜不均的现象，并且使木材保持其原来的纹理不被覆盖，具备了良好的装饰性。

本申请的发明人一直致力于木材化学镀技术的研究，申请了发明名称为一种木材表面化学镀铜的组合物及其化学镀铜方法(公开号CN1974840C)的发明专利，用于木材表面化学镀铜的组合物、含有铜化合物、络合剂和还原剂。所述的镀铜方法是把木材置入所述的组合物溶液中，利用化学反应将铜离子还原而均匀地沉积在木材表面，使木材表面具有金属装饰效果和导电性能。

本发明将木材化学镀铜技术引入到木材加工行业，从中发现化学镀铜技术在实际生产中可能遇到的问题，并以此改进技术，优化工艺，提高镀液稳定性，镀层平整度，颜色，形成了一套新型木质电磁屏蔽材料的制备技术及其工艺参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法。

为了实现本发明目的，本发明的一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法，包括如下步骤：

1)木材表面处理

2)尺寸稳定性处理

3)敏化活化处理

4)化学镀铜

先配置镀铜液，所述镀铜液为硫酸铜8～15g/L、乙二胺四乙酸盐25～50g/L、聚乙二醇(聚合度6000)25～45mg/L、2，2’-联吡啶15～35mg/L，剩余为水，并调整pH值为12.0～12.8，升温至40～55℃，加入甲醛6～12ml/L，将步骤3)所得到的木材浸渍在镀铜液中10～25min；

5)镀后处理

将木材取出后用50～60℃的水清洗3～5min；并放入钝化液中浸泡3～5min；取出后，充分水洗；再烘干或自然晾干，所述钝化液为苯骈三氮唑(BTA)5～10g/L、柠檬酸10～30g/L、磺基水杨酸2～10g/L，剩余为水；

6)热压胶合

7)着色/涂饰处理。

本发明所用的水可以为自来水、蒸馏水或去离子水。以蒸馏水或去离子水为佳。

本发明所述木材表面处理一般包括工件表面砂光以及热水清洗。通过砂光来处理木材表面，可用高目数砂纸将木材表面磨光，除去毛刺、杂质。砂光是为了去除木材表面的杂质、缺陷等，如采用薄木贴面，由于薄木是由刨削加工而来，表面相对较为平整，且厚度较小，0.35～0.6mm。因此，可根据需要来选择，适当打磨或省去。

具体地说，所述木材表面处理为先将表面磨光的木材浸入70～80℃水中浸煮5～20min(薄木浸煮5～10min)，然后烘干或自然晾干。

由于木材本身含有一些抽提物如多元酚，树脂酸类，脂类和碳水化合物等，特别是针叶材中普遍含有较多的树脂，会使后期处理中的亲油基团不能有效地附着于木材上，从而导致镀膜质量降低甚至无法施镀。因此，需要使用热水蒸煮来除去木材表面的抽提物。

步骤2)所述尺寸稳定性处理为将步骤1)处理的木材浸泡于尺寸稳定液中10～15min，取出后用清洗液清洗，再烘干或自然晾干，所述尺寸稳定液由50～100g聚乙二醇和1L甲苯组成，所述清洗液为甲苯溶液。

由于在后期的处理过程中木材会反复地浸渍、干燥，有一定的干缩湿胀，所以需要对木材的导管或管孔进行封闭，一方面能够阻止水分过于频繁地出入木材内部，另一方面也能从一定程度上阻止木材内部抽提物渗出影响镀层质量和镀液稳定。因此，对木材进行尺寸稳定处理，在浸泡时可适当晃动木材，以保证工件各个表面被稳定液浸渍。清洗液清洗是为了去除工件死角处的固体物。

步骤3)所述敏化活化处理为：将尺寸稳定性处理后的木材用蒸馏水水洗1～2min，然后在敏化液中浸泡1～2min，再经水洗15～30s，然后于活化液中浸泡1～2min后用水洗30s～1min，再经烘干或自然晾干，所述敏化液的成分为：氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O)10～25g/L、盐酸(HCl)30～50ml/L，1～2个锡粒或锡条，剩余为水；所述活化液的成分为：氯化钯(PdCl₂)0.25～1g/L、盐酸20～40ml/L，剩余为水。

本发明敏化液浸泡后可分别用自来水和蒸馏水进行两次水洗。

本发明可在常温下配制敏化液与活化液。敏化、活化液在失效之前可重复使用多次。

本发明在木材化学镀膜前，进行敏化，活化处理，即预吸附药剂。其目的是在基材上均匀牢固地形成一层能催化非电解镀铜的催化剂。

本发明采用敏化、活化分开处理的工艺，较为适合露天、工厂的生产。

一般来说，敏化之后的木材表面颜色会比敏化前稍浅一些；

敏化后，在进入活化液之前，要给予适当的水洗，以形成一层膜，使得活化液中的钯离子更好的吸附，但清洗力度过大，会导致镀层质量下降。因此，把握好清洗的尺度是提高活化液利用率的主要手段。

活化后，也要参与水洗，将多余的钯离子去除，防止钯离子进入镀液，导致镀液失效。一般来说，活化之后的工件表面要比原来颜色深一些。

步骤4)中镀铜液的主要成分为金属铜盐，根据不同的处理工艺还需选择不同的络合剂、还原剂和其它添加剂等。本工艺选用CuSO₄作为金属盐；络合剂可以在维护镀液稳定性的同时提高镀层的质量，所采用的络合剂是非电解镀铜溶液广泛使用的络合剂，其污水处理比较容易，沉积速率快，因此在本工艺中使用乙二胺四乙酸盐作为络合剂；还原剂的价格也便宜，具有便利性和有效性。

本发明镀铜液的配制顺序：

1)将CuSO₄溶于水中，搅拌直至全部溶解；

2)加入络合剂相混合并充分搅拌；

3)溶液呈酸性，调整pH值至7～8；

4)依次加入除甲醛以外的其它试剂；

5)用蒸馏水调至规定的体积，并用氢氧化钠溶液调整至规定的pH值；

6)升温至50℃；

7)加入甲醛，并充分混合搅拌。

此外，化学镀铜中所有固体化学材料都应分别单独用蒸馏水或去离子水溶解；化学镀铜液对于铜盐的纯度要求较高。

将木材浸入镀铜液中，用压缩空气搅拌镀铜液，以利木材表面气泡的排出和镀液的稳定。每批出槽后，测定pH值，并用氢氧化钠水溶液调整镀铜液的pH值，镀至所需时间。停工后，继续用压缩空气搅拌镀液，并加入稀硫酸溶液，调整pH值至9左右。

步骤5)中镀后处理，由于木材表面构造十分复杂，水洗可以将残留的镀液洗去。

铜及其合金在空气中很不稳定，特别是高温、高湿的场合，表面极易氧化与变色，影响其装饰性能和导电性能，因此必须进行钝化处理。钝化处理的机理在于：利用钝化剂和镀层表面形成一层较薄的固化膜，防止镀层的氧化变色。

钝化后水洗采用喷淋、流水的方式。

镀后处理也非常重要，为保证铜层不发黑，氧化过快，在与镀液温度相近的热水水洗之后，采用钝化剂钝化，并充分水洗，防止钝化后铜层发花。

步骤6)中所述热压胶合为通过热压将化学镀铜木材与木质材料胶合，热压温度在100℃以下，热压时间为30s～1min。

步骤7)通过不同的化学溶液进行着色；无须打磨，直接喷漆即可，所采用的漆种包括硝基漆、水性漆、PU漆、金属漆等。采用清漆的目的是为了最大程度上的保留铜层的颜色，不附着任何外加的颜色于其上，以达到满意的效果。

着色处理是通过不同的化学处理，使铜处于不同的化学价，显现出不同的颜色，从而起到更好的装饰性。可采用本领域常用的着色处理方法。

涂饰处理可以更好的保护铜层，漆膜厚度大，硬度高，可以有效地防止铜层被刮蹭，并防止铜变色。涂饰处理是当前木器加工厂普遍采用的最后一道工序。

本发明所采用水洗的温度一般要求：在室温不低于10℃时，敏化、活化前后的水洗，以及最后的清洗在室温下即可进行，因为操作时间较短，木材温度不太高。

镀完后的木材一定要用接近镀液温度的水清洗，尤其是在冬天较冷的时候，如果直接用冷水清洗，镀层会因激冷而收缩，出现裂纹或是脱落。

还有一点很重要，就是敏化、活化前后的去离子水洗的质量。槽洗处理工艺中，必须保证清洗水的质量。

随着大径级的原木供应日渐吃紧，绝大部分的木材加工企业采用的均为旋切薄木贴面的工艺。本发明提出的一整套以薄木为对象的化学镀镀液配方及工艺参数，镀液稳定性和持续性有明显改善，色差有所降低，流平性得以提高，不仅使薄木具备金属质感，起到一定的装饰性，又使得电磁屏蔽的安全性和金属利用率的结合得到了提升，可以有效地防止电磁污染。对于这种制备工艺不受胶合热压的影响，具有以下优点：

1、外观

经化学镀铜处理后的木质薄木不仅可以作为基底镀层，又具有一定装饰性。镀铜层经热压胶合之后依旧可以保证其光亮度、金属质感，且镀层均匀连续。(见图3和4)

2、镀铜层厚度与方块电阻

图5为方块电阻和镀铜层厚度之间的关系，由图5所示，顺纹和横纹方向上的电阻随着镀层厚度的增加最后的方块电阻都达到0.07Ω/□左右(方块电阻的定义是：在长和宽相等的样品上测量的金属化镀膜的电阻。方块电阻的大小与样品尺寸无关)，二次镀覆时完全可以采用电镀或电刷镀等工艺。当厚度达到3.5μm，已经完全覆盖了木材纹理表面，使得木材表面呈现金属特征和性质。

3、电磁屏蔽效能

在9～1500MHZ的频率范围内进行电磁屏蔽效能的测定，化学镀铜电磁屏蔽材料的电磁屏蔽效能范围大约是从25～40dB。其中，从低频到高频，屏蔽效能有逐渐降低的趋势。图6为化学镀铜电磁屏蔽材料和实木的电磁屏蔽效能的比较。

4、化学镀铜和铜箔贴面工艺成本比较

表1铜箔贴面和化学镀铜各项比较

附图说明

图1为本发明所述木质电磁屏蔽材料制备工艺流程示意图；

图2为本发明所述木质电磁屏蔽材料制备工艺的车间工序图；

图3为本发明镀铜木材胶合前的表面；

图4为本发明镀铜木材胶合后的表面；

图5为方块电阻和镀铜层厚度之间的关系；

图6为化学镀铜电磁屏蔽材料和实木的电磁屏蔽效能的比较。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例1-6

(1)木制电磁屏蔽材料制备工艺流程(如图1和图2所示)：

基材处理——尺寸稳定处理——清洗处理——敏化处理——活化处理——化学镀——镀层检查——镀后处理——热压胶合——涂饰处理——成品。

(2)详细步骤：

1、基材处理

①用高目数砂纸将工件的2个面磨光，除去毛刺、杂质。

②将工件浸入70℃的自来水中浸煮10min。

③烘干或自然晾干。

2、尺寸稳定处理

①将工件放入尺寸稳定液中浸泡10min，进行尺寸稳定处理。其间，适当晃动工件，以保证工件各个表面被稳定液浸溃。

②浸渍取出后用甲苯清洗，去除工件死角处的固体物。

③烘干或自然晾干。

3、敏化活化处理

①在常温下配制敏化液与活化液。敏化、活化液在失效之前可重复使用多次；

②处理过程：蒸馏水水洗1～2min→敏化液中浸泡1～2min→自来水洗15～30s→蒸馏水水洗15s→活化液中浸泡1～2min→蒸馏水水洗30s～1min；

③烘干或自然晾干。

4、化学镀铜

①常温下配制镀铜液；

②配置pH调整剂：氢氧化钠水溶液，用来调整溶液的pH值；

③预热工件；

④加温镀液，使镀液温度达到50℃，加入甲醛，充分搅拌。

将工件浸入镀液中，用压缩空气搅拌镀液。每批工件出槽后，测定pH值，并用氢氧化钠水溶液调整镀铜液的pH值，镀至所需时间。

⑤停工后，继续用压缩空气搅拌镀液，并加入稀硫酸溶液，调整pH值至9左右。

5、镀后处理

①取出后用50℃的自来水清洗5min；

②将工件放入钝化液中浸泡5min；

③取出后，充分水洗；

④烘干或自然晾干。

6、热压胶合

通过热压将化学镀铜薄木与木质材料胶合，温度在90℃，时间为1min。

7、着色/涂饰处理

①通过不同的化学溶液进行着色；比如黑色：硫化钠5～12.5g/L，氯化铵20～200g/L，室温涂布后放置数分钟。铜绿色：硝酸铜25g/L，氯化铵25g/L，氯化钾25g/L，常温下涂布。

②无须打磨，直接喷漆采用封闭或是开放漆均可，所采用的漆种包括硝基漆、水性漆、PU漆、金属漆等。

(3)各步骤的工艺条件

表2实施例1-6的基材处理条件

表3实施例1-6的尺寸稳定液

表4实施例1-6的敏化液

表5实施例1-6的活化液

表6实施例1-6的镀铜溶液

注：EDTA为乙二胺四乙酸。

表7实施例1-6的钝化液

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种制备木质电磁屏蔽材料的化学镀方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)木材表面处理

2)尺寸稳定性处理

将步骤1)处理的木材浸泡于尺寸稳定液中10～15min，取出后用清洗液清洗，再烘干或自然晾干，所述尺寸稳定液由50～100g聚乙二醇和1L甲苯组成，所述清洗液为甲苯；

3)敏化活化处理

将尺寸稳定性处理后的木材用水洗1～2min，然后在敏化液中浸泡1～2min，再经水洗15～30s，然后于活化液中浸泡1～2min后用水洗30s～1min，再经烘干或自然晾干，所述敏化液的成分为：氯化亚锡10～25g/L、盐酸30～50ml/L，1～2个锡粒或锡条，剩余为水；所述活化液的成分为：氯化钯0.25～1g/L、盐酸20～40ml/L，剩余为水；

4)化学镀铜

先配置镀铜液，所述镀铜液为硫酸铜8～15g/L、乙二胺四乙酸盐25～50g/L、聚乙二醇25～45mg/L、2，2’-联吡啶15～35mg/L，剩余为水，并调整pH值为12.0～12.8，升温至40～55℃，加入甲醛6～12ml/L，将步骤3)所得到的木材浸渍在镀铜液中10～25min；

5)镀后处理

将木材取出后用50～60℃的自来水清洗3min；并放入钝化液中浸泡3～5min；取出后，充分水洗；再烘干或自然晾干，所述钝化液为苯骈三氮唑5～10g/L、柠檬酸10～30g/L、磺基水杨酸2～10g/L，剩余为水；

6)热压胶合

7)着色/涂饰处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述木材表面处理为：先将表面磨光的木材浸入70～80℃水中浸煮5～20min，然后烘干或自然晾干。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热压胶合为通过热压将化学镀铜木材与木质材料胶合，热压温度在100℃以下，热压时间为30s～1min。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述镀铜液的配制顺序为：a.将硫酸铜溶于水中，搅拌直至全部溶解；b.加入乙二胺四乙酸盐，混合并充分搅拌；c.溶液呈酸性，调整pH值至7～8；d.依次加入除甲醛以外的其它试剂；e.用蒸馏水调至规定的体积，并用氢氧化钠溶液调整至规定的pH值；f.升温至50℃；g.加入甲醛，并充分混合搅拌。

Images