CN102152541A - 一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，涉及在工程塑胶表面获得金属复合层的方法提供一种可提升塑胶镀金属产品的功能和品质，可降低生产成本，整个工艺流程无需使用任何水液，节水环保的在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法。先将塑胶坯件进行干法清洁与活化，再将活化后的塑胶坯件放入PVD炉内，在活化后的塑胶坯件上镀金属底膜层，镀金属底膜层后的塑胶坯件经等离子活化后，喷镀有机涂层，最后将塑胶坯件放入PVD内镀金属面膜层，得金属化工程塑胶制品。适用于卫浴、电子、家电与汽车等行业。

Description

一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法
技术领域
本发明涉及在工程塑胶表面获得金属复合层的方法，特别是涉及一种采用全干法在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法。
背景技术
在塑胶表面进行传统水(湿法)电镀可获得高防腐、高耐磨、镜面高光且装饰极强之产品，此种塑胶金属化(镀Cu/Ni/Cr金属膜)应用广泛，且盛行已久。但水电镀工艺存在以下缺点：(1)耗水耗能大，且产出大量废水。(2)使用有害化学镀液与添加剂。(3)排放有毒废气。(4)耗用金属量大。(5)使用对人体有害的六价铬。(6)对基材表面要求高，适用窄。显然，这一传统工艺对环境污染及危害颇大，亟需改进。多年来，众多科研者致力于传统水电镀工艺改进，并取得一定的初步成果：干法镀膜工艺已经被开发，其应用已可取代部分塑胶电镀产品。中国专利CN 101338409公开一种汽车轮毂盖镀膜方法，依次包括预处理、光固化底涂、离子轰击镀铬、光固化面涂等步骤。该发明采用干法镀取代传统的湿法电镀，采用铝层取代传统的Ni-Cu-Cr三金属涂层。该干法镀法不含有毒物质，没有三废问题，无需三废处理，工艺过程简单，对环境无污染。工人劳动条件好，对工人身体健康影响小。不需要使用铜、镍、铬等贵重金属，只使用少量铝，成本大大降低。工艺简单，工序少，生产成本低。用电量约为电镀的1/5～1/7，用水量约为电镀的1/10～1/20。整体生产成本约为电镀的1/2，具有较高的经济效益。并在光固化面涂原料中加入纳米陶瓷粒子，改进了分散和混合工艺，显著提高了表面耐磨性。
中国专利CN1468976公开一种适用金属及非金属的表面处理方法，主要是有鉴于现有的表面处理方法对环境污染严重，且处理后其防腐蚀效果及表面光泽度差，乃研发一种具导电性可供物品定位的固定架，物品定位于固定支架上，先于物品表面上一底膜，再以真空电镀形成金属电镀层，之后，将固定架连同物品直接进行电着披覆，使电镀层表面形成抗腐蚀性高、耐磨、具光泽性的压克力层，藉此可有效改善普通表面处理方法存在的问题。上述干法镀膜也有采用电泳涂装做面漆。然而该干法镀膜技术仍存在以下问题与缺点：
1)所用清洗及除油步骤仍大都使用化学药剂，并排出废水。
2)镀膜坯件表面存在缺陷(斑痕、析出物、油渍、气泡、凹凸点、粗糙表面、橘纹、刮痕等)时，以此干法镀膜工艺，无法掩盖原有缺陷，故此项工艺对基材坯件表面要求极高，不易得出高光平整镜面产品。
3)表面有机涂层直接暴露于外，耐候及耐水性较为差。
4)最外层为有机物，而非金属膜，故硬度较差，缺乏金属质感。
5)塑胶件与底漆层间、底漆层与金属膜间、及金属膜与面漆层间界面缺乏活化步骤，因此各层间结合力不足或不够稳定。
6)需要喷涂底漆与面漆，良品率不高，且VOC排放量高，不环保。
7)对底漆要求较高，不同基材需要不同底漆，针对一些新材料无对应底漆，灵活性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的干法镀膜所存在缺点，提供一种可提升塑胶镀金属产品的功能和品质，可降低生产成本，整个工艺流程无需使用任何水液，节水环保的在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法。
本发明包括以下步骤：
1)将塑胶坯件进行干法清洁与活化；
在步骤1)中，所述塑胶坯件可选自热塑性塑胶或热固性塑胶等，所述热塑性塑胶可选自ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA等热塑性塑胶中的一种，或玻纤增强的ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA等热塑性塑胶中的一种；所述热固性塑胶可选自BMC等；所述将塑胶坯件进行干法清洁，可先将塑胶坯件干布擦拭，再送入静电除尘机内吹拂去尘；所述活化，可将清洁后的塑胶坯件转挂到气相物理沉积(PVD)炉内，以等离子气体辉光活化。
2)将活化后的塑胶坯件放入PVD炉内，在活化后的塑胶坯件上镀金属底膜层；
在步骤2)中，所述金属可为铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等金属中的一种，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等金属的化合物中的一种；所述金属底膜层的厚度可为0.05～3μm；所述在活化后的塑胶坯件上镀金属底膜层M1的真空压力可为5×10-3Pa，镀金属底膜层的时间可为5～60min；镀金属底膜层的方法可采用溅射镀、电弧镀或蒸发镀等。
3)镀金属底膜层后的塑胶坯件经等离子活化后，喷镀有机涂层；
在步骤3)中，所述有机涂层的厚度可为5～60μm；所述喷镀有机涂层的方法可为：
在PVD炉内开离子源，通保护气体，在金属底膜层上进行等离子辉光活化后，移出PVD炉，转挂至喷漆旋转线，并喷镀光固化涂料(UV)或烤漆层，再送入红外线烘炉，进行喷漆膜层流平、烘干后，在紫外线光固化炉内接受照射固化交联或热固化交联；
所述保护气体可采用氮气、氩气或氧气等；所述等离子辉光活化的时间可为2～10min；所述漆层的厚度可为5～60μm；所述烘干的温度可为40～80℃，烘干的时间可为3～10min；所述照射固化交联的时间可为10～45s；所述热固化交联温度70～180℃，时间为10～90min；所述喷镀有机涂层的方法可采用液体喷涂、电泳沉积或粉末喷涂等。
4)将步骤3)得到的塑胶坯件放入PVD内镀金属面膜层，得金属化工程塑胶制品。
在步骤4)中，所述金属面膜层的厚度可为0.05～3μm；所述金属可采用铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等金属，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等金属的化合物；所述镀金属面膜层的方法可为：
将塑胶坯件转挂至PVD炉内，开离子源，通保护气体，在固化后喷漆膜层进行离子辉光活化；关闭离子源，打开电弧靶、溅射靶或蒸发电源，进行镀金属膜；
所述保护气体可采用氮气、氩气或氧气等；所述离子辉光活化的时间可为2～10min；所述电弧镀铬的时间可为5～60min。
由于本发明的膜层结构采用上下两层金属，其间的夹层为有机涂层，称之为夹层复合镀膜，且此有机涂层主要起到流平、遮盖坯件表面缺陷、提高光泽度等功效，因此本发明可取代现有的传统水(湿法)电镀。
经测试，由本发明制得的金属化工程塑胶制品不仅具有防腐、耐磨、耐候、耐温和多彩性等优点，而且表面坚硬平滑，可与传统水(湿法)电镀塑胶产品品质相媲美，祛除传统水(湿法)电镀中的粗化、活化水洗过程，不使用任何有害电镀药液，尤其是不采用有毒的六价铬。同时，过程中金属耗用量小，废气极少，又完全无废水排放，故是一种经济且绿色环保的新型镀膜技术。本发明开拓了广谱塑胶金属化领域，镀出产品功能优异且外观优良，非常适用于卫浴、电子、家电与汽车等行业。
附图说明
图1为本发明在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜实施例的剖面图(400X)。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步的说明。
实施例1 一种PC/ABS镜壳镀铬示例
1)将PC/ABS注塑成型坯件送入PVD炉内进行等离子源辉光清洗与活化(条件为电流0.3A，偏压100V，氩气流速30SCCM，氧气流速20SCCM，炉内真空压力0.1Pa，活化时间5min)。
2)PVD炉内开电弧靶，在PC/ABS坯件表面实施镀铬(条件：靶电源电流60A，偏压100V，氩气流速50SCCM，炉内真空压力0.1Pa，镀铬时间12min)。
3)镀铬(金属底膜)后对坯件表面实施等离子活化(条件为离子源电流0.3A，偏压100V，工作气体为Ar2及O2混合气流，活化时间5min)。
4)坯件出炉，喷一层10μm厚UV漆。用IR灯烘烤漆层(60℃×5min)，再经UV灯固化(1000J/m2×20s)。
5)将光固化后坯件转挂入PVD炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流0.3A，偏压100V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流为Ar2及O2混合气流，混合比率50SCCM∶50SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.2μm金属(Cr)面层(电弧镀膜条件：铬靶电流60A，偏压100V，通入30SCCM Ar2，真空压力0.2Pa，镀膜时间20min)。
由此工艺所得制品，表面高光如镜，且可通过下列功能测试：
(A)CASS防腐蚀：           8h；
(B)冷热冲击循环           4个循环；
(C)落砂冲击：             12L落砂；
(D)结合力(百割)：         5A；
(E)水浸38℃：             24h；
(F)铅笔硬度(三菱)：       2H；
(G)RCA耐磨测试：          450回。
实施例2 一种ABS镀镍镜框生产示例
1)将ABS注塑成型坯件送入PVD内实施等离子气体清洗(条件：离子源电流1A，偏压100V，通入50SCCM之Ar2，真空压力0.1Pa，活化时间3min)。
2)PVD炉内开中频镍靶，在塑胶坯件表面上实施镀镍(条件：靶电源电流10A，偏压90V，通入30SCCMAr及20SCCM氧气真空压0.1Pa，镀镍时间10min)。
3)在镀镍(金属底膜)后之塑胶坯件表面实施等离子活化(条件：离子源电流1A，偏压90V，工作气流为Ar2及N2混合气流，混合比率50 SCCM∶50SCCM，真空压力0.2Pa，活化时间5min)。
4)坯件出炉，喷一层25μm厚UV漆。用IR灯烘烤漆层(60℃×5min)，再经UV灯固化(1100J/m2×25s)。
5)将光固化后坯件转挂入PVD炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流1A，偏压100V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流为Ar2及N2混合气流，混合比率50SCCM∶50SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.1μm的仿镍色面层(镀仿镍层条件：锆靶电流70A，偏压100V，通入300SCCM氮气及100SCCM Ar气，真空压力0.5Pa，镀膜时间10min)。
由此工艺获得制品表面高光如镜，且可通过下列功能测试：
(A)CASS防腐蚀：          8h；
(B)冷热冲击循环：             4个循环；
(C)落砂冲击：                 12L落砂；
(D)结合力(百割)：             5B；
(E)水浸38℃：                 24h；
(F)铅笔硬度(三菱)：           2H；
(G)RCA耐磨测试：              450回。
实施例3 一种BMC热固性塑胶坯件镀不锈钢冰箱把手示例
1)将BMC注塑成型坯件送入PVD炉内进行等离子源辉光清洗与活化(条件：离子源电流1A，偏压100V，氮气50SCCM和氩气50SCCM，真空压力0.2Pa，活化时间5min)。
2)PVD炉内开电弧靶，在BMC坯件表面实施镀铬(条件：靶源电流50A，偏压100V，通入50SCCM之Ar2，真空压力0.1Pa，镀铬时间10min)。
3)镀铬(金属底膜)后之塑胶坯件表面实施等离子活化(条件：离子源电流2A，偏压100V，工作气流为Ar2及O2混合气流，混合比率50 SCCM∶50SCCM，真空压力0.2Pa，活化时间5min)。
4)坯件出炉，喷一层60μm厚粉末涂层。粉末喷涂层在烘箱内固化(160℃×20min)。
5)将热固化后坯件转挂入PVD炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流2A，偏压100V，炉内真空压力0.3Pa，工作气体为Ar2与N2混合气流，混合比率50SCCM∶50SCCM，活化时间5min)，接着粉末涂层上镀1μm厚金属(不锈钢)面层(镀不锈钢层条件：溅射不锈钢靶电流10A，偏压100V，通入50SCCM的Ar2，真空压力0.1Pa，镀膜时间40min)。
由此工艺所得之制品表面光滑平整，并且通过下列之功能试验：
(A)CASS防腐蚀：          64h；
(B)冷热冲击循环：        8个循环；
(C)落砂冲击：            12L落砂；
(D)结合力(百割)：        4A；
(E)水浸38℃：            24h；
(F)铅笔硬度(三菱)：      3H；
(G)RCA耐磨测试：         500回。
实施例4 在玻纤增强PPO塑胶基材镀无铅铜应用示例
1)将玻纤增强(40％)PPO注塑成型坯件送入PVD炉内进行等离子源辉光清洗与活化(条件：离子源电流1A，偏压160V，真空压力0.2Pa，通入流速为50SCCM之Ar2及50SCCM O2活化时间5min)。
2)PVD炉内开中频溅射源，使用铜锌合金靶(锌含量为40％)，在玻纤增强PPO坯件表面实施Cu/Zn合金溅射镀膜(条件：靶源电流10A，偏压110V，炉内真空压力0.1Pa，通入流速为50SCCM之Ar2，镀合金膜时间15min)。
3)在镀妥合金铜(金属底膜)塑胶坯件表面实施等离子活化(条件：离子源电流1A，偏压160V，炉内真空压力0.1Pa，活化时间5min)。
4)坯件出炉，喷一层45μm厚UV粉末。用IR灯烘烤漆层(120℃×5min)，再经UV灯固化(1100J/M2×40s)。
5)将光固化后坯件转挂入PVD炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流1A，偏压160V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流Ar2与N2，混合比率为50CCM∶50SCCM，活化时间5min)；接着漆层镀一层0.5μm厚铜/锌合金面层(中频溅射镀膜条件：合金靶电流10A，偏压110V，通入30SCCM的Ar，真空压力0.1Pa，镀膜时间35min)
由此工艺获得制品表面平整光滑，且可通过下列功能测试：
(A)CASS防腐蚀：                16h；
(B)冷热冲击循环：              4个循环；
(C)落砂冲击：                  12L落砂；
(D)结合力(百割)：              5B；
(E)水浸38℃：                  24h；
(F)铅笔硬度(三菱)：            2H；
(G)RCA耐磨测试：               500回。
实施例5 一种PA6加玻纤矿粉(增强型PA6)镀铬水龙头示例
1)将增强型PA6注塑成型坯件送入PVD炉内进行等离子源辉光清洗与活化(条件：离子源电流1A，偏压100V，通入50SCCM的Ar2和50SCCM O2，真空压力0.2Pa，活化时间5min)
2)PVD炉内开电弧靶，在增强型PA6坯件表面实施镀铬(条件：靶电源电流100A，偏压100V，真空压力0.2Pa，通入50SCCM的Ar2，镀铬时间20min)。
3)镀铬(金属底膜)后之坯件表面实施等离子活化(条件：离子源电流2A，偏压100V，工作气流为Ar2与O2之混合气体，混合比率50SCCM∶50SCCM，真空压力0.2Pa，活化时间5min)。
步4)接着电泳沉积一层40μm厚电泳漆。电泳漆层在烘箱内固化(140℃×20min)。
5)将热固化后坯件转挂入PVD炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流2A，偏压100V，工作气体为Ar2与N2混合气，混合比率50SCCM∶50SCCM，炉内真空压力0.2Pa，活化时间5min)，接着电泳漆层镀0.5μm厚金属(Cr/Ni/Cr)面层(电弧镀铬条件：铬靶及镍靶电流50A，偏压100V，通入50SCCMAr2，真空压力0.2Pa，镀膜时间20min，再镀铬10min)。
由此工艺所得之制品表面光滑平整，并且通过下列之功能试验：
(A)CASS防腐蚀：                  24h；
(B)冷热冲击循环：                4个循环；
(C)落砂冲击：                    12L落砂；
(D)结合力(百割)：                5B；
(E)水浸38℃：                    24h；
(F)铅笔硬度(三菱)：              3H；
(G)RCA耐磨测试：                 500回。
以上功能测试包括：
1、抗腐蚀功能测试：
1)CASS试验(ASTM B368-09)；
2)AASS试验(ASTM G85-09)。
2、抗磨耗功能测试：
落砂试验(ASTM D968-05)。
3、结合力测试：
1)百割测试(ASTM D3359-02)；
2)冷热循环试验(ASME A112.18.1-2005/CSAB125.1-05)。
4、耐候测试
QUV测试(ASTM G154)。
5、耐水测试
水浸测试(ASTM D870-02)。
6、耐划伤性测试
1)铅笔硬度测试(ASTM D3363-05)；
2)耐划伤性测试(ASTM D5178-9)。
7、耐化学性测试
耐化学性测试(ASTM D1308-02)。
图1给出本发明在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜实施例的剖面图(400X)，在图1中，标记1为金属面膜，标记2为有机涂层，标记3为金属底膜，标记4为塑料基材；最上层为做切片分析用的环氧树脂。

Claims (10)

1.一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将塑胶坯件进行干法清洁与活化；
2)将活化后的塑胶坯件放入PVD炉内，在活化后的塑胶坯件上镀金属底膜层；
3)镀金属底膜层后的塑胶坯件经等离子活化后，喷镀有机涂层；
4)将步骤3)得到的塑胶坯件放入PVD内镀金属面膜层，得金属化工程塑胶制品。
2.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤1)中，所述塑胶坯件选自热塑性塑胶或热固性塑胶。
3.如权利要求2所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于所述热塑性塑胶选自ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA热塑性塑胶中的一种，或玻纤增强的ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA热塑性塑胶中的一种。
4.如权利要求2所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于所述热固性塑胶选自BMC。
5.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤1)中，所述将塑胶坯件进行干法清洁，是先将塑胶坯件干布擦拭，再送入静电除尘机内吹拂去尘。
6.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤1)中，所述活化，是将清洁后的塑胶坯件转挂到气相物理沉积炉内，以等离子气体辉光活化。
7.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤2)中，所述金属为铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛金属中的一种，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛金属的化合物中的一种；所述金属底膜层的厚度为0.05～3μm；所述在活化后的塑胶坯件上镀金属底膜层M1的真空压力为5×10-3Pa，镀金属底膜层的时间为5～60min；镀金属底膜层的方法采用溅射镀、电弧镀或蒸发镀。
8.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤3)中，所述有机涂层的厚度为5～60μm；所述喷镀有机涂层的方法为：
在PVD炉内开离子源，通保护气体，在金属底膜层上进行等离子辉光活化后，移出PVD炉，转挂至喷漆旋转线，并喷镀光固化涂料或烤漆层，再送入红外线烘炉，进行喷漆膜层流平、烘干后，在紫外线光固化炉内接受照射固化交联或热固化交联；
所述保护气体采用氮气、氩气或氧气；所述等离子辉光活化的时间为2～10min；所述漆层的厚度为5～60μm；所述烘干的温度为40～80℃，烘干的时间为3～10min；所述照射固化交联的时间为10～45s；所述热固化交联温度70～180℃，时间为10～90min；所述喷镀有机涂层的方法采用液体喷涂、电泳沉积或粉末喷涂。
9.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤4)中，所述金属面膜层的厚度为0.05～3μm；所述金属采用铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛金属，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛金属的化合物。
10.如权利要求1所述的一种在工程塑胶表面制备夹层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤4)中，所述镀金属面膜层的方法为：
将塑胶坯件转挂至PVD炉内，开离子源，通保护气体，在固化后喷漆膜层进行离子辉光活化；关闭离子源，打开电弧靶、溅射靶或蒸发电源，进行镀金属膜；
所述保护气体采用氮气、氩气或氧气；所述离子辉光活化的时间为2～10min；所述电弧镀铬的时间为5～60min。
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