CN106283051B - 复合材料结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料结构及其制备方法，复合材料结构包括塑料基层、物理气相沉积层、第一电镀层、第二电镀层及第三电镀层。物理气相沉积层包括第一沉积分层及第二沉积分层，第一沉积分层贴合于塑料基层上，第二沉积分层贴合于第一沉积分层远离塑料基层的侧面上。第一电镀层贴合于第二沉积分层远离第一沉积分层的侧面上。第二电镀层贴合于第一电镀层远离第二沉积分层的侧面上。第三电镀层贴合于第二电镀层远离第一电镀层的侧面上。上述复合材料结构通过依次叠加设置塑料基层、物理气相沉积层、第一电镀层、第二电镀层及第三电镀层，能够使得各层结构之间的结合力更强，附着力更好，且制备上述复合材料结构时，毒性较小。

Description

复合材料结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料表面处理技术领域，特别是涉及一种复合材料结构及其制备方法。
背景技术
目前，在塑料基材表面上，通过实施金属化的工艺不仅可以增加美观，而且补偿塑料的缺点，赋予金属的性质，统一结合了塑料及金属的特性。
进一步的，在塑料基材表面进行金属化的工艺主要有两种方式：传统水电镀工艺和物理气相沉积工艺，但是，分别采用这两种工艺用于实现塑料基材金属化均存在缺陷。
其中，传统水电镀化学镍层具有附着力强、结合力高、导电性好的性能特点，能够为塑胶表面处理提供一种稳定成熟的前处理工艺。然而，传统水电镀化学镍工艺需要经过亲水、粗化、中和、钯水、解胶、化学镍电镀工序，其生产耗水量较大，添加的化学药剂种类多，不利于水资源环境的利用与保护；而且，尤其是由于该结构中的电镀六价铬层工序的存在，六价铬毒性大，容易致癌，污水处理费用高的弊端，而且产品不能符合欧盟WEEE和ROHS指令要求，造成出口难，不能真正实现电镀的清洁生产。
其中，物理气相沉积工艺由于缺乏对塑料基层的处理工序，其所形成的膜层在附着力与结合力方面不足以满足要求，这种不足虽然可以通过添加喷漆涂层来弥补，但造成成本高额难以推广应用。若采用喷漆涂层与物理气相沉积膜层相结合的替代方案，但这种方案的成本高昂，批量生产受到相应限制。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够毒性较小且各层结构之间的结合力较强的复合材料结构及其制备方法。
一种复合材料结构，包括：
塑料基层，
物理气相沉积层，包括第一沉积分层及第二沉积分层，所述第一沉积分层贴合于所述塑料基层上，所述第二沉积分层贴合于所述第一沉积分层远离所述塑料基层的侧面上；
第一电镀层，贴合于所述第二沉积分层远离所述第一沉积分层的侧面上；
第二电镀层，贴合于所述第一电镀层远离所述第二沉积分层的侧面上；及
第三电镀层，贴合于所述第二电镀层远离所述第一电镀层的侧面上。
在其中一个实施例中，所述第一沉积分层为钛金属沉积层。
在其中一个实施例中，所述第二沉积分层为铜金属沉积层。
在其中一个实施例中，所述第一电镀层为铜金属电镀层。
在其中一个实施例中，所述第二电镀层包括依次层叠的多层第二电镀分层。
在其中一个实施例中，所述第二电镀分层为光镍电镀层、半光镍电镀层或珍珠镍电镀层。
在其中一个实施例中，所述第三电镀层为三价铬电镀层。
在其中一个实施例中，所述塑料基层的材质为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚碳酸酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、尼龙、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的尼龙、玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的聚碳酸酯和矿粉增强的尼龙中的任意一种。
一种复合材料结构的制备方法，包括如下步骤：
通过注塑操作，得到塑料基层；
对所述塑料基层进行预处理；
在所述塑料基层上进行物理气相沉积操作，依次形成第一沉积分层及第二沉积分层；
在所述第二沉积分层上进行电镀铜操作，得到第一电镀层；
在所述第一电镀层上进行电镀镍操作，得到第二电镀层；
在所述第二电镀层上进行电镀铬操作，得到第三电镀层。
在其中一个实施例中，所述预处理操作具体包括如下步骤：
将所述塑料基层进行碳氢真空除油操作；
将所述塑料基层进行烘烤操作；
将所述塑料基层进行等离子清洗操作。
上述复合材料结构通过依次叠加设置塑料基层、物理气相沉积层、第一电镀层、第二电镀层及第三电镀层，能够使得各层结构之间的结合力更强，附着力更好，且制备上述复合材料结构时，毒性较小。
附图说明
图1为本发明一实施方式的复合材料结构的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的复合材料结构的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图1，复合材料结构10包括：塑料基层100、物理气相沉积层200、第一电镀层300、第二电镀层400及第三电镀层500，塑料基层100、物理气相沉积层200、第一电镀层300、第二电镀层400及第三电镀层500依次叠加设置。
请参阅图1，塑料基层100作为复合材料结构10的基底层，起到支撑整体结构的作用。例如，所述塑料基层的材质为烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金(PC/ABS)、尼龙(PA6/PA66)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的尼龙、玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的聚碳酸酯和矿粉增强的尼龙中的任意一种；又如，所述塑料基层的材质为烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)结构强度较高，不仅具有优良的综合性能，易于加工成型，而且其表面易于侵蚀而获得较高的镀层结合力，当采用物理气相沉积工艺在塑料基层100上形成物理气相沉积层200上，塑料基层100与物理气相沉积层200的结合力较好，无需额外在两者之间喷射喷漆涂层作为中间层。
请参阅图1，物理气相沉积层200包括第一沉积分层210及第二沉积分层220，第一沉积分层210贴合于塑料基层100上，第二沉积分层220贴合于第一沉积分层210远离塑料基层100的侧面上，例如，第一沉积分层210及第二沉积分层220采用物理气相沉积工艺(PVD)在塑料基层100依次形成。可以理解，第一沉积分层具有两侧面，其一贴合于塑料基层上，另一为远离塑料基层的侧面，贴合于第二沉积分层，其余实施例以此类推。
为了提高所述第一沉积分层与所述塑料基层的结合力，以及所述第一沉积分层与所述第二沉积分层之间的结合力，例如，所述第一沉积分层为钛金属沉积层，所述钛金属沉积层采用物理气相沉积工艺在所述塑料基层上形成；又如，所述第二沉积分层为铜金属沉积层，铜金属沉积层采用物理气相沉积工艺在所述钛金属沉积层上形成；又如，所述第一沉积分层为铬金属沉积层，所述铬金属沉积层采用物理气相沉积工艺在所述塑料基层上形成；又如，所述第一沉积分层作为整体金属结构层的打底层，所述第二沉积分层作为导电层，用于起到导电的作用，如此，能够提高所述第一沉积分层与所述塑料基层的结合力，以及所述第一沉积分层与所述第二沉积分层之间的结合力。
请参阅图1，第一电镀层300贴合于第二沉积分层220远离第一沉积分层210的侧面上，例如，第一电镀层300采用电镀工艺在第二沉积分层220上形成，这样，第一电镀层300与第二沉积分层220的结合力较好。
例如，所述第一电镀层为铜金属电镀层，所述铜金属电镀层通过电镀工艺在所述铜金属沉积层上形成。
为了进一步提高所述第一镀层与所述物理气相沉积层的结合力，例如，所述第一电镀层为镍金属电镀层与铜金属电镀层复合层，所述镍金属电镀层通过电镀工艺在第二沉积分层上形成，如，所述镍金属电镀层在所述铜金属沉积层上形成，在所述镍金属电镀层上继续电镀形成铜金属电镀层，所述镍金属电镀层与所述铜金属电镀层结合形成复合层，如此，通过引入镍金属电镀层能够进一步提高所述第一镀层与所述物理气相沉积层的结合力。又如，所述镍金属电镀层为瓦特镍层，通过瓦特镍层能够提升结合力。
例如，为进一步提高所述沉积层与第一电镀层的结合力，所述第一电镀层为镍金属电镀层与铜金属电镀层复合层，所述镍金属电镀层通过电镀工艺在所述铜金属沉积层上形成，所述铜金属电镀层通过电镀工艺在所述镍金属电镀层上形成，两者的厚度比为1:(25～40)，即镍金属电镀层与铜金属电镀层的厚度比为1:25～1:40。
请参阅图1，第二电镀层400贴合于第一电镀层300远离第二沉积分层220的侧面上，例如，第二电镀层400采用电镀工艺在第一电镀层300上形成，这样，第二电镀层400与第一电镀层300的结合力较好。
为了提高所述第二电镀层的厚度以及硬度，用于提高所述复合材料结构的整体厚度以及整体硬度，例如，所述第二电镀层包括依次层叠的多层第二电镀分层；又如，所述第二电镀分层为光镍电镀层、半光镍电镀层或珍珠镍电镀层，这样，能够提高所述第二电镀层的厚度以及硬度、结合力及防腐蚀性能，从而提高所述复合材料结构的整体厚度以及整体硬度、结合力及防腐蚀性能。
又如，第二电镀分层顺序为半光镍层、光镍或珍珠镍层、封口镍层或裂纹镍，三者的厚度比为30：(9～16)：(9～16)，如此，能够提高所述复合材料结构的整体厚度以及整体硬度、结合力及防腐蚀性能。
为了进一步提高所述第二电镀层的厚度以及硬度，用于进一步提高所述复合材料结构的整体厚度以及整体硬度，例如，所述第二电镀层包括六层所述第二电镀分层，由所述第二沉积分层起始，依次为光镍电镀层、珍珠镍电镀层、半光镍电镀层、珍珠镍电镀层、珍珠镍电镀层及半光镍电镀层，六者的厚度比为(1～2.5)：(1.6～3.5)：(0.1～0.15)：(2.1～2.3)：(1.8～3.1)：(1.6～1.8)；又如，所述第二电镀层包括六层所述第二电镀分层，由所述第二沉积分层起始，依次为光镍电镀层、珍珠镍电镀层、半光镍电镀层、珍珠镍电镀层、珍珠镍电镀层及半光镍电镀层，六者的厚度比为1.8：3.1：0.12：2.2：2.5：1.7，采用上述厚度比的各第二电镀分层，一方面可以提高所述第二电镀层的厚度以及硬度，用于进一步提高所述复合材料结构的整体厚度以及整体硬度；另一方面，还能够优化并充分利用各第二电镀分层的结构和材料特性，能够极大地增强所述第二电镀层中各所述第二电镀分层之间的结合力。
请参阅图1，第三电镀层500贴合于第二电镀层400远离第一电镀层300的侧面上，例如，第三电镀层500采用电镀工艺在第二电镀层400上形成，这样，第三电镀层500与第二电镀层400的结合力较好。
为了降低制造所述复合材料结构时的毒性，且增强所述第三电镀层与所述第二电镀层之间的结合力，例如，所述第三电镀层为三价铬电镀层，所述三价铬电镀层采用物理气相沉积工艺在所述第二电镀层上形成，如此，能够降低制造所述复合材料结构时的毒性，且增强所述第三电镀层与所述第二电镀层之间的结合力。
上述复合材料结构10通过依次叠加设置塑料基层100、物理气相沉积层200、第一电镀层300、第二电镀层400及第三电镀层500，能够使得各层结构之间的结合力更强，附着力更好，且制备上述复合材料结构10时，毒性较小。
为了更好地理解上述复合材料结构，又一个例子是，一种复合材料结构的制备方法，用于制备上述任一实施例所述的复合材料结构。
请参阅图2，一实施方式的复合材料结构的制备方法，包括如下步骤：
S110：通过注塑操作，得到塑料基层。
S120：对所述塑料基层进行预处理。
为了更好地对所述塑料基层进行预处理，取得较好的清洗效果，例如，所述预处理操作具体包括如下步骤：将所述塑料基层进行碳氢真空除油操作；将所述塑料基层进行烘烤操作；将所述塑料基层进行等离子清洗操作，如此，通过上述预处理过程，能够更好地去除所述塑料基层表面的杂质，便于进行后续的物理气相沉积操作。
S130：在所述塑料基层上进行物理气相沉积操作，依次形成第一沉积分层及第二沉积分层。
S140：在所述第二沉积分层上进行电镀铜操作，得到第一电镀层。
例如，所述第一电镀层通过进行电镀铜或电镀镍后，再次进行电镀铜操作得到。
S150：在所述第一电镀层上进行电镀镍操作，得到第二电镀层。
S160：在所述第二电镀层上进行电镀铬操作，得到第三电镀层。
为了进一步对上述复合材料结构的制备方法进行说明，又一个例子是，一种复合材料结构的制备方法，用于制备上述任一实施例所述的复合材料结构。
例如，一种复合材料结构的制备方法，包括如下步骤：
S10：注塑操作：提供对应的塑料材质，将所述塑料材质放入至高性能注塑设备，并且调试好合适的注塑参数，进行注塑操作，得到塑料基层，并将所述塑料基层静置一段时间，备用。
S20：预处理操作：将所述塑料基层放置于烘烤箱中进行烘烤，烘烤箱内的温度为75℃～79℃、80℃或者81℃～85℃，烘烤操作持续时间为55分钟～59分钟、60分钟或者61分钟～65分钟，用于除去所述塑料基层表面或内部的水份，用于在进行后续物理气相沉积操作时，避免水份挥发出来污染真空环境；接着，将所述塑料基层放置于镀炉中进行中频离化清洗，用于去除所述塑料基层表面的灰尘等杂质，用于提升与后续形成的第一沉积分层的附着力及结合力，此时，完成物理气相沉积工序预处理操作；当然，在进行烘烤操作后，还可以采用如下操作进行杂质去除操作：将所述塑料基层进行碳氢真空除油操作；将所述塑料基层进行烘烤操作；将所述塑料基层进行等离子清洗操作。
S30：物理气相沉积操作：采用物理气相沉积工艺在所述塑料基层的表面沉积钛(Ti)或铬(Cr)作为第一沉积分层，即第一沉积分层作为打底层，用于提高整体的结合力，接着，在所述第一沉积分层的表面采用物理气相沉积工艺沉积铜(Cu)作为第二沉积分层，接着，进行真空包装保存，用于避免空气氧化。
例如，所述第一沉积分层采用钛(Ti)进行沉积，所述第二沉积分层采用铜(Cu)进行沉积，进行所述第一沉积分层及所述第二沉积分层的物理气相沉积(PVD)操作的工艺参数见表1。
表1
通过采用上述工艺参数进行所述物理气相沉积工艺，能够得到性能更加优异的所述第一沉积分层及所述第二沉积分层，如，各层之间的结合力和附着力较好。
需要指出的是，在研究中发现，作为物理气相沉积工艺的各参数之间具有关联性，即各参数之间的变化对物理沉积分层的性能具有至关重要的影响，例如，上述各参数为PVD工艺较佳参数，能够沉积得到性能较好的所述第一沉积分层及所述第二沉积分层。
例如，上述参数的选取方法具体包括如下步骤：
A、选取多个预设PVD参数范围；
B、对多个所述预设PVD参数范围进行正交设计试验，所述正交设计试验的具体设计信息见表2，其中，表2列出了六个因素，三个水平的正交试验，共18组试验。
表2
C、根据正交设计试验结果，其中，所述正交设计试验结果见表3、表4及表5，并且利用SPSS数据分析软件，寻找出满足PVD工艺的预期PVD参数范围，如，寻找出满足PVD取代水镀后处理工艺的预期PVD参数范围，得到表1中的各预期PVD参数范围。
表3
表4
表5
通过采用上述参数的选取方法，并结合SPSS数据分析软件，得到预期的物理气相沉积(PVD)操作的工艺参数，详见表1，当将表1中的各参数应用于物理气相沉积工艺时，能够沉积得到性能较好的所述第一沉积分层及所述第二沉积分层。
d、电镀操作；
其中，对沉积有所述第一沉积分层及所述第二沉积分层的所述塑料基层进行活化处理，接着，进行镀铜操作，或者进行镀铜或镀镍后，再进行镀铜操作，形成第一电镀层，之后，连续进行多次镀镍操作，如，所述镀镍操作包括光镍电镀操作、半光镍电镀操作或珍珠镍电镀操作，形成第二电镀层，最后，进行三价铬电镀操作，形成第三电镀层。
上述复合材料结构的制备方法的毒性较小，且采用上述复合材料结构的制备方法制备得到的复合材料结构，各层结构之间的结合力和附着力好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种复合材料结构，其特征在于，包括：
塑料基层，
物理气相沉积层，包括第一沉积分层及第二沉积分层，所述第一沉积分层贴合于所述塑料基层上，所述第二沉积分层贴合于所述第一沉积分层远离所述塑料基层的侧面上，其中，所述第二沉积分层为铜金属沉积层；
第一电镀层，贴合于所述第二沉积分层远离所述第一沉积分层的侧面上，其中，所述第一电镀层为镍金属电镀层与铜金属电镀层的复合层，所述镍金属电镀层通过电镀工艺在所述铜金属沉积层上形成，所述铜金属电镀层通过电镀工艺在所述镍金属电镀层上形成，两者的厚度比为1:(25～40)；
第二电镀层，贴合于所述第一电镀层远离所述第二沉积分层的侧面上，所述第二电镀层包括六层，所述第二电镀分层，由所述第二沉积分层起始，依次为光镍电镀层、珍珠镍电镀层、半光镍电镀层、珍珠镍电镀层、珍珠镍电镀层及半光镍电镀层，六者的厚度比为(1～2.5)：(1.6～3.5)：(0.1～0.15)：(2.1～2.3)：(1.8～3.1)：(1.6～1.8)；及
第三电镀层，贴合于所述第二电镀层远离所述第一电镀层的侧面上，所述第三电镀层为三价铬电镀层，所述三价铬电镀层采用物理气相沉积工艺在所述第二电镀层上形成。
2.根据权利要求1所述的复合材料结构，其特征在于，所述第一沉积分层为钛金属沉积层。
3.根据权利要求1所述的复合材料结构，其特征在于，所述塑料基层的材质为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚碳酸酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、尼龙、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的尼龙、玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纤维增强的聚碳酸酯和矿粉增强的尼龙中的任意一种。
4.一种复合材料结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过注塑操作，得到塑料基层；
对所述塑料基层进行预处理；
在所述塑料基层上进行物理气相沉积操作，依次形成第一沉积分层及第二沉积分层，其中，所述第二沉积分层为铜金属沉积层；
在所述第二沉积分层上进行电镀铜操作，得到第一电镀层，其中，所述第一电镀层为镍金属电镀层与铜金属电镀层的复合层，所述镍金属电镀层通过电镀工艺在所述铜金属沉积层上形成，所述铜金属电镀层通过电镀工艺在所述镍金属电镀层上形成，两者的厚度比为1:(25～40)；
在所述第一电镀层上进行电镀镍操作，得到第二电镀层，所述第二电镀层包括六层，所述第二电镀分层，由所述第二沉积分层起始，依次为光镍电镀层、珍珠镍电镀层、半光镍电镀层、珍珠镍电镀层、珍珠镍电镀层及半光镍电镀层，六者的厚度比为(1～2.5)：(1.6～3.5)：(0.1～0.15)：(2.1～2.3)：(1.8～3.1)：(1.6～1.8)；
在所述第二电镀层上进行电镀铬操作，得到第三电镀层，所述第三电镀层为三价铬电镀层，所述三价铬电镀层采用物理气相沉积工艺在所述第二电镀层上形成。
5.根据权利要求4所述的复合材料结构的制备方法，其特征在于，所述预处理操作具体包括如下步骤：
将所述塑料基层进行碳氢真空除油操作；
将所述塑料基层进行烘烤操作；
将所述塑料基层进行等离子清洗操作。
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