Металлизация пластмасс — виды, особенности и технология

Металлизация пластмасс химическим способом позволяет изготавливать такие промышленные изделия и полуфабрикаты, как световые фильтры, печатные платы, катализаторы, заготовки для гальваники и многое другое. Металлизация позволяет улучшить стойкость пластмассы к механическим воздействиям, влаге и высокой температуре. Кроме того, детали, в которых применяется сочетание пластмассы и металла, весят значительно меньше металлических.

В качестве подслойной поверхности для гальваники чаще всего применяется медь. Медный слой играет роль демпфера для пластмассы, благодаря чему стабилизируются напряжения, неизбежные при значительной разнице в коэффициентах теплового напряжения столь разнородных материалов.

Подслой дополнительно хромируется или никелируется, как указано на рисунке ниже.

 

Варианты структур гальванических покрытий в несколько слоев

Пояснения к рисунку:

  1. Пластмасса.
  2. Медный слой с блеском.
  3. Матовый медный слой.
  4. Металл с химическим осаждением.
  5. Никелевый слой с блеском.
  6. Полублестящий никелевый слой.
  7. Матовый никелевый слой.
  8. Хромовый слой с блеском.
  9. Конверсионный слой.
  10. Матовый и блестящий металлический слои.

Структурные особенности составов, наносимых на электропроводный подслой покрытий, могут значительно разниться. Речь может идти о пленках блестящего, осветленного, велюрового, черненного, патинированного и других типов. Задача пленок не только в улучшении внешнего вида изделий. К примеру, никелированные покрытия продлевают эксплуатационный срок пластмасс. Дело в том, что никель способен обжимать пластмассу, значительно укрепляя этот материал.

Чтобы создать гальваническое покрытие, необходим электролит. Существуют разные виды применяемых электролитов, в том числе:

  • блестящего меднения;
  • электролиты для покрытия никелем;
  • специальные составы, на основе которых создаются покрытия велюрового типа или покрытия с вкраплением твердых частиц.

Также применяются и другие металлы, к примеру, олово или цинк. Однако перед нанесением таких металлов понадобится пассивирование, после которого на поверхности появляется пленка (с цветом или без). Такие пленки предохраняют материал от ржавчины или появления налета.

Химическая металлизация пластмасс характерна тем, что металлические подслои не имеют высокой электропроводности. Во всяком случае, проводимость ниже, чем в случае с электролитом. Поэтому при электрохимическом осаждении плотность применяемого тока должна быть незначительная – от 0,5 до 1 Ампера на квадратный дециметр. Если плотность будет выше, возникнет биполярный эффект, что приведет к растворению покрытия вблизи места, где имеется соприкосновение с токопроводящей подвеской.

В некоторых случаях, чтобы избежать растворения покрытия, на химически осажденный металлический слой наносится медь или никель. Причем делается это при маленькой плотности электротока, а вот последующие слои наносятся в обычном режиме.

к содержанию ↑

Особенности создания гальванических покрытий

Гальванический слой, прежде всего, обеспечивает устойчивость металла к коррозийным процессам. При проведении гальванизации детали находятся в плотных электролитах. Таким образом, чтобы операция была успешной, на детали навешиваются специальные утяжелители.

Гальванические покрытия отличаются от металлических тем, что для их создания понадобится значительно большее количество контактов. Процесс гальванизации пластмасс характерен еще и сложностью подготовительного этапа, поскольку в данном случае труднее обеспечить хорошую адгезию.

к содержанию ↑

Адгезивные свойства материалов

Адгезия характеризует качество сцепления между разнотипными элементами (в данном случае речь идет об адгезии между металлом и пластмассой). Прочность сцепления между металлическим и пластмассовым покрытиями должна находиться в промежутке между 0,8 и 1,5 килоньютонов на метр – на отслаивание и равняться 14 мегапаскалям – на разрыв. Максимально возможная адгезия, достижимая современными технологическими средствами, составляет примерно 14 килоньютонов на метр.

Адгезивные качества материалов относятся к числу весьма сложных явлений. Достаточно сказать, что не существует единой теории, которая в полной мере ответила бы на все вопросы относительно прилипания разнородных материалов друг к другу.

С точки зрения химической науки, адгезия – это химические взаимосвязи между разнотипными телами. Химические взаимодействия можно увидеть на пластмассовых поверхностях. На таких поверхностях имеются функционально активные группы, которые контактируют с металлами или покрывают металлические поверхности оксидами.

Рекомендуем:  Чем покрыть половую доску: покраска полов и выбор лакокрасочных материалов

Молекулярный подход истолковывает адгезию как следствие присутствия межмолекулярных сил на межфазной поверхности, взаимодействием двух полюсов или же возникновением водородных связей. Так объясняется, к примеру, сцепление влажных травленых полиэтиленовых пленок после их сушки.

С точки зрения электрической теории, адгезивные качества возникают в силу того, что при взаимодействии пары тел возникает двойной электрический слой. В результате этот слой не позволяет телам отходить друг от друга, так как работают электростатические силы обоюдного притяжения разных зарядов.

Согласно диффузной теории (наиболее общепризнанной), адгезия происходит за счет межмолекулярных взаимодействий, которые особенно явно проявляются во время обоюдного проникновения молекул в поверхностные слои. В это время появляется некий промежуточный слой, вследствие чего наблюдается отсутствие явной границы между материалами.

И, наконец, механическая теория объясняет адгезию анкерным сцеплением выступающих частей металла в углублениях на пластмассовой поверхности. Такие углубления очень незначительны по площади (несколько микрометров), однако, когда в них попадает осаждаемый химическим способом металл, возникают так называемые механические замки.

На адгезию оказывают влияние и другие параметры, в числе которых можно выделить такие:

  • прочностные характеристики пластмассы;
  • присутствие благоприятствующих реакции химически активных групп на пластмассовой поверхности;
  • наличие стимуляторов адгезионных процессов, которые иначе называют промоторами (хромовые и оловянные соединения, пластификаторы);
  • отсутствие антипромоторов, которые препятствуют укреплению или даже разрушают промежуточный слой;
  • структура химически осаждаемого металла, а также параметры, при которых это осаждение происходит.

к содержанию ↑

Технология состоит в напылении на пластмассу нихрома или алюминия с помощью вакуума. Нанесение металла на пластмассу с использованием вакуума осуществляется в специальной камере. Методика широко применяется для нанесения металлической пленки на всевозможные поверхности, например, детали автомобиля, пластиковую фурнитуру, сантехнические приборы, светотехнику и т.д. Чтобы защитить металл, применяются специальные лакокрасочные составы, отличающиеся повышенной твердостью и устойчивостью к воздействию влаги.

Вакуумная камера для металлизации к содержанию ↑

Известны несколько методик самостоятельного нанесения металла на пластмассовое покрытие. Наиболее доступная из них – химическая. В данном случае не понадобится какое-либо специальное оборудование.

Применяемые металлы – серебро и медь. Пленка, которая получится в итоге, будет всего несколько микронов в толщину, однако она придаст основе красивый вид с металлическим отблеском.

Перед обработкой хорошо ошкуриваем и обезжириваем поверхность. Если деталь имеет выпуклости (дефекты), аккуратно сводим их на нет. Насыпаем на поверхность абразив и протираем поверхность тампоном. В случае если имеем дело с полиакрилатами, для обезжиривания понадобится раствор едкого натра, в котором деталь вымачивается сутки. Для обезжиривания полиамидов рекомендуется использовать бензин.

Когда изделие обезжирено, промываем его в дистиллированной воде, а затем на протяжении минуты держим в полупроцентном растворе хлористого олова и соляной кислоты (40 граммов на литр). Данный процесс именуется сенсибилизацией. Его цель – получить на пластмассе пленку гидроокиси олова.

После сенсибилизации проводим активацию поверхности. Для этого на протяжении 3-4 минут вымачиваем деталь в растворе азотнокислого серебра (2 грамма серебра на литр и 20 граммов этилового спирта на литр). Далее помещаем изделие в раствор, состоящий из следующих компонентов:

  • углекислой меди – 200 граммов на литр;
  • глицерина (90%!) – 200 граммов на литр;
  • едкого натра (20%!) – 1 литр;

Температура раствора должна составлять 18-25 градусов. Время на обработку – 60 минут.

Предварительную обработку пластмассы проводим так же, как и в случае с медью: ошкуриваем и наносим абразив. Обмываем поверхность в воде с мылом, а затем в дистиллированной воде.

Обезжириваем изделие при помощи такого раствора:

  • ангидрид хрома – 100 граммов на литр;
  • сульфат железа – 10 граммов на литр.

После обезжиривания опять промываем деталь в дистиллированной воде. Сенсибилизацию проводим в растворе хлористого олова (2 грамма на литр). Далее размещаем изделие в растворе, включающем в себя такие компоненты:

  • серебро азотнокислое – 3 грамма на литр;
  • натр едкий – 3,5 грамма на литр;
  • аммиак (25%!) – 8 миллилитров на литр;
  • глюкозу – 2,5 грамма на литр.

Рекомендуемая температура раствора – от 18 до 25 градусов. Время на обработку – 60 минут. В результате должен появиться равномерный и блестящий слой серебра. Если же где-то имеются неоднородности, то это можно объяснить недостаточным обезжириванием поверхности. В таком случае нужно удалить нанесенное серебро и повторить работу заново.

Рекомендуем:  Классификация и обзор пропиток для дерева

Для удаления серебра с пластмассы понадобится такой раствор:

  • ангидрид хром – 10 граммов на литр;
  • серная кислота – 3 грамма на литр.

Равномерную пленку рекомендуется обработать слоем лака, который защитит пластмассу. Также возможна дальнейшая гальваническая обработка поверхности.

Вакуумная металлизация — описание технологии, устройство и отзывы

Модификация различных конструкций, деталей и функциональных элементов зачастую выполняется путем полного изменения структуры материалов. Для этого задействуются средства глубокой термической, плазменной и химической обработки.

Но существует и широкий сегмент методов изменения эксплуатационных свойств за счет внешних покрытий.

К таким способам относится вакуумная металлизация, благодаря которой можно улучшать декоративные, токопроводящие, отражающие и другие характеристики материалов.

Общие сведения о технологии

Суть метода заключается в напылении частиц металла на рабочую поверхность. Процесс формирования нового покрытия происходит за счет испарения донорских металлов в условиях вакуума. Технологический цикл подразумевает выполнение нескольких стадий структурного изменения целевой основы и элементов покрытия.

В частности, выделяются процессы испарения, конденсации, абсорбции и кристаллизации. Ключевой процедурой можно назвать взаимодействие металлических частиц с поверхностью в условиях особой газовой среды.

На этом этапе технология вакуумной металлизации обеспечивает процессы диффузии и присоединения частиц к структуре обрабатываемой детали. На выходе в зависимости от режимов напыления, характеристик покрытия и типа заготовки можно получать самые разные эффекты.

Современные технические средства позволяют не просто улучшать отдельные эксплуатационные качества изделия, но и с высокой точностью дифференцировать свойства поверхности на отдельных участках.

Различают три основные группы машин, используемых для данной технологии. Это оборудование непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. Соответственно, они различаются по признаку общей организации обрабатывающего процесса. Агрегаты с непрерывным действием часто используют на серийных производствах, где требуется поточная вакуумная металлизация.

Оборудование этого типа может быть одно- и многокамерным. В первом случае агрегаты ориентируются на выполнение непосредственно металлизации. Многокамерные же модели предусматривают и возможность реализации дополнительных процедур – первичной подготовки изделия, контроля, термической обработки и т.д. Такой подход позволяет оптимизировать процесс изготовления.

Машины для периодической и полунепрерывной металлизации, как правило, имеют одну основную камеру. Именно в силу нерегулярности производства они используются для конкретной процедуры, а подготовительные операции и тот же контроль качества осуществляются в отдельном порядке – иногда в ручном режиме без автоматизированных линий.

Теперь стоит подробнее рассмотреть, из каких узлов состоят такие агрегаты.

Устройство машин для металлизации

Помимо основной камеры, где и происходят процессы напыления, оборудование включает множество вспомогательных систем и функциональных компонентов. В первую очередь стоит выделить непосредственно источники распыляемого материала, коммуникации которых связываются с газораспределительным комплексом.

Чтобы установка вакуумной металлизации могла обеспечивать нужные для конкретной задачи обработки параметры, подающие каналы напыления с регуляторами позволяют, в частности, настраивать температурный уровень, скорость направления потоков и объемы.

В частности эта инфраструктура формируется натекателями, насосами, клапанами, фланцевыми элементами и прочей арматурой.

В современных установках для той же регуляции рабочих параметров используются датчики, подключенные к микропроцессорному блоку. Учитывая заданные требования и фиксируя текущие фактические значения, аппаратура без участия оператора может корректировать режимы обработки.

Также для облегчения процессов эксплуатации оборудование дополняется внутрикамерными системами очистки и калибровки. Благодаря такой оснастке упрощается ремонт вакуумной металлизации машины, поскольку постоянная и своевременная чистка минимизирует риски перегрузок пневмодвигателей, манипуляторов и коммуникационных контуров.

Последние и вовсе рассматриваются как расходная часть, замена которой в агрегатах непрерывного действия выполняется в регулярном порядке техобслуживания.

Целевые материалы для металлизации

Прежде всего процедуре подвергаются металлические заготовки, которые могут быть выполнены в том числе из специальных сплавов. Дополнительное покрытие требуется для обеспечения антикоррозийного слоя, повышения качества электрической проводки или же изменения декоративных свойств.

Читайте также  Как расплавить бронзу в домашних условиях

В последние годы вакуумная металлизация все чаще используется и применительно к полимерным изделиям. Данный процесс имеет свою специфику, обусловленную характеристиками структуры объектов такого рода. Реже технология применяется в отношении изделий, которые имеют низкие показатели твердости.

Рекомендуем:  Обзор методов и средств для удаления ржавчины в ванной

Это касается древесины и некоторых синтетических материалов.

Особенности металлизации пластиков

Напыление на поверхности пластиковых деталей также способно изменить его электрические, физические и химические свойства. Нередко металлизацию используют и как средство повышения оптических качеств подобных заготовок.

Главной же проблемой при выполнении таких операций является процесс интенсивного термического испарения, который неизбежно оказывает давление на потоки частиц, напыляющих поверхность элемента.

Поэтому требуются специальные режимы регуляции диффузии основного материала и расходуемой массы.

Имеет свою специфику и вакуумная металлизация пластмасс, отличающихся жесткой структурой. В данном случае будет иметь значение присутствие защитных и грунтующих лаков. Для поддержания достаточного уровня адгезии с преодолением барьеров этих пленок может потребоваться повышение энергии термического воздействия.

Но здесь же вновь возникает проблема с рисками разрушения пластиковой структуры под влиянием тепловых потоков.

В итоге для снятия излишнего напряжения в рабочей среде вводятся модифицирующие компоненты наподобие пластификаторов и растворителей, позволяющих удерживать форму заготовки в оптимальном состоянии независимо от температурного режима.

Особенности обработки пленочных материалов

Технологии изготовления упаковочных материалов предусматривают использование металлизации для ПЭТ-пленок. Данный процесс обеспечивает алюминирование поверхности, благодаря чему заготовка наделяется более высокой прочностью и стойкостью перед внешними воздействиями.

В зависимости от параметров обработки и конечных требований к покрытию могут применяться разные способы теплоотвода. Поскольку пленка чувствительна к температуре, вводится дополнительная процедура осаждения.

Как и в случае с пластиками, она позволяет регулировать термический баланс, сохраняя оптимальную для заготовки среду. Толщина пленок, которые обрабатываются по методу вакуумной рулонной металлизации, может составлять от 3 до 50 мкм.

Постепенно внедряются и технологии, обеспечивающие подобные покрытия на поверхностях материалов толщиной 0,9 мкм, но по большей части это пока лишь экспериментальная практика.

Это тоже отдельное направление использования металлизации. Целевым объектом в данном случае выступают автомобильные фары. Их конструкция предусматривает наличие отражателей, которые со временем утрачивают свои эксплуатационные качества – тускнеют, ржавеют и, как следствие, становятся непригодными к использованию.

Кроме того, даже новая фара может получить случайное повреждение, из-за чего потребуется ее ремонт и восстановление. Именно на эту задачу и ориентируется вакуумная металлизация отражателей, обеспечивающая износостойкое напыление на зеркальной поверхности.

Заполнение внешней структуры металлизированными частицами с одной стороны ликвидирует мелкие дефекты, а с другой – выступает защитным покрытием, предотвращая возможные повреждения в будущем.

Организация процесса в домашних условиях

Без специального оборудования можно применить технологию поверхностного химического покрытия, но для вакуумной обработки в любом случае потребуется соответствующая камера.

На первом этапе подготавливается сама заготовка – ее следует очистить, обезжирить и при необходимости выполнить шлифование. Далее объект помещается в камеру вакуумной металлизации. Своими руками можно выполнить и специальную оснастку на рельсах из профильных элементов.

Это будет удобный способ загрузки и выгрузки материала, если планируется обработка в регулярном режиме. В качестве источника частиц металлизации применяются так называемые болванки – из алюминия, латуни, меди и др.

После этого камера настраивается на оптимальный режим обработки и начинается процесс напыления. Готовое изделие сразу после металлизации можно покрыть вручную вспомогательными защитными покрытиями на основе лаков.

Положительные отзывы о технологии

Метод имеет множество положительных качеств, которые отмечают пользователи готовых изделий в разных областях.

В частности указывается на высокие защитные свойства покрытия, которое предотвращает процессы коррозии и механического разрушения основы.

Положительно отзываются и рядовые потребители продукции, которая подвергалась вакуумной металлизации с целью улучшения или изменения декоративных качеств. Специалисты же подчеркивают и экологическую безопасность технологии.

Негативные отзывы

К минусам данного метода обработки изделий относят сложность технической организации процесса и высокие требования к подготовительным мероприятиям заготовки. И это, не говоря о применении высокотехнологичного оборудования.

Только с его помощью можно получить качественное напыление. Стоимость также входит в список недостатков вакуумной металлизации. Цена обработки одного элемента может составлять 5-10 тыс. руб. в зависимости от площади целевой области и толщины покрытия.

Другое дело, что серийная металлизация удешевляет стоимость отдельного изделия.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: