CN101396891A - 一种塑胶制品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种塑胶制品，该制品包括塑胶基材，其特征在于，该制品还包括底漆层、硅层以及类金刚石层，所述底漆层位于塑胶基材表面，所述硅层位于所述底漆层上，所述类金刚石层位于所述硅层上，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。本发明制得的塑胶制品的耐磨性优良，而且塑胶制品表面形成的膜层具有优良的附着力。最终得到的塑胶制品具有金属光泽、有质感，手感好。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑胶制品及其制备方法。
背景技术
目前，制备塑胶制品的原料通常包括热塑性塑料和热固性塑料，所述热塑性塑料例如可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PST)、聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或几种；所述热固性塑料例如可以是酚醛塑料和/或环氧塑料。另外，所述塑胶基材还可以包括常规用于塑胶基材的各种添加剂以提高塑胶基材的性能，例如可以加入玻璃纤维来提高塑胶基材的强度。
由塑胶原料制成的塑胶制品具有成型周期短、生产效率高、重量轻等优点，因此受到广泛应用。但通常的塑胶制品的手感一般，而且光亮度较低，在使用过程中表面容易磨损，不具备现在人们所追求的质感，附加价值不高。因此，通常更多地使用进行了适当的表面处理的塑胶制品。
关于塑胶制品的表面处理的研究较少。现有方法中，已经公开有对塑胶基材进行表面涂布涂料的方法来改善塑胶制品的表面性能。但是这种方法存在涂料形成的涂层附着力低，容易脱落，耐磨性差，无法长期使用等缺点，而且这种涂布涂料的方法，对应不同的塑胶底材需要使用不同的涂料，否则附着力可能更差。
此外CN 1459380A也公开了一种在塑胶表面进行先印刷后电镀的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将塑胶基材进行前处理，然后进行印刷，再进行电镀处理。
但是，经过上述处理得到的塑胶制品无论是在表面耐磨性，还是在美观性以及手感上都还有待进一步地提高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中塑胶基材表面手感差、光亮度低、容易磨损的缺点，提供一种能提手感好、光亮度高以及耐磨性优良的塑胶制品及其制备方法。
通常，通过物理气相沉积法形成类金刚石(Diamond Like Coating，DLC)层的方法在金属制品表面处理领域应用广泛，该方法能改善金属制品表面的性能。但是，由于制品性质不同，这种方法不适合在塑胶制品上应用。而本发明的发明人通过研究，实现了在塑胶基材表面镀DLC层得到具有DLC层的塑胶制品，从而充分利用了DLC层的优良的表面性能，提高了塑胶基材的性能，并扩展了DLC层应用范围。
本发明提供了一种塑胶制品，该制品包括塑胶基材，其中，该制品还包括底漆层、硅层以及类金刚石层，所述底漆层位于塑胶基材表面，所述硅层位于所述底漆层上，所述类金刚石层位于所述硅层上，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。
本发明还提供了一种塑胶制品的制备方法，其中，该方法包括在塑胶基材表面形成底漆层，然后在该底漆层上形成硅层，再在该硅层上形成类金刚石层，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。
本发明制得的塑胶制品的耐磨性优良，而且塑胶制品表面形成的膜层具有优良的附着力。例如，本发明的塑胶制品的膜层在RCA纸带耐磨性测试中350圈后未见基材裸露，另外通过百格刀进行附着力测试结果均为0级。而且，本发明最终得到的塑胶制品具有金属光泽、有质感，手感好。
具体实施方式
本发明提供了一种塑胶制品，该制品包括塑胶基材，其中，该制品还包括底漆层、硅层以及类金刚石层，所述底漆层位于塑胶基材表面，所述硅层位于所述底漆层上，所述类金刚石层位于所述硅层上，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。
所述底漆层可以是常规表面处理用的各种底漆层，优选由紫外光固化涂料形成的紫外光固化底漆层。所述底漆层的厚度可以是10-30微米，优选为10-20微米。
所述硅层的厚度可以是0.1-2微米，优选为0.5-1微米，所述硅层能使得后续的类金刚石层具有优良的附着力。
本发明所述类金刚石(DLC)层为维氏硬度(HV)在2000以上的碳层，优选为维氏硬度(HV)在2000-3500的碳层。所述维氏硬度可以通过维氏硬度计测定得到。所述维氏硬度计可以商购得到。所述类金刚石(DLC)层的厚度可以是0.1-3微米，所述DLC层的厚度适当减小，能提高DLC层的附着力，厚度适当增大，则能使得塑胶制品表面的耐磨性等更好。优选情况下，所述DLC层的厚度为0.5-1.5微米。
本发明还提供了一种塑胶制品的制备方法，其中，该方法包括在塑胶基材表面形成底漆层，然后在该底漆层上形成硅层，再在该硅层上形成类金刚石层，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。所述类金刚石层优选为维氏硬度(HV)在2000-3500的碳层。
所述底漆层可以是常规表面处理用的各种底漆层，优选为由紫外光固化涂料形成的底漆层。所述紫外光固化涂料可以制备得到，也可以商购得到。例如可以是科秀化工涂料(天津)有限公司的型号为VM8000的紫外光固化涂料。
将紫外光固化涂料负载到塑胶基材的表面上形成底漆层的方法为本领域技术人员所公知。负载的量使得固化后的底漆层的厚度为10-30微米，优选为10-20微米即可。本发明优选按照如下步骤形成所述底漆层：基材清洗→基材表面静电除尘→喷涂→流平→IR烘烤→UV固化。
其中，所述基材清洗为在无尘车间内，在十万级以上的洁净度下，清洗人员带塑胶指套，穿防静电服，用无尘布蘸上浓度为70％的酒精清洗基材，清洗时间为1-3分钟即可。
所述基材表面静电除尘是指将经过清洗的塑胶基材在静电除尘室内除尘10-50秒即可。
所述喷涂是将所述除尘后的基材在喷涂车间在1万级以上的洁净度下进行喷涂，所述涂料粘度可以是8″75-8″85，该粘度通过盐田2号杯测定得到，所述盐田2号杯可以商购得到。喷涂湿度可以是40-70％RH，喷涂温度可以是15-25℃。
所述流平是使塑胶基材表面的涂料分布均匀一致，在五抓转速为5转/分钟下，流平时间在10-20分钟即可。
所述IR烘烤是在40-60℃，烘烤25-35分钟即可。
所述UV固化是指使用高压水银灯，在380-420纳米的灯光波长下，以10-20厘米的照射距离，以800-1200毫焦/平方厘米的紫外光能量固化1-3分钟。
所述硅层通过物理气相沉积法形成，所述物理气相沉积法例如可以是真空蒸发镀法、真空溅射镀法或真空离子镀法。上述方法的具体操作和条件已为本领域技术人员所公知。
本发明优选采用真空溅射镀法形成硅层，所述真空溅射镀法包括在真空溅射镀的条件下，将作为靶材的硅溅射并沉积在塑胶基材的底漆层上，所述真空溅射镀的条件使所述硅层的厚度为0.1-2微米，优选为0.5-1微米。
所述真空溅射镀可以通过真空溅射镀膜机来实施。所述真空溅射镀膜机可以商购得到。不同的真空溅射镀膜机达到相同的硅层厚度相应的条件可能有差别。但是为了达到本发明所述厚度的镀层，一般情况下，可以按照如下条件进行真空溅射镀：将具有底漆层的塑胶基材置于真空度为1×10-2-8×10-2帕的真空室内，用氧气进行射频清洗，所述射频的功率为600-900瓦，所述清洗的时间为1-3分钟；然后在2×10-3-5×10-3帕的真空度下，通入作为工作气体的惰性气体，该惰性气体被离子化后在电场作用下对作为靶材的硅进行真空溅射，所述真空溅射的功率为8.5-9.5千瓦，所述靶材与塑胶基材的距离为10-20厘米，真空溅射的时间为4-10分钟。所述惰性气体为零族元素气体，优选为氩气。所述惰性气体的用量为本领域技术人员所公知，只要能实现真空溅射即可。
所述类金刚石层的形成方法与所述硅层的形成方法相同，可以通过物理气相沉积法形成。本发明优选使用真空溅射镀法，所述真空溅射镀法包括在真空溅射镀的条件下，将作为靶材的石墨溅射并沉积在塑胶基材的硅层上形成类金刚石层，所述真空溅射镀的条件使所述类金刚石层的厚度为0.1-3微米，优选为0.5-1.5微米。
所述真空溅射镀可以通过真空溅射镀膜机来实施。所述真空溅射镀膜机可以商购得到。不同的真空溅射镀膜机达到相同的类金刚石层厚度相应的条件可能有差别。但是为了达到本发明所述厚度的镀层，一般情况下，可以按照如下条件进行真空溅射镀：在1×10-1-8×10-1帕的真空度下，通入作为工作气体的惰性气体，该惰性气体被离子化后在电场作用下对作为靶材的石墨进行真空溅射，所述真空溅射的功率为1-10千瓦，所述靶材与基材的距离为10-20厘米，真空溅射的时间为5-20分钟。所述惰性气体为零族元素气体，优选为氩气。所述惰性气体的用量为本领域技术人员所公知，只要能实现真空溅射即可。
本发明所述塑胶基材可以是常规的各种塑胶基材，该塑胶基材通常可以由塑胶基材的原料通过注塑成型得到。该塑胶基材的原料包括热塑性塑料和热固性塑料，所述热塑性塑料例如可以是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲醛(POM)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PST)、聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一种或几种；所述热固性塑料例如可以是酚醛塑料和/或环氧塑料。另外，所述塑胶基材还可以包括常规用于塑胶基材的各种添加剂以提高塑胶基材的性能，例如可以加入玻璃纤维来提高塑胶基材的强度。所述注塑成型机可以商购得到，所述注塑成型的方法为本领域技术人员所公知。
另外，本发明所述塑胶制品可以根据需要采用不同的塑胶原料制成，而且可以通过常规的方法制成各种形状，例如可以制成手机等电子产品外壳、装饰品、塑胶包装盒、电器产品外壳等。
下面通过实施例对本发明进行更详细地说明。
实施例1
本实施例说明本发明的塑胶制品及其制备方法。
将尼龙和玻璃纤维作为原料(尼龙和玻璃纤维的重量比为13∶7)，用注塑成型机进行注塑成型，得到手机外壳形状的塑胶基材。
将塑胶基材在无尘车间内，在十万级的洁净度下，清洗人员带塑胶指套，穿防静电服，用无尘布蘸上浓度为70％的酒精清洗该塑胶基材，清洗时间为3分钟即可。然后将经过清洗的塑胶基材在静电除尘室内除尘40秒。再在喷涂车间在1万级的洁净度下喷涂紫外光固化涂料(科秀化工涂料(天津)有限公司生产，型号VM8000)，所述涂料的粘度为8″85(通过盐田2号杯测定得到)，喷涂时环境湿度为60％RH，喷涂温度为15℃。然后在五抓转速为5转/分钟下，流平20分钟。将流平后的塑胶基材在50℃的烘箱中烘烤25分钟。然后使用高压水银灯，在400纳米的灯光波长下，以15厘米的照射距离，以1000毫焦/平方厘米的紫外光能量固化2分钟，得到厚度为10微米的底漆层。
然后将该形成了底漆层的塑胶基材置于真空溅射镀膜机(友威公司生产的DS0704DS6筒式磁控溅射镀膜机)的真空室中进行真空溅射。所述真空溅射的条件为：真空室的真空度为2×10-2帕，用氧气进行射频清洗，所述射频的功率为700瓦，所述清洗的时间为2分钟。然后在2×10-3帕的真空度下，通入工作气体氩气，该氩气被离子化后在电场作用下对作为靶材的硅进行真空溅射，所述真空溅射的功率为9千瓦，所述靶材与基材的距离为15厘米，真空溅射的时间为5分钟。最终形成的硅层的厚度为0.5微米。
然后将上述形成有硅层的塑胶基材置于真空溅射镀膜机的另一个真空室中，所述真空溅射的条件为：真空室的真空度为2×10-1帕，通入工作气体氩气，该氩气被离子化后在电场作用下对作为靶材的石墨进行真空溅射，所述真空溅射的功率为9千瓦，所述靶材与基材的距离为15厘米，真空溅射的时间为5分钟。最终形成的类金刚石层的厚度为0.5微米。
最终得到的手机外壳形状的塑胶制品具有金属光泽、有质感，手感好。对该塑胶制品进行耐磨性能以及膜层附着力测试，具体方法如下，结果如表1所示。
1)耐磨性测试：
在25℃、相对湿度40％的环境中用RCA纸带耐磨仪F350001，WIDEPAPER(TOKYO HI MAX社11/16inch×330m)测定膜层耐磨性能。按照如下设定进行测试：负载175克，转速15圈/分钟，每纸带圈长度为16厘米，测试350圈。测试完毕后观察塑胶制品表面是否有基材露出。
2)附着力测试：
用百格刀(Erichsen Cross Hatch Cutter Model 295)在塑胶制品表面划格，划痕深入至基材，用软刷来回刷样品表面多次，然后将3M600胶带粘合到塑胶制品表面，放置5分钟后，以60度的角度在0.5-1秒的时间内揭起。然后在显微镜下观察塑胶制品表面并按照如下描述判断塑胶制品膜层的附着力级别，其中可以接受的级别为0级或1级。结果如表1所示。
0级：没有栅格脱落。
1级：栅格脱落的面积小于5％。
2级：栅格脱落的面积大于等于5％，但小于15％。
3级：栅格脱落的面积大于等于15％，但小于35％。
4级：栅格脱落面积大于等于35％，但小于65％。
5级：栅格脱落面积大于等于65％。
3)类金刚石层的维氏硬度
采用维氏硬度计(沃伯特402MVD)测定塑胶制品表面类金刚石层的维氏硬度。结果如表1所示。
实施例2
本实施例说明本发明的塑胶制品及其制备方法。
将丙烯腈-丁二烯-苯乙烯作为原料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，用注塑成型机进行注塑成型，得到手机外壳形状的塑胶基材。
将该塑胶基材在无尘车间内，在十万级的洁净度下，清洗人员带塑胶指套，穿防静电服，用无尘布蘸上浓度为70％的酒精清洗该塑胶基材，清洗时间为2分钟即可。然后将经过清洗的塑胶基材在静电除尘室内除尘30秒。再在喷涂车间在1万级的洁净度下进行喷涂紫外光固化涂料(科秀化工涂料(天津)有限公司生产的型号VM8000)，所述涂料的粘度为8″75(通过盐田2号杯测定得到)，喷涂时环境湿度为40％RH，喷涂温度为25℃。然后在五抓转速为5转/分钟下，流平10分钟。将流平后的塑胶基材在40℃的烘箱中烘烤35分钟。然后使用高压水银灯，在400纳米的灯光波长下，以10厘米的照射距离，以1200毫焦/平方厘米的紫外光能量固化1.5分钟，得到厚度为20微米的底漆层。
然后将将该形成了底漆层的塑胶基材置于真空溅射镀膜机的真空室中进行真空溅射。所述真空溅射的条件为：真空室的真空度为6×10-2帕，用氧气进行射频清洗，所述射频的功率为900瓦，所述清洗的时间为2分钟。然后在3×10-3帕的真空度下，通入工作气体氩气，该氩气被离子化后在电场作用下对作为靶材的硅进行真空溅射，所述真空溅射的功率为8.5千瓦，所述靶材与基材的距离为10厘米，真空溅射的时间为10分钟。最终形成的硅层的厚度为1微米。
然后将上述形成有硅层的塑胶基材置于真空溅射镀膜机的另一个真空室中，所述真空溅射的条件为：真空室的真空度为5×10-1帕，通入工作气体氩气，该氩气被离子化后在电场作用下对作为靶材的石墨进行真空溅射，所述真空溅射的功率为5千瓦，所述靶材与基材的距离为10厘米，真空溅射的时间为20分钟。最终形成的类金刚石层的厚度为1.5微米。
最终得到的手机外壳形状的塑胶制品具有金属光泽、有质感，手感好。对该塑胶制品按照实施例1的方法进行耐磨性能、膜层附着力以及类金刚石层的维氏硬度测试，结果如表1所示。
表1
| 编号 | 耐磨性能 | 附着力 | 维氏硬度 |
| 实施例1 | 350圈后未见基材裸露 | 0级 | 2600 |
| 实施例2 | 350圈后未见基材裸露 | 0级 | 2700 |
从表1可以看出，本发明实施例1和实施例2制得的塑胶制品的耐磨性优良，而且塑胶制品表面形成的膜层具有优良的附着力。
Claims (10)
1、一种塑胶制品，该制品包括塑胶基材，其特征在于，该制品还包括底漆层、硅层以及类金刚石层，所述底漆层位于塑胶基材表面，所述硅层位于所述底漆层上，所述类金刚石层位于所述硅层上，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。
2、根据权利要求1所述的制品，其中，所述底漆层为紫外光固化底漆层，所述底漆层的厚度为10-30微米。
3、根据权利要求1所述的制品，其中，所述硅层的厚度为0.1-2微米。
4、根据权利要求1所述的制品，其中，所述类金刚石层的厚度为0.1-3微米。
5、权利要求1所述的塑胶制品的制备方法，其特征在于，该方法包括在塑胶基材表面形成底漆层，然后在该底漆层上形成硅层，再在该硅层上形成类金刚石层，所述类金刚石层为维氏硬度在2000以上的碳层。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，所述底漆层为紫外光固化底漆层，由紫外光固化涂料固化形成，所述底漆层的厚度为10-30微米。
7、根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述硅层的方法为真空溅射镀法，所述真空溅射镀法包括在真空溅射镀的条件下，将作为靶材的硅溅射并沉积在塑胶基材的底漆层上，所述真空溅射镀的条件使所述硅层的厚度为0.1-2微米。
8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述真空溅射镀包括以惰性气体为工作气体，将作为靶材的硅溅射并沉积在塑胶基材的底漆层上，所述真空溅射的功率为8.5-9.5千瓦，所述靶材与塑胶基材的距离为10-20厘米，真空溅射的时间为4-10分钟。
9、根据权利要求5所述的方法，其中，形成所述类金刚石层的方法为真空溅射镀法，所述真空溅射镀法包括在真空溅射镀的条件下，将作为靶材的石墨溅射并沉积在塑胶基材的硅层上形成类金刚石层，所述真空溅射镀的条件使所述类金刚石层的厚度为0.1-3微米。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，所述真空溅射镀包括以惰性气体为工作气体，将作为靶材的石墨溅射并沉积在塑胶基材的底漆层上，所述真空溅射的功率为1-10千瓦，所述靶材与基材的距离为10-20厘米，真空溅射的时间为5-20分钟。
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