CN104032335A

CN104032335A - 后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法

Info

Publication number: CN104032335A
Application number: CN201410295201.9A
Authority: CN
Inventors: 杨光; 皮钧
Original assignee: Jimei University
Current assignee: Jimei University
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2014-09-10

Abstract

后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，涉及微棱镜型反光膜。在电铸槽中加入水，再依次加入六水合硫酸镍、氯化镍；另在热水中加入硼酸后煮沸，再加入十二烷基硫酸钠，溶解后倒入电铸槽中，然后向电铸槽中加入糖精和1,4-丁炔二醇，再注入水加满电铸槽，调节pH为4.0～4.4，得电铸液；将金属原模在PVC材料上连续复制，获得一面带有微棱锥结构的片状模板，片状模板上每一个微棱锥边长为100～200μm；保持微棱锥结构在内侧，将片状模板围成圆筒，对焊获得环形模板，再对环形模板内表面进行电铸前处理；将阳极镍板放入环形阳极篮中，接入正极；将环形模板放入电铸槽并接入负极，保证阴极与阳极同心，电铸，经阴极脱模后即得。

Description

后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法

技术领域

本发明涉及微棱镜型反光膜，尤其是涉及一种可用于后续连续加工反光膜的微棱镜工作模制备方法。

背景技术

现有微棱镜型反光膜工作模为片状，后续生产需要对反光膜不断拼接才能形成连续产品，这种生产工艺严重制约工作效率，其拼接过程的不稳定性也极大地影响了产品质量。

另外，在一般机械搅拌电铸工艺条件下，电铸镍只能得到较粗糙的表面，其逆反射性能不高。微棱镜反光膜为几十个微米量级的棱锥阵列组成，无法在加工后进行其他机械抛光。反光膜要求工作模具有很高的逆反射系数，也就是必须在电铸后就获得高反光度。

对于后续可用于连续生产反光膜的电铸工作模制备工艺未见报道。将其与超声电铸相结合，可获得高反光度的后续可连续加工反光膜的微棱镜工作模。

资料表明，反光膜片状工作模可以通过超声电铸提高其逆反射光学效果(杨光,皮钧.利用超声电铸制备高反光度微棱镜反光膜工作模的方法.中国专利201310388232.4)。片状工作模电铸过程中，除了直流电源，还可以施加脉冲电源，提高其表面质量(杨光,皮钧.利用超声-脉冲电铸制备高反光度微棱镜反光膜工作模的方法.中国专利201310388232.X)。对于超声波用于提高片状铸层质量的研究有大量报道：超声波的机械扰动效用和空化效应可以大大改善电铸液的传质效果，有效降低浓差极化；同时，超声空化作用所产生的能量降低了电极表面金属离子的还原位能，减小了临界晶核半径，从而提高了成核速率；此外，在空化高温高压和高速微射流冲击作用下，已经沉积到阴极表面的较粗晶粒被打碎，形成更小的晶核(刘兰波，吴蒙华，王元刚,等.超声－脉冲电铸工艺参数对镍铸层晶粒尺寸的影响.机械工程材料，2012,3:22-25)；另外，有资料表明，超声搅拌声强为12～14W/cm²时，电铸出的镍微器件积瘤、针孔等缺陷少，塌角、圆边现象明显减少，表面平整(明平美，朱荻，胡洋洋，等.超声微细电铸试验研究.中国机械工程，2008,6:644-647)。但是对于微棱镜反光膜工作模来说，形成后续连续生产条件，并得到高反光度的铸层表面，才是解决现有断续生产、生产率低下的关键。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的微棱镜工作模后续非连续加工的特点，提供一种具有高反光度的后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)在电铸槽中加入水，再依次加入六水合硫酸镍、氯化镍；另在热水中加入硼酸后煮沸，再加入十二烷基硫酸钠，溶解后倒入电铸槽中，然后向电铸槽中加入糖精和1,4-丁炔二醇，再注入水加满电铸槽，调节pH为4.0～4.4，得电铸液；

2)将金属原模通过热压方式在PVC材料上进行连续复制，获得一面带有微棱锥结构的片状模板，片状模板上每一个微棱锥边长为100～200μm；然后保持微棱锥结构在内侧，将片状模板围成圆筒，利用超声焊机对焊，获得环形模板，之后对环形模板内表面进行电铸前处理；

3)将阳极镍板放入环形阳极篮中，接入正极；将步骤2)中的环形模板放入电铸槽并接入负极，保证阴极与阳极同心，调节电流密度为4～10A/dm²，调节超声声强为3～6W/cm²，频率为30～50kHz，进行电铸，经阴极脱模后得到环形高反光度微棱镜反光膜工作模，即为后续可连续加工的微棱镜工作模。

在步骤1)中，所述水可采用温度为50～60℃的去离子水，优选55℃；所述热水可采用温度为100℃的去离子水；所述六水合硫酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠、糖精和1,4-丁炔二醇按质量比可为(6000～12000)∶(600～1400)∶(600～1500)∶(1～20)∶(2～20)∶(4～10)；所述六水合硫酸镍的质量-体积浓度可为300～600g/L，氯化镍的质量-体积浓度可为30～70g/L；硼酸的质量-体积浓度可为30～75g/L，十二烷基硫酸钠的质量-体积浓度可为0.05～1g/L，糖精的质量-体积浓度可为0.1～1g/L，1,4-丁炔二醇的质量-体积浓度可为0.2～0.5g/L；所述煮沸的时间可为30～50min，最好为40min；所述调节pH为4.2可采用质量-体积浓度为30％的硫酸溶液调节，调节pH为4.0～4.4后可在45～55℃下保温8～12h，最好在50℃下保温10h；所述pH优选4.2。

在步骤3)中，阳极环形直径比步骤2)中的环形模板直径小40～60cm；所述电铸的时间可为2～4h。

本发明不同于传统反光膜工作模的电铸方式，而是将环形阳极置于环形阴极内部，获得后续可用于连续生产反光膜的微棱镜工作模。同时利用超声振动增强电铸搅拌过程，确保铸层质量。

本发明的优点在于：

1)在生产中能够方便地调节超声参数。

2)优选了合适的电铸液配方。

3)采用在硫酸镍电铸液中制备环形微棱镜反光膜工作模时提高逆反射系数的方法，能够通过调整超声参数提高微棱镜反光膜工作模的逆反射系数。

4)经上述方法所得到的后续可连续加工的微棱镜工作模(环形镍模)，可以用于后续反光膜的连续滚压式加工，极大提高生产效率。

附图说明

图1为本发明电铸过程中阴极内表面的微棱锥结构示意图。

图2为本发明在电铸过程中阴极与阳极的放置位置示意图。

图3为本发明制备的微棱镜工作模俯视图。

图4为已有的普通机械搅拌电铸微棱镜反光膜工作模显微图。

图5为本发明制备的高反光度微棱镜反光膜工作模显微图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

以下给出所述利用超声电铸制备后续可连续加工的高反光度微棱镜工作模的方法实施例：

实施例1

电铸液配制：根据电铸槽的总容积，分别称量硫酸镍450g、氯化镍50g、硼酸50g、十二烷基硫酸钠0.07g、糖精0.5g和1,4-丁炔二醇0.35g。电铸槽加入去离子水，加热到50℃，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍，搅拌并保温4h。另取一容器用去离子水冲洗、干燥，加入去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮沸0.5h，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽中，并向铸槽中加入糖精和丁炔二醇，再补加去离子水至充满电铸槽，充分搅拌，在45℃保温12h，用pH试纸测量其pH值，用30％的硫酸溶液调节至pH＝4.2。电铸液保证质量-体积浓度：硫酸镍450g/L，氯化镍50g/L，硼酸50g/L，十二烷基硫酸钠0.07g/L，糖精0.5g/L，丁炔二醇0.35g/L。

阳极和阴极的前处理：将阳极镍板放入盐酸中25min，表面充分活化后，用去离子水冲洗干净。阴极环形模具先用氯化亚锡盐酸溶液进行敏化6s，用去离子水冲洗干净；将重铬酸钾溶液均匀喷洒在阴极表面6s，进行钝化处理，之后用去离子水冲洗干净；放入硝酸中5min进行表面钝化，然后去离子水冲洗。

电铸：把镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的环形微棱镜模具接入阴极，环形阴极与阳极直径尺寸相差40cm，调节电流密度为4A/dm²，调节超声声强为5W/cm²，频率为40kHz，进行电铸4h。电铸过程中阴极内表面的微棱锥结构示意图参见图1，电铸过程中阴极与阳极的放置位置示意图参见图2。

脱模：取出阴极进行脱模，对工作模用去离子水充分冲洗，干燥。制备的微棱镜工作模俯视图参见图3。

测量逆反射系数：用逆反射标志测量仪和车身反光标志测量仪测量工作模的逆反射系数分别为1864和1921cd·lx^-1·m^-2，而一般机械搅拌电铸得到的工作模逆反射系数分别为854和942cd·lx^-1·m^-2。

显微观察：在光学显微镜下观察工作模，并拍照片。图5得到微棱镜反光膜高反光度的工作模。从图4和5可以看出，现有的机械搅拌微棱镜反光膜工作模反光度不高(见图4)，采用超声搅拌电铸在一定参数情况下得到了高反光度的工作模(见图5)。

实施例2

硫酸镍电铸液配制：根据电铸槽的总容积，首先称量硫酸镍300g、氯化镍30g、硼酸30g、十二烷基硫酸钠0.05g、糖精0.1g和1,4-丁炔二醇0.2g。电铸槽加去离子水，加热到55℃，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍，搅拌并保温3.5h。另取一容器用去离子水冲洗、干燥，加入去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮沸40min，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽中，并向电铸槽中加入糖精和丁炔二醇，再补加去离子水至充满电铸槽，充分搅拌，在50℃保温10h，用pH试纸测量其pH值，用30％的硫酸溶液调节至pH＝4.2。铸液保证质量-体积浓度：硫酸镍300g/L，氯化镍30g/L，硼酸30g/L，十二烷基硫酸钠0.05g/L，糖精0.1g/L，丁炔二醇0.2g/L。

电铸：把镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的环形微棱镜模具接入负极，环形阴极与阳极直径尺寸相差50cm，调节电流密度为7A/dm²，调节超声声强为3W/cm²，频率为50kHz，进行电铸3h。

脱模：取出阴极进行脱模，对工作模用去离子水充分冲洗，干燥。

测量逆反射系数：用逆反射标志测量仪和车身反光标志测量仪测量工作模的逆反射系数分别为1836和1881cd·lx^-1·m^-2。

实施例3

硫酸镍电铸液配制：根据电铸槽的总容积，首先称量硫酸镍600g、氯化镍70g、硼酸75g、十二烷基硫酸钠1g、糖精1g和1,4-丁炔二醇0.5g。电铸槽加入1/2容积的去离子水，加热到60℃，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍，搅拌并保温3h。另取一容器用去离子水冲洗、干燥，加入去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮沸50min，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽中，并向电铸槽中加入糖精和丁炔二醇，再补加去离子水至充满电铸槽，充分搅拌，在55℃保温8h，用pH试纸测量其pH值，用30％的硫酸溶液调节至pH＝4.2。铸液保证质量-体积浓度：硫酸镍600g/L，氯化镍70g/L，硼酸75g/L，十二烷基硫酸钠1g/L，糖精1g/L，丁炔二醇0.5g/L。

阳极和阴极的前处理：将阳极镍板放入盐酸中25min，表面充分活化后，用去离子水冲洗干净。阴极镍模先用氯化亚锡盐酸溶液进行敏化6s，用去离子水冲洗干净；将重铬酸钾溶液均匀喷洒在阴极表面7s，进行钝化处理，之后用去离子水冲洗干净。放入硝酸中5min进行表面钝化，然后去离子水冲洗。

电铸：把镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的环形微棱镜模具接入负极，环形阴极与阳极直径尺寸相差60cm，调节电流密度为10A/dm²，调节超声声强为6W/cm²，频率为30kHz，进行电铸2h。

测量逆反射系数：用逆反射标志测量仪和车身反光标志测量仪测量工作模的逆反射系数分别为1873和1916cd·lx^-1·m^-2。

Claims

1.后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述水采用温度为50～60℃的去离子水，优选55℃。

3.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述热水采用温度为100℃的去离子水。

4.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述六水合硫酸镍、氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠、糖精和1,4-丁炔二醇按质量比为(6000～12000)∶(600～1400)∶(600～1500)∶(1～20)∶(2～20)∶(4～10)；所述六水合硫酸镍的质量-体积浓度为300～600g/L，氯化镍的质量-体积浓度为30～70g/L；硼酸的质量-体积浓度为30～75g/L，十二烷基硫酸钠的质量-体积浓度为0.05～1g/L，糖精的质量-体积浓度为0.1～1g/L，1,4-丁炔二醇的质量-体积浓度为0.2～0.5g/L。

5.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述煮沸的时间为30～50min。

6.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于所述煮沸的时间为40min。

7.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述调节pH为4.0～4.4为采用质量-体积浓度为30％的硫酸溶液调节，调节pH为4.0～4.4后在45～55℃下保温8～12h。

8.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述pH为4.2；调节pH为4.0～4.4后在50℃下保温10h。

9.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤3)中，阳极环形直径比步骤2)中的环形模板直径小40～60cm。

10.如权利要求1所述后续可连续加工的微棱镜工作模制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述电铸的时间为2～4h。