CN107326414A - 一种塑料基材无铬金属化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种塑料基材无铬金属化方法，该方法对经过预处理的塑料基材采用物理气相沉积金属化，并依次进行物理气相沉积等离子体清洗，镀结合层和面层，然后对经过上述处理的塑料基材直接进行接镀层电镀，最后进行常规的电镀处理工艺处理。本发明采用上述物理气相沉积金属化工序取代了传统的电镀的粗化、还原、敏化、活化和化学镍等工序，使得塑料表面处理流程简化，大量减少了废水的排放，整个金属化工艺过程中不使用六价铬，无六价铬的排放。

Description

一种塑料基材无铬金属化方法
技术领域
本发明属于塑料表面处理技术领域，尤其涉及到一种塑料基材无铬金属化方法。
背景技术
塑料具有较高的抗冲击强度、加工成型性好、耐腐蚀及质量轻等特性，对塑料进行金属化处理，使其既保持了塑料原有特性，又具有金属的导电导磁性、装饰性及可焊接等性能，并使塑料表面机械强度提高，延长其使用寿命，降低成本。
现有技术在对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）树脂等塑料表面通过镀覆来实施金属化处理时，为了提高塑料表面与镀膜之间的附着性，通常的做法是在相应的金属沉积操作之前将塑料表面粗糙化，以能够使金属沉积层获得足够的粘附力。为了达到这个目的，典型的方法是用含六价铬离子的酸洗溶液刻蚀处理塑料表面，如以铬-硫酸为基础的溶液包含六价铬氧化物与硫酸，其重量比为1:1。当将塑料表面浸没于这种铬酸洗液中，塑料表面中的聚丁二烯成分就会氧化分解并在表面上留下洞穴，这就会成为粘附金属沉积层的相应锚定结构，而粘附力就是通过这种锚定效应产生。
铬酸、重铬酸及其盐类对人的黏膜及皮肤有刺激和灼烧作用，并会导致接触性皮炎。这些化合物以蒸汽或粉尘方式进入人体，均会引起肠胃疾患、白血球下降和类似哮喘的肺部病变。此外，已有发现认为，六价铬可诱发肺癌。
现有常规的塑料镀覆工艺中的六价铬一般会排放到电镀废水中，废水中的铬对人体和环境会产生很大的危害。此外，传统塑料电镀生成过程中产生的废水量也是很大的，一条全自动的产量为2万m2/每月的电镀线，每月排出的废水为2000吨。如此多的废水不仅造成水资源的浪费，而且严重的污染人类的生态环境。
基于传统塑料镀覆工艺中铬酸与硫酸的混合液作为刻蚀剂的上述缺陷，目前急需一种新的塑料金属化工艺，以减少废水的排放以及六价铬的使用及排放量。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的是提供一种无铬的塑料基材金属化工艺，该工艺流程简单，适合多种塑料基材的表面处理，不仅无六价铬的排放，而且废水的排放量也大幅度减少。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种塑料基材无铬金属化方法，包括以下步骤：
1）对塑料基材进行预处理；
2）对经过所述步骤1）预处理的塑料基材进行物理气相沉积（PVD）金属化，并依次进行物理气相沉积（PVD）等离子体清洗，镀结合层和面层；其中，
所述物理气相沉积（PVD）等离子体清洗的工艺条件为：偏压300～500V，占空比50%～80%，氩气流速200～500SCCM，炉内真空压力0.1～0.3Pa，时间7～15min；
所述镀结合层的工艺条件为采用中频电源或直流电源溅射，采用中频电源其电流为200～500A，电压为300～600V，沉积时间为3～10min，偏压70～150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；采用直流电源溅射其电源电流为2~10A，沉积时间为3～10min，偏压70~150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；
所述镀面层的工艺条件为采用中频电源或直流电源溅射，采用中频电源其电流为200～500A，电压为300～600V，沉积时间为30～60min，偏压70～150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；采用直流电源溅射电源其电流为2~10A，沉积时间为30～60min，偏压70~150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM：
3）对经过所述步骤2）处理的塑料基材直接进行接镀层电镀；
4）对经过所述步骤3）处理的塑料基材进行所需相应的电镀处理工艺处理。
进一步地，在步骤1）中，所述预处理，是采用常规除蜡、除油处理或干式清洁工艺中的一种。
优选的，所述采用干式清洁工艺具体方法是采用干冰处理，临界二氧化碳处理，碳氢清洗方法中的至少一种。
进一步地，在步骤2）中所述镀结合层所用靶材为纯硅或硅合金；所述镀面层所用靶材为纯硅或硅合金。
优选的，所述硅合金为硅镍合金或硅铜合金。
进一步地，在步骤3）中，所述接镀层电镀采用电镀镍工艺。
优选的，所述电镀镍的方法是以经过步骤2）处理的塑料基材作为阴极，纯镍作为阳极，采用电镀镍的配方如下：硫酸镍 230~260g/L，氯化镍50~70 g/L，盐酸25~45 g/L，十二烷基硫酸钠0.01~0.02 g/L；镀液的温度为25~45℃，阴极电流密度为4~8A/dm2，电镀时间为1~3min。
与现有技术相比，本发明提供的一种塑料基材无铬金属化方法具有如下有益效果：
1）传统的电镀需要使用高浓度的含六价铬的刻蚀剂进行塑料表面的粗化以及后续的还原、敏化、活化和化学镍等工序，本发明采用物理气相沉积金属化，并依次进行物理气相沉积等离子体清洗，镀结合层和面层，取代了传统的电镀的上述工序，使得塑料表面处理流程简化，大量减少了废水的排放。
2）本发明采用的塑料基材金属化工艺可使传统的电镀污水排放减少50％以上，整个金属化工艺过程中不使用六价铬。
附图说明
图1所示为本发明的塑料基材无铬金属化方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的塑料基材无铬金属化方法中，作为金属化对象的塑料，没有特殊限制，可举出例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯/ 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（PC/ABS）、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯（ASA）、有机硅类复合橡胶-丙烯腈-苯乙烯（SAS）、改性聚苯醚树脂、聚丙烯、聚碳酸酯（PC）、丙烯腈-苯乙烯、聚乙酸酯、聚苯乙烯、聚酰胺、芳香族聚酰胺、聚乙烯、聚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜、聚醚醚砜、聚醚酰亚胺、改性聚苯醚、聚苯硫醚、聚酰胺、聚酰亚胺、环氧树脂、液晶聚合物等和上述各聚合物的共聚物等。在本发明的方法中，特别优选对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）实施金属化。
本发明的塑料基材无铬金属化方法中所述电镀处理工艺优选的，采用常规的电镀光亮铬、电镀铜-电镀半光镍-拉丝-涂装、电镀铜-染黑-拉丝-涂装、电镀铜-电镀珍珠镍-电镀光铬中的任意一种，更优选的为采用常规的电镀光亮铬工艺，但也不限于上述所述的电镀处理工艺，还可以是其他的表面处理工艺，本发明对此不作限制。
实施例1
如图1所示，本实施例公开的塑料基材无铬金属化方法，具体实施如下：
1）对塑料基材实施干式清洁法除油除污
对ABS塑料基材实施干式清洁法，采用碳氢清洗后烘干；
2）对塑胶基材进行物理气相沉积（PVD）金属化
对ABS塑料基材依次进行物理气相沉积等离子清洗，镀结合层和面层。物理气相沉积等离子体清洗的工艺条件为：偏压350V，占空比50%，氩气流速300SCCM，炉内真空压力0.2Pa，时间10min。
镀结合层的工艺条件为：采用直流电源溅射，直流电源溅射电源电流为2A，沉积时间为10min，偏压120V，占空比50%，氩气流速100SCCM，所用靶材为99.99%硅。
镀面层的工艺条件为采用中频电源，采用中频电源电流为300A，电压为400V，沉积时间为50min，偏压110V，占空比50%，氩气流速100SCCM，所用靶材为40%硅60%铜的硅铜合金。
3）实施接镀电镀工艺
经过PVD处理的ABS塑料基材进行电镀镍工艺接镀，上述步骤2）所制备的塑料基材作为阴极，阳极采用纯镍，电镀镍接镀工艺条件为：硫酸镍 230~260g/L，氯化镍50~70 g/L，盐酸25~45 g/L，十二烷基硫酸钠0.01~0.02 g/L；镀液的温度为25~45℃，阴极电流密度4~8A/dm2，电镀时间为1~3min。
4）对经过接镀工艺的ABS产品进行电镀光亮铬工艺，具体流程如下：
电镀酸铜采用成熟的商品化的电镀酸铜工艺，电镀铜层的厚度为10~15μm；半光亮镀镍和全光亮镀镍采用成熟的商品化的工艺，半光镍镀层厚度6~9μm，全光亮镀镍层厚度3~6μm。采用成熟的商品化的镀装饰铬工艺，镀层厚度0.15~0.25μm。
电镀后的产品外观与常规ABS电镀产品无区别，可通过ASTM B368-09 8H实验及ASTM B604-91实验。
实施例2
如图1所示，本实施例公开的塑料基材无铬金属化方法，具体实施如下：
1）对塑料基材实施干式清洁法除油除污
对ABS塑料基材实施干式清洁法，采用碳氢清洗后烘干。
2）对塑胶基材进行物理气相沉积（PVD）金属化
对ABS塑料基材依次进行物理气相沉积等离子清洗，镀结合层和面层。物理气相沉积等离子体清洗的工艺条件为：偏压450V，占空比60%，氩气流速400SCCM，炉内真空压力0.2Pa，时间8min。
镀结合层的工艺条件为：采用中频电源电流为300A，电压为500V，沉积时间为70min，偏压100V，占空比60%，氩气流速120SCCM，所用靶材为硅70%铬30%的硅铬合金；
镀面层的工艺条件为采用中频电源，采用中频电源电流为350A，电压为400V，沉积时间为60min，偏压120V，占空比60%%，氩气流速90SCCM，所用靶材为50%硅50%镍的硅镍合金。
3）实施接镀电镀工艺
经过PVD处理的ABS塑料基材进行电镀镍工艺接镀，上述步骤2）所制备的塑料基材作为阴极，阳极采用纯镍，电镀镍接镀工艺条件为：硫酸镍 230~260g/L，氯化镍50~70 g/L，盐酸25~45 g/L，十二烷基硫酸钠0.01~0.02 g/L；镀液的温度为25-45℃，阴极电流密度4-8A/dm2，电镀时间为1~3min。
4）对经过接镀工艺的ABS产品进行电镀光亮铬工艺，具体流程如下：
电镀酸铜采用成熟的商品化的电镀酸铜工艺，电镀铜层的厚度为10~15μm；半光亮镀镍和全光亮镀镍采用成熟的商品化的工艺，半光镍镀层厚度6~9μm，全光亮镀镍层厚度3~6μm。采用成熟的商品化的镀装饰铬工艺，镀层厚度0.15~0.25μm。
电镀后的产品外观与常规ABS电镀产品无区别，可通过ASTM B368-09 8H实验及ASTM B604-91实验。
与现有技术相比，上述实施例提供的塑料基材无铬金属化方法具有如下有益效果：
1）传统的电镀需要使用高浓度的含六价铬的刻蚀剂进行塑料表面的粗化以及后续的还原、敏华、活化和化学镍等工序，本发明采用物理气相沉积金属化，并依次进行物理气相沉积等离子体清洗，镀结合层和面层，取代了传统的电镀的上述工序，使得塑料表面处理流程简化，大量减少了废水的排放。
2）本发明采用的塑料基材金属化工艺可使传统的电镀污水排放减少50％以上，整个金属化工艺过程中不使用六价铬。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (7)

1.一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对塑料基材进行预处理；
2）对经过所述步骤1）预处理的塑料基材进行物理气相沉积（PVD）金属化，并依次进行物理气相沉积（PVD）等离子体清洗，镀结合层和面层；其中，
所述物理气相沉积（PVD）等离子体清洗的工艺条件为：偏压300～500V，占空比50%～80%，氩气流速200～500SCCM，炉内真空压力0.1～0.3Pa，时间7～15min；
所述镀结合层的工艺条件为采用中频电源或直流电源溅射，采用中频电源其电流为200～500A，电压为300～600V，沉积时间为3～10min，偏压70～150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；采用直流电源溅射其电源电流为2~10A，沉积时间为3～10min，偏压70~150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；
所述镀面层的工艺条件为采用中频电源或直流电源溅射，采用中频电源其电流为200～500A，电压为300～600V，沉积时间为30～60min，偏压70～150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；采用直流电源溅射电源其电流为2~10A，沉积时间为30～60min，偏压70~150V，占空比50%～60%，氩气流速50～150SCCM；
3）对经过所述步骤2）处理的塑料基材直接进行接镀层电镀；
4）对经过所述步骤3）处理的塑料基材进行所需相应的电镀处理工艺处理。
2.如权利要求1所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，在步骤1）中，所述预处理，是采用常规除蜡、除油处理或干式清洁工艺中的一种。
3.如权利要求2所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，所述采用干式清洁工艺具体方法是采用干冰处理，临界二氧化碳处理，碳氢清洗方法中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，在步骤2）中所述镀结合层所用靶材为纯硅或硅合金；所述镀面层所用靶材为纯硅或硅合金。
5.如权利要求4所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，所述硅合金为硅镍合金或硅铜合金。
6.如权利要求1所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，在步骤3）中，所述接镀层电镀采用电镀镍工艺。
7.如权利要求6所述的一种塑料基材无铬金属化方法，其特征在于，所述电镀镍的方法是以经过步骤2）处理的塑料基材作为阴极，纯镍作为阳极，采用电镀镍的配方如下：硫酸镍230~260g/L，氯化镍50~70 g/L，盐酸25~45 g/L，十二烷基硫酸钠0.01~0.02 g/L；镀液的温度为25~45℃，阴极电流密度为4~8A/dm2，电镀时间为1~3min。
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