CN107674364A - 一种塑胶材料、塑胶材料制备方法及半干法电镀工艺 - Google Patents

一种塑胶材料、塑胶材料制备方法及半干法电镀工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塑胶材料，所述塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：80~95%的普通塑胶材料，1~15%的导电助剂和1~10%的其他助剂。相应地本发明公开了该塑胶材料的制备方法，包括将上述原料共混后送入螺杆挤出机进行挤出。相应地本发明还公开了一种在上述塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，包括无水清洗、第一次活化处理、实施金属导电层、第二次活化处理、电镀酸铜或镀镍、电镀铬等步骤。本发明制备的塑胶材料的导电性能较高，且在该塑胶材料上实施半干法电镀工艺可以大大提高电镀时的镀层与塑胶材料之间的结合力。

Description

一种塑胶材料、塑胶材料制备方法及半干法电镀工艺
技术领域
本发明涉及塑胶材料技术领域，尤其涉及一种塑胶材料、塑胶材料制备方法及半干法电镀工艺。
背景技术
塑胶材料，是以聚合物为基本成分，加入添加剂后在一定温度、压力下，经加工塑制成型或交联固化成型而得的固体材料。由于多数聚合物具有良好的绝缘性能，它被广泛用作绝缘材料。塑胶按热行为分为热塑性与热固性两类。
以前塑胶材料都是绝缘体，目前通过在塑胶材料内添加一些具有导电性的高分子材料，使得塑胶材料具有导电性能，但是由于导电高分子难溶解，无法加工成型，且目前生产的导电塑胶材料的导电性能不好，使用受到限制。
在塑胶表面进行传统水电镀（湿法）电镀可获得高防腐、高耐磨、镜面高光且装饰极强的产品，此种塑料金属化应用广泛。但水电镀工艺存在耗水耗能大，产生大量废水、使用有害化学镀液与添加剂、排放有毒废气、耗用金属量大等缺陷。多年来，众多研究者致力于传统水电镀工艺改进，半干法电镀工艺已经被开发，其应用已可取代部分塑料电镀产品。半干法电镀技术省去了传统电镀的粗化这一工序，大大减少了污染，但是对于大多数塑胶材料，尤其是导电性能不好的非极性及弱极性的塑胶材料，采用半干法电镀工艺时，普遍存在电镀层与塑胶基体材料结合力差的问题（小于4N），直接影响产品的冷热循环测试及使用功能等。
综上，研发一种导电性能较好的塑胶材料、制备方法及在该塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，提高半干法电镀时的电镀层与塑胶基体材料之间的结合力，显得格外重要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述技术问题，提供一种导电性能较好的塑胶材料、制备方法及在该塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，提高半干法电镀时的电镀层与塑胶基体材料之间的结合力。
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种塑胶材料，所述塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：
普通塑胶材料 80~95%
导电助剂 1~15%
其他助剂 1~10%。
进一步地，所述普通塑胶材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
进一步地，所述导电助剂为炭黑系、有机络合物分散系中的一种或几种，其中，所述炭黑系包括导电碳纤维、导电石墨、导电炭黑、碳纳米管；所述有机络合物分散系包括导电络合物。
进一步地，所述其他助剂为分散剂、热稳定剂中的一种或几种，所述分散剂为乙撑双硬酯酰胺、乙撑双月桂酰胺、乙撑双油酸酰胺、乙撑双硬酯酰胺接枝改性物、含氟弹性体、聚四氟乙烯粉末中的至少一种；所述热稳定剂抗氧剂1010（四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯）、三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯中的至少一种。
相应地，本发明还公开了一种制备上述塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、将普通塑胶材料和导电助剂投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入其它助剂，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。
相应地，本发明还公开了一种在上述塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，包括以下步骤：
S1、对塑胶材料进行无水清洗和除尘；
S2、对塑胶材料的表面进行第一次活化处理；
S3、将经步骤S2处理后的塑胶材料的表面依次实施PVD 镀金属底层、合金过渡层及金属导电层；
S4、将经步骤S3处理后的塑胶材料进行超声波水洗和第二次活化处理；
S5、将经步骤S4处理后的塑胶材料直接电镀酸铜或移入镀镍槽实施镀镍；
S6、将经步骤S5处理后的塑胶材料移入镀铬槽进行电镀铬或转挂入PVD 炉进行铬层的沉积。
进一步地，所述步骤S3中，在所述步骤S3中，所述实施PVD镀金属底层时的偏压为190-210V，同时采用多次分段沉积的方法。
进一步地，在步骤S2中，所述第一次活化处理采用电晕活化处理方法或等离子辉光改性方法，所述等离子辉光改性方法采用离子源辉光或偏压辉光模式进行塑胶材料活化处理。
进一步地，在步骤S4中，所述第二次活化处理的活化液为硫酸溶液。
实施本发明，具有如下有益效果：
（1）本发明制备的塑胶材料的导电性能较好，在该塑胶材料上实施半干法电镀处理工艺，即配以相应的物理气象沉积工艺和电镀工艺，大大提升了塑胶材料本身与电镀层之间的结合力（结合力大于8N），拓展了可电镀材料的种类范围；
（2）本发明在塑胶材料上实施半干法电镀工艺，省去了传统的化学除油、粗化、敏化和化学镀镍等工艺程序，简化电镀工艺，废水排放量仅为传统电镀一半，大大减少了环境污染。
具体实施方式
下面对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。
实施例1
本实施例提供了一种塑胶材料，该塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：普通塑胶材料95%，导电助剂0%，其他助剂5%。
其中，所述普通塑胶材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯，所述其他助剂为分散剂，所述分散剂具体为乙撑双硬酯酰胺。
本实施例还公开了一种制备该塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、称取质量分数为95%的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、质量分数为5%的乙撑双硬酯酰胺，将95%的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入5%的乙撑双硬酯酰胺，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。该产品的体积电阻率为5×1016（Ω·cm）。
实施例2
本实施例提供了一种塑胶材料，该塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：普通塑胶材料85%，导电助剂10%，其他助剂5%。
其中，所述普通塑胶材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯，所述导电助剂为炭黑系，具体为导电炭黑，所述其他助剂为分散剂，具体为乙撑双硬酯酰胺。
本实施例还公开了一种制备该塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、称取质量分数为85%的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯烯、质量分数为10%的导电炭黑和质量分数为5%的乙撑双硬酯酰胺，将85%的丙烯晴-丁二烯-苯乙烯和10%的导电炭黑投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入质量分数为5%的乙撑双硬酯酰胺，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。该产品的体积电阻率为3×108（Ω·cm）。
实施例3
本实施例提供了一种塑胶材料，该塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：普通塑胶材料75%，导电助剂20%，其他助剂5%。
其中，所述普通塑胶材料为聚酰胺，所述导电助剂为炭黑系，具体为导电炭黑，所述其他助剂为分散剂，具体为乙撑双硬酯酰胺。
本实施例还公开了一种制备该塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、称取质量分数为75%的聚酰胺、质量分数为20%的导电炭黑和质量分数5%的乙撑双硬酯酰胺，将质量分数为75%的聚酰胺和20%的导电炭黑投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入5%的乙撑双硬酯酰胺，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。该产品的体积电阻率为2×106（Ω·cm）。
实施例4
本实施例提供了一种塑胶材料，该塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：普通塑胶材料85%，导电助剂10%，其他助剂5%。
其中，所述普通塑胶材料为聚丙烯，所述导电助剂为有机络合物分散系，具体为导电络合物，所述其他助剂为热稳定剂，具体为抗氧化1010。
本实施例还公开了一种制备该塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、称取质量分数为85%的聚丙烯、质量分数为10%的导电络合物和质量分数5%的抗氧化1010，将质量分数为85%的聚丙烯和10%的导电络合物投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入5%的抗氧化1010，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。该产品的体积电阻率为6×107（Ω·cm）。
实施例5
本实施例提供了一种塑胶材料，该塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：普通塑胶材料85%，导电助剂10%，其他助剂5%。
其中，所述普通塑胶材料为聚碳酸酯，所述导电助剂为有机络合物分散系，具体为导电络合物，所述其他助剂为热稳定剂，具体为抗氧化1010。
本实施例还公开了一种制备该塑胶材料的方法，包括以下步骤：
S1、称取质量分数为85%的聚碳酸酯、质量分数为10%的导电络合物和质量分数5%的抗氧化1010，将质量分数为85%的聚碳酸酯和10%的导电络合物投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入5%的抗氧化1010，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。该产品的体积电阻率为8×106（Ω·cm）。
上述实施例1-5中的原料配比及产品性能参数如表1所述，当然除了上述实施例外，本发明还包括其他实施例，实施例6-11如表2所示。
表1 实施例1-5中的原料配比及产品性能参数
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
普通塑胶材料 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯 聚酰胺 聚丙烯 聚碳酸酯
普通塑胶材料质量百分比 95% 85% 75% 85% 85%
导电助剂 / 导电炭黑 导电炭黑 导电络合物 导电络合物
导电助剂质量百分比 0 10% 20% 10% 10%
其他助剂 乙撑双硬酯酰胺 乙撑双硬酯酰胺 乙撑双硬酯酰胺 抗氧化1010 抗氧化剂1010
其他助剂质量百分比 5% 5% 5% 5% 5%
体积电阻率（Ω·cm） 5×1016 3×108 2×106 6×107 8×106
表2 实施例6-11
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
普通塑胶材料 聚甲基丙烯酸甲酯 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯 聚酰胺 聚丙烯 聚碳酸酯 聚丙烯
普通塑胶材料质量百分比 80% 90% 84% 80% 85% 85%
导电助剂 导电碳纤维 导电石墨 碳纳米管 导电炭黑 导电络合物 导电炭黑
导电助剂质量百分比 15% 1% 15% 10% 10% 10%
其他助剂 三［2.4-二叔丁基苯基］亚磷酸酯 乙撑双月桂酰胺 乙撑双油酸酰胺 乙撑双硬酯酰胺接枝改性物 含氟弹性体 聚四氟乙烯粉末
其他助剂质量百分比 5% 9% 1% 10% 5% 5%
实施例12
本实施例提供了一种在实施例1-11中制备的塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，包括以下步骤：
S1、对塑胶材料进行无水清洗和除尘；其中无水清洗可采用如下方法：静电除尘、无水酒精擦拭等；
S2、对塑胶材料的表面进行第一次活化处理；其中，所述第一次活化处理可采用以下方法：等离子辉光改性，采用离子源辉光或偏压辉光模式进行塑胶基材活化处理；电晕活化处理；
S3、将经步骤S2处理后的塑胶材料的表面依次实施PVD 镀金属底层、合金过渡层及金属导电层；其中，所述金属底层壳采用铬、钛、铝、镍、铁、锆等金属底层或合金底层，所述金属底层可采用电弧离子镀膜方式或磁控溅射镀膜制备PVD底层，同时在实施PVD镀金属底层时，需提高偏压，同时采用多次分段沉积的方法；所述合金过渡层可采用铬、钛、铝、镍、铁、锆、铜等金属中的至少两种金属导电层，所述金属导电层可采用电话离子镀膜方式或磁控溅射镀膜方式制备PVD金属导电层。
S4、将经步骤S3处理后的塑胶材料进行超声波水洗和第二次活化处理；其中，所述超声波水洗可将基材转入水电镀线进行超声波水池，所述第二次活化处理的活化液可采用硫酸溶液等。
S5、将经步骤S4处理后的塑胶材料直接电镀酸铜或移入镀镍槽实施镀镍；
S6、将经步骤S5处理后的塑胶材料移入镀铬槽进行电镀铬或转挂入PVD 炉进行铬层的沉积。
在上述实施例1-11中的塑胶材料上实施本实施例中的半干法电镀处理工艺，且在实施PVD镀金属底层过程中的偏压不同的情况下，实施例1-11中的塑胶材料与电镀层的结合力、电镀后的冷热循环试验以及CASS试验的结果均有差异，以在上述实施例1-5中的塑胶材料进行半干法电镀处理工艺为例进行说明，具体性能参数如表3所示 。
表3 在实施例1-5中的塑胶材料上实施半干法电镀处理工艺后的性能参数
实施例 1 2 2 3 3 4 4 5
体积电阻率（Ω·cm） 5×1016 3×108 3×108 2×106 2×106 6×107 6×107 8×106
偏压（V） 200 200 70 190 80 210 190 200
结合力（N） 3.5 9 4 10 5 8 6.5 9
冷热循环试验 NG OK NG OK OK OK OK OK
CASS试验 NG OK NG OK NG OK OK OK
从表3可以看出，实施例1中制得的塑胶材料的体积电阻率虽然很高，但半干法电镀处理后的电镀结合力、冷热循环试验和CASS试验的结果均不是很理想，实施例3中的制得的塑胶材料的体积电阻率不是很高，且存在CASS试验通不过的缺陷，而实施例2、实施例4和实施例5中制备的塑胶材料不仅具有优良的体积电阻率，且在半干法电镀处理工艺中能够获取优良的电镀结合力（结合力大于8N，远大于现有技术中的4N）；综上，综合考虑体积电阻率和电镀结合力，本发明中塑胶材料的最优配比范围如下：普通塑胶材料 80~95%，导电助剂 1~15%，其他助剂 1~10%。
从表3中还可以看出，同等条件下，实施PVD镀金属底层过程中的偏压越高，电镀结合力越大，实施PVD镀金属底层过程中的偏压的最优范围为：190-210V。
在实施例2、4、5中制备的塑胶材料上实施本实施例中的半干法电镀工艺， 在PVD镀金属底层过程中的偏压为190-210V的条件下，塑胶材料的电镀结合力大于8N，而在现有技术中的塑胶材料上实施现有的偏压较低（80N左右）的半干法电镀工艺，其电镀结合力仅为4N，可见本发明可以大大提升塑胶材料与电镀层之间的结合力，拓展可电镀材料的种类范围。
采用本发明的制备工艺制备出的塑胶材料，在实施半干法电镀工艺中，能够具有优良的电镀结合力的原理如下：本发明通过采用特有的原料配比进行塑胶材料的制备，在制备过程中可以对塑胶材料进行导电改性，使制得的塑胶材料具有一定的导电性，在实施PVD镀金属底层时，因为材料具有导电性，再通过加大偏压（190-210V），有利于提高PVD底层与导电塑料的结合，从而提高整体的电镀结合力。
本发明的实施例，具有如下有益效果：
（1）本发明制备的塑胶材料的导电性能较好，在该塑胶材料上实施半干法电镀处理工艺，即配以相应的物理气象沉积工艺和电镀工艺，大大提升了塑胶材料本身与电镀层之间的结合力（结合力大于8N），拓展了可电镀材料的种类范围；
（2）本发明在塑胶材料上实施半干法电镀工艺，省去了传统的化学除油、粗化、敏化和化学镀镍等工艺程序，简化电镀工艺，废水排放量仅为传统电镀一半，大大减少了环境污染。
以上所揭露的仅为本发明的几个较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种塑胶材料，其特征在于，所述塑胶材料由如下质量百分比的组分制成：
普通塑胶材料 80~95%
导电助剂 1~15%
其他助剂 1~10%。
2.根据权利要求1所述的塑胶材料，其特征在于，所述普通塑胶材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
3.根据权利要求1所述的塑胶材料，其特征在于，所述导电助剂为炭黑系、有机络合物分散系中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的塑胶材料，其特征在于，所述其他助剂为分散剂、热稳定剂中的一种或几种。
5.一种制备如权利要求1-4中任意一项所述的塑胶材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将普通塑胶材料和导电助剂投入到高速混合机中，混合至均匀，接着向高速混合机中投入其它助剂，再次混合至均匀后得到混合料；
S2、将步骤S1中的混合料送入双螺杆挤压机中进行挤压；
S3、将挤压后的塑胶材料进行切粒，得到产品。
6.一种在如权利要求1-4的塑胶材料上实施半干法电镀的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对塑胶材料进行无水清洗和除尘；
S2、对塑胶材料的表面进行第一次活化处理；
S3、将经步骤S2处理后的塑胶材料的表面依次实施PVD 镀金属底层、合金过渡层及金属导电层；
S4、将经步骤S3处理后的塑胶材料进行超声波水洗和第二次活化处理；
S5、将经步骤S4处理后的塑胶材料直接电镀酸铜或移入镀镍槽实施镀镍；
S6、将经步骤S5处理后的塑胶材料移入镀铬槽进行电镀铬或转挂入PVD 炉进行铬层的沉积。
7.根据权利要求6所述的半干法电镀的工艺，其特征在于，在所述步骤S3中，所述实施PVD镀金属底层时的偏压为190-210V，同时采用多次分段沉积的方法。
8.根据权利要求6所述的半干法电镀的工艺，其特征在于，在步骤S2中，所述第一次活化处理采用电晕活化处理方法或等离子辉光改性方法，所述等离子辉光改性方法采用离子源辉光或偏压辉光模式进行塑胶材料活化处理。
9.根据权利要求6所述的半干法电镀的工艺，其特征在于，在步骤S4中，所述第二次活化处理的活化液为硫酸溶液。
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