CN1840327A - 塑胶镀膜模组及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种塑胶镀膜模组，其包括一塑胶基底，一薄膜以及一位于该塑胶基底与该薄膜之间的调制膜。本发明还提供一种塑胶镀膜模组的制作方法，其包括如下步骤：提供一塑胶基底，在该塑胶基底表面形成一调制膜，在该调制膜上形成一所需薄膜，退火。本发明可消除薄膜应力，提高薄膜与塑胶基底间的结合力。

Description

塑胶镀膜模组及其制作方法
【技术领域】
本发明是关于一种塑胶镀膜模组及其制作方法。
【背景技术】
常用的塑胶基材包括ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物，英文名Acrylonitrile-Butadine-Styrene，ABS)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、压克力(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚丙烯(PolyPropylene，PP)、 聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly(Ethylene Terephthalate)，PET)以及环氧树脂等，其一般具有重量轻、易于加工、耐冲击性高、不易破裂以及生产流程简单快速等优点。
塑胶材料如热塑性烯烃(ThermoPlastic Olefinic，TPO)等由于具有上述优良性质而被广泛应用于电机电器绝缘、机械材料、建筑材料、包装材料等许多领域。
然而，塑胶材料也有其缺点。在射出成型时，塑胶材料冷却后成品收缩变形，其收缩量不易控制；线膨胀系数较大；热变形温度较低，例如塑胶材料PMMA的热变形温度为95℃；吸水性大，如在40℃，PMMA的吸水性为2％。
由于其本身的缺点，使得塑胶材料在长期曝露于阳光、湿气以及冷热等外界环境中时会发生降解，且用于装饰用途及其它特殊用途时，往往无法满足色泽、抗反射等要求，因此，通常为了装饰目的及满足特殊功能，或为了获得使用寿命更长、耐受力更强的材料，需要在塑胶材料表面镀上一层薄膜，例如抗反射膜(Anti-Reflective，AR)、红外镀膜(Infrared Radiation，IR)以及静电保护膜等。
塑料镀膜技术大体上分为液体成膜与气体成膜两种方法，气体成膜法是膜的组成成分以气态方式沉积在基板，其可分为物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，简称PVD)和化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)。物理气相沉积法(PVD)一般简称物理镀膜法，中国台湾艺轩出版社在2001年出版的由李正中先生编著的《薄膜光学与镀膜技术》(第二版)一书272页给出了其成膜过程：首先将薄膜材料由固态变为气态，薄膜的气态原子、分子或离子穿过真空抵达基板表面，最后薄膜材料沉积在基板上渐渐形成薄膜。该方法的优点在于：其一可以维持薄膜材料的纯度，使其不与其它物质相碰撞而结合或发生化学变化从而改变薄膜纯度；其二可以保持形成薄膜的气态原子或分子的动能，使其有力地飞向基板上以增加薄膜与基板间的结合力；其三是薄膜材料的原子或分子层层堆积在基板上，而成膜过程中不会包杂其它气体，使膜质密度高、硬度大。
现有技术镀膜技术一般采用在塑胶基底上直接镀膜的方法。图1是塑胶基底11表面镀上薄膜12后形成的塑胶镀膜模组10的结构示意图。由于玻璃化温度的限制，在塑胶基底11表面镀膜时的基底温度必须维持较低水平，一般不能超过塑胶玻璃化温度的三分之二。但是，在镀膜过程中，薄膜12材料从气相沉积为固相时因相变化所产生的热，以及离子或二次电子对塑胶基底11的撞击会导致塑胶基底11温度上升。
如前所述，塑胶基底11容易吸收水分。当塑胶基底11温度上升时，其吸收或吸附的水分会溢出基底表面而破坏薄膜12与塑胶基底11的结合力。且在较低的基底温度下，薄膜12层越厚，薄膜12内累积的应力就越大。当老化或曝露于环境中后，薄膜12与塑胶基底11的结合力最终变得很弱，使得应力大于结合力时，薄膜12将从塑胶基底11分离，最终出现膜层开裂(Crack)、剥离(Chip off)、微裂纹(Microcrack)等情形，如图2所示是薄膜12从塑胶基底11分离情况示意图。
有鉴于此，提供一种消除薄膜应力，提高薄膜与塑胶基底间结合力的塑胶镀膜模组及其制作方法实为必需。
【发明内容】
以下，将以若干实施例说明一种可以消除薄膜应力，提高薄膜与塑胶基底间结合力的塑胶镀膜模组。
以及通过这些实施例说明一种可以消除薄膜应力、提高薄膜与塑胶基底间结合力的塑胶镀膜模组的制作方法。
为实现上述内容，提供一种塑胶镀膜模组，其包括：一塑胶基底，一薄膜以及一位于该塑胶基底与该薄膜间的调制膜。
以及，提供一种塑胶镀膜模组的制作方法，其包括如下步骤：提供一塑胶基底，在该塑胶基底表面形成一调制膜，在该调制膜上形成一所需薄膜，退火。
该调制膜的原料可选用氧化铈氧化钇部分稳定氧化锆(Ce，Y-PSZ)、氧化钙部分稳定氧化锆(Ca-PSZ)、氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)、氧化钇部分稳定氧化锆(Y-PSZ)、氧化铈部分稳定氧化锆(Ce-PSZ)及氧化钙氧化钇部分稳定氧化锆(Ca，Y-PSZ)、氧化镁氧化钇部分稳定氧化锆(Mg，Y-PSZ)、氧化铈氧化镁部分稳定氧化锆(Ce，Mg-PSZ)等中的一种或几种。
相较于现有技术，本技术方案的有益效果为：在调制膜上镀薄膜，薄膜原料从气相沉积为固相时因相变产生的热，以及离子或二次电子对塑胶基底及调制膜的撞击产生的热被该调制膜吸收，使调制膜温度升高。在随后的退火中，在外应力作用下，调制膜中的氧化锆发生相变，并伴随体积膨胀，可吸收薄膜在沉积过程中累积的内应力能量，且体积膨胀对薄膜因内应力作用而形成的裂纹产生压应力，阻止裂纹扩展。
同时，相变过程所伴随的体积膨胀和剪切应变使单斜晶相氧化锆周围产生了大量微裂纹，当这些微裂纹处于薄膜因内应力累积而形成的裂纹前端作用区时，吸收或释放该裂纹的一部分能量，可减少该裂纹前端的应力集中，有效地抑制裂纹扩展，因此可消除该薄膜应力，并可提高其与塑胶基底的结合力。
【附图说明】
图1是现有技术塑胶镀膜模组结构示意图。
图2是现有技术薄膜与塑胶基底剥离情况示意图。
图3是本实施例塑胶镀膜模组结构的示意图。
图4是本实施例塑胶镀膜模组的制作方法示意图。
图5是本实施例塑胶镀膜模组的薄膜与塑胶基底紧密结合情况示意图。
【具体实施方式】
图3是本实施例塑胶镀膜模组100结构示意图。该塑胶镀膜模组100包括一塑胶基底110与一薄膜130，一调制膜120位于该塑胶基底110与该薄膜130之间。该塑胶基底110的材质为ABS树脂、聚乙烯(PE)、压克力(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及环氧树脂等。该调制膜120的原料可选用氧化铈氧化钇部分稳定氧化锆(CeO2，Y2O3-Partially Stabilized Zirconia，Ce，Y-PSZ)、氧化钙部分稳定氧化锆(Ca-PSZ)、氧化镁部分稳定氧化锆(Mg-PSZ)、氧化钇部分稳定氧化锆(Y-PSZ)、氧化铈部分稳定氧化锆(Ce-PSZ)及氧化钙氧化钇部分稳定氧化锆(Ca，Y-PSZ)、氧化镁氧化钇部分稳定氧化锆(Mg，Y-PSZ)、氧化铈氧化镁部分稳定氧化锆(Ce，Mg-PSZ)等中的一种或几种，优选Ce，Y-PSZ，其中四方晶相(T相)氧化锆粒子的临界直径为次微米级(Submicron Size)。该薄膜130可为所需的各种膜，如抗反射膜、抗电磁辐射膜、红外膜、抗湿膜等。
氧化锆是由斜锆石和锆英石两种在自然界中含锆的矿石中提炼出来的金属氧化物，其本身强度高、韧性好，是一类力学性能良好的结构材料。氧化锆是一种多晶形物质，在不同温度下以三种晶相存在，即立方晶相(Cubic Phase，C)、四方晶相(或称正方晶相，Tetragonal Phase，T)和单斜晶相(Monoclinic Phase，M)，其分别稳定在高温、中温及低温区。
各晶型间的转变是可逆的，ZrO2从高温冷却至室温过程中将发生如下相变：C-T-M。在室温下，纯氧化锆以M相存在，并在1170℃以下稳定在M相；当温度高于1170℃时，其由M相转变为T相；当温度高达2370℃时则转变成C相。其中T-M间的转变属于马氏体相变(Martensitic Transformation)，伴有7～9％的体积变化，加热时M-T体积收缩，冷却时体积膨胀。在没有稳定剂存在的情况下，C相及T相晶型无法在常温条件下存在，而只能以M相存在。
然而，当加入适当稳定剂(如Y2O3、MgO、CaO、CeO2等)后，可降低C-T与T-M的相变温度，使高温稳定的C相及T相也能在室温下稳定或亚稳定存在。
当稳定剂加入量在某一范围时，高温稳定的C相ZrO2藉由适当温度下的时效处理，使C相ZrO2大晶粒中析出多个细小纺锤状的T相晶粒，形成含C相及T相的双相组织结构，其中C相是稳定态而T相是亚稳定态并一直保存至室温。该氧化锆称为部分稳定氧化锆(Partially Stabilized Zirconia，PSZ)，当稳定剂为CaO、MgO、Y2O3或CeO2时，分别表示为Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ等。
进一步研究发现，在外力诱导下氧化锆发生T-M间的马氏体相变时伴随着体积膨胀及形状变化，能吸收能量，减缓裂纹尖端应力集中，阻止裂纹扩展，提高韧性，达到相变增韧效果。
但是，产生相变增韧的主要条件是T相粒子尺寸为次微米级，即只有在所含T相粒子的直径小于某一特定临界值时才会发生相变增韧作用。例如，对于Y2O3加入量为3wt％的氧化钇部分稳定氧化锆(Y-PSZ)而言，T相粒子的临界直径为0.3μm；而对于CeO2加入量为12wt％的氧化铈部分稳定氧化锆(Ce-PSZ)，T相粒子的临界直径约为3μm。
对氧化锆的相变增韧的一般操作过程为，将其加热至一定温度，然后再在空气、水或其它介质中冷却并使之变硬，即进行退火处理，在退火过程中完成T相到M相的马氏体相变并伴随体积膨胀，消耗部分能量、抵消部分应力从而起到增韧作用。
对Y-PSZ而言，在湿空气中退火时，在200～300℃低温下伴随着体积变化会产生裂纹，甚至碎裂而使其强度衰退，在水中退火时此现象发生的温度更低。而对于Ce-PSZ而言则不存在低温下退火材料强度衰退问题，但得到的Ce-PSZ相对于Y-PSZ而言硬度较低。而氧化铈氧化钇复合稳定氧化锆(Ce，Y-PSZ)则可克服上述不足，因此本实施例优选Ce，Y-PSZ作为相变增韧材料，此外还可选用Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ及Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ等中的一种或几种。
请参阅图4，是上述塑胶镀膜模组的制作方法示意图。首先提供一塑胶基底110，如图4(a)所示。图4(b)所示是在该塑胶基底110表面均匀形成一调制膜120，该调制膜120选用Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ及Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一种或几种为原料，优选Ce，Y-PSZ，采用化学气相沉积法制作而成，还可采用真空喷涂、磁控溅射、水解沉积、热解沉积等镀膜方法。其中T相粒子的临界直径为次微米级。然后以该调制膜120为起始膜，在其表面形成所需的薄膜130，如抗反射膜、红外膜等，参阅图4(c)所示。该薄膜130还可采用化学气相沉积法、真空喷涂法、磁控溅射法、水解沉积法、热解沉积法等镀膜方法。镀膜完毕，将所得塑胶镀膜模组100置于潮湿空气中或水中进行退火工序，完成制作过程。
在薄膜130制作过程中，塑胶基底110的温度维持在该塑胶材料玻璃化温度的三分之二以下，薄膜130的原料从气相沉积为固相时因相变化所产生的热，以及离子或二次电子对塑胶基底110及调制膜120的撞击产生的热量被该调制膜120吸收。在随后退火时，在外应力作用下，调制膜120中的T相ZrO2会向更稳定的M相ZrO2转变，相变伴随的体积膨胀吸收薄膜130在沉积过程中累积的内应力能量，且体积膨胀对薄膜130因内应力作用而形成的裂纹产生压应力，阻止裂纹扩展。
同时，相变过程所伴随的体积膨胀及剪切应变使M相ZrO2周围产生大量微裂纹，当该微裂纹处于薄膜130因内应力累积而形成的裂纹前端作用区时，吸收或释放该裂纹的一部分能量，减少该裂纹前端的应力集中，可有效地抑制裂纹扩展，因此可消除该薄膜130的应力，并提高其与塑胶基底110的结合力。
图5是本实施例塑胶镀膜模组的薄膜130与塑胶基底(图未示)紧密结合情况示意图。从图中可以发现，薄膜完整性较好，未出现膜层开裂(Crack)、剥离(Chip off)、微裂纹(Microcrack)等情形，说明调制膜(图未示)确实起到了消除薄膜130应力，提高薄膜130与塑胶基底(图未示)间结合力的作用。

Claims (12)

1.一种塑胶镀膜模组，其包括：一塑胶基底，一薄膜以及一位于该塑胶基底与该薄膜之间的调制膜。
2.如权利要求1所述的塑胶镀膜模组，其特征在于：该塑胶基底的材质可为ABS树脂、聚乙烯、压克力、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或环氧树脂。
3.如权利要求1所述的塑胶镀膜模组，其特征在于：该薄膜可为抗反射膜、抗电磁辐射膜、红外膜或抗湿膜。
4.如权利要求1所述的塑胶镀膜模组，其特征在于：该调制膜的原料可为部分稳定氧化锆Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ或Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一种或多种的组合。
5.如权利要求4所述的塑胶镀膜模组，其特征在于：该调制膜的原料中四方晶相氧化锆粒子的临界直径为次微米级。
6.一种塑胶镀膜模组的制作方法，其包括如下步骤：
提供一塑胶基底；
在该塑胶基底表面形成一调制膜；
在该调制膜上形成一所需薄膜；
退火。
7.如权利要求6所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：
该调制膜的原料可为部分稳定氧化锆Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ或Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一种或多种的组合。
8.如权利要求7所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：
该调制膜的原料中四方晶相氧化锆粒子的临界直径为次微米级。
9.如权利要求6所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：
该调制膜是采用化学气相沉积法、真空喷涂、磁控溅射、水解沉积或热解沉积法制作而成。
10.如权利要求6所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：该薄膜为抗反射膜、抗电磁辐射膜、红外膜或抗湿膜。
11.如权利要求6所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：
该薄膜可采用化学气相沉积法、真空喷涂法、磁控溅射法、水解沉积法或热解沉积法制作而成。
12.如权利要求6所述的塑胶镀膜模组的制作方法，其特征在于：
退火步骤是在潮湿空气中或水中进行。
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