DE19834348A1 - Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche - Google Patents

Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche mit folgenden Schritten: DOLLAR A a) zumindest abschnittsweise Aktivieren der Oberfläche mittels Koronabehandlung, DOLLAR A b) Belegen der aktiviertn Oberfläche mit Metallkeimen und DOLLAR A c) Galvanisieren der Oberfläche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche.
Nach dem Stand der Technik werden Kunststoffoberflächen vor dem galvanischen Aufbringen einer Metallschicht geätzt und nachfolgend mit Metallkeimen belegt. Beim Ätzen wird eine oberflächliche Mikrorauhigkeit erzeugt. Das Ätzen erfolgt üblicherweise durch Tauchen der Oberfläche in Chrom(VI)Oxid-Schwefelsäure oder durch Plasmabehandlung. Chrom(VI)Oxid-Schwefelsäure ist giftig und aggressiv. Ihre Handhabung und Entsorgung ist aufwendig und teuer. Auch das Ätzen mittels Plasmabehandlung ist aufwendig und teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig durchführbares Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche angegeben werden, welches möglichst umweltverträglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche mit folgenden Schritten vorgesehen:
  • a) zumindest abschnittsweises Aktivieren der Oberfläche mittels Koronabehandlung,
  • b) Belegen der aktivierten Oberfläche mit Metallkeimen und
  • c) Galvanisieren der Oberfläche.
Nach der Erfindung kann überraschenderweise auf die Erzeugung einer oberflächlichen Mikrorauhigkeit mittels Ätzen verzichtet werden. Die statt dessen erfolgende Aktivierung der Oberfläche mittels Koronabehandlung ist einfach und kostengünstig durchführbar; sie ist umweltverträglich.
Unter Koronabehandlung wird ein physikalisches Oberflächenbehandlungsverfahren verstanden, bei dem durch Beschießen der Oberfläche mit Elektronen und Ionen in den obersten Molekülschichten Ladungsveränderungen entstehen. Die Koronabehandlung findet im Prinzip als Hochspannungsfunkenentladung zwischen zwei Elektroden statt. Die Entladung erfolgt dabei immer im Luftspalt zwischen den beiden Elektroden. Wesentlich ist die Höhe der Spannung. Je höher diese ist, desto größere Abstände können überbrückt werden. Das ist insbesondere für die Behandlung von Formteilen wichtig. Üblicherweise wird zur Erzeugung einer Korona mit Hochfrequenzhochspannung gearbeitet, die im Bereich von 5 bis 15 kV mit einer Frequenz im Bereich zwischen 15 und 30 kHz liegt.
Nach einem Ausgestaltungsmerkmal wird beim Schritt lit. b
  • 1. die Oberfläche in ein erste Metallionen enthaltendes erstes Bad getaucht und anschließend werden
  • 2. die an der Oberfläche anhaftenden ersten Metallionen durch Tauchen in eine zweites ein Metallborhydrid enthaltendes Bad reduziert. - Die damit erzeugten Metallkeime erleichtern eine chemische Metallisierung der Oberfläche.
Nach dem Schritt lit. b kann die Oberfläche durch Tauchen in ein drittes Bad chemisch metallisiert werden. Beim Dritten Bad kann es sich z. B. um ein chemisch reduktives Kupferbad auf Tartratbasis handeln.
Als erste Metallionen werden vorzugsweise Palladium-, Gold- oder Silberionen, als Metallborhydrid zweckmäßigerweise wasserlösliches Natriumborhydrid verwendet.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines elektrischen Bauelements im 2-Komponenten Spritzgußverfahren, bei dem die eine Komponente aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff und die andere Komponente aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff gespritzt wird, und wobei die Oberfläche des ersten thermoplastischen Kunststoffs vor dem Spritzen des zweiten thermoplastischen Kunststoffs, vorzugsweise vollflächig, aktiviert wird. - Ein solches Bauelement läßt sich besonders umweltverträglich herstellen und entsorgen. Die vollflächige Aktivierung der Oberfläche des ersten thermoplastischen Kunststoffs erleichtert weiter die Herstellung des Bauelements.
Der erste thermoplastische Kunststoff kann zumindest abschnittsweise mit dem zweiten thermoplastischen Kunststoff umspritzt werden. Vorteilhafterweise ist die Oberfläche des zweiten thermoplastischen Kunststoffs nicht unmittelbar metallisierbar und zweckmäßigerweise elektrisch isolierend. - So kann auf einfache Weise eine abschnittsweise Metallisierung der freiliegenden Oberfläche des ersten thermoplastischen Kunststoffs erreicht werden. Die elektrische isolierenden Eigenschaften des zweiten thermoplastischen Kunststoffs wirken der Entstehung von Kurzschlüssen entgegen.
Beim Schritt lit. c kann der aus dem ersten und zweiten thermoplastischen Kunststoff hergestellte Formling galvanisiert werden. - Das vereinfacht weiter die Herstellung.
Der erste und/oder zweite thermoplastische Kunststoff können aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Acrylnitryl-Butadien-Styrol, Polyamid, Polycarbonat, Polystyrol oder Polyethylen. Der erste und der zweite thermoplastische Kunststoff können insbesondere aus demselben Material hergestellt sein. Sie unterscheiden sich dann nur hinsichtlich der Aktivierung ihrer Oberfläche.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens näher erläutert.
Ein mit einer Metallisierung zu versehendes aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff hergestelltes Bauteil wird vollflächig mit Korona behandelt. Zur Erzeugung der Korona werden zwei etwa 5 mm von der Oberfläche beabstandete Elektroden mit einer Hochfrequenzhochspannung von etwa 7 kV beaufschlagt. Die Behandlungsdauer beträgt 4 Sekunden.
Anschließend wird die aktivierte Oberfläche des Bauteils mit Palladium-Keimen belegt. Dazu wird das Bauteil in eine Palladiumionen-haltige Lösung getaucht. Dann erfolgt eine Reduktion der an der aktivierten Oberfläche anhaftenden Palladiumionen durch Tauchen des Bauteils in eine NaBH4 (1 g/l)/NaOH (5 g/l) enthaltende weitere Lösung.
Das so vorbehandelte Bauteil wird dann abschnittsweise mit einem zweiten thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Der zweite thermoplastische Kunststoff besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, z. B. Polyethylen. Seine Oberfläche ist nicht metallisierbar.
Der aus einem ersten und einem zweiten thermoplastischen Kunststoff unterschiedlicher Oberflächenqualität bestehende Formling wird anschließend einer chemischen Metallisierung durch Tauchen in ein chemisch reduktives Kupferbad auf Tartratbasis unterworfen. Die Metalle scheiden sich nur an den mit Palladium-Keimen besetzten aktivierten Oberflächen ab. Die im Bereich der freiliegenden aktivierten Oberfläche aufgebrachte etwa 0,5 µm dicke Kupferschicht wird in einem weiteren Verfahrensschritt mittels einer galvanischen Kupfermetallisierung in ihrer Dicke verstärkt. Dazu wird der Formling in ein saures Kupferelektrolyt, z. B. Cupracid der Firma Atotech, enthaltendes Bad getaucht.
Auf diese Weise kann umweltverträglich ein elektrisches Bauelement einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Metallisierung einer Kunststoffoberfläche mit folgenden Schritten:
  • a) zumindest abschnittsweises Aktivieren der Oberfläche mittels Koronabehandlung,
  • b) Belegen der aktivierten Oberfläche mit Metallkeimen und
  • c) Galvanisieren der Oberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Schritt lit. b
  • 1. die Oberfläche in ein erste Metallionen enthaltendes erstes Bad getaucht wird und anschließend
  • 2. die an der Oberfläche anhaftenden ersten Metallionen durch Tauchen in eine zweites ein Metallborhydid enthaltendes Bad reduziert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt lit. b die Oberfläche durch Tauchen in ein drittes Bad chemisch metallisiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als erste Metallionen Palladium-, Gold- oder Silberionen verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines elektrischen Bauelements im 2-Komponenten Spritzgußverfahren, bei dem die eine Komponente aus einem ersten thermoplastischen Kunststoff und die andere Komponente aus einem zweiten thermoplastischen Kunststoff gespritzt wird, und wobei die Oberfläche des ersten thermoplastischen Kunststoffs vor dem Spritzen des zweiten thermoplastischen Kunststoffs aktiviert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste thermoplastische Kunststoff zumindest abschnittsweise mit dem zweiten thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Oberfläche des zweiten thermoplastischen Kunststoffs nicht unmittelbar metallisierbar ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der zweite thermoplastische Kunststoff elektrisch isolierend ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der aus erstem und zweiten thermoplastischen Kunststoff hergestellte Formling chemisch metallisiert und anschließend galvanisiert wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der erste und/oder zweite thermoplastische Kunststoff aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Acrylnitryl-Butadien-Styrol, Polyamid, Polycarbonat, Polystyrol oder Polyethylen.
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