DE2255430C2

DE2255430C2 - Verfahren zum Metallisieren von Kunststoff-Typenköpfen für Druckvorrichtungen

Info

Publication number: DE2255430C2
Application number: DE19722255430
Authority: DE
Inventors: Gianfranco Dr. Torino Bava
Original assignee: Ing C Olivetti and C SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1971-11-12
Filing date: 1972-11-09
Publication date: 1983-03-24
Also published as: CH562333A5; DE2255430A1; IT945791B

Description

enthaltenden Bad bei einer Temperatur zwischen 40 und 50^cC mit einer Stromdichte zwischen 1 und 4 A/dm² während einer Zeit zwischen 25 und 100 Minuten, dadurch gekennzeichnet, daß auf die chemisch abgeschiedene Metallschicht galvanisch eine Nickelzwischenschicht aus einem

150 g/l Nickelsulfat
150 g/l Nickelchlorid
30 g/l Borsäure

8 ml/1 Chlorwasserstoffsäure

4 g/l Natriumsalz der Naphthalintrisulfonsäure

enthaltenden Bad bei einer Temperatur zwischen 25 und 3O⁰C mit einer Stromdichte zwischen 0,7 und _J0 2,0 A/dm² während einer Zeit zwischen 3 und 5 Minuten abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abscheidung der zweiten Nickelschicht ein Alkalimetallsalze von Arylsulfon- und Alkylarylsulfon-Säuren enthaltendes Bad verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroaufrauhen mittels Sandstrahlen vorgenommen und die Oberfläche in einem sauren chemischen Bad hydrophilisiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei glasfaserverstärkten Phenolharzen nach dem Hydrophilisieren eine Tauchbehandlung in einem Fluorwasserstoffbad bei Raumtemperatur während einer Zeit zwischen 30 und 90s und anschließend in einer wäßrigen, 5-10 Gew.-% Natriumhydroxid enthaltenden Lösung bei einer Temperatur zwischen 65 und 8O⁰C für eine Zeit zwischen 3 und 6 Minuten vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zweite Nickelschicht galvanisch eine zwischen 0,2 und 0,6 μπι dicke Chromschicht aufgebracht wird.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren von Kunststoff-Typenköpfen für Druckvorrichtun- e>o gen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, Typenköpfe herzustellen, die eine geringe Masse aufweisen, um hohe Positioniergeschwindigkeiten zu ermöglichen, und die gleichzeitig widerstandsfähig gegen den durch die bei ihrer Arbeit t,5 auftretenden, häufigen Schlagbeanspruchungen verursachten Verschleiß sind; sie lassen sich mit allen Typen oder Schriftzeichen vollständig durch Pressen aus Kunststoff formen, dem dann die erforderliche Festigkeit und Oberflächenhärte durch geeignetes Metallisieren seiner Oberfläche erteilt wird.

Uner den zahlreichen Arten von Kunststoffen, die sich für diese Zwecke verwenden lassen, sind besonders die Harnstoff- und die Phenolkunstharze geeignet.

Es sind bereits viele Verfahren zum Metallisieren der vorerwähnten Arten von Kunststoffen vorgeschlagen worden und bekannt.

Ein typisches Verfahren zum Metallisieren von Kunststoffen, das zum Stand der Technik gehört, besteht darin, daß die zu metallisierende, nicht-leitende Oberfläche einer vorbereitenden Behandlung unterzogen wird, um durch ein chemisches Verfahren mit einem dünnen metallischen Überzug bedeckt zu werden, der einen einen geringen Widerstand aufweisenden Stromweg für eine anschließende Verstärkung der Metallisierung auf elektrolytischem Wege bildet.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren der vorerwähnten Art, bei denen mindestens eine Schicht des elektrolytischen Niederschlags aus Nickel besteht.

Die vorbereitende Behandlung, die dem chemischen Niederschlag vorangeht, ist eng mit den Kunststoffarten, auf die sie anzuwenden ist, verbunden, und die Erfindung bezieht sich in diesem Zusammenhang besonders auf Harnstoffharze und glasfaserverstärkte Phenolharze. Die anschließenden Schritte der vorliegend beschriebenen chemischen und elektrolytischen Niederschlagsvorgänge haben jedoch eine allgemeinere Anwendbarkeit und lassen sich auf Kunststoff-Typenköpfe jeder beliebigen Art anwenden, die einer vorbereitenden Behandlung unterzogen werden, wodurch sie Oberfiächeneigenschaften erhielten, die den auf Harnstoff- und Phenolharzen durch die vorliegend beschriebenen Vorbereitungsbehandlungen erzielten ähneln.

Durch Anwendung bekannter Metallisierungsverfahren der vorerwähnten Art werden Metallisierungen erhalten, die, wenn sie der besonderen Art des Verschleißes unterworfen werden, wie sie durch wiederholte und häufige Stoßbeanspruchungen bedingt ist, denen Typenköpfe in Druckvorrichtungen unterworfen sind, Deformations- und Abschälerscheinungen unterliegen und vor allem eine Durchschnittslebensdauer von unbefriedigender Länge aufweisen.

Die von der Erfindung zu lösende technische Aufgabe besteht ._,arin, ein Verfahren zum Metallisieren von Kunststoff-Typenköpfen mit einer harten Schicht zu schaffen, die verschleiß- und verformungsfest ist, damit die Typenköpfe eine lange durchschnittliche Lebensdauer bei zufriedenstellendem Betrieb aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Verfahrensschritte vorgeschlagen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend im einzelnen offenbart.

Auf der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu metallisierenden Oberfläche wird ein dünner, chemischer Niederschlag eines Metalls gemacht, das den Stromdurchgangsweg für einen anschließenden elektrolytischen Aufbau oder ein Anwachsen, das durch Nickel oder Kupfer gebildet wird, auf dem chemischen Metallniederschlag bildet.

Dem sauber und sorgfältig durchgeführten chemischen Niederschlag geht eine Vorbereitungsbehandlung

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voraus, die zum Wasseranziehend- und Mikroporosmachen der zu metallisierenden Oberflächen erforderlich ist Diete Eigenschaften sind zweckmäßig, um den metallischen Schichten eine starke Haftung an der Oberfläche des Kunststoffs zu geben. Die spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Metallisierung von Typenköpfen, die sehr häufigen Schlägen durch einen Hammer oder gegen eine Schreibwalze ausgesetzt sind, gibt der Eigenschaft der Haftung der metallischen Deckschicht an dem Kunststoff hohe Bedeutung, da die Möglichkeit von Kriecherscheinungen die Lebensdauer des Typenkopfes sehr verkürzen würde. Um die erforderliche Widerstandsfähigkeit gegen diese Art der Benutzung zu erhalten, wurde es als erforderlich festgestellt, die _]5 Oberflächenvorbereitung in zwei Schritten durchzuführen, einer mechanischen Mikroaufrauhung und einer anschließenden chemischen Behandlung, die die K'ikroaufrauhung verbessert und die z.j metallisierende Oberfläche der Gegenstände wasseranziehend macht.

Die mechanische Mikroaufrauhung läßt sich durch nasses oder trocknes Sandstrahlen im Wege einer der vielen für diesen Zweck bekannten Behandlungsverfahren durchführen, bei denen z. B. Silikat-Sand oder Glasmikroperlen verwendet werden. Bei der vorliegend beschriebenen besonderen Ausführungsform der Erfindung wurde eine Mischung von Wasser und Aluminiumoxid-Sand mit einer Korngröße zwischen 20 μπι und 70 μπι bei einer 3O°/oigen Konzentration benutzt, die unter einem Druck zwischen 1 bar und 3 bar während einer Zeitdauer zwischen 10 und 30 s aufgeblasen wurde. Die Korngröße des Sandes und die Aufblaskraft wurden so gewählt, daß keine Schrammen auf den Typenköpfen, vor allem an den Druckrändern der Typen, erzeugt wurden, was zu einer schlechten Abdruckqualität führen würde.

Die chemische Behandlung von Harnstoffharzen kann gemäß einer der vielen Behandlungsweisen durchgeführt werden, die auf diesem Fachgebiet für den gleichen Zweck bereits vorgeschlagen wurden und geeignet sind, eine Oberflächenmikropoiosität an Gegenständen aus Harnstoff harz zu erzeugen und dieses wasseranziehend zu machen, so daß die Adsorption von auf chemischem Wege metallische Niederschläge erzeugenden Lösungen ermöglicht wird. Hinsichtlich der glasfaserverstärkten Phenolharze ist andererseits die zur Erzielung eines chemischen Metallniederschlags erforderliche Aktivierungsenergie so groß, daß eine sehr intensive Vorbehandlung nötig ist, um eine optimale Adsorption des katalytischen Metalls in der der Vorbereitungsbehandlung folgenden Bearbeitungsstufe zu erzielen.

Diese intensive Vorbehandlung wird dadurch erzielt, daß die zu überziehende Oberfläche vor allem einem der bekannten Verfahren unterzogen wird, die auf diesem Fachgebiet für das Wasseranziehendmachen von glasverstärkten Phenolharzen bekannt sind, wonach ein chemischer Angriff durch Eintauchen in ein Bad von Chlorwasserstoffsäure bei Zimmertemperatur für eine Zeitdauer zwischen 30 s und 90 s erfolgt und schließlich zur Neutralisierung in eine wäßrige Lösung von Natriumhydroxid mit einer Konzentration zwischen 5 Gew.-°/o und 10Gew.-% bei einer Temperatur von 65° C bis 80⁰C während einer Zeitdauer zwischen 3 und 6 min.

Der chemische Niederschlag erfolgt durch gut bekannte Verfahren, wonach zunächst auf der zu metallisierenden Oberfläche eine dünne Schicht eines katalytischen Metalls niedergeschlagen wird, wie z. B.

35 Palladium, das den anschließenden Niederschlag einer Metallschicht unterstützt Der chemische Niederschlag kann aus irgendeiner leitenden Substanz bestehen und durch irgendein Verfahren bewirkt werden, das den Kunststoff nicht-elektrolytisch zu metallisieren vermag. Besonders geeignet für diesen Zweck sind z. B. Niederschläge von Nickel, die mittels eines der vielen bekannten Verfahren erhalten werden. Nickelniederschläge mit einer Dicke zwischen 0,5 μπι und 1 μπι wurden als zweckmäßig für das erfindungsgemäße Verfahren festgestellt

Auf der Oberfläche des zu metallisierenden Gegenstandes, die mittels des chemisch erhaltenen metallischen Niederschlags leitend gemacht wurde, wird eine erste Nickelschicht elektrolytisch aus einem sauren Bad niedergeschlagen, das eine depassivierende Wirkung hat und eine gute Verbindung zwischen der chemisch niedergeschlagenen metallischen Schicht und den anschließenden elektrolytischen Niederschlägen gewährleistet. Dieses erste elektrolytische Aufwachsen oder Anwachsen, das nach der gängigen Praxis des Metallisieren von Kunststoffen erfolgt, wird in einer wäßrigen Lösung erhalten, die enthält:

Nickelsulfat	150 g/l
Nickelchlorid	150 g/l
Borsäure	30 g/l
Chlorwasserstoffsäure	8 ml/1
Naphthalintrinatriumsulfonat	4 g/l

bei einer Temperatur zwischen 25° und 30⁰C mit einer Stromdichte zwischen 0,7 und 2 A/dm² für einen Zeitraum zwischen 3 und 5 min.

Auf der metallischen Schicht, die auf diese Weise erhalten wird, wird eine zweite Schicht von elektrolytisch niedergeschlagenem Nickel aufgebracht, die die Hauptschicht der Metallisierung darstellt. Die Kennzeichen dieser Schicht sind kritisch für das Erhalten der erwähnten Widerstandsfähigkeitseigenschaften gegen Stoßverschleiß unter besonderer Bezugnahme auf die Stöße von der Art, wie sie auf Typenköpfe ausgeübt werden.

Zu diesem Zweck sind die Härte und die Struktur der Nickelschicht entscheidend. Tatsächlich sind Verschleißproben durchgeführt worden, bei denen ein Schriftzeichen eines Kunststoff-Typenkopfes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren metallisiert und wiederholt zum Abdruck gebracht wurde, bis die Abdruckqualität unter eine gewisse, vorbestimmte Norm abfällt.

Bei Gleichheit der Dicke der Nickelschicht wurden bessere Ergebnisse bei dieser Art von Versuchen mit denjenigen Köpfen erzielt, die den oben beschriebenen Verfahrensschritten unterworfen waren und deren elektrolytisch niedergeschlagene Nickelschicht bei Gleichheit anderer Kennzeichen eine Härte zwischen 20 und 30 HRC und eine Nadelstruktur aufwies.

Diese Versuche haben ferner gezeigt, daß ein galvanischer oder elektrolytischer Nickelniederschlag mit den angegebenen Eigenschaften eine allgemeinere Verwendbarkeit aufwies, da er die Verschleißwide.rstandsfähigkeit auch solcher Typenköpfe erhöht, die aus anderen Kunststoffen als Harnstoffharzen und Phenolharzen bestehen, jedoch in jedem Fall einem vorangehenden chemischen Metallniederschlag unterworfen wurden durch einen Oberflächenvorbereitungsschritt, der der erwähnten metallischen Schicht einen ausreichenden Haftungsgrad an der Oberfläche des Kunststoffs verleiht.

Es ist offensichtlich, daß der Bereich der Hartewerte direkt mit der besonderen Verschleißart in Zusammenhang steht, der die Typenköpfe während ihrer Arbeit in den Druckvorrichtungen unterworfen waren.

Während zur Erzielung robuster und widerstandsfähiger Typenköpfe galvanische oiier elektrolytische Nickelniederschläge von großer Dicke erforderlich sind, ist es, um hohe Druckgeschwindigkeiten zu erzielen, erforderlich, daß die Nickelschicht leicht und somit dünn ist. Ein guter Kompromiß erwies sich im Niederschlag von Nickelschichten mit einer Dicke zwischen 30 μπι und 60 μπι zu bestehen.

Niederschläge mit diesen Kennzeichen werden durch ein galvanisches Verfahren in einem Watts-Bad erhalten, das enthält:

Nickelsulfat

Nickelchlorid

Borsäure

240-340 g/l 30- 60 g/l 30- 40 g/l

bei einer Temperatur, die zwischen 40° und 50° C schwanken kann, mit einer Stromdichte zwischen 1 und 4 A/dm² und während eines Zeitraums zwischen 25 min und 100 min.

Bäder der obin angegebenen Art führen häufig zu löcherigen Niederschlägen, d. h. sie haben Oberflächen-Mikrohohlräume, die durch die Freisetzung von Wasserstoff während des galvanischen oder elektrolytischen Verfahrens verursacht werden und lokal den Nickelniederschlag verhindern.

Dieser Mangel wird durch die Zugabe von oberflächenaktiven Erzeugnissen vermieden, die die Oberflächenspannung des Bades auf Werte zwischen 40 und 50dyn/cm bringen. Für diesen Zweck geeignete Substanzen, die mit den für die Nickelschicht erforderlichen Eigenschaften verträglich sind, sind Alkalimetallsalze von Arylsulfon- und Alkylarylsulfonsäuren.

Um eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion zu erzielen und um den metallisierten Gegenstand ästhetisch zu verbessern, können die auf die angegebene Weise metallisierten Gegenstände einem elektrolytischen Chromniederschlag unterzogen werden, um eine Chromschichtdicke zwischen 0,2 μιη und 0,6 μίτι im Wege bekannter Verfahren zu erhalten, z. B. durch das Verfahren, welches ein elektrolytisches Bad aus einer wäßrigen Lösung benutzt, die von 380 bis 420 g/l Chromanhydrid und von 4,2 bis 4,4 g/l Schwefelsäure enthält, bei einer Stromdichte zwischen 20 A/dm² und 40 A/dm² während einer Zeitdauer zwischen 1 min und 3 min.

Eine Abwandlung des oben angegebenen Verfahrens besteht darin, daß man auf dem chemisch erzeugten Metallniederschlag einen elektrolytischen Niederschlag aufbringt, der von einer Kupferschicht gebildet ',vird, und darüber eine Nickelsciiicht, wobei die Dicke des Kupfers zwischen 30% und 50% der Gesamtdicke des elektrolytischen Niederschlags variieren kann.
Ein für das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßiger Kupferniederschlag wird mit einem Pyrophosphatbad erhalten, das besteht aus:

Kaliumpyrophosphat 320 g/l

ίο Kupferpyrophosphat 70 g/l

Ammoniak 3 g/l

bei einer Stromdichte zwischen 0,8 und 2,5 A/dm² und bei einer Zeitdauer zwischen 25 min und 75 min.

Gute Ergebnisse wurden mit einem Niederschlag aus einem sauren Bad erzielt.

Der Nickelniederschlag wird durch ein Verfahren ähnlich dem bereits beschriebenen erhalten, bei dem jedoch die Dauer des elektrolytischen Niederschlags auf zwischen 15 min und 75 min begrenzt wird.

Beispiel

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrensschrittes der Oberflächenvorbereitung von Harnstoff- harzen und glasfaserverstärkten Phenolharzen soll anschließend beschrieben werden. Eine Sandstrahlbehandlung, die für beide Arten von Kunstharzen geeignet ist, wird mit einer Mischung von Wasser und Aluminiumoxid-Sand mit einer Korngröße von 35 μιη

jo erhalten, dör unter einem Druck von 1,5 bar 15 s lang aufgeblasen wird. Jedes der beiden Kunstharze wird dann in eines der bekannten Bäder eingetaucht, um seine Oberfläche wasseranziehend zu machen. Während für Harnstoffharze die Vorbereitungsbehandlung damit abgeschlossen ist, wird für glasfaserverstärkte Phenolharze anschließend ein Eintauchen in ein Bad aus Fluorwasserstoffsäure für die Dauer von 1 min bei Raumtemperatur durchgeführt und dann ein Eintauchen in eine wäßrige Lösung von 10 Gew.-% von Natriumhydroxid bei einer Temperatur von 80°C für die Dauer von 5 min.

Eine bevorzugte Ausführungsform des elektrolytischen Niederschlags von Nickel wird durch ein elektrolytisches Bad erzielt, das von einer wäßrigen Lösung gebildet wird, die enthält:

Nickelsulfat	250 g/l
Nickelchlorid	40 g/l
Borsäure	30 g/l

unter Zugabe von 1,5 cm³ eines Gegenmittels gegen die Lochbildung bei einer Temperatur von 45° C und einer Stromdichte von 1 A/dm² für die Dauer von 90 min.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Metallisieren von Kunststoff-Typenköpfen für Druckvorrichtungen tiurch Mikroaufrauhung der Oberfläche, chemische Abscheidung einer dünnen Metallschicht und galvanisches Niederschlagen einer Nickeischicht mit einer Dicke zwischen 30 und 60 μπι aus einem

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240-340 g/I Nickelsulfat
30- 60 g/l Nickelchlorid
30- 40 g/l Borsäure