DE3624574A1 - Verfahren zur herstellung eines anhaftenden metallfilms - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines anhaftenden metallfilms

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines anhaftenden Metallfilms zur Auftragung auf nichtmetallische Träger zur Abschirmung elektromagnetischer Störfelder.
Elektromagnetische Störfelder bilden das elektromagnetische Rauschen, das beim Betrieb elektrischer und elektronischer Geräte erzeugt wird. Dieses Rauschen kann sowohl in den Raum abgestrahlt werden, als auch sich längs elektrischer Leitungen fortpflanzen. Das Rauschen im Radiofrequenzbereich kann Störungen im Funkverkehr verursachen.
Eine Recheneinrichtung kann eine bedeutsame Quelle elektromagnetischer Störfelder in einer Kommunikationsumgebung darstellen. Recheneinrichtungen werden heutzutage meistens mit Kunststoffgehäusen ausgestattet, die, ohne eine Abschirmung aufzuweisen, gegenüber elektromagnetischen Störfelder relativ durchlässig sind. Um die äußere Umgebung einer solchen Recheneinrichtung abzuschirmen, ist es notwendig, die innere Oberfläche des Kunststoffgehäuses mit einer metallischen Beschichtung zu versehen. Die Bundes-Kommunikations- Kommission der Vereinigten Staaten hat die Emission der Radiofrequenz-Energie von Recheneinrichtungen in 47 C.F.R. § 15.801 ff. geregelt. Die Hersteller solcher Recheneinrichtungen sind nun im allgemeinen dazu verpflichtet, ihre Geräte mit den in diesen Bestimmungen erlassenen Feldstärkebegrenzungen in Übereinstimmung zu bringen.
Ein bekanntes Verfahren der Beschichtung von Kunststoffgehäusen elektronischer Geräte mit einer Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Störfeldern schließt nun die Schritte einer Sand- oder Schrotstrahlbehandlung der Gehäuseinnenseite mit einem Schleifmaterial, der Reinigung des Gehäuses zur Entfernung des Schleifmaterials und anderer Verunreinigungen und das Aufsprühen eines Metallfilms (gewöhnlich aus Zink) durch ein Bogen- oder Plasmasprühverfahren ein. Jedoch ist dann, wenn ein Teil der inneren Oberfläche des Gehäuses durch das Sandstrahlverfahren unbehandelt bleibt, die Haftung des Metalls unzureichend, da diese hier allein von der abgeschliffenen Oberfläche abhängt.
Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, das Gehäuse einer chemischen Ätzung zu unterwerfen, wie z. B. einer Spülung mit Chromsäure. Dieses Verfahren führt im allgemeinen zu einer Ätzung der gesamten inneren und äußeren Oberfläche des Gehäuses. Folglich kann eine Metallbeschichtung auf der inneren Oberfläche z. B. durch ein stromloses metallisches Beschichtungsverfahren aufgetragen werden.
Die bekannten Verfahren haben eine Reihe von Nachteilen, die in einer relativ geringen Produktionsrate, der Notwendigkeit spezieller Ausrüstungen, Sicherheitsmaßnahmen zum Sammeln des Schleifschrotes oder zum Auffang der gefährlichen chemischen Abfälle der chemischen Ätzung und dergleichen bestehen. Ein besonderes Problem ist die Anhaftung des Metallfilms auf dem Kunststoffgehäuse. Jede Unterbrechung der Oberflächenvorbehandlung kann zu einer unzureichenden Haftung und damit zu einem unerwünschten Auftreten von elektromagnetischen Störfeldern führen. Tatsächlich sind nun Haftungserfordernisse zum Gegenstand von Anweisungen an die Ausstattungshersteller gemacht worden. Eine Anweisung kann z. B. darin bestehen, daß der Metallfilm einer Zugkraft von etwa 8 N/m (70 oz/in) widerstehen muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Grundiermittel zur Vorbereitung der Oberfläche eines nichtmetallischen Gegenstandes, wie z. B. des Kunststoffgehäuses einer Recheneinrichtung, verwendet, um einen Metallfilm für die Abschirmung elektromagnetischer Störfelder darauf anzunehmen. Das Grundiermittel liefert eine vergrößerte mikroskopische Oberfläche, um das Anhaften des Metallfilms darauf zu verbessern.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Grundiermittel zunächst aus einem Kieselgel, das in einen Schichtstoff auf organischer Basis dispergiert ist, gebildet. Die Dispersion wird vorzugsweise durch Umrühren des Gemisches mit Hilfe von Luft erreicht. Dann wird ein Katalysator dem Gemisch unmittelbar vor der Anwendung beigefügt, um das Härten des Schichtstoffes, nämlich die Herstellung von Querverbindungen zwischen den Polymeren im Schichtstoff, zu beschleunigen.
Da so gebildete Grundiermittel wird auf die Oberfläche des Trägers in einer Dicke von 2,5 - 13 × 10-2 mm gesprüht. Dem Grundiermittel wird dann Zeit zum Abbinden gelassen, entweder durch Trocknen an der Luft bei Umgebungstemperatur während 1/2 Stunde oder bei Temperaturen von 50-70°C über 15-20 Minuten.
Die Abschirmung elektromagnetischer Störfelder kann dann durch Aufsprühen eines Metallfilms auf die grundierte Oberfläche des Trägers oder durch ein stromloses Metallauftragungsverfahren, bei dem Metall durch einen chemischen Prozeß auf der grundierten Oberfläche angelagert wird, aufgetragen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein beschichteter Gegenstand erhalten, der sich durch eine lückenlose, feste Anhaftung des Metallfilms auszeichnet. Weiterhin gewährt das Verfahren Vorteile für die Herstellung einer solchen Metallfilmbeschichtung, die in geringeren Arbeitskosten, einer geringeren Abfallrate und einer gleichbleibenden Qualität der beschichteten Gegenstände im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren bestehen.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte und
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen beschichteten Kunststoffgegenstand.
In Fig. 1 wird das Verfahren anhand von Verfahrensschritten 10-18 schematisch dargestellt. Für das im folgenden beschriebene Verfahren wird angenommen, daß der mit dem Metallfilm zu beschichtende Träger gründlich gereinigt worden ist und daß jeder Rückstand von Öl, Schmiermittel und Trennmittel entfernt worden ist.
In Schritt 10 wird ein Schichtstoff auf organischer Basis mit einem Kieselgel in einer anfänglichen Abstimmung des Grundiermittels gemischt. Der Schichtstoff kann auf Harzen wie Vinyl-, Acryl-, Urethan- (bevorzugt), Epoxid-, Nitrocellulose-, modifizierten Alkydharzen oder verschiedenen Kombinationen dieser Harze basieren. Das Kieselgel ist eine kolloidale, stark saugfähige Kieselsäure mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 20 µ und macht 2-10 Gewichts-% des Gemisches aus. Ein im Handel erhältliches Kieselgel hat die Markenbezeichnung Syloid 620 und wird von der Davison Chemical Division, Industrial Chemicals Department der W.R. Grace Company in Baltimore, Maryland, hergestellt. Das Kieselgel wird vorzugsweise gleichmäßig in dem Schichtstoff auf organischer Basis durch Umrühren des Gemisches mit Hilfe von Luft dispergiert.
Im Schritt 12 kann unmittelbar vor der Anwendung des Grundiermittels ein Katalysator, z. B. ein Isocyanat, zugefügt werden, um das Abbinden bei Umgebungstemperatur zu fördern. Der Katalysator reagiert zusammen mit dem Gemisch, um das Abhärten und die Haftung des Grundiermittelfilms auf dem Träger zu beschleunigen.
In Schritt 14 wird das Grundiermittelgemisch auf den Träger in einer Dicke von 2,5 - 13 × 10-2 mm aufgesprüht. Das Kieselgel gibt der Oberfläche eine wildlederartige Struktur mit einer mikroskopischen Oberfläche, die größer als eine durch Schrotstrahlbehandlung oder chemische Ätzung erhaltene Oberfläche ist.
In Schritt 16 wird dem Grundiermittel Zeit zum Härten gegeben, entweder durch Trocknung an der Luft bei Umgebungstemperatur während 1/2 Stunde oder bei einer Temperatur im Bereich von 50-70°C in einem Zeitraum von 15-20 Minuten.
In Schritt 18 wird ein Metallfilm auf das gehärtete Grundiermittel aufgetragen. Eine Standardausführung eines solchen Metallfilms besteht aus einer von einem Draht aufgespritzten Zinkbeschichtung. Dazu kann ein Bogensprühverfahren verwendet werden, bei dem eine Spannung über zwei fortlaufend zugeführte Zinkdrähte, die einen Bogen bilden und schmelzen, angelegt wird. Andererseits können die Zinkdrähte auch durch eine Sauerstoff-Acetylen-Sprühkanone gezogen werden, wo der Draht fortlaufend durch die Flamme geschmolzen wird. In beiden Fällen wird das geschmolzene Metall durch einen Druckluftstrahl atomisiert, der die geschmolzenen Zinkpartikel auf die grundierte Oberfläche aufträgt. Die einzelnen Partikel treffen aufeinander auf und fügen sich zur Bildung eines mechanisch anhaftenden, elektrisch leitenden Metallfilms, der eine Abschirmung elektromagnetischer Störfelder bewirkt, zusammen. Eine Zinkbeschichtung zwischen 7,5-25 × 10-2 mm ist im Normalfall der effektive Bereich der Filmdicke zur Abschirmung elektromagnetischer Störfelder.
Eine andere Standardausführung für den Metallfilm kann durch übliche stromlose Beschichtungstechniken aufgetragen werden. Vorzugsweise wird dazu die Oberfläche durch Zinn-Palladium-Übertragungstechniken beschichtet, wobei die Oberfläche sensibilisiert, aktiviert oder katalysiert und dann mit einer metallischen Salzlösung zur Ablagerung elementaren Metalls durch chemische Reduktion in Berührung gebracht wird.
Bei dieser Ausführung des Verfahrens wird die Oberfläche durch Eintauchen in ein Säurebad aus Stannochlorid, -fluorborat oder -sulfat, und zwar vorzugsweise aus Stannochlorid, sensibilisiert. Die sensibilisierte Oberfläche wird dann in Leitungswasser gewaschen oder abgespült, um überschüssige Stannoionen zu entfernen und Kontamination mit dem Aktivierungsmittel zu verhindern. Die sensibilisierte Oberfläche wird durch Eintauchen in ein Säurebad aus Silbernitrat oder vorzugsweise Palladiumchlorid aktiviert oder katalysiert. Die aktivierte Oberfläche wird dann gewaschen oder abgespült, um überschüssige Katalysatorsubstanz zu entfernen und Kontamination mit dem stromlosen Beschichtungsbad zu vermeiden.
Die katalysierte Oberfläche wird dann stromlos beschichtet durch Eintauchen in ein Bad aus einer Kobalt- oder vorzugsweise Nickel- oder Kupfersalzlösung. Durch chemische Reduktion bildet elementares Metall des Bades eine komplexe Bindung durch das Zinn und Palladium an die behandelte Harzoberfläche.
Die bevorzugten Zusammensetzungen und Betriebsbedingungen für das stromlose Bad sind in der Tabelle angegeben.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt eines repräsentativen Gegenstandes, der nach dem obigen Verfahren grundiert und metallbeschichtet zur Abschirmung elektromagnetischer Störfelder ist. Ein Träger aus warmgehärtetem oder thermoplastischem polymeren Stoff 100 kann einen Teil des Gehäuses oder einer anderen Einfassung eines elektrischen oder elektronischen Gerätes bilden. Die innere Oberfläche des polymeren Trägers enthält eine Grundierschicht 102 gemäß der Schritte 10-16 von Fig. 1. Die Grundierschicht 102 hat, wie schematisch dargestellt ist, eine relativ grobe mikroskopische Oberfläche, um das Anhaften eines darauf aufgetragenen Metallfilms 104 zu fördern. Der Metallfilm 104 kann durch eines der in Verbindung mit Schritt 18 von Fig. 1 beschriebenen Verfahren aufgetragen werden.
Tabelle

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung eines anhaftenden Metallfilms auf einem Kunststoffträger zur Abschirmung elektromagnetischer Störfelder, gekennzeichnet durch die Schritte:
a) Grundieren der Oberfläche des Trägers durch Auftragen eines Überzugs auf organischer Basis, der eine Dispersion von Kieselgel enthält, und
b) Auftragen eines Metallfilms auf die grundierte Oberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt b) das Aufsprühen des Metallfilms auf die Oberfläche umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm durch ein Bogensprühverfahren aufgesprüht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger durch Aufsprühen des Gemisches auf die Oberfläche grundiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägeroberfläche in einer Dicke von 2,5 - 13 × 10-2 mm grundiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen weiteren Vorbereitungsschritt, in dem das Gemisch zur gleichmäßigen Dispersion des Kieselgels in dem Überzug auf organischer Basis umgerührt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen weiteren Vorbereitungsschritt, in dem ein Katalysator dem Gemisch beigefügt wird, um das Härten des Überzugs auf organischer Basis beim Auftragen auf den Träger zu fördern.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Isocyanat verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt a) als Teilschritt das Härten des aufgetragenen Gemisches vor dem Auftragen des Metallfilms einschließt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilschritt des Härtens durch Trocknen an Luft bei Umgebungstemperatur während 1/2 Stunde durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilschritt des Härtens bei einer Temperatur von 50-70°C während 15-20 Minuten durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mit 2-10 Gewichts-% Kieselgel gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfilm durch stromlose Beschichtung aufgetragen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Zink zur Bildung des Metallfilms verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Metallfilms Kupfer verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Urethan verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Kieselgel mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 20 µ verwendet wird.
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