DE3914726A1 - Vorrichtung zur chemischen metallisierung von offenporigen schaeumen, vliesstoffen, nadelfilzen aus kunststoff- oder textilmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum chemischen Metallisieren von vorher aktivierten porösen Substrat­ bahnen aus Schäumen, Vliesstoffen, Nadelfilzen, aus Kunst­ stoffmaterial oder aus ähnlichem textilen Material, ins­ besondere mit einer Porosität von 45 bis 98% des Sub­ stratmaterials.

Besonders die chemische Metallisierung von Kunststoffober­ flächen findet ständig steigende Verbreitung. Einmal mag es sein, daß im Automobilbau gewissen Kunststoffteilen durch die Aufbringung einer Metallschicht ein dekoratives Äußeres verliehen werden soll oder auch, daß bei der An­ fertigung von Haushaltsgegenständen, Werkzeugen, Maschinen für den Beruf und für den Alltag ein Kunststoffteil auf seiner Oberfläche durch eine Metallschicht geschützt oder aus einem sonstigen Grund metallisiert werden soll. Dies bedeutet, daß bei einer nicht zu unterschätzenden Zahl von Gebrauchsgütern jeglicher Art und Funktion es heutzutage wirtschaftlich verlockend erscheint, die Vorteile von Kunst­ stoffkörpern in Bezug auf Gewicht, Formgebung, Dämpfung, physikalische Eigenschaften, Preis usw. zu kombinieren mit metallischen Eigenschaften, wie z.B. Glanz, Magnetismus, elektrischem Gleitvermögen, Wärmeleitvermögen oder Abschirm­ wirkung usw, durch die Aufbringung einer metallischen Schicht auf die Kunststoffoberfläche.

Solche Kunststoffoberflächen sind aber nicht ohne weiteres mit einer Metallschicht überziehbar; vielmehr gehört es zur gängigen Praxis, daß nach einer geeigneten, jeweils auf die spezielle Funktion des zu metallisierenden Bau­ teils oder Werkstücks abgestimmten Vorbehandlung, die Kunststoffoberfläche aktiviert wird. Die Vorbehandlung kann z.B. Reinigen, Aufrauhen, Ätzen, Beschichten o. ä. bedeuten, wohingegen unter der angegebenen Aktivierung der Kunststoffoberfläche deren Beschichtung mit einer kataly­ tisch aktiven Substanz zu verstehen ist. Besonders häufig kommen im Verlauf der Aktivierung katalytisch aktive Teil­ chen auf der Basis von Pd/Sn zur Abscheidung, andere edel­ metallfreie Aktivierungsverfahren sind bekannt, aber der verarbeiteten Menge nach eindeutig in der Minderheit.

Nach erfolgter Aktivierung der Oberflächen des textilen Substrates wird anschließend die chemische Metallisierung der aktivierten Substratoberfläche durchgeführt. Dazu wird das Substrat üblicherweise in ein Metallisierungsbad ge­ taucht, wobei solche Bäder auf der Basis von Kupfer, Sil­ ber und vor allem Nickel bevorzugt sind.

Die Herstellung und die Zusammensetzung derartiger Akti­ vierungslösungen sind aus dem Stande der Technik , z.B. aus der DE-AS 11 97 720 oder der DE-OS 27 43 768 bekannt. Die Metallisierungslösungen sind ebenfalls in großer Viel­ falt der Fachwelt bekannt. Sie enthalten normalerweise neben Komplexbildern und Mitteln zur Einstellung des pH- Werts in der Hauptsache ein gelöstes Salz des abzuschei­ denden Metalls sowie ein Reduktionsmittel. Als Redukti­ onsmittel werden üblicherweise Natriumhypophosphit oder Natriumborhydrid, auch Alkylaminoborane oder Formalin be­ nutzt.

Nach der Vorbehandlung, Aktivierung und chemischer Metalli­ sierung kann dann nach Wunsch die auf der Kunststoffober­ fläche vorhandene Metallschicht noch auf galvanischem Weg weiter verstärkt werden mit entweder dem gleichen Metall wie bei der Metallisierung und/oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung, bis schließlich das Kunststoff­ teil auf seiner Oberfläche die angestrebten metallischen Eigenschaften besitzt.

Auf den angegebenen Schritt der chemischen Metallisierung bezieht sich der Gegenstand der Erfindung. Das Kupfer und das Nickel sind ohne Zweifel die favorisierten Metalle bei der chemischen Metallabscheidung auf Kunststoffoberflächen im gewerblich technischen Bereich.

Der Stand der Technik zu der Vorbehandlung, Aktivierung und chemischen Metalli­ sierung ist beispielsweise zu entnehmen aus "Kunststoff- Galvanisierung" , E. Leuze Verlag, (Saulgau) und allgemeine Methoden der galvanischen Metallabscheidung aus dem "Handbuch der Galvanotechnik" Band 1-4, hrgb. von H. W. Dettner/J. Elze, Carl Hanser Verlag München 1964).

Die Technik der chemischen Metallabscheidung auf Kunst­ stoffoberflächen ist heute im allgemeinen problemlos, wenn man einmal davon absieht, daß der Hersteller die gefor­ derten metallischen Eigenschaften auf der Kunststoffober­ fläche, wie Glanz, Härte, Haftfestigkeit und dergleichen, mit möglichst umweltverträglichen und arbeitsmedizinisch unbedenklichen Chemikalien in wirtschaftlich vertretbarem Rahmen erzeugen will.

Zu Problemen kommt es bei der chemischen Metallisierung erst dann, wenn hochporöse und damit oberflächenreiche Kunststoffmaterialien, wie offenporige Schäume, Nadelfil­ ze, Vliesstoffe oder sonstige textile Materialien nach ihrer Aktivierung chemisch metallisiert werden sollen. Die enorm große Oberfläche der genannten Kunststoffkörper in ihrer hochporösen Ausgestaltung von 45-98% Porosität mit bis zu mehreren m² Oberfläche pro g verarbeiteten Kunst­ stoffs bedingt, daß bei der chemischen Metallisierung in kurzer Zeit große Mengen Gas durch die begleitende Wasser­ stoffentwicklung freiwerden. Ist die sichere Absaugung von großen Wasserstoffmengen an sich schon eine Aufgabe, so wird diese noch dadurch erschwert, daß sich durch die bei der chemischen Metallisierung zu beobachtende weitere Er­ wärmung der Metallisierungslösung Dämpfe über der Lösung bilden, die an sich schon gesundheitsschädlich und noch durch mitgerissene kleinste Metallpartikel in ihrem gesund­ heiteschädlichen Potential angereichert werden. Die Folge davon ist, daß die gesamte Metallisierungsanlage mit einer aufwendigen und teuren Absauganlage ausgestattet sein muß, die die Wirtschaftlichkeit des chemischen Metallisierungs­ verfahrens natürlich belasten. Der Stand der Technik der chemischen Metallisierung von solchen hochporösen Kunst­ stoffbahnen ergibt sich aus der DE-PS 37 10 895.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine platz­ sparende Vorrichtung zum chemischen Metallisieren von vor­ her aktivierten offenporigen Substratbahnen aus Schäumen, Vliesstoffen, Nadelfilzen aus Kunststoff- oder Textilmate­ rial insbesondere mit einer Porosität von 45 bis 98% des Substratmaterials zu schaffen, um derartige Substrate in technisch leicht handhabbarer, innerhalb eines wirtschaft­ lich vertretbaren Rahmens, mit guten technischen Eigenschaf­ ten, vor allem in Bezug auf die nachfolgende Weiterverar­ beitung, einer chemischen Metallisierung zu unterwerfen. Ferner soll der Arbeitstakt für die 3 Einzelarbeitsschrit­ te - Beschicken, Metallisieren, Schleudern -, die alle unterschiedlich lange Bedienungszeiten erfordern, dahinge­ hend als Aufgabe der Erfindung optimiert werden, daß eine fortlaufende Fertigung von metallisierten Vliesstoff- oder Nadelfilzbahnen oder offenporigen Schäumen mit geringstem Aufwand an Arbeitskraft möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ergibt sich aus dem Anspruch 2. Die Ansprüche 3 und 4 geben die Verwendung der Vorrichtung an.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht somit aus drei Bearbeitungsstationen für die aktivierte poröse Substrat­ bahnen; nämlich erstens einer Beschickungsstation, die Behälter mit der zuvor aktivierten porösen Substratbahnen nach einer erfolgten Vorbehandlung, wie etwa Reinigung, Trocknung o. ä. enthält und in dem die passend eingelegte Substratbahn mit der chemischen Metallisierungslösung in Kontakt gebracht wird; zweitens einer Absaugstation, in die die metallisierende Substratbahn im Beschickungsbehäl­ ter nach der Beschickung eingebracht wird und drittens einer Schleuderstation, in der die vollständig metalli­ sierte Kunststoffbahn von der noch vorhandenen verbrauch­ ten Metallisierungslösung auf ihrer Oberfläche bzw. in ihren Poren auf mechanischem Weg befreit wird, wobei auch noch eventuell notwendige Spül- und Schleudervorgänge, um den Überschuß an Metallisierungslösung zu entfernen, in dieser Schleuderstation durchgeführt werden können. Die Beschickungsbehälter dienen dabei vorteilhafterweise nicht nur zum Vorbereiten der aktivierten Substratbahn auf die chemische Metallisierung sondern sie können darüber­ hinaus auch zum Einbringen der metallisierten Kunststoff­ bahn in die Schleuderstation Verwendung finden. Dies wird immer dann der Fall sein, wenn die zu metallisierende Sub­ stratbahn während der Behandlung in der Absaugstation an­ ders angeordnet ist als in der Schleuderstation.

Die Absaugstation ist vorteilhafterweise so auszulegen, daß mehrere Metallisierungsbehälter gleichzeitig darin untergebracht werden können, so daß der am stärksten ge­ sundheitsgefährdenden Behandlungsvorgang möglichst raum­ sparend berücksichtigt ist. Da die chemischen Metallisie­ rungslösungen oft Reduktionsmittel im Überschuß enthalten, ist das längere Lagern von metallisierten Substratbahnen über die eigentliche Metallisierungszeit hinaus grundsätz­ lich unbedenklich.

Die Absaugstationen sind dabei selbstverständlich mit Ab­ saugvorrichtungen für Wasserstoff, Metallösungsdämpfe und kleinste Metallpartikel ausgerüstet, die strengsten Maß­ stäben genügen müssen. Etwas anderes gilt für die vorge­ schaltete Beschickungs- und die nachgeschaltete Schleu­ derstation. In diesen Stationen wird kein oder nur wenig Wasserstoff entwickelt, so daß die üblichen kostengünsti­ gen Absaugvorrichtungen zum Schutz des Bedienungspersonals in der Mehrzahl der Fälle genügen.

Die Schleuderstation dient dazu, verbrauchte Metallisierungs­ lösung aus den Poren der Kunststoffbahn zu entfernen und eventuell noch vorhandene Reste von verbrauchter Metallisie­ rungslösung nach dem ersten Schleudergang durch erneute Spül- und Schleudergänge auf ein akzeptables Maß zu redu­ zieren. Selbstverständlich ist bei den Schleudergängen die Drehzahl der Einrichtung der Porosität und der mechani­ schen Beständigkeit der Substratbahn anzupassen; dies stellt für den Fachmann im allgemeinen keine besondere Schwierigkeit dar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachstehend anhand eines Beispieles noch näher erläutert: Eine Nadelfilzbahn aue Polypropylen mit einer Porosität von 91% (Faserstärke 2,7 dtex), einer Nenndicke von 2,5 mm, einer Breite von 50 cm und einer Länge von 19 m wurde aktiviert mit einer auf der Basis von Pd/Sn hergestellten Aktivierungslösung nach der Lehre der DE-PS 36 31 055. Die aktivierte Filzbahn wurde der Länge nach in mehreren Lagen übereinander zusammengelegt, so daß die reduzierte Bahn­ länge nur noch 1,6 m (statt 19 m) betrug und somit ca. 12 Lagen des Filzes übereinander lagen und die Gesamtdicke der Bahn mit reduzierter Länge ca. 12×2,5 mm = 30 mm betrug. Diese bündig zusammengelegte Bahn wurde in einen Metallisierungsbehälter gelegt, der im wesentlichen aus einer Wanne mit den Abmessungen 1,6 m×0,5 m×0,2 m be­ stand, die auf einem fahrbaren Wagen fest montiert war. Die Wanne befand sich dabei unter einer halbseitig geöff­ neten Abzugshaube und war mit einer 20°C warmen chemischen Vernicklungslösung gefüllt (25 l aus 1200 g NiCl₂×6H₂O, 1800 g NaH₂.PO₂.H₂O, 3000 g NH₄Cl, 1400 g NaOH, Rest Was­ ser). Unmittelbar nach dem gleichmäßigen Einlegen der Bahn in die Vernickelungslösung in der Beschickungsstation wurde die Bahn durch entsprechend befestigte Netze am Auf­ trieb gehindert und vor der einsetzenden lebhaften Wasser­ stoffentwicklung mit dem Wagen in eine Absaugstation geschoben, die allseitig verschließbar nur eine Absaugöff­ nung nach oben für den entweichenden Wasserstoff aufwies. Nach ca. 30 Minuten war die Metallisierung beendet, wonach über den Boden der Metallisierungswanne die verbrauchte Lösung abgelassen wurde. Nach Verbringen der Wanne von der Absaugstation wieder zur Beschickungsstation, wurde nach Entfernen der Auftriebshemmung die Filzbahn in eine neben der Wanne aufgeellente Schleuderstation verbracht, durch Aufspulen auf eine Schleuderspule. Nach Umlegen einer Man­ schette und Verschließen des Auffangbehälters wurde mit ca. 600 Umdrehungen/Minuten geschleudert. Danach wurde die Filzbahn mit Wasser erneut gespült und nochmals geschleu­ dert. Die Filzbahn war danach gleichmäßig auf der Ober­ fläche ihrer Fasern chemisch vernickelt.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß Substratbahnen aus offenporige Schäumen, Vliesstoffen, Nadelfilzen aus Kunststoff- oder Textilmaterial in einer technisch leicht handhabbaren Vorrichtung, die einen ge­ ringen apparativen Aufwand erfordert, bei wirtschaftlich günstigen Rahmenbedingungen schnell und unkompliziert che­ misch metallisiert werden können. Dabei besitzen die metal­ lisierten Substrate, insbesondere im Hinblick auf ihre vorgesehene Weiterbehandlung gute technische Eigenschaf­ ten.

Entscheidend für die gute Verwertbarkeit der Erfindung ist ferner, daß der zeitbestimmende Schritt der chemischen Metallisierung durch die gleichzeitige Einbringung mehre­ rer Metallisierungsbehälter in die Absaugstation so vorteilhaft dem Arbeitsablauf von Beschicken und Schleu­ dern angepaßt werden kann, daß mit einer einzigen Be­ schickungs- und Schleuderstation fortlaufend gefertigt werden kann, ohne daß durch die zeitraubende Metallisie­ rungszeit Verzögerungen im Arbeitstakt auftreten müssen. Dies ist durch die Lagerfähigkeit der metallisierten Filz­ bahnen im reduzierenden Medium in der Absaugstation mög­ lich.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum chemischen Metallisieren von vorher aktivierten porösen Substratbahnen aus Schäumen, Vlies­ stoffen, Nadelfilzen, aus Kunststoffmaterial oder aus tex­ tilem Material, insbesondere mit einer Porosität von 45 bis 98% des Substratmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus drei Bearbeitungsstationen besteht, nämlich

• a) einer Beschickungsstation, in der die aktivierten po­ röse Substratbahnen mit der chemischen Metallisierungs­ lösung in Kontakt tritt,
• b) einer Absaugstation, in der mindestens ein Beschickungs­ behälter mit der chemisch metallisierenden Substratbahn und überschüssiger chemischer Metallisierungslösung angeordnet ist und,
• c) einer Schleuderstation, in der die aus der Absaugsta­ tion entfernten chemisch metallisierten Substratbahnen in einer Schleudertrommel angeordnet sind und wobei bei dem Schleudervorgang aus den Poren der Substrat­ bahn verbrauchte und/oder noch vorhandene überschüssige chemische Metallisierungslösung abgeschleu­ dert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Absaugstation mehrere Beschickungsbehälter ne­ ben und/oder übereinander angeordnet sind.

3. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese zur chemischen Metallisierung von aktivierten porösen Substratbahnen aus Kunststoffmaterial oder tex­ tilem Material eingesetzt werden.

4. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratbahnen aus Kunststoffmaterial aus Polypropy­ len, Polyäthylen, Polyamid, Polyester oder Aminoplasten bestehen.