DE4132330C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zur elek
trolytischen Beschichtung eines Kunststoffsubstrats mit einem Metall.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur elektro
lytischen Beschichtung von Kunststoffen mit hoher Schlagfestigkeit,
bei dem das Kunststoffsubstrat aus einem Polycarbonat be
steht, das mit bis zu etwa 50% eines Acrylnitril-Butadien-
Styrol-Polymers modifiziert ist.
Kraftfahrzeuge weisen häufig erhebliche Mengen an eingepaßten
Bauteilen auf, die sowohl dekorativen als auch funktionellen
Zwecken dienen. Solche Einbauteile schließen Stoßstangen, ge
formte Karosserieseitenteile, Karosserieverkleidungen im un
teren Bereich, Radabdeckungen und Kühlergrille wie auch an
dere Komponenten ein. Die Gesamterscheinung eines Kraftfahr
zeuges wird von solchen stark reflektierenden und glänzenden
Chromoberflächen erheblich verbessert. Gleichwohl dienen
diese Einbauelemente auch einem funktionellen Zweck, indem
sie zur Stoßabsorption beitragen, wenn das Fahrzeug in eine
Kollision verwickelt ist oder mit aufgewirbelten Steinen,
Straßenabfall, Straßenvorsprüngen oder dergleichen in Berüh
rung kommt.
Traditionell wurden diese Einbauelemente aus Materialien her
gestellt, die zur Absorption eines Stoßes geeignet sind, wo
für verchromter Stahl, anodisiertes Aluminium und rostfreier
Stahl Beispiele sind. Diese traditionellen Einbauelemente
tragen nicht nur erheblich zu den Kosten des Kraftfahrzeugs
bei, sondern erhöhen auch das Fahrzeuggewicht nicht unerheb
lich, wodurch sich der Treibstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs
und seine entsprechende Einstufung verschlechtern.
Es wurden deshalb in der Automobilindustrie große Anstrengun
gen unternommen, eine kostengünstige und leichtgewichtige Al
ternative zu diesen verchromten Metallen zu entwickeln. Be
schichtbare Kunststoffe sind solch eine wünschenswerte Alter
native, da sie nicht nur das Fahrzeuggewicht vermindern und
dadurch entsprechend die Treibstoffökonomie des Fahrzeugs er
höhen, sondern bei Teilen auch die Konsolidierung innerhalb
des Kraftfahrzeugs erlauben. Kunststoffe haben eine viel
größere Flexibilität bezüglich des Designs als Metalle.
Kunststoffe können leicht in eine unbegrenzte Zahl komplexer
und umrissener Konfigurationen geformt werden, die mit her
kömmlichen Metallstanz- und -formverfahren nicht erreicht
werden können. Zusätzlich wird eine erhebliche Kosteneinspa
rung gegenüber aus Metall gebildeten vergleichbaren Teilen
erzielt, wenn solche Teile aus Kunststoffmaterialien geformt
werden.
Eine große Vielzahl beschichteter Plastikmaterialien sind be
kannt. Beispielsweise wurde modifiziertes Acrylnitril-Buta
dien-Styrol (ABS) zur Herstellung von Dekorationsteilen, wie
Scheinwerfereinfassungen, Installationsteilen sowie seewas
serbeständigen Teilen, beschichtet. Unmodifiziertes Polycarbo
nat (PC) wurde als Substrat für beschichtete Türgriffe von Mo
torfahrzeugen verwandt. Weiterhin können mehrere andere Pla
stikmaterialien mit Erfolg für verschiedene Dekorationszwecke
beschichtet werden. Gleichwohl sind diese Plastikmaterialien,
obwohl sie für dekorative Zwecke beschichtbar sind, kein zu
friedenstellendes Substrat, wenn von dem fertiggestellten Ge
genstand Beständigkeit gegen einen Stoß erwartet wird. Ent
sprechend ist die Verwendung dieser Materialien innerhalb ei
nes Kraftfahrzeugs begrenzt. Derartige beschichtete Plastikma
terialien haben die Eigenschaft, Stößen geringer Energie
nicht standzuhalten. Unabhängig vom verwandten Substrat dela
miniert eine Chrombeschichtung bei Stoßbeanspruchung typi
scherweise vom Substrat. Zusätzlich kann im Extremfall unmo
difiziertes ABS bei Stoß zerbrechen.
Dementsprechend muß ein Plastikmaterial, daß als Substrat für
ein beschichtetes Teil an einem Kraftfahrzeug dienen soll, ganz
allgemein hinreichend schlagfest sein. Weiterhin muß die
Schlagfestigkeit über einen großen Temperaturbereich gut
bleiben. Versuche, einen schlagfesten Kunststoff zu entwic
keln, führten zur Formulierung vieler Mischungen, darunter
Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polycarbonate, die hier allgemein
als ABS-modifizierte Polycarbonatpolymere bezeichnet werden.
Wenn das ABS-Material mit dem Polycarbonat vermischt wird,
resultiert ein Material mit gut ausbalancierten Eigenschaften
bezüglich Wärmebeständigkeit und Schlagfestigkeit über einen
weiten Temperaturbereich, und all das bei mittleren Kosten.
Gleichwohl waren bislang Anstrengungen der Wirtschaft, ein
Substrat aus ABS-modifizierten Polycarbonat zu beschichten,
erfolglos. In dem Ausmaß, in dem eine Metallplattierung auf
dem ABS-modifizierten Polycarbonatmaterial abgeschieden wer
den kann, ergibt sich nur geringe oder keine Haftung am Sub
strat. Bei Schlageinwirkung blättert die Metallbeschichtung
daher ab, reißt, bricht und delaminiert.
Der Stand der Technik beschreibt Verfahren zur Verbesserung
der Adhäsion zwischen der Metallbeschichtung und einem Kunst
stoffsubstrat. Insbesondere beschreibt die US-A-41 25 649,
ein Verfahren zur
Konditionierung der Oberfläche von verschiedenen Polymeren
substraten zur Verbesserung der Adhäsion von anschließend auf
dieser Oberfläche abgeschiedenen Metallen, unter Einfluß von
unmodifiziertem ABS-Material und unmodifiziertem Polycarbo
natmaterial. Gemäß US-A-41 25 649 werden die verschiedenen
Polymersubstrate mit Erfolg konditioniert, indem ein halogenierter
Alkohol, 1,3-Dichlor-2-propanol, verwendet und dann die Sub
strate mit zufriedenstellender Haftung beschichtet wird.
Gleichwohl wurden Zeit, Temperatur und Konzentration des Kon
ditionierungsmittels auf Basis organischer Lösungsmittel
der US-A-41 25 649 so optimiert, daß ganz allgemein ein hochakti
ves, sehr aggressives Konditionierungsmittel resultierte. Bei
unmodifiziertem Polycarbonat ist es notwendig, dieses mit Mi
krorissen zu versehen und aufzurauhen, um eine geeignete
Oberfläche für die Beschichtung zu erzielen. Es wurde be
stimmt, daß die Konditionierung eines Substrats aus ABS-modi
fiziertem Polycarbonat mit einer derartigen hochaggressiven
Konditionierungsbehandlung, wie sie in der US-A-41 25 649 be
schrieben wird, schädlich und unerwünscht ist, weil das Kon
ditionierungsmittel mit dem ABS-modifizierten Polycarbo
natsubstrat reagiert und dadurch die Endoberfläche dieses
Substrattyps schädigt und es für die anschließende Plattie
rung ungeeignet macht.
Die US-A-41 25 649 ist in ihrer erschöpfenden Liste der Poly
mermaterialien, die unter Verwendung ihres Verfahrens zur
Verbesserung der Adhäsion der Metallplattierung auf einem
Kunststoffsubstrat konditioniert werden können, gründlich,
jedoch fehlt bemerkenswerterweise in ihrer Beschreibung hoch
schlagfestes ABS-modifiziertes Polycarbonatmaterial. Dies ist
typisch für den Stand der Technik, da es bislang keine zu
friedenstellende Methode gab, solch hochschlagfestes Material
wirksam so zu beschichten, daß sich ein hohes Maß an Adhäsion
zwischen der Metallbeschichtung und dem Kunststoff zur Verhin
derung der Delaminierung bei Stoßeinwirkung ergibt.
Es ist festzuhalten, das andere stoßfeste Polymermischungen,
wie Nylon-, Polycarbonat-Mischungen, unvermischtes Po
lyurethan sowie mit Butadien beladenes ABS beschichtet worden
sind. Diese Materialien zeigen jedoch wegen ihres schlechten
kosmetischen Äußeren und des Unvermögens, einem Aufprall ohne
Delaminierung zu widerstehen, hinsichtlich der Beschichtung keine zu
friedenstellenden Ergebnisse. Deshalb sind diese Materialien
ebenfalls für solche Anwendungen ungeeignet, die hochschlag
feste beschichtete Kunststoffe benötigen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum
elektrolytischen Beschichten eines hochschlagfesten Kunststoffs, insbe
sondere eines ABS-modifizierten Polycarbonatsubstrats, mit
Metall, das zu einem Produkt mit sehr guter Haftung zwischen
der Metallbeschichtung und dem ABS-modifizierten Polycarbo
natsubstrat führt.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Be
reitstellung eines Verfahrens, mit dem ein
ABS-modifiziertes Polycarbonatsubstrat mit Metall elektrolytisch beschichtet wer
den kann. Der nach solch einem Verfahren gebildete beschichtete Ge
genstand soll eine gute Haftung zwischen der Metallbeschichtung und
dem Kunststoffsubstrat aufweisen, so daß er einem Aufprall
widersteht, ohne daß die Metallbeschichtung vom Substrat dela
miniert. Das beschichtete Substrat soll die eingangs erwähnte Schlagfestig
keit der ABS-modifizierten Polycarbonate aufweisen.
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, das die in Anspruch 1 genannten
Merkmale aufweist.
Das ABS-modifizierte Polycarbonatmaterial ist durch eine hohe
Schlagbeständigkeit und relativ hohe Festigkeit gekennzeich
net. Der ABS-Anteil im Polycarbonat in der Polymermischung
kann über einen relativ weiten Bereich variieren,
beträgt in der Mischung aber nicht mehr als
etwa 50 Gew.-%, wobei ein Anteil von 15 bis 40
Gew.-% bevorzugt ist.
Das halogeniertes Kohlenwasserstofflösungsmittel enthaltende
Konditionierungsmittel ist eines, das die Oberfläche wirksam
vorbehandelt, indem es das ABS freilegt und die Menge an für
die anschließende Säureätzung verfügbarem ABS erhöht. Das ha
logeniertes Lösungsmittel enthaltende Konditionierungsmittel
kann in verschiedenen Konzentrationen in Wasser verwandt wer
den. Es ist vorzugsweise chloriert und wird aus Alkoholen,
Ketonen und Ethern ausgewählt. Das bevorzugte halogenierte
Kohlenwasserstofflösungsmittel als Konditionierungsmittel ist
1,3-Dichlor-2-propanol.
Das Kunststoffsubstrat kann für eine Zeit und bei einer Tem
peratur, die ausreichen, die Oberfläche wirksam zu behandeln
und die Menge an freiliegendem ABS zu erhöhen, in ein Bad des
halogeniertes Lösungsmittel enthaltenden Konditionierungsmit
tels eingetaucht werden. Das chloriertes Lösungsmittel enthal
tende Konditionierungsmittel wird in einer Kon
zentration von 5 bis 25 Vol.-% in einem wäßrigen
Medium verwandt. Zeit und Temperatur der Behandlung können
über einen großen Bereich variieren, je nach Natur des Lö
sungsmittels, Konzentration des Lösungsmittels und Temperatur
des Mediums, um das ABS an der Oberfläche des Kunststoffge
genstands freizulegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form, in der 8 bis 12 Vol.-% 1,3-Dichlor-2-propanol in einem
wäßrigen Medium verwandt werden, beträgt die Temperatur unge
fähr 35°C, wobei der Kunststoffgegenstand nicht länger
als 4 Minuten behandelt wird.
In dem Verfahren wird zur Vorbehandlung des Kunststoffs vor
dem Beschichten eine Chromsäure-Schwefelsäure-Lösung eingesetzt,
die Butadien in der Oberfläche des ABS-modifizierten
Polycarbonat-Kunststoffgegenstands wirksam anätzen kann. Es
wurde gefunden, daß Chromschwefelsäure besonders für das er
findungsgemäße Verfahren geeignet ist.
Die Säure ist typischerweise in einem Bad enthalten, in das
der Kunststoffgegenstand aus ABS-modifiziertem Polycarbonat
eingetaucht wird. Die Zeit der Säurebehandlung und die Bad
temperatur kann über einen weiten Bereich schwanken, je nach
Konzentration der Säure im Bad, Natur der Säure und insbeson
dere Zusammensetzung des ABS-modifizierten Polycarbonatkunst
stoffs. Die Säurekonzentration, Zeit und Temperatur werden so
ausgewählt, daß die Oberfläche des Kunststoffgegenstands
wirksam angeätzt und aufgerauht wird, um sie für die Beschichtung
geeignet zu machen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form der Erfindung wird ein Chromschwefelsäurebad bei einer
Temperatur von etwa 71,1°C verwandt, wobei der Gegen
stand aus ABS-modifiziertem Polycarbonat im Bad etwa 2 bis 8
Minuten behandelt wird.
Vorzugsweise wird der ABS-modifizierte Polycarbonatgegenstand
zwischen jedem einzelnen Schritt in Leitungs- oder deioni
siertem Wasser gespült.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
der ABS-modifizierte Polycarbonatgegenstand weiterhin durch
elektrolytisches Beschichten mit Chrom endbehandelt. Dies wird dadurch
bewirkt, daß zuerst eine Schicht eines Metallauftrags
stromlos auf das Substrat aufgebracht und danach Chrom elektro
lytisch auf der Metallauftragschicht abgeschieden wird.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein hochschlagfester elektro
lytisch beschichteter Gegenstand aus ABS-modifiziertem Polycarbonat be
reitgestellt, der eine außergewöhnliche Adhäsion zwischen dem
elektrolytisch aufgetragenen Metall und dem mit ABS-modifizierten Poly
carbonatsubstrat besitzt. Selbst bei Schlageinwirkung haftet
die Metallbeschichtung gut am ABS-modifizierten Polycarbo
natsubstrat, ohne daß es zu Abplatzungen, Rissen oder Delami
nierungen kommt. Vor dem erfindungsgemäßen Verfahren gab es
keine geeignete Methode, ABS-modifizierte Polycarbonatmate
rialien zu beschichten.
Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, mit dem ein elek
trolytisch beschichteter ABS-modifizierter Polycarbonatgegenstand ge
bildet werden kann, der für Anwendungen geeignet ist, die
eine gute Schlagfestigkeit erfordern, etwa für Kraftfahrzeug
komponenten. Die Haftung zwischen dem ABS-modifizierten Poly
carbonatsubstrat und dem elektrolytisch aufgetragenen Metall ist außer
gewöhnlich, so daß bei Stoßeinwirkung die Metallbeschichtung
gut haftet, ohne abzuplatzen, zu reißen oder vom Substrat zu
delaminieren.
Im einzelnen umfaßt das Verfahren als Schritte die chemi
sche Vorbehandlung oder Konditionierung des ABS-modifizierten
Polycarbonatsubstrats, das Anätzen des behandelten Substrats
mit einer sauren Lösung, das stromlose Aufbringen einer
Schicht eines Metallauftrags und schließlich die elektrolytische
Abscheidung der gewünschten Metallbeschichtung auf dem
Metallauftrag.
Das Substrat zur Verwendung in diesem Verfahren
ist ein Polycarbonat, das mit bis zu etwa 50 Gew.-% Acrylni
tril-Butadien-Styrol modifiziert ist. Vorzugsweise bewegt
sich die ABS-Menge zwischen 15 und 40 Gew.-%, je
nach beabsichtigter Verwendung des Endprodukts. Ein ABS-modi
fiziertes Polycarbonatsubstrats mit etwa 40 Gew.-% ABS und
den in Tabelle I beschriebenen physikalischen Eigenschaften
ist für hochschlagfeste Anwendungen in Kraftfahrzeugen ge
eignet.
Das ABS-modifizierte Polycarbonatsubstrat wird zuerst che
misch vorbehandelt, um es für die anschließende elektro
lytische Beschichtung vorzubereiten oder zu konditionieren. Das
Kunststoffsubstrat wird mit einem Konditionierungsmittel auf
Basis eines organischen Lösungsmittels behandelt, daß die
ABS-Komponente der ABS-Polycarbonat/Mischung freilegt. Es
wird angenommen, daß das Konditionierungsmittel die Substra
toberfläche erweichen und quellen läßt, um die Menge an dem
anschließenden Ätzbad exponiertem ABS wirksam zu erhöhen.
Dies ist notwendig, um eine geeignete Oberfläche für die an
schließende elektrolytische Beschichtung zu erzeugen.
Das Konditionierungsmittel hat eine allgemeine Formulierung
auf Basis eines halogenierten Alkohols, halogenierten Ethers
oder halogenierten Ketons. Genauer gesagt ist ein Konditio
nierungsmittel mit einer Formulierung auf Basis eines chlo
rierten Alkohols, chlorierten Ethers oder chlorierten Ketons
bevorzugt, wobei 1,3-Dichlor-2-propanol am meisten bevorzugt
ist. Das Konditionierungsmittel ist mit Wasser
oder einem anderen wäßrigen Medium bis auf eine Konzentration
von 5 bis 25 Vol.-% verdünnt, wobei 10 bis 12
Vol.-% am meisten bevorzugt sind. Oberflächenaktive Mittel
oder Alkohol können dem Konditionierungsmittel zur Erhöhung
seiner Löslichkeit in Wasser zugesetzt werden.
Das ABS-modifizierte Polycarbonatsubstrat wird in ein Bad mit
dem Konditionierungsmittel bei einer bevorzugten Temperatur
von ungefähr 35°C, sicherlich nicht höher als etwa
48,9°C, für bis zu etwa 2 Minuten, vorzugsweise für
wenigstens etwa 1 Minute eingetaucht, um eine vollständige
Konditionierung der Oberfläche sicherzustellen. Wenn die Kon
zentration des Konditionierungsmittels erhöht wird, kann die
Eintauchzeit innerhalb dieses Bereiches verkürzt und/oder die
Temperatur des Konditionierungsbades vermindert werden und
dennoch ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt werden. Eine
Temperatur von etwa 35°C ist bei einer Konzentration
von etwa 12 Vol.-% 1,3-Dichlor-2-propanol bevorzugt, da diese
Parameter eine besser kontrollierte Konditionierung der Ober
fläche erlauben. Bei höheren Temperaturen oder Konzentratio
nen kann die Konditionierung zu schnell erfolgen und eine De
gradierung der Substratoberfläche resultieren.
Es ist festzuhalten, daß der Stand der Technik von der Ver
wendung von Lösungsmitteln als Konditionierungsmitteln zur
Beschichtung von ABS ganz allgemein abgeraten hat, sofern
nicht die Notwendigkeit besteht, weiteres Butadien freizule
gen beispielsweise wenn im Formverfahren für das Substrat
keine gleichförmige Dispergierung des Butadiens im Substrat
erzielt werden konnte. Aber auch in diesen Fällen ist das ty
pischerweise verwandte Konditionierungsmittel 2,4-Pentadion,
Butyllacton oder ein anderes Keton.
Nach dem Eintauchen in das Konditionierungsbad wird das ABS-
modifizierte Polycarbonatsubstrat vorzugsweise entweder mit
Leitungswasser oder deionisiertem Wasser gespült, um Restspu
ren an Konditionierungsmittel zu entfernen.
Das Substrat wird weiterhin vorbehandelt, indem es einem kon
ventionellen Chromsäure-Schwefelsäure-Ätzbad für eine Zeit
von bis zu 10 Minuten ausgesetzt wird, das bei
60°C bis 82,2°C gehalten wird.
Die bevorzugte Ätzbadtemperatur liegt bei 71,1°C,
bei der das zu konditionierende Substrat für
2 bis 8 Minuten eingetaucht wird. Ein konventionelles
Ätzbad kann durch Verdünnen konzentrierter Schwefelsäure bis
zu einer Lösung mit einer Normalität im bevorzugten Bereich
von 10,5 bis 11,0 und anschließendes Zufügen von
1,59 bis 1,82 kg Chromsäure zu jeweils
3,79 l Schwefelsäure erzeugt werden. Mit der Kon
zentration des Säurebads kann die Temperatur des Bades und
die Dauer der Behandlung in geeigneter Weise variiert werden,
wie aus herkömmlichen Verfahren auf diesem Gebiet bekannt.
Wie zuvor führen die oben angegebenen bevorzugten Parameter
zu einer optimierten Ätzbehandlung des ABS-modifizierten Po
lycarbonatsubstrats.
Es wird angenommen, daß die sechswertigen Chromionen im Ätz
bad das Butadien von der Oberfläche des ABS-modifizierten Po
lycarbonatsubstrats wegätzen und dadurch die Oberfläche des
Substrats aufrauhen und die der Metallplattierung zugängliche
Oberfläche vergrößern. Dieses ergibt eine bessere Adhäsion
bei der anschließenden Metallbeschichtung. Falls zuwenig Buta
dien weggeätzt wird, ergibt sich eine unzureichende Aufrau
hung für eine angemessene Haftung der Beschichtung am Sub
strat. Andererseits wird die Substratoberfläche, wenn zuviel
Butadien weggeätzt wird, narbig, so daß der fertiggestellte
plattierte Gegenstand kein kommerziell brauchbares Aussehen
erhält. Es ist somit offensichtlich, daß das organische Lö
sungsmittel enthaltende Konditionierungsmittel, wie es im
vorausgehenden Schritt dieses Verfahrens zur Erhöhung der
Menge an freigelegtem ABS an der Oberfläche des Substrats
verwandt wird, äußerst wichtig ist.
Nach dieser Behandlung wird das ABS-modifizierte Polycarbo
natsubstrat gespült und für die Beschichtung vorbereitet. Bei
spielsweise kann das Substrat mit einem geeigneten ersten Me
tallauftrag aus Kupfer oder Nickel stromlos und
anschließend mit einen Chrom-Endbeschichtung elektrolytisch
beschichtet werden. Vorzugsweise wird die Beschichtung unter
Verwendung standardisierter Beschichtungszyklen für ABS-Mate
rial durchgeführt, in denen Palladium in einem Konzentrati
onsbereich von etwa 20 bis etwa 50 ppm zur Katalyse der Be
schichtung verwandt wird.
Das nach diesem Verfahren gebildete mit Chrom beschichtete ABS-
modifizierte Polycarbonatsubstrat hat eine ausgezeichnete
Schlagfestigkeit und zeigt eine außergewöhnlich hohe Haftung
zwischen Metallbeschichtung und ABS-modifiziertem Polycarbo
natsubstrat. Wenn mit einem Gravelometer und einem Gardiner-
Schlagtest getestet, ist die Schlagfestigkeit der von unver
mischtem, konventionell beschichtetem ABS-Material, beschichtetem
mineralverstärktem Nylon oder eines Polycarbonat-modifizier
ten ABS-Materials, in dem die Polycarbonatkomponente weniger
als etwa 50 Gew.-% ausmacht, überlegen.
Wie in Tabelle II wiedergegeben, wurden vier Platten von je
weils 10,2 cm × 10,2 cm × 0,32 cm
einem gemäß ASTM-Testverfahren D-3763 bei einer
Temperatur von -28,9°C durchgeführten
Pfeil-Schlagtest unterworfen. Wenn ein Träger mit einem
Durchmesser von 7,6 cm und ein Pfeil mit einem Durch
messer von 1,27 cm bei einer Testgeschwin
digkeit von 134 m/min
verwandt wurden, zeigte die aus einem ABS-modifizier
ten Polycarbonatsubstrat gemäß der Erfindung gebildete Platte
eine Gesamt-Energieabsorption, die wesentlich über der von
aus anderen hochschlagfesten Materialien gebildeten Platten
lag, d. h. herkömmlich beschichtetem ABS, beschichtetem mineral
verstärktem Nylon und beschichtetem Polycarbonat-modifiziertem
ABS.
Plattenmaterial | |
Absorbierte Gesamtenergie (m-kg) | |
Konventionell beschichtetes ABS | |
0,14 | |
Beschichtetes mineralverstärktes Nylon | 0,13 |
Beschichtetes polycarbonat-modifiziertes ABS (<50% Polycarbonat) | 0,16 |
Beschichtetes ABS-modifiziertes Polycarbonat mit weniger als 40% ABS gemäß der Erfindung | 1,66 |
Auf ähnliche Weise, wie in Tabelle III gezeigt, wurde die
Haftung der Metallbeschichtung am Substrat unter Verwendung
eines Abschältests bewertet, der gemäß ASTM-Testverfahren
B-533 durchgeführt wurde. Die verschiedenen Substrate wurden
mit Kupfermetall beschichtet. Das auf erfindungsgemäße Weise
beschichtete ABS-modifizierte Polycarbonatsubstrat zeigte Haft
werte, die anderen Kunststoffsubstraten vergleichbar sind,
die erfolgreich kommerziell beschichtet werden, wie ABS und mi
neralverstärktes Nylon.
Testmaterial | |
Abschälfestigkeit (kg) | |
Konventionell beschichtetes ABS | |
<1,8 | |
Beschichtetes mineralverstärktes Nylon | 0,9 |
Beschichtetes ABS-modifiziertes Polycarbonat, auf erfindungsgemäße Weise hergestellt | <1,8 |
Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
die Erzielung von Haftungswerten, die anderen kommerziell er
folgreich beschichtbaren Kunststoffen vergleichbar sind, wobei
jedoch ein Kunststoff verwandt wird, der schlagfest ist. Wie
oben gezeigt, weist das ABS-modifizierte Polycarbonatmaterial
Haftungswerte wenigstens in der Höhe auf, die der dieser an
deren beschichtbaren Kunststoffe entspricht, wobei jedoch das
unmodifizierte ABS-Material und das mineralverstärkte Nylon
bei Schlageinwirkung zum Zerbrechen neigen. Deshalb sind
diese Materialien, obwohl sie beschichtbar sind, für die Ver
wendung in Endprodukten, die schlagfest sein müssen, unge
eignet. Vor dem erfindungsgemäßen Verfahren blieben Versuche
zum Beschichten von ABS-modifiziertem Polycarbonat kommerziell
erfolglos.
Die von erfindungsgemäß gebildeten Gegenständen gezeigte
Schlagfestigkeit ist ähnlich der von beschichtetem rostfreiem
Stahl gelieferten Festigkeit, wie er beispielsweise in Ele
menten für Kraftfahrzeuge verwandt wird, verglichen in einem
Gravelometertest. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge
stellte Gegenstände bieten jedoch wesentliche Vorteile gegen
über beschichtetem rostfreiem Stahl, weil sie ein geringeres
Gewicht haben und eine erheblich größere Flexibilität beim
Design aufweisen, und dies bei geringeren Kosten. Das erfin
dungsgemäße ABS-modifizierte Polycarbonatsubstrat kann leicht
zu weitaus komplexeren Gebilden geformt werden, als dies beim
Stanzen von rostfreiem Stahl möglich ist.
Ein genaues Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur
Herstellung eines Kunststoffgegenstands aus beschichtetem ABS-
modifizierten Polycarbonat mit hoher Schlagfestigkeit und
guter Adhäsion folgt nachstehend.
Das zu beschichtende Formteil, beispielsweise ein Einbauele
ment für ein Kraftfahrzeug, aus einer ABS-modifizierten Poly
carbonatkunststoffmischung mit etwa 15 bis 40 Gew.-% ABS-Kom
ponente wird zur Erhöhung der an der Oberfläche des Formteils
freiliegenden Menge an Butadienkomponente des ABS wie folgt
konditioniert. Der ABS-modifizierte Polycarbonatgegenstand
wird in ein Konditionierbad aus 1,3-Dichlor-2-propanol, ver
dünnt auf etwa 10 bis 12 Vol.-% Konditionierer in Wasser,
eingetaucht. Gewöhnlich werden oberflächenaktive Mittel mit
dem chlorierten Lösungsmittel in einer Menge gemischt, die
das organische Konditionierungsmittel löslich macht. Das Bad
wird bei ungefähr 35°C gehalten, und der Gegenstand
0,5 bis 4 Minuten behandelt. Der Gegenstand wird
dann mit Leitungswasser oder deionisiertem Wasser gespült, um
Restspuren Konditionierungsmittel zu entfernen. Der Gegen
stand wird dann in ein herkömmliches Chromsäure-Schwefel
säure-Ätzbad eingetaucht, um die Oberfläche des Gegenstands
durch Anätzen des Butadiens aufzurauhen, wobei die Menge an
derart verfügbarem ABS durch die Anwendung des Konditionie
rungsmittels erhöht worden ist. Das Bad wird bei einer Tempe
ratur von 70,0 bis 72,2°C gehalten und
der Gegenstand 2 bis 8 Minuten behandelt. Der Gegenstand wird
dann in Leitungswasser oder deionisiertem Wasser zur Entfer
nung von Restspuren des sauren Ätzbades gespült. Der Gegen
stand wird dann für eine Zeit von 0,5 bis 2 Minuten
in ein bei 37,8 bis 48,9°C gehaltenes
Neutralisationsbad gegeben, um Restspuren sechswertiger Chro
mionen aus dem Ätzbad zu entfernen. Der Gegenstand wird dann
in Leitungs- oder deionisiertem Wasser gespült, um Restspuren
des Neutralisationsbades zu entfernen. Der Gegenstand wird
danach mit einem herkömmlichen Zinn-Palladium-Katalysator in
einer Konzentration von etwa 40 bis 45 ppm etwa 2 bis 4 Minu
ten bei einer Temperatur von 26,7 bis 32,2°C
behandelt und dann zur Entfernung von Restspuren des
Katalysators gespült. Der Gegenstand wird danach mit einem
herkömmlichen Beschleuniger 1 bis 3 Minuten behandelt,
um dadurch das Zinn des Zinn-Palladium-Komplexes zu entfernen
und den katalytischen Effekt des Palladiums zu erhöhen und
danach erneut in Leitungs- oder deionisiertem Wasser gespült.
Der Gegenstand wird dann in einem herkömmlichen stromlosen
Bad mit einem Kupferauftrag versehen und
dann konventionell elektrolytisch mit Kupfer oder Nickel
beschichtet.
Es versteht sich für den Fachmann, daß auf das ABS-modifi
zierte Polycarbonatkunststoffsubstrat ein herkömmlicher ABS-
Beschichtungszyklus angewandt wurde. Dieses ist jedoch nur
möglich, nachdem das Substrat mit dem Konditionierungsmittel
auf Basis des chlorierten organischen Lösungsmittels erfin
dungsgemäß vorkonditioniert wurde, was erst die
elektrolytische Beschichtung ermöglicht.
Erläuternde Beispiele von Automobileinbauteilen, die erfin
dungsgemäß hergestellt werden können, sind wie folgt.
Autostoßstangen werden typischerweise an der Front- und Rück
seite des Kraftfahrzeugs angebracht und befinden sich unmit
telbar an schlaggefährdeten Flächen. Ein Stoßfänger bietet
sowohl eine dekorative Verzierung als auch einen Schlagschutz
für das Fahrzeug im Fall einer Kollision. Gegenwärtig werden
Stoßfänger typischerweise aus beschichtetem rostfreien Stahl
hergestellt, der schwer und teuer in der Herstellung ist.
Falls aus erfindungsgemäß beschichtetem ABS-modifiziertem Poly
carbonatkunststoff hergestellt, ist der resultierende
Stoßfänger leichtgewichtig, relativ billig in der Herstel
lung, korrosionsbeständig, ähnlich schlagfest wie rostfreier
Stahl und hat eine bei weitem größere Flexibilität hinsicht
lich des Designs. Andere Einbauelemente für Kraftfahrzeuge,
die nach diesem Verfahren gebildet werden können, sind Form
teile für die Karosserieseiten, untere Karosserieverkleidun
gen, Radabdeckungen und Grille, wie auch andere Komponenten.
Zusätzlich können nach diesem Verfahren andere, nicht-automo
bile Gegenstände hergestellt werden, die dekorative Zwecke
erfüllen, dabei aber auch Schlagfestigkeit erfordern.
Bei diesem Verfahren können die verschiedenen Einbauteile
auch durch Spritzgießen als Einzelstücke anstelle von Mehr
fachteilen, wie gegenwärtig erforderlich, hergestellt werden.
Dies ist möglich, weil nach diesem Verfahren der Einbaugegen
stand sowohl beschichtet als auch gestrichen werden kann. Dies
erfolgt dadurch, daß
zuerst ein Schutzanstrich auf den Teil des Gegenstands aufge
bracht wird, der unbeschichtet bleiben soll. Dies erfolgt vor
Einleitung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere des
Schritts der organischen Konditionierung. Die mit Schutzan
strich versehene Fläche wird nicht konditioniert und wird in
den Schritten dieses Verfahrens nicht beschichtet, auch wenn
die verbleibenden, nicht gestrichenen Flächen beschichtet wer
den. Sobald die nicht mit dem Schutzanstrich versehenen Flä
chen beschichtet sind, wird die schutzgestrichene Fläche mit
dem erwünschten Finish gestrichen. Da das Einbauteil gestri
chen wie auch beschichtet werden kann, wird eine einteilige an
stelle einer mehrteiligen Komponente möglich, was auch die
Flexibilität im Design und die Kosteneinsparungen wesentlich
erhöht.
Das neue Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung von schlagfesten
ABS-modifiziertem Polycarbonat-Polymermischungen ergibt ein
effizientes, kosteneffektives Mittel zur Herstellung von
leichtgewichtigen beschichteten Kunststoffgegenständen mit
überlegener Haftung der Metallbeschichtung am Kunststoffsub
strat.
Claims (5)
1. Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung eines
Kunststoffsubstrats, bei dem das Substrat aus einem Poly
carbonat besteht, das mit Acrylnitril-Butadien-Styrol modi
fiziert ist, die Oberfläche des Substrats mit einem ein
halogeniertes organisches Lösungsmittel enthaltenen Kondi
tionierungsmittel bei einer Temperatur und für eine Zeit,
die ausreichen, die Menge an freiliegendem Acrylnitril-
Butadien-Styrol auf der konditionierten Oberfläche zu erhö
hen, konditioniert wird, die konditionierte Oberfläche des
Substrats mit einer Chromsäure-Schwefelsäure-Lösung bei
einer Temperatur und für eine Zeit, die ausreichen, die
konditionierte Oberfläche aufzurauhen, angeätzt wird; auf
die aufgerauhte und konditionierte Oberfläche des Substrats
eine Schicht aus einem Metallauftrag stromlos aufgebracht
wird; und auf die Schicht aus dem Metallauftrag ein Metall
elektrolytisch aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Polycarbonat mit weniger als etwa 50 Gew.-% Acryl
nitril-Styrol modifiziert ist und das organische Lösungs
mittel enthaltende Konditionierungsmittel aus 5 bis 25
Vol.-% halogeniertem Kohlenwasserstoff in einem wäßrigen
Medium besteht und der halogenierte Kohlenwasserstoff aus
Alkoholen, Ketonen und Ethern ausgewählt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
halogenierte Kohlenwasserstoff chloriert ist und der
Konditionierungsschritt bei einer Temperatur von nicht mehr
als 48,9°C für eine Zeit von nicht mehr als 4
Minuten vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das halogenierte organische Lösungsmittel etwa 25 Vol.-%
1,3-Dichlor-2-propanol in einem wäßrigen Medium enthält und
der Konditionierungsschritt bei einer Temperatur von etwa
35°C für eine Zeit von nicht mehr als 4 Minuten vorge
nommen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ätzschritt bei einer Temperatur von
71,1°C für eine Zeit von 2 bis 8 Minuten vorge
nommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Kunststoff ein mit 15 bis 40 Gew.-% Acrylnitril-Butadien-
Styrol modifiziertes Polycarbonat und als das Lösungs
mittel enthaltende Konditionierungsmittel 1,3-Dichlor-2-
propanol ausgewählt ist.
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