NL8202368A - Werkwijze voor het metalliseren van met koolvezels versterkte kunststofonderdelen. - Google Patents

Description

- i - * 4 #?*

Werkwijze voor het metalliseren van met koolvezels versterkte kunststofonderdelen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het metalliseren van de oppervlakken van met koolvezels versterkte kunststofonderdelen door opdampen van een metaallaag in hoog vacuum, waarbij voor de 5 opdamping een glimbehandeling wordt uitgevoerd.

Verschillende soorten van opdampen van stoffen op een substraat zijn beschreven in het drukschrift "New Trends in Materials Processing" uitgegeven door de American Society for Metals, Metals Park,. Ohio 44073 10 (1976), biz. 200 e.v. Daarbij wordt onderscheiden tussen het opdampen in hoogvacuum door verhitten van het opgedampte materiaal, het ionenplateringsproces en het verstuiven,

In het informatieschrift "Thermoplaste", Technisch 15 Ringboek van de firma Bayer, uitgave 1.4.1978, wordt onder de paragraaf 4.5.3 "Metallisieren von Durethan" het opdampen van een metaallaag in hoogvacuum op vormdelen uit durethaan toegelicht. Daarbij wordt o.a. er op gewezen, dat de hechting en kwaliteit van de opgedampte laag in 20 eerste instantie afhankelijk zijn van de hechting van de grondlaag, respectievelijk van de 'voor- en deklak.

Evenwel is ook bij volledig in achtnemen van deze voor-behandelingsstap, alsook een voorafgaand afglimmen, de hechting van de opgedampte metaallaag op het kunststof-25 oppervlak relatief klein.

Daarom heeft da uitvinding tot doel de in de aanhef aangegeven werkwijze zodanig te verbeteren, dat de opgedampte metaallagen zeer vast op het kunststof-onderdeel hechten.

30 Hiertoe is de werkwijze volgens de uitvinding gekenmerkt door de volgende maatregelen: a) allereerst wordt het te metalliseren oppervlak van het kunststofonderdeel zo ver weggehaald, totdat de het dichtst bij het oppervlak gelegen koolstofvezels 35 gedeeltelijk vrij liggen? b) vervolgens wordt het kunststofonderdeel bij 8202368 -2- hardingstemperatuur of iets daar beneden in hoogvacuum ontgast; c) met het oog op de aansluitende glimbehandeling wordt aan het kunststofonderdeel een negatieve hoog- 5 spanning aangelegd; d) de glimbehandeling wordt tot in de beginfase van de opdamping met metaal voortgezet.

Met de afslijpende voorbehandeling worden de elektrische goed-geleidende koolstofvezels aan het 10 oppervlak van het kunststofonderdeel net zover vrijgemaakfc, dat zij een gelijkmatige vorming van de voor en gedurende de beginfase van de opdamping opgewekte glimontlading mogelijk maken, anderzijds evenwel nog een voldoende inbedding in de kunststofmatrix bezitten. Door de negatieve 15 hoogspanning wordt tegelijk bereikt, dat buiten de glimontlading bij het begin van het opdampingsproces metaalionen met hoge bewegingsenergie zowel op de kunststofvezels, alsook op de daartussen gelegen kunststofmatrix opvallen, en op deze wijze een vaste en 20 duurzame verbinding zowel met de koolstof alsook met de kunststof aangaan.

Zodra een voldoende bedekking van het oppervlak met het metaal tot stand gekomen is, wordt de glimontlading beeindigd en de opdamping op conventionele wijze 25 in hoogvacuum voortgezet, totdat de gewenste laagdikte is bereikt.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding zal in het volgende aan de hand van de tekening worden toegelicht. In de tekening tonen resp.

30 toont: de fig. I, 2a en 2b het proces van de natafslijpende behandeling van het binnenvlak van een buisvormig onder-deel uit kunststof-compound-materiaal, bestaande uit een met koolstofvezels versterkte kunstharsmatrix (CFKl;en 35 fig. 3 een inrichting voor het metalliseren van het binnenvlak van een CFK-buis.

Volgens fig. 1 wordt de te behandelen CFK-buis 1 in vertikale stand op een draaitafel 2 ingespannen en roterend bestraald door een in de lengte-as van de buis 40 oscillerende vloeistofstraal 4, die uit het haakvormig 8202368 Λ - 3 - gebogen mondstuk van een'in het inwendige van de buis omhoog en omlaag beweegbare toevoerleiding 3 uittreedt.

De vloeistof bestaat uit een waterige suspensie, die als afslijpend straalmiddel edelkorund (γ-Α^Ο^) met 5 een gemiddelde deeltjesgrootte van 45^um bevat.

Door deze een aantal minuten gedurende behandeling worden eerst verontreinigingen, inclusief de van de buisvervaardiging afkomstige scheidingsmiddelresten, verwijderd, en dan de in de dichtste nabijheid van het 10 oppervlak gelegen koolstof (C)-vezels gedeeltelijk blootgelegd. De fig. 2a en 2b tonen schematisch een microscopische, loodrechte op de vezelrichting staande doorsnede aan het oppervlak vodr (2a) en na (2b) de afslijpende behandeling. Volgens' fig. 2b zijn in het 15 microscopische gebied afwisselend zeer dicht bij elkaar in de buurt gelegen vlakken met een zeer hoog elektrisch geleidingsvermogen (C-vezels 6)., en zeer klein elektrisch geleidingsvermogen (daartussen gelegen kunstharsmatrix) 7 ontstaan.

20 Na de natafslijpende behandeling wordt de CFK-buis bij verhoogde temperatuur onder vacuum ontgast. Deze ontgassing vindt plaats gedurende een aantal uren bij -4 -6 een druk van 10 tot 10 mbar en een temperatuur, die ongeveer 20°C onder de hardingstemperatuur tot maximaal 25 de hardingstemperatuur (bijv. 150°C) van de kunstharsmatrix gelegen is.

Door deze behandeling wordt eenmaal geabsorbeerd water uit het compound-materiaal verwijderd? essentieler voor de toepassing volgens de uitvinding is de door 30 het proces veroorzaakte verwijdering van meer vluchtige bestanddelen, die in geringe hoeveelheden of reeds in het hars of het hardingsmiddel aanwezig zijn, dan wel door een niet volledige hars/hardingsmiddelreactie in het compound-materiaal aanwezig zijn. Door de bovenbeschre-35 ven behandeling wordt gewaarborgd, dat storende hoeveelheden, die onder de opdampingsomstandigheden kunnen optreden, reeds tevoren uit de compound verwijderd zijn.

Proeven hebben aangetoond, dat een geringe her-opname van water na de ontgassingsbehandeling niet nadelig 40 is, zodat de ontgaste CFK-buizen onder droge atmosfeer 8202368 - 4 - (stikstof) gedurende een aantal dagen tot aan de opdampings-behandeling opgeslagen kunnen worden.

Voor de opdamping wordt de CFK-buis 1 ingelegd in een inrichting, die zich bevindt in het vacuumvat (niet 5 weergegeven) van een vacuumdampinstallatie. Deze inrichting (fig. 3) bestaat in wezen uit twee ringen 30, die elk een aandrijfrol 31, 32 en twee geleidingsrollen 34 dragen.

Al deze zes rollen zijn vervaardigd uit isolerend materiaal. De aandrijfrollen 31, 32 zijn verbonden met een stijve 10 as 35, die weer via een flexibele as 36 en een vacuumdraai-doorvoer (niet weergegeven) door een motor buiten het vacuumvat aangedreven wordt. In het midden van de buis 1 is aan de buitenzijde een rol 37 op de buis 1 gelegd, waaraan een hoogspanning kan worden aangelegd. Teneinde 15 de buis 1 tegen beschadiging door de rol 37 te beschermen, is op deze plaats een beschermring 38 uit CFK-materiaal gelegd. In het inwendige van de buis 1 bevinden zich twee stroomtoevoerelektroden 39, 40, waartussen de verdampings-spiralen 41 ingeklemd zijn. Deze spiralen 41 zijn reeds 20 bevochtigd met het te verdampen materiaal.

Het vacuumvat wordt eerst op hoogvacuum geevacueerd -5 (10 mb). Vervolgens wordt over de hoogspanningstoevoer

42, 38,37 een negatieve hoogspanning van ongeveer 2,5 KV

aan de CFK-buis 1 aangelegd, terwijl tegelijk in het 25 vacuumvat via een naaldventiel argon binnenstroomt tot een -2 druk van ongeveer 10 mb. De glimontlading (sputter cleaning) die nu ontstaat, reinigt het buisoppervlak, doordat dit wordt blootgesteld aan een ionenbeschieting, waarbij het verstoven en gereinigd wordt. De negatieve 30 elektronen vliegen naar de beide stroomtoevoeren 39, 40.

Gedurende de laatste minuut van de ongeveer 5 min. durende glimontlading worden de verdampingsspiralen 41 verhit en het zich op de spiralen bevindende materiaal, bijv. aluminium, verdampt.

35 Door de nog bezig zijnde glimbehandel^g wordt een fraktie van de metaaldampdeeltjes geioniseerd, naar het inwendige buisoppervlak versneld, terwijl het gedeel-telijk in het kunstharssubstraat binnendringt (implantatie-effekt). Dit verklaart de ten opzichte van gebruikelijke 40 opdampprocessen essentieel verbeterde hechtvastheid. Om 8202368 * f*.

Ά. *m - 5 - een gelijkmatige laagdikte te bereiken, wordt gedurende het opdampen de buis 1 geroteerd. Zodra dit implantatie- effekt een voldoende bedekking van hfet oppervlak tot stand gebracht heeft, wordt voor het verdere verloop van het 5 opdampen de glimontlading uitgeschakeld.

Met de werkwijze volgens de uitvinding worden hechtvastheden, gemeten in de vooraftrekproef (Stirnzug- 2 versuch), van meer dan 20 N/mm bereikt bij een laagdikte 2 van ongeveer 5^um in vergelijking met minder dan 0,5 N/mm 10 bij gebruikelijke vacuumopdampprocessen met vergelijkbare laagdikte, " conclusies - 8202363

Claims (2)

1. Werkwijze voor het metalliseren van het opper-vlak van met koolvezels versterkte kunststofonderdelen door opdampen van een metaallaag in hoogvacuum, waarbij voor de opdamping, een glimbehandeling wordt uitgevoerd, 5 gekenmerkt doorde volgende maatregelen: a) allereerst wordt het te metalliseren oppervlak van het kunststofonderdeel zo ver weggehaald, totdat de het dichtst aan het oppervlak' gelegen koolstof-vezelgedeelten blootliggen, 10 b) vervolgens wordt het kunststofonderdeel bij hardingstemperatuur of iets daaronder in hoogvacuum ontgast; c) voor de aansluitende glimbehandeling wordt aan het kunststofonderdeel een negatieve hoogspanning 15 aangelegd; en d) de glimbehandeling wordt tot in de beginfase van de opdamping met metaal voortgezet.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het k e n m e r k, dat het materiaal-weghalen volgens a) 20 wordt uitgevoerd door middel van een afslijpende vloei-stof, die in de vorm van een vloeistofstraal over het oppervlak van het kunststofonderdeel wordt geleid. 8202368