PL103465B1 - Laminat na podlozu polimerycznym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest laminat metaliczny na podlozu polimerycznym.

Cienkie warstwy przewodzace lub dekoracyjne metali, zwlaszcza metali przejsciowych i ich stopów moga byc stosowane jedynie selektywnie na podloza polimeryczne lub do pokrywania ich polimerycznymi warstwami z powodu braku przyczepnosci wiekszosci metali do polimerów. Na ogól powierzchnia polimeru musi byc modyfikowana np. przez utlenianie, szorstkowanie itp. lub przez zastosowanie posredniego srodka zwiekszajacego przyczepnosc do powierzchni polimeru lub metalu, które zwiekszaja koszty i czasami uniemozliwiaja wytwarzanie takich laminatów. Zastosowanie cienkich metalicznych warstw jako dekoracyjnych i trwalych pokryc np. zabawek, akcesoriów samochodowych itp. mogloby wzrosnac, gdyby udalo sie opracowac sposób pokrywania polimerycznych podlozy o zwiekszonej przyczepnosci metalicznych warstw.

W trakcie prowadzonych badan stwierdzono, ze miedz poprawia przyczepnosc cienkich warstw stopu niklowo-chromowego do polimerycznych podlozy i powlok. Miedz mozna stosowac w postaci bardzo cienkiej warstwy pomiedzy polimerycznym materialem a nakladanym metalem lub domieszana do nakladanego metalu jako skladnik stopu. Stwierdzono, ze wieksza ilosc dodanej miedzi powoduje wiekszy wzrost przyczepnosci, ale warstwa miedzi grubosci okolo 25 A na granicy faz metal-polimer lub zawartosc 10% molowych pierwiastkowej miedzi w skladzie stopu zwieksza przyczepnosc metalu do polimeru o kilka rzedów wielkosci.

Laminat wedlug wynalazku sklada sie z cienkiej warstewki miedziowej nalozonej na podloze polimery czsne i warstwy niklowo-chromowej lub niklowo-chromowo-zelazowej na warstewce miedzi. Mozliwe jest wytworzenie drugiej cienkiej warstewki miedziowej na warstwie stopu a na niej polimerycznej powloki.

Ewentualnie miedz moze zostac wlaczona w warstwe stopu nikiel-chrom tworzac pojedyncza warstwe.

Przedmiot wynalazku zostanie omówiony bardziej szczególowo w nawiazaniu do otrzymywania metalizowanej winylowej tarczy opisanej prze^ Clemens'a w opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 3842194 i 3842217 podanych jako odnosniki literaturowe, ale nalezy rozumiec ze wynalazek ma zastosowanie równiez do innych polimerycznych podlozy i powlok.

Jako stopy metali stosowano stopy niklu z chromem zawierajace do 10% wagowych zelaza. Szczególnie uzyteczne stopy zawieraja 65—80% wagowych niklu, 10—30% wagowych chromu i 0-10% wagowych zelaza.2 103 465 Przy dodawaniu miedzi do wyzej opisanych stopów, miedz musi byc dodawana w ilosci wystarczajacej do nadawania powstajacemu stopowi przyczepnosci do polimeru lub uzywanych polimerów. Dla poprawienia przyczepnosci powlok stosuje sie dodatek 10-15% molowych miedzi do stopu. Ewentualnie naklada sie warstwe miedzi o grubosci okolo 25-50 A na granicy faz polimer stop.

Zgodnie zjedna z metod przygotowywania laminatów, polimeryczne podloze, które ma byc powlekane cienka warstwa przyczepnego, przewodzacego metalu umieszcza sie w komorze prózniowej i laczy z dodatnim biegunem zródla pradu np.' planarnego magnetronu. Komora prózniowa jest wyposazona w ujemna elektrode miedziowa i elektrode z osadzanego stopu niklowo-chromowego. Nastepnie obniza sie cisnienie w komorze do okolo 5X JO"6 -3X 10~5 torów i wprowadza niewielkie ilosci gazu obojetnego takiego jak argon do /uzyskania cisnienia okolo 15 militorów. Cisnienie nie jest parametrem krytycznym procesu i moze zmieniac sie od okolo 2-100 mililitrów Przy stosowaniu jako zródla pradu planarnego magnetronu mozliwe sa zmiany napiecia w granicach 300-1000 V i natezenia pradu do 10 A, zaleznie od zadanej szybkosci osadzania i wielkosci elektrod.

Jako pierwsza aktywuje sie elektrode miedziowa do zainicjowania napylania katodowego na podloze i proces ten kontynuuje sie az do uzyskania osadzonej warstwy miedzi o grubosci okolo 25—50 A. Prad elektrody miedziowej zostaje wówczas przerwany i aktywuje sie elektrode ze stopu nikiel-chrom i napyla warstwe stopu zadanej grubosci zwykle okolo 200—400 A. W przypadku nakladania polimerycznej powloki na warstwe stopu niklowo-chromowego, konieczne bylo nalozenie trzeciej warstwy miedzi na warstwe stopu dla wytworzenia cienkiej warstwy miedziowej pomiedzy metalem a polimeryczna powloka.

Cienkie warstwy miedziowe sa doskonale przyczepne do polimerycznego podloza, zwlaszcza winylowego, a takze sa dobrze przyczepne do warstwy stopu niklowo-chromowego oraz polimerycznych powlok, zwlaszcza powlok polistyrenowych. W ten sposób stosowanie miedziowych warstw zapewnia dobra przyczepnosc metalicznych przewodzacych lub dekoracyjnych warstw do polimerycznego podloza i do dielektrycznych warstw polimerycznych.

Miedz mozna wspólrozpylac ze stopem niklowo-chromowym w podobnej komorze prózniowej, stosujac elektrode ze stopu niklowo-chromowego, w której czysta miedz umieszczona jest w szczelinie wyzlobionej w elektrodzie. Wielkosc i rozmieszczenie miedzi w elektrodzie dobiera sie w zaleznosci od ilosci nakladanej miedzi na pokrywane podloze. Prad do pojedynczej elektrody stop-miedz wlacza sie nastepnie na napylanie, które kontynuuje sie dopóty dopóki warstwa naniesiona na podloze nie osiagnie grubosci okolo 200-400 A.

Dokladny mechanizm poprawiania przyczepnosci warstw metalicznych nie jest znany, obecnie uwaza sie ze miedz sluzy do zmniejszenia naprezen w warstwie stopu niklowo-chromowego. Badania metoda spektroskopii elektronowej wykazaly brak chemicznego wiazania miedzy warstwa zawierajaca miedz i polimerycznym podlozem lub powloka.

Wynalazek ilustruja ponizsze przyklady. Wszystkie czesci i sklady procentowe podane sa w jednostkach wagowych, jesli nie zaznaczono inaczej.

Przyklad I. Komore prózniowa wyposazono w dwie planarne, magnetronowe katody: jedna miedziana, druga ze stopu Inconel-600, zawierajacego 76,8 ± 3% niklu, 13,8 ± 3% chromu i 8,5 ± 2% zelaza oraz niewielkie ilosci zanieczyszczen. Obie katody mialy wymiary 20,96 X 9,04 cm. Tarcze z polichlorku winylu o srednicy 28,5 cm zawieszono okolo 5,08 cm ponad elektrodami i obracano z predkoscia 40 obrotów/minute.

Z komory wypompowano powietrze do cisnienia 3 X 10"5 tora i napelniono argonem, przez zawór, do cisnienia militorów. Elektrode miedziowa wzbudzano pradem o napieciu 360 V i natezeniu 0,3 A. W takich warunkach srednia szybkosc osadzania miedzi na tarczy wynosila okolo 80—100 A/minute. Osadzanie miedzi kontynuowano przez okolo 30 sekund, lub tak dlugo dopóki nie osadzila sie warstwa miedzi o grubosci okolo 50° A. Nastepnie elektrode ze stopu Inconel-600 wbudzono pradem o napieciu 650 V, natezeniu 1,5 A, osiagajac szybkosc osadzania miedzi okolo 330—400 A/minute. Osadzanie kontynuowano przez okolo 30 sekund albo dopóki nie osadzila sie warstwa miedzi grubosci okolo 200$.

Mozliwe bylo ponowne aktywowanie elektrody miedziowej, aby nalozyc warstwe miedzi grubosci okolo 50 A na warstwe uzyskana z elektrody zbudowanej ze stopu Inconel 600.

Warstwe metaliczna badano na przyczepnosc przez przechowywanie jej przez okres 120 godzin w temperaturze 32,2°C w powietrzu o wilgotnosci wzglednej 90% na przezroczystej tasmie klejacej. Zadna warstwa nie przemieszczala sie w czasie odrywania tasmy.

Pomiary naprezeniaprowadzono znanym sposobem osadzania warstw na bardzo cienkich krazkach tlenku glinu. Odksztalcenia krazków obserwowano pod mikroskopem. Warstwa Inconel-600, o grubosci okolo 225 A wytrzymywala naprezenie sciskajace 30 X 109 jdyn/cm2, natomiast trójwarstwowy krazek, przygotowany wedlug metody podanej wyzej wytrzymywal naprezenie sciskajace jedynie 6 X 109 dyn/cm2.103 465 3 Przyklad II. Stosowano analogiczna komore jak w przykladzie I z tym, ze wyposazenie komory prózniowej róznilo sie od podanego tym, ze w elektrodzie rozpylania katodowego, sporzadzonego ze stopu Inconel-600, wyzlobiono dwie szczeliny o wymiarach 0,64X15,24 cm w odleglosci 3,11 cm i 3,16 cm, równolegle do dluzszej krawedzi elektrody. 0,64 cm pret miedziany o dlugosci szczeliny wpasowano w nia tak, aby jego powierzchnia tworzyla jednolita plaszczyzne z powierzchnia elektrody. Wymiary dobrano tak, zeby linia srodkowa jednego z pretów miedzianych byla w centrum jednego z wyzlobien lub drogi rozpylania a drugi pret znajdowal sie wewnatrz krawedzi drugiego sladu w elektrodzie.

Z komory wypompowano powietrze do cisnienia okolo 3 X 10"6 tora i napelniono argonem do cisnienia 1,5 XlO"2 tora nastepnie elektrode aktywowano pradem o napieciu 600 V i natezeniu 1,5 A uzyskujac szybkosc osadzania okolo 330-400 A/minute. Napylanie kontynuowano przez okolo 30 sekund, lub tak dlugo, dopóki warstwa osadzona nie osiagnela grubosci okolo 200 badano na przyczepnosc sposobem podanym w przykladzie I. Zadna warstwa nie przemieszczala sie w czasie odrywania tasmy.

Naprezenie sciskajace takiej warstwy metalicznej, mierzone metoda podana w przykladzie I wynosilo jedynie 5 X 109 dyn/cm2.

Tarcze z polichlorku winylu napylona warstwa metaliczna tak jak w przykladzie I lub II powleczono polimerem styrenu. Czynnosc te przeprowadzono w nastepujacy sposób: obnizono cisnienie w komorze prózniowej, wyposazonej jak podano powyzej, do cisnienia okolo 3 X l(P tora i wypelniono azotem do cisnienia 8—10 X 10"3 tora. Nastepnie wprowadzono monomer styrenu odo osiagniecia cisnienia 13-15 X 10"3 tora.

Tarcze powleczona warstwa metaliczna zawieszono okolo 5,08 cm powyzej magnetronowego zródla pradu z elektroda o wymiarach 8,9 X 17,8 cm, zasilana pradem o czestotliwosci okolo lOKHz i napieciu 680 V.

Operacje prowadzono przez okres 30 sekund, a tarcze obnizono ku powierzchni elektrody i obracano z predkoscia 40 obrotów/minute przez 2 minuty, aby osadzona warstwa polistyrenu miala okolo 350 X grubosci. Naprezenie sciskajace dla otrzymanej warstwy wynioslo 3 X 109 dyn/cm2.

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Laminat na podlozu polimerycznym znamienny tym, ze na podlozu ma warstwe miedzi grubosci okolo 25-50 A, a na niej warstwe stopu niklowo-chromowego zawierajacego do 10% wagowych zelaza o grubosci okolo 200-400 A.

2. Laminat wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ma warstwe ze stopu, który sklada sie z 65—80% wagowych niklu, 10—30% wagowych chromu i 0—10% wagowych zelaza.

3. Laminat wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze ma dniga warstwe miedzi na warstwie stopu i cienka warstwe polimeru na warstwie miedzi.

4. Laminat wedlug zastrz. 1, znamienny ty,m, ze ma podloza polimeryczne z syntetycznego tworzywa winylowego.

5. Laminat wedlug zastrz. 2, znamienny t y m^ze jako polimerycznapowloke zawiera polistyren.

6. Laminat na podlozu polimerycznym, znamienny tym, ze ma warstwe ze stopu niklu, chromu i miedzi przylegajaca do podloza, przy czym stop zawiera 65-80% wagowych niklu 10—30% wagowych chromu, 0—10% wagowych zelaza oraz 10-15% molowych miedzi. tym, ze na warstwie stopu ma polimeryczna powloke.

7. Laminat wedlug zastrz. 6. znamienny t y m, ze na warstwie stopu ma polimeryczna powloke.

8. Laminat wedlug zastrz. 7, z n a m i e n n y tym, ze ma polimeryczna powloke z polistyrenu.