CN102328477B - 一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法 - Google Patents

Abstract

一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，涉及在塑料表面获得金属复合层的方法。在塑胶母粒中加入颜料，进行染色处理，再注塑成型塑胶坯件；将塑胶坯件进行干法清洁与活化；将活化后的塑胶坯件，喷涂有机涂层；将塑料坯件放入物理气相沉积炉内镀金属陶瓷复合膜，得最终产品。经测试，由本发明制得的金属化塑料制品不仅具有防腐、耐磨、耐候、耐温和多彩性等优点，而且表面坚硬平滑，可与传统水电镀金属产品品质相媲美，祛除传统水电镀中的粗化、活化水洗过程，不使用任何有害电镀药液，不采用有毒的六价铬。过程中金属耗用量小，废气极少，又完全无废水排放。可提升塑料表面处理产品的功能和品质，可降低生产成本，可提高效率，节水环保。

Description

一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法

技术领域

本发明涉及在塑料表面获得金属复合层的方法，特别是涉及一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法。

背景技术

在塑料表面进行传统水(湿法)电镀可获得高防腐、高耐磨、镜面高光且装饰极强之产品，此种塑料金属化(镀Cu/Ni/Cr金属膜)应用广泛，且盛行已久。但水电镀工艺存在以下缺点：(1)耗水耗能大，且产出大量废水。(2)使用有害化学镀液与添加剂。(3)排放有毒废气。(4)耗用金属量大。(5)使用对人体有害的六价铬。显然，这一传统工艺对环境污染及危害颇大，亟需改进。多年来，众多科研者致力于传统水电镀工艺改进，并取得一定的初步成果：干法镀膜工艺已经被开发，其应用已可取代部分塑料电镀产品。如中国专利CN101338409公开一种汽车轮毂盖镀膜方法，依次包括预处理、光固化底涂、离子轰击镀铬、光固化面涂等步骤。该干法镀法不含有毒物质，没有三废问题，无需三废处理，工艺过程简单，对环境无污染。工人劳动条件好，对工人身体健康影响小。不需要使用铜、镍、铬等贵重金属，只使用少量铝，成本大大降低。工艺简单，工序少，生产成本低。用电量约为电镀的1/5～1/7，用水量约为电镀的1/10～1/20。整体生产成本约为电镀的1/2，具有较高的经济效益。并在光固化面涂原料中加入纳米陶瓷粒子，改进了分散和混合工艺，显著提高了表面耐磨性。

中国专利CN1468976公开一种适用金属及非金属的表面处理方法，主要是有鉴于现有的表面处理方法对环境污染严重，且处理后其防腐蚀效果及表面光泽度差，乃研发一种具导电性可供物品定位的固定架，物品定位于固定支架上，先于物品表面上一底膜，再以真空电镀形成金属电镀层，之后，将固定架连同物品直接进行电着披覆，使电镀层表面形成抗腐蚀性高、耐磨、具光泽性的压克力层，藉此可有效改善普通表面处理方法存在的问题。上述干法镀膜也有采用电泳涂装做面漆。然而该干法镀膜技术仍存在以下问题与缺点：

1)所用清洗及除油步骤仍大都使用化学药剂，并排出废水。

2)表面有机涂层直接暴露于外，耐候及耐水性较为差。

3)最外层为有机物，而非金属膜，故硬度较差，缺乏金属质感。

4)需要喷涂底漆与面漆，良品率不高，且VOC排放量高，不环保。

本申请人在中国专利201010585736.1中提供一种夹层复合镀膜技术，但此种干法镀膜仍需要三道镀膜，成本及能耗仍较高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的干法镀膜所存在缺点，提供一种可提升塑料表面处理产品的功能和品质，可降低生产成本，可提高效率，节水环保的采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法。

本发明包括以下步骤：

1)在塑胶母粒中加入颜料，进行染色处理，再注塑成型塑胶坯件；

在步骤1)中，所述塑胶母粒可选自热塑性塑胶或热固性塑胶等，所述热塑性塑胶可选自ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA、PLA等热塑性塑胶中的一种；所述热固性塑胶可选自BMC等；所述颜料可选自红铜、紫铜、黄铜色、青铜、镍色、不锈钢色等中的一种。

3)将塑胶坯件进行干法清洁与活化；

在步骤2)中，所述干法清洁的具体方法如下：先用干布擦拭塑胶坯件表面，去除油脂及灰尘，然后利用高温火焰处理金属表面的油脂，达到除油除脂的目的，再通过静电除尘，去除吸附在塑胶坯件表面的灰尘及燃烧产生的颗粒；

所述活化的具体方法如下：通过高温火焰处理的外延接触金属表面，使其瞬间达到1000℃的高温，使金属外表面具有大量极性键，易于漆膜形成良好结合力。

所述高温火焰处理，可采用瓦斯作为燃烧气体，处理时间1～60s。

3)将活化后的塑胶坯件，喷涂有机涂层；

在步骤3)中，所述有机涂层的厚度可为5～60μm；所述有机涂层可以无色或有颜色，所述颜色可以是金色、银色、铜色、镍色、黑色、红色、黄色等各类颜色；所述有机涂层可以是紫外光固化交联或热固化交联；所述紫外光固化交联的时间可为10～120s；所述热固化交联的温度可为70～180℃，所述热固化交联的时间可为10～60min。

4)将步骤3)得到的塑料坯件放入物理气相沉积(PVD)炉内镀金属陶瓷复合膜，得最终产品。

在步骤4)中，所述金属陶瓷复合膜的厚度可为0.05～5μm；所述金属可采用铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等单一金属或多种金属合金，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛等金属的化合物；所述镀金属陶瓷复合膜的方法可为：

将塑料坯件转挂至物理气相沉积(PVD)炉内，接通离子源，通保护气体，在固化后喷漆膜层进行离子辉光活化；关闭离子源，打开电弧靶、溅射靶或蒸发电源，进行镀金属陶瓷复合膜；

所述保护气体可采用氮气、氩气或氧气等；所述离子辉光活化的时间可为1～10min；所述真空镀金属膜的时间可为1～30min。

由于本发明的膜层结构采用一层有机涂层，一层金属陶瓷层，称之为双层复合镀膜；通过有机涂层起到流平、遮盖坯件表面缺陷、提高光泽度等作用，再通过PVD(物理气相沉积)镀高硬耐磨金属陶瓷复合膜，起到耐磨增硬的作用，达到与现有的传统水(湿法)电镀相同外观效果的产品。

经测试，由本发明制得的金属化塑料制品不仅具有防腐、耐磨、耐候、耐温和多彩性等优点，而且表面坚硬平滑，可与传统水(湿法)电镀金属产品品质相媲美，祛除传统水(湿法)电镀中的粗化、活化水洗过程，不使用任何有害电镀药液，尤其是不采用有毒的六价铬。同时，过程中金属耗用量小，废气极少，又完全无废水排放，故是一种经济且绿色环保的新型镀膜技术。本发明开拓了广谱塑料表面金属化领域，镀出产品功能优异且外观优良，非常适用于卫浴、电子、家电与汽车等行业。

附图说明

图1为本发明实施例的电镜图(100倍)。在图1中，各标记为：1为金属陶瓷复合膜，2为有机涂层，3为塑料基材。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

实施例1一种ABS材料六价铬光铬水龙头

1)将有染银白色处理的ABS母粒，注塑成型坯件，干布擦拭后进行火焰清洗与活化，再静电除尘，其中火焰处理时间为4s。

2)清洗后的工件，喷一层20μm厚紫外光固化涂料。用红外灯加热流平(60℃×8min)，再经紫外光灯固化(1000J/m²×40s)。

3)将喷涂紫外光固化涂料的坯件转挂入PVD(物理气相沉积)炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流0.3A，偏压100V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流为Ar₂及O₂混合气流，混合比率50SCCM∶50SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.1μm金属膜Cr(电弧镀膜条件：铬靶电流80A，偏压70V，通入30SCCM Ar₂，真空压力0.2Pa，镀膜时间1min)，接着镀一层厚度为0.3um氮化铬陶瓷膜(电弧镀膜条件：铬靶电流80A，偏压70V，通入100SCCM Ar₂ 100SCCM N₂，真空压力0.4Pa，镀膜时间10min)，接着再镀一层金属膜Cr(电弧镀膜条件：铬靶电流80A，偏压70V，通入30SCCM Ar₂，真空压力0.2Pa，镀膜时间2min)。

由此工艺所得制品，表面高光如镜，且可通过下列功能测试：

(A)CASS防腐蚀：        8h；

(B)冷热冲击循环        8个循环；

(C)落砂冲击：          18L落砂；

(D)结合力(百割)：      5A；

(E)水浸38℃：          24h；

(F)铅笔硬度(三菱)：    3H；

(G)RCA耐磨测试：       500回。

图1给出本发明实施例的电镜图(100倍)。在图1中，各标记为：1为金属陶瓷复合膜，2为有机涂层，3为塑料基材。

实施例2一种尼龙材料镀仿金把手

1)将有染金色处理的PA母粒，注塑成型坯件，干布擦拭后进行火焰清洗与活化，再静电除尘，其中火焰处理时间为12s。

2)喷一层30μm厚热固化涂料，用流平温度(60℃×15min)，再经固化(80℃×25min)。

3)将喷涂涂料的坯件转挂入PVD(物理气相沉积)炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流0.3A，偏压100V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流为Ar₂及O₂混合气流，混合比率70SCCM∶30SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.1μm金属膜Zr(电弧镀膜条件：锆靶电流120A，偏压70V，通入50SCCM Ar₂，真空压力0.2Pa，镀膜时间2min)，接着再镀一层0.3um氮化锆膜(电弧镀膜条件：锆靶电流120A，偏压70V，通入200SCCM N₂，真空压力0.4Pa，镀膜时间3min)。

由此工艺所得制品，表面高光如镜，且可通过下列功能测试：

(A)CASS防腐蚀：    16h；

(B)冷热冲击循环    8个循环；

(C)落砂冲击：          18L落砂；

(D)结合力(百割)：      5A；

(E)水浸38℃：          24h；

(F)铅笔硬度(三菱)：    2H；

(G)RCA耐磨测试：       500回。

实施例3一种BMC材料不锈钢色冰箱把手

1)将有染不锈钢色处理的BMC团状颗粒，注塑成型坯件，干布擦拭后进行火焰清洗与活化，再静电除尘，其中火焰处理时间为15s。

2)工件预热到120度，喷一层50μm厚热固化涂料，热固化涂料预热温度(130℃×5min)，再经流平(150℃×5min)，再经固化(170℃×20min)。

3)将喷涂涂料的坯件转挂入PVD(物理气相沉积)炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流0.3A，偏压120V，炉内真空压力0.2Pa，工作气流为Ar₂及O₂混合气流，混合比率50SCCM∶100SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.1μm金属膜Zr(电弧镀膜条件：锆靶电流120A，偏压70V，通入50SCCM Ar₂，真空压力0.2Pa，镀膜时间1min)，接着再镀一层0.6um氮化锆膜(电弧镀膜条件：锆靶电流120A，偏压70V，通入Ar 100SCCM80SCCM N₂，真空压力0.3Pa，镀膜时间6min)。

由此工艺所得制品，表面高光如镜，且可通过下列功能测试：

(A)CASS防腐蚀：        16h；

(B)冷热冲击循环        8个循环；

(C)落砂冲击：          18L落砂；

(D)结合力(百割)：      5A；

(E)水浸38℃：          24h；

(F)铅笔硬度(三菱)：    3H；

(G)RCA耐磨测试：       500回。

实施例4一种pp材料银白色装饰相框

1)将染有银白色pp材质的相框进行干布擦拭后进行火焰清洗与活化，再静电除尘，其中火焰处理时间为4s。

2)喷涂一层20μm厚紫外光固化涂料。用红外灯加热流平(50℃×10min)，再经紫外光灯固化(1200J/m²×40s)。

3)将喷涂好的坯件转挂入PVD(物理气相沉积)炉内实施等离子气体活化(条件：离子源电流0.4A，偏压150V，炉内真空压力0.4Pa，工作气流为Ar₂及O₂混合气流，混合比率100SCCM∶100SCCM，活化时间5min)；接着在漆面上镀一层厚度为0.1μm金属膜Cr(电弧镀膜条件：铬靶电流100A，偏压70V，通入50SCCM Ar₂，真空压力0.2Pa，镀膜时间1min)，接着再镀一层0.2um氮化铬(电弧镀膜条件：铬靶电流80A，偏压120V，通入Ar 100SCCM20SCCM N₂，真空压力0.3Pa，镀膜时间5min)。

由此工艺所得制品，表面高光如镜，且可通过下列功能测试：

(A)CASS防腐蚀：        48h；

(B)冷热冲击循环        8个循环；

(C)落砂冲击：          18L落砂；

(D)结合力(百割)：      5A；

(E)水浸38℃：          24h；

(F)铅笔硬度(三菱)：    3H；

(G)RCA耐磨测试：       300回。

以上功能测试包括：

1、抗腐蚀功能测试：

CASS试验(ASTM B368-09)；

2、抗磨耗功能测试：

落砂试验(ASTM D968-05)。

3、结合力测试：

1)百割测试(ASTM D3359-02)；

2)冷热循环试验(ASME A112.18.1-2005/CSA B125.1-05)。

4、耐水测试

水浸测试(ASTM D870-02)。

5、耐划伤性测试

1)铅笔硬度测试(ASTM D3363-05)；

2)耐划伤性测试(ASTM D5178-9)。

Claims (6)

1.一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）在塑胶母粒中加入颜料，进行染色处理，再注塑成型塑胶坯件；所述塑胶母粒选自热塑性塑胶或热固性塑胶；所述热塑性塑胶选自ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA、PLA热塑性塑胶中的一种；所述热固性塑胶选自BMC；

2）将塑胶坯件进行干法清洁与活化；所述干法清洁的具体方法如下：先用干布擦拭塑胶坯件表面，去除油脂及灰尘，然后利用高温火焰处理金属表面的油脂，达到除油除脂的目的，再通过静电除尘，去除吸附在塑胶坯件表面的灰尘及燃烧产生的颗粒；所述活化的具体方法如下：通过高温火焰处理的外延接触金属表面，使其瞬间达到1000℃的高温；

3）将活化后的塑胶坯件，喷涂有机涂层；所述有机涂层是紫外光固化交联或热固化交联；所述紫外光固化交联的时间为10～120s；所述热固化交联的温度为70～180℃，所述热固化交联的时间为10～60min；

4）将步骤3）得到的塑料坯件放入物理气相沉积炉内镀金属陶瓷复合膜，得最终产品；所述金属陶瓷复合膜的厚度为0.05～5μm；所述金属采用铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛单一金属或多种金属合金，或铜、镍、铬、铝、不锈钢、锆或钛金属的化合物。

2.如权利要求1所述的一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤1）中，所述颜料选自红铜、紫铜、黄铜色、青铜、镍色、不锈钢色中的一种。

3.如权利要求1所述的一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤2）中，所述高温火焰处理，是采用瓦斯作为燃烧气体，处理时间1～60s。

4.如权利要求1所述的一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤3）中，所述有机涂层的厚度为5～60μm；所述有机涂层无色或有颜色，所述颜色是金色、银色、铜色、镍色、黑色、红色、黄色。

5.如权利要求1所述的一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤4）中，所述镀金属陶瓷复合膜的方法为：

将塑料坯件转挂至物理气相沉积炉内，接通离子源，通保护气体，在固化后喷漆膜层进行离子辉光活化；关闭离子源，打开电弧靶、溅射靶或蒸发电源，进行镀金属陶瓷复合膜。

6.如权利要求1所述的一种采用全干法在塑料表面双层复合镀膜的方法，其特征在于在步骤4）中，所述保护气体采用氮气、氩气或氧气；所述离子辉光活化的时间为1～10min；所述真空镀金属膜的时间为1～30min。

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