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        塑料制品的電鍍工藝

        發布日期:2012/11/2

        塑料制品裝飾性電鍍工藝通常是脫脂和粗化以后進行中和,預浸和催化處理,然后化學鍍和電鍍。其中的催化處理是采用含有鈀化合物和錫化合物的膠體溶液?;瘜W鍍是采用三聚甲醛等具有強還原能力的化學鍍銅液?;瘜W鍍初期,首先在鈀/錫膠體膜內的具有強催化作用的鈀上析出銅,然后在具有強還原能力的還原劑作用下繼續發生銅的還原析出。不僅在鈀上而且在橫方向上成長化學鍍銅層,本來沒有催化能力的錫上也析出鍍層,結果產生所謂的橋接(bridge)析出,輕易產生海綿狀(sponge)鍍層。假如在具有橋接析出的化學鍍銅層表面上進行電鍍,就輕易產生鍍層不均或者微細星點狀凹痕的群體鍍層。為了防止這些外觀不良的鍍層發生,化學鍍以后采用拋刷處理,然后進行電鍍,工藝較為繁雜。此外化學鍍銅液中含有的三聚甲醛是一種潛伏的致癌性毒性物質,還由于使用了絡合能力很強的EDTA等絡合劑絡合銅離子,使得廢水處理相當困難。鑒于上述狀況,本文就處理簡便,可以獲得鍍層外觀和物理性質優良的塑料制品電鍍工藝加以敘述。
        工藝概述塑料制品電鍍工藝程序為:脫脂→粗化→催化→化學鍍→電鍍。
        脫脂和粗化塑料表面上往往存在指紋、油脂等有機物沾污以及由于靜電作用產生的塵埃等附著物,必須采用堿性脫脂劑進行脫脂清潔處理。然后采用CrO3和H2SO4混合溶液進行粗化處理,選擇性溶解樹脂表面,以產生旨在進步鍍層附著性等性能的錨固作用。例如以ABS樹脂為鍍件基體時,通過粗化時CrO3的氧化作用溶解出丁二烯,在樹脂表面上形成 1~2μm的錨坑。丁二烯的氧化分解,賦予樹脂表面以羧基等極性基,有利于以后吸附膠體催化液。此外,假如以通用工程塑料或者超級工程塑料為鍍件基體時,由于難以粗化處理,須在粗化以前進行預蝕處理。采用有機溶劑可膨潤樹脂表面的表皮層或者結晶取向層,例如采用二甲亞砜等強極性溶劑進行膨潤處理,有利于進一步進步粗化處理效果。具有無機物或者玻璃纖維等填料的樹脂基體也必須進行粗化處理。粗化處理以后,采用稀HCl或者含有亞硫酸氫鹽等的還原劑溶液進行洗凈處理,以除往樹脂表面上殘存的CrO3等粗化液。
        催化催化液是含有貴金屬化合物和亞錫離子化合物的膠體溶液。適宜的貴金屬化合物有氯鉑酸鹽、氯金酸鹽、亞硫酸金鹽、氯化鈀、硫酸鈀、硝酸銀、硫酸銀等。它們可以單獨和混合使用。以貴金屬計的質量濃度為0.1~0.5g/L,最好為0.15~0.3g/L。以錫計的質量濃度為10~50g/L,最好為10~22g/L。通常把鍍件浸漬于10~50℃的催化液中2~20min,最好浸漬于25~45℃的催化液中3~10min。通過催化處理,塑料表面吸附了均勻的催化膜。
        化學鍍催化處理過的塑料表面浸漬于化學鍍銅液中,旨在形成以后電鍍用的導電性化學鍍銅層?;瘜W鍍銅液中含有銅化合物,絡合劑、還原劑和pH調整劑等。銅化合物有硫酸銅、氯化銅、乙酸銅、碳酸銅、氧化銅和氫氧化銅等,以銅計的質量濃度為0.2~2g/L,最好為0.8~1.2g/L。假如銅質量濃度過低,難以形成完整的化學鍍銅層;假如銅質量濃度過高,必須按比例的進步絡合劑的質量濃度而不經濟。銅離子絡合劑有乙內酰脲、1-甲基乙內酰脲、1,3-二甲基乙內酰脲、5,5-二甲基乙內酰脲和尿囊素等乙內酰脲類;檸檬酸、酒石酸、琥珀酸和蘋果酸等有機羧酸類等,它們可以單獨和混合使用。絡合劑質量濃度為2~50g/L,最好為10~30g/L。假如絡合劑質量濃度過低,就不能充分地絡合銅離子;過高,則因過量而不經濟,還會招致排水處理題目。固然乙內酰脲類的絡合能力較弱,但是化學鍍銅時的析出性良好,排水處理性也好?;瘜W鍍銅液的特征在于采用乙二醇、丙三醇、1,2,3,4-丁四醇等特定多元醇化合物中的至少一種作為銅離子還原劑,既可以防止鍍層橋接析出,又可以在樹脂表面上形成導電性良好的極薄化學鍍銅層。特定多元醇化合物的還原能力優于丙二醇、三乙二醇等其它多元醇化合物,但比甲醛還原劑的還原能力弱,因此只能在鈀等催化金屬上還原析出極薄鍍銅層,沒有催化能力的錫上不能還原析出銅,從而可以防止鍍層橋接析出。還原劑質量濃度5~300g/L,最好為10~100g/L。過低則因銅的析出不充分而難以獲得導電性良好的鍍銅層;過高則因所形成的鍍銅層電阻上升而降低以后電鍍層的析出。pH調整劑有氫氧化鈉和氫氧化鉀等堿金屬氫氧化物,其質量濃度為30~130g/L,最好為50~80g/L。假如pH調整劑質量濃度過低,則難以形成完整的化學鍍銅層,以后電鍍時,低電流密度區域的鍍層析出差;過高則會降低銅化合物的溶解性,鍍液穩定性差?;瘜W鍍銅液pH為10以上,最好為12~14。傳統化學鍍銅液中可以加進亞鐵*********和硫氰酸鹽等穩定劑,不過由于以特定多元醇化合物為還原劑的化學鍍銅液的穩定性良好,無須使用上述的穩定劑,或者只須添加0.1~10mg/L的硫代二乙二醇酸等弱穩定劑,就足以維持化學鍍銅液的良好穩定性。鍍液溫度為20~70℃,最好為35~50℃。浸漬時間為1~20min,最好為3~15min。假如鍍液溫度過低,浸漬時間過短,則難以獲得滿足以后電鍍要求的鍍銅層;過高則會降低鍍液穩定性;假如浸時間過長,則會降低生產效率。
        電鍍適用的電鍍液種類有銅、鎳和鉻等裝飾性鍍層電鍍液。適宜于電鍍的塑料材質有ABS樹脂;耐熱溫度150℃以下的聚酰胺(PA)、聚乙縮醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯基醚(PPE)、聚丁基對苯二甲酸酯(PBT)等通用工程塑料;耐熱溫度200℃以上的聚苯撐硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亞胺(PI)、液晶聚合物(LCP)等超級工程塑料,聚碳酸酯?ABS等聚合物合金(polymeralloy)等。上述塑料材料已經廣泛地應用于發動機的前進氣活門柵(frontgrille)、標志符號等汽車部件;封裝和旋鈕等電子部件;耐蝕性和功能性鍍層等的裝飾性用途中。
        應 用
        采用17cm×3.8cm×0.3cm,表面積1.3dm2的ABS樹脂按照下列工藝程序制造汽車用標志符號。鍍件物品的一邊上具有間距為11cm的 2mm的不銹鋼棒接點,接點以外的部分涂覆氯乙烯膠涂層,以此作為夾具。
        鍍液穩定性 把例1~10和比較例1~4鍍液恒溫45℃放置24h以后,觀測鍍液有無變化,判定標準為:沒有變化,表明鍍液穩定性良好,發生銅沉淀物,表明鍍液穩定性差。
        鍍銅層涂覆率 求出鍍覆的化學鍍銅層占測試樣品表面積的百分比。
        鍍層外觀 目測觀察測試樣品表面有無凹痕和粗糙等,判定標準為:外觀優良,沒有凹痕和粗糙,表面發生凹痕和粗糙。
        鍍層電阻率 采用丈量儀器測定化學鍍銅層的電阻率。評估結果如表1所示。由表1可知,以丙三醇等特定多元醇化合物為還原劑的化學鍍銅液的穩定性和化學鍍銅層的物理性能等綜合性能明顯地優于其它多元醇化合物(比較例1~2),此外特定多元醇化合物質量濃度過低或者過高(比較例3~4)都會降低化學鍍銅層的涂覆率,導致電阻率明顯地上升。
        電鍍具有導電性鍍銅層的鍍件置于下列組成的鍍銅液中電鍍銅。
        以還原能力較弱的乙二醇、丙三醇、1,2,3,4-丁四醇等特定多元醇化合物為還原劑的化學鍍銅液,無須使用傳統化學鍍銅液的穩定劑,或者只須使用非常弱的穩定劑,就可以獲得相當穩定的化學鍍銅液,不會發生因穩定劑過量而產生的化學鍍反應停止或者因穩定劑不足而產生的化學鍍銅液分解,因此鍍液治理輕易。
        催化處理以后無須進行催速處理,簡化了工藝程序,降低了生產本錢。
        化學鍍銅液中不含甲醛,作業安全性和排水處理都有進步。
        從化學鍍銅液中可以獲得導電性良好的化學鍍銅層,有利于以后電鍍時在短時間內形成均勻完整的和外觀良好的電鍍層,特別適用于汽車和電子部件等塑料制品的裝飾性電鍍。



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