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SBS可剥性电镀保护涂料的开发和应用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-12-11  浏览次数:865
核心提示:SBS是苯乙烯(S)为硬段,丁二烯(B)为软段构成的三嵌段共聚物(SBS)。常温下,SBS具有良好的拉伸强度和弹性,扯断永久变形比塑料小,具有和通用橡胶相近的摩擦系数。

SBS是苯乙烯(S)为硬段,丁二烯(B)为软段构成的三嵌段共聚物(SBS)。常温下,SBS具有良好的拉伸强度和弹性,扯断永久变形比塑料小,具有和通用橡胶相近的摩擦系数。温度升高时,则拉伸强度和硬度下降。SBS有两个玻璃化温度,使之具有明显的热塑性弹性体的特征。SBS在许多烃类、酯和酮类溶剂中溶解或溶胀,但能耐水、醇、弱酸和弱碱的侵蚀。此外,SBS具有良好的电性能。上述特性对于制造可剥性涂料具有明显的优势。众所周知,局部电镀是节约贵重金属材料的有效方法。非电镀部分保护的方法有多种,其中包括:粘贴压敏胶布法;塑料薄膜包扎法以及可剥性涂料法。早在80年代,国内曾用氯丁橡胶、丁苯橡胶、聚氯乙烯(PVC)制造化铣保护胶液[1~3]用于工业生产。国外则用热塑性弹性体制造可剥性涂料[4~5]。用户反映:橡胶基胶液在使用过程中,施工麻烦,有异味,涂层干燥时间长,涂层不光滑,涂层采用硫化剂交联,容易产生凝胶和早期硫化大,大在影响其使用效果;而SBS制造的涂料可明显改善上述缺陷。早在1987年我们分别采用日本进口和国产的SBS研制开发了可剥性电镀保护涂料,迄今已有十多年了,经用户反复使用,不断改进,已经推广应用,取得了良好的经济效果。

1 可剥性电镀保护涂料的技术要求

1.1 耐碱性的测定取两块110×90×8mm的铝合金试片,用汽油擦净污垢后,置于5%~7%NaOH溶液中,在40~55℃浸1.5min,然后用自来水冲洗干净,再在30%的HNO3中出光,洗净后于90℃烘箱中干燥,冷却至室温。用毛刷将涂料刷涂于试片,室温干燥,两面各重复交叉涂刷8~12遍,并用涂料封边,使胶膜厚度达0.16~0.25mm,室温干燥12h以上,再经105±1℃干燥2h,取出冷至室温。在20%~25%NaOH溶液中,90~95℃浸8h,然后取出洗净,观察其表面及底金属情况。

1.2 耐酸性的测定按2.1所述处理试片并涂刷涂料,在室温下,将试片浸入50%HNO3中8h取出洗净,观察其表面及底金属情况。

1.3 浸蚀比的测定按2.1所述处理试片并涂刷涂料,在试片上用手术刀划形,刻划成与金属纤维方向成0°、45°、90°,宽度≥20mm的肋条,肋条间距大于20mm,并将需要腐蚀的区域之涂料剥去。浸于80~90℃铝含量20~50g/l,20%~30%的HNO3溶液中化铣,待腐蚀深度不少于6mm,取出洗净并在30%HNO3溶液中出光,水洗、计算浸蚀比。浸蚀比是基体金属沿水平方向腐蚀深度与垂直方向腐蚀深度之比。计算式:K=a-b/2(c-d)式中:K:浸蚀比;a:腐蚀前肋宽;b:腐蚀后肋宽;c:腐蚀前试片厚度;d:腐蚀后试片厚度。

2 配方设计

2.1 材料选择的原则首先,应选择弹性体作为基材,用热塑性弹性体代替通用的橡胶材料,克服和改善其存在的问题和缺陷。其中包括物理性能优良,无早期硫化现象,便于施工和储存。同时还应考虑选择合适的配合剂,其中包括填充剂和增塑剂,用适当的比例调整可剥性和粘合性之间的平衡,以及合适的加工工艺。SBS热塑性弹性体按结构分又有线形的(Linear)和星形的(Star-shaped)两大类,一般线形的SBS熔融指数和分子量较低,其塑料性较明显;而星形的SBS熔融指数和分子量较高,再接近橡胶。星形嵌段共聚物由于增加了聚苯乙烯末端的嵌段数量,故比线性嵌段的能形成更广泛的网络结构[6]。对溶剂性涂料和胶粘剂来说,采用星形嵌段共聚物可降低溶剂用量,减少环境污染,提高经济效益。因此,综合考虑,由于制造可剥性涂料,要有一定的粘合性,故选择星形的SBS比较适宜。在填料选择方面,采用白炭黑,滑石粉等浅色填料可以调节粘合性和可剥性。随补强性填料的增加,涂料的粘度和粘合性增加;而填充性填料可调节涂料的粘合性和粘度。在增塑剂和溶剂的选择方面,操作油如机械油增塑效果较好,但过多则粘辊;酯类增塑剂可降低粘合性,但不宜在混炼时加入,可与增粘剂一起溶入芳烃类溶剂中,在浸泡涂料时加入。在白炭黑填充的丁苯橡胶中,曾发现过凝胶现象,在SBS中加入白炭黑时,我们同样发现了凝胶现象。这种因白炭黑表面羟基导致的结构化凝胶现象,可使涂料中含有大量不宜分散的小颗粒。为此在配方中应加入适量的结构控制剂。

2.2 配方的确定采用BRABENDER塑性仪,进行了大量的基础试验,最后确定了基本配方和加工工艺。应当说明的是,评价胶料好坏的标准不仅是看胶料的物理性能,而是每次都要做成涂料进行实际使用试验确定。在可剥性和粘合性之间,在粘度和可施工性之间,反复试验不断调整。具体配方:SBS(日本的或国产的均可)100(质量份);白炭黑80;结构控制剂4~6;白色填料8~10;防老剂2;操作油40~70;炭黑(调色)0.5。以上配方是混炼胶的基本配方。增粘树脂20;酯类增塑剂15~20;芳烃溶剂430。以上是泡涂料胶浆的组份。

3 涂料的制造工艺

3.1 混炼胶的制造:

3.1.1 高温开炼机混炼工艺将高温开炼机的辊温加热到100℃后开始加入SBS、白炭黑,结构控制剂,增塑剂,防老剂和操作油,继续使辊温控制在125℃左右,混炼5min,捣胶混均,薄通3次出片,胶片厚度2~3mm,空气自然冷却。因胶料中不含硫化和交联体系,配合剂的加药顺序影响不大。但混炼温度是十分重要的,辊筒温度低于100℃,SBS不熔融;而温度过高(150℃以上),则可导致SBS部分交联。经反复试验证明:混炼温度在125℃是最佳混炼温度。

3.1.2 密炼机混炼工艺采用有温度显示的,转数40r/min的密炼机混炼最为理想。混炼开始,先将SBS加入,然后分别加入各种配合剂,当密炼机温度达到125℃时,5~6min,电流平稳,即可排料,在开炼机上混匀,薄通3次出片,胶片厚度3~4mm。空气自然冷却。

3.1.3 胶料的贮存经充分冷却的胶料,在室温下贮存期暂定为1年,作者曾在青岛地区内贮存3年,经制成涂料试验,仍可满足技术要求。

3.2 涂料的配制将混炼胶片裁剪成尽可能小的小片,按配方比例置入含增粘树脂的芳烃溶剂中溶解,可在容器中泡1昼夜后搅拌,在搅拌中加入酯类增塑剂和剩余的操作油。当胶浆完全溶解均匀时,测量涂料的粘度及各项性能符合表1技术条件要求时,即获得了合格的剥性涂料。由于原材料的差异,每批胶料所使用的溶剂和增塑剂的量也有所不同。涂料应在严格密封的容器中贮存和运输,自生产之日算起,贮存保管期为半年。

4 涂料的性能试验

4.1 涂层与金属表面的结合力和剥离试验将欲电镀的金属表面用汽油洗净油垢后,用刷涂或浸涂的方法将涂料涂在其表面上,涂两遍,室温下晾干后,在电镀部分,用刀子将固化胶膜切口,沿切线将固化胶膜与金属剥离,露出电镀面。然后按电镀工艺进行电镀,镀后取出,将其余保护非电镀面的固化胶膜剥去。在多次提供的样品中筛选粘结力较好但又能用手工剥下来的样品作为标准。经实验证明,研制的可剥性涂料,完全符合用户的使用要求。

4.2 涂料耐化学稳定性和耐热性试验将欲电镀的金属表面按4.1节的方法处理后,经用户与日本的同类涂料(简称日本涂料)对比,进行了化学稳定性和耐热性测试。可剥性保护涂料的耐酸、耐碱性和耐热性以及抗氧化性好于日本涂料。

5 技术经济效益分析研制的可剥性电镀保护涂料经用户反映具有以下优越性:

①结合力好,不易起皮,可以用刀子划成边缘界限整齐的各种形态,提高局部电镀的质量。避免了过去采用红色涂料结合力差,轻轻一碰就起皮,局部镀处出现无规则界限,既影响美观,又浪费贵重金属材料。由于边缘部分结合不牢,过酸腐蚀时清洗不净,造成质量问题。

②过去用户采用的红色涂料,气味呛人,连续工作2h以上就会出现头晕现象,甚至恶心,该种涂料气味较小。

③红涂料要涂3遍方可剥掉。而该涂料两遍就可以了,节约了人力、物力、材料和工时。

④红涂料脆性较大,涂层薄了不好剥;涂层太厚就会变硬,个别部位用刀子剥都很困难。而该涂料韧性较好,只需涂两遍,零件的每一个面几乎都能整张的剥掉。

⑤经济效益显著。据某高压开关厂统计,每吨可剥性涂料可节约银6万多元,减去涂料费用和工时费仍可节约4万多元。如果将剥下来的固化胶膜清洗回收再利用,则既可降低成本,又可防止涂料废弃物对环境污染。

⑥可剥性涂料具有很好的推广应用前景。该涂料除已经在高压开关厂、飞机制造厂和变压器厂应用外,已在橡胶及塑料模具电镀保护中试用,效果良好。同时也可继续为需要电镀保护的其他部门,尤其是电镀金、银等贵重金属的保护场合推广应用。

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