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塑料电镀及其前处理清洗工艺及应用

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-05  浏览次数:830

一、塑料电镀制品的应用

 

塑料电镀工艺在本世纪60-年代已实现工业化,目前工程塑料的电镀技术已日趋完善,而耐热性、耐药品性好,机械强度优异的超工程塑料的电镀工艺正在研制之中。用品质优良、价格较低的塑料制品代替金属材料不仅可以降低生产成本,而且也大大降低产品重量。塑料制品电镀不仅可提高其装饰效果而且也能更好发挥塑料本来的特性,因此在要求电性能好的电子电器领域,塑料电镀制品越来越受欢迎。

 

最初塑料电镀制品主要用于汽车工业,如做车轮护罩,汽车门把手等,目前已大量用在办公设备及通信设备上,如做个人电脑机壳的电磁屏蔽罩等。随着研究的深入,塑料电镀制品的应用将会日益广泛。

 

二、塑料电镀工艺原理

 

塑料湿法电镀工艺基本流程为:

 

除油一(预处理)一浸蚀一中和一(表面清洗)一添加催化剂一活化一非电解电镀一电镀。各个步骤的作用和原理如下。

 

(1)除油 由于塑料制品表面常沾有指纹、油污等有机物,以及靠静电作用而附着的灰尘等无机物,这些污垢都应加以去除。常用于除油的碱性试剂有硅酸盐和磷酸盐两类+其中硅酸盐会在表面形成硅酸盐薄膜,对后续浸蚀处理有影响,所以通常使用磷酸盐除油剂。

 

(2)预浸蚀 由于工程塑料及超工程塑料耐化学药品性能好,一般难以被化学药品浸蚀,因此在浸蚀之前要进行预浸蚀。预浸蚀常使用有机溶剂,利用有机溶剂使塑料表面产生膨润。经过预浸蚀处理可提高浸蚀加工效果。有的塑料较易被化学药品浸蚀,则可省略预浸蚀步骤。

 

(3)浸蚀 浸蚀是采用强氧化剂或强酸、强碱对塑料进行化学处理,使塑料表面有选择性的溶解,产生凹凸不平的固定点—,结果使电镀产生良好的外观并保证镀层附着性好。如ABS塑料(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物)采用铬酸和硫酸的混合液做浸蚀剂,在强氧化性的铬酸作用下,塑料中的丁二烯氧化形成羰基等极性基并在塑料表面产生固定点。这些固定点是发生电镀的有利位置i又如工程塑料和超工程塑料经预浸蚀处理后,再在铬酸作用下,膨润的表面层就会局部产生氧化的固定点。而有无机物或玻璃纤维做填充剂的工程塑料;在强氧化剂的浸蚀作用下,填充剂溶解脱落而在塑料表面形成固定点。含有酯类结构的塑料在强酸、强碱浸蚀下也会解离而形成活化的固定点。

 

(4)中和 经浸蚀处理后必须去除塑料表面残留的浸蚀剂,如用盐酸做浸蚀剂,需用氢氧化钠等碱中和。如用铬酸做浸蚀赳,表面上有残留的铬酸,会使后续的非电解电镀产生的镀层无法在塑料表面形成,导致镀层附着下降,外观不好,此时通常使用有还原性的盐酸或有机酸去除之。

 

(5)表面清理 对工程塑料和超工程塑料需要这一步骤,目的为在后续的添加催化剂处理步骤中提高表面对催化剂(金属钯)的吸附性。

 

(6)添加催化剂及活化处理 为使非电解电镀得到良好的效果,在塑料表面要吸附催化剂金属钯。具体作法为把塑料浸渍在含有氯化钯和二氯化锡的溶液(催化剂C)中浸渍。再在碱液或酸液中进行活化处理(多采用在硫酸或盐酸溶液中活化处理)以促进金属钯的生成。其反应式为:

 

HCl

PdCl2+SnCl2=====Pd+SnCl4

H2SO4

 

(7)非电解电镀 非电解电镀(又称化学电镀)是不依靠外界电流作用,而依靠化学试剂的氧化还原反应在物体表面沉积一层金属的方法。如化学镀银即是利用甲醛或还原性糖与银氨络合物发生氧化还原反应在金属、玻璃÷塑料等的表面沉积一层银的方法。化学镀镍即是把被镀件浸入硫酸镍、次磷酸二氢钠(NaH2PO2)、柠檬酸(螯合剂)组成的混合溶液中在一定pH值和温度下;溶液中镍离子被次磷酸二氢钠还原为金属并沉积在表面上。在这个反应中钯起催化剂的作用。具体反应为:

 

Ni2++H2PO-2+H2O—Pd—>Ni+H2PO-3+2H+

 

同时伴有副反应   H2PO-2+H2O——>H2PO3+H2

 

H2PO-2+[H]——>H2O+OH-+P

 

化学镀铜,即把被镀件浸入硫酸铜,酒石酸钾钠(螯合剂)和甲醛组成的混合溶液中,在碱性条件下,溶液中的铜离子被甲醛还原成金属铜而沉积在表面上。其反应式为:

 

Cu2++2HCHO+20H-——>Cu+H2+2HCOOH

 

并伴有副反应:   2Cu2++HCHO+50H-——>Cu2O+HCOO-+3H2O

 

Cu2O+2HCHO+20H-——>2Cu+H2+2HCOO-+H2O

 

为使电镀层获得满意效果,在完成第一次化学镀层之后需继续多次进行化学镀层以提高镀层厚度。或利用化学镀层的导电性用常规电镀方法继续进行电镀处理。

三、塑料电镀的具体工艺举例

   目前已可对通用塑料、工程塑料、超工程塑料等多种塑料进行电镀处理。如国外已有对

表1 化学镀镍的电镀液组成      

(pH=8~9.5,30~45℃)  

 成分

NiSO4·6H2O

 柠檬酸

亚磷酸二氢钠

添加剂

 含量g/L

 20~30

 10~30

10~25

(1.0~3.0)×10.3

表2 化学镀铜的电镀液组成      (pH=11.5~13,15~30℃) 

 成  分

CuSO4·5H2O  

酒石酸钾钠

甲醛

添加剂

 含量g/L

6~12

 20~50

 5~12

 0.5~2.0

表3 化学镀铜和化学镀镍性能对比

 对比因素

 化学镀制

 化学镀镍

 电镀液稳定性

 极不稳定

 稳定

 电镀温度

 常温(20~25℃)

 高温(60~65)或较高温(30~45)

 电镀时间

 8~10min

 高温3~7min,较高
温8~12min

 产生麻点

 多

 少 

 操作产生伤痕

 容易  

 难

 电镀析出

 优

 差

 电镀层密合性

 优

 差

 耐热冲击

 优

 极差

 电镀层导电性

 优

 差

 电镀液成本

 低

 高

 一次完成方式

 难

 易

 

通用塑料中的聚酰胺(尼龙),改性聚苯醚,聚碳酸酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚甲醛,聚苯醚-聚酰胺合金树脂;对超工程塑料中的聚醚—酰亚胺树脂,聚亚苯基硫醚,液晶聚酯树脂等品种进行电镀处理工艺的报道。下面仅举两例加以说明。

 

1.通用工程塑料的电镀工艺(聚碳酸酯树脂为例)

 

聚碳酸酯树脂是通用工程塑料中唯一透明的非晶性树脂,其尺寸稳定性,耐冲击性均好。其电镀工艺为:

 

去油→溶剂处理(PC-724,40℃,5min)→酸浸(H2SO4,600cm3/dm3,65℃,7min)→浸蚀(CrO3+H2SO4,400g/L,70℃,\3min)→中和(HCl 50cm3/dm3,25℃,2min)→表面清理(清理剂SP,150cm3/dm3,40℃,4min)→添加催化剂(催化剂C,50cm3/dm3,25℃,4min)→促进剂(HCl 150cm3/dm3,H2SO4100cm3/dm3,40℃,2min)→化学电镀(配方见表32—14或表32—15)→酸活化→电镀。

 

其电镀工艺机理为在去油清洗之后采用有机溶剂使塑料表面膨润,局部产生微细裂纹,然后用酸浸蚀,使微细裂缝扩大,接着采用铬酸—硫酸溶液进一步浸蚀处理使微缝部分溶解,产生提高电镀密合性的固定效果。聚碳酸酯电镀制品可作汽车门把手,办公、通讯设备中的电磁干扰屏蔽罩等。

 

2.超工程塑料的电镀工艺<以液晶聚酯树脂为例)

 

液晶聚酯是耐热性、耐化学药品性和电气特性优异的树脂,尤其是电子设备领域中十分重视的对焊料的耐热性在各种工程塑料中居首位。

 

液晶聚酯是对羟基苯甲酸与其他化合物的共聚物,根据分子中基本结构的不同分为;三种类型。其中I型为对羟基苯甲酸、联苯酚和对苯二甲酸的共聚物,其耐热性最好,负荷软化温度(DTUL)可达300℃,承受焊料的耐热性能最好。

 

I型液晶聚酯的电镀工艺如下:

 

除油(埃斯克林A-220 50g/L,50℃,5min)→预浸蚀(NaOH 285g/L,70℃,30min)→浸蚀:(36%, HCl 265cm3/L,40℃,10min)→水洗→碱性中和(NaOH 30g/L,40℃,10min)一表面清理(清理剂-SP 150g/L,40℃,4min)→催化剂处理(催化剂C,50cm3/L,25℃,3min)→促进剂(H2SO+100cm3/L,40℃,5min))→非电解质电镀(配方见表32—16)→酸活化→电镀

 

液晶聚酯属酯类采用高浓度碱液或酸液浸蚀处理可促进酯键分解,因此浸蚀处理采用氢氧化钾氢氧化钠溶液或盐酸溶液。通过浸蚀处理也有利于无机物和玻璃纤维等填充剂溶解脱落,可产生增强电镀附着性的固定效果。

 

液晶聚酯电镀制品已在电子工业领域用于立体成型底板(MCB)和电路制品(MID)中,相信未来将会有更广阔应用。由此可见清洗在塑料电镀这一新兴领域也正发挥着重要作用。

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