Технология выполнения металлизации пластмасс

Металлизация пластмасс химическим способом позволяет изготавливать такие промышленные изделия и полуфабрикаты, как световые фильтры, печатные платы, катализаторы, заготовки для гальваники и многое другое. Металлизация позволяет улучшить стойкость пластмассы к механическим воздействиям, влаге и высокой температуре. Кроме того, детали, в которых применяется сочетание пластмассы и металла, весят значительно меньше металлических.

• Технологические особенности металлизации
• Особенности создания гальванических покрытий
• Адгезивные свойства материалов
• Вакуумная металлизация
• Металлизация в домашних условиях
• Металлизация медью
• Металлизация серебром

Технологические особенности металлизации

В качестве подслойной поверхности для гальваники чаще всего применяется медь. Медный слой играет роль демпфера для пластмассы, благодаря чему стабилизируются напряжения, неизбежные при значительной разнице в коэффициентах теплового напряжения столь разнородных материалов.

Подслой дополнительно хромируется или никелируется, как указано на рисунке ниже.

Пояснения к рисунку:

Структурные особенности составов, наносимых на электропроводный подслой покрытий, могут значительно разниться. Речь может идти о пленках блестящего, осветленного, велюрового, черненного, патинированного и других типов. Задача пленок не только в улучшении внешнего вида изделий. К примеру, никелированные покрытия продлевают эксплуатационный срок пластмасс. Дело в том, что никель способен обжимать пластмассу, значительно укрепляя этот материал.

Чтобы создать гальваническое покрытие, необходим электролит. Существуют разные виды применяемых электролитов, в том числе:

• блестящего меднения;
• электролиты для покрытия никелем;
• специальные составы, на основе которых создаются покрытия велюрового типа или покрытия с вкраплением твердых частиц.

Также применяются и другие металлы, к примеру, олово или цинк. Однако перед нанесением таких металлов понадобится пассивирование, после которого на поверхности появляется пленка (с цветом или без). Такие пленки предохраняют материал от ржавчины или появления налета.

Химическая металлизация пластмасс характерна тем, что металлические подслои не имеют высокой электропроводности. Во всяком случае, проводимость ниже, чем в случае с электролитом. Поэтому при электрохимическом осаждении плотность применяемого тока должна быть незначительная – от 0,5 до 1 Ампера на квадратный дециметр. Если плотность будет выше, возникнет биполярный эффект, что приведет к растворению покрытия вблизи места, где имеется соприкосновение с токопроводящей подвеской.

В некоторых случаях, чтобы избежать растворения покрытия, на химически осажденный металлический слой наносится медь или никель. Причем делается это при маленькой плотности электротока, а вот последующие слои наносятся в обычном режиме.

Особенности создания гальванических покрытий

Гальванический слой, прежде всего, обеспечивает устойчивость металла к коррозийным процессам. При проведении гальванизации детали находятся в плотных электролитах. Таким образом, чтобы операция была успешной, на детали навешиваются специальные утяжелители.

Адгезивные свойства материалов

Адгезия характеризует качество сцепления между разнотипными элементами (в данном случае речь идет об адгезии между металлом и пластмассой). Прочность сцепления между металлическим и пластмассовым покрытиями должна находиться в промежутке между 0,8 и 1,5 килоньютонов на метр – на отслаивание и равняться 14 мегапаскалям – на разрыв. Максимально возможная адгезия, достижимая современными технологическими средствами, составляет примерно 14 килоньютонов на метр.

Адгезивные качества материалов относятся к числу весьма сложных явлений. Достаточно сказать, что не существует единой теории, которая в полной мере ответила бы на все вопросы относительно прилипания разнородных материалов друг к другу.

С точки зрения химической науки, адгезия – это химические взаимосвязи между разнотипными телами. Химические взаимодействия можно увидеть на пластмассовых поверхностях. На таких поверхностях имеются функционально активные группы, которые контактируют с металлами или покрывают металлические поверхности оксидами.

Молекулярный подход истолковывает адгезию как следствие присутствия межмолекулярных сил на межфазной поверхности, взаимодействием двух полюсов или же возникновением водородных связей. Так объясняется, к примеру, сцепление влажных травленых полиэтиленовых пленок после их сушки.

С точки зрения электрической теории, адгезивные качества возникают в силу того, что при взаимодействии пары тел возникает двойной электрический слой. В результате этот слой не позволяет телам отходить друг от друга, так как работают электростатические силы обоюдного притяжения разных зарядов.

Согласно диффузной теории (наиболее общепризнанной), адгезия происходит за счет межмолекулярных взаимодействий, которые особенно явно проявляются во время обоюдного проникновения молекул в поверхностные слои. В это время появляется некий промежуточный слой, вследствие чего наблюдается отсутствие явной границы между материалами.

И, наконец, механическая теория объясняет адгезию анкерным сцеплением выступающих частей металла в углублениях на пластмассовой поверхности. Такие углубления очень незначительны по площади (несколько микрометров), однако, когда в них попадает осаждаемый химическим способом металл, возникают так называемые механические замки.

На адгезию оказывают влияние и другие параметры, в числе которых можно выделить такие:

• прочностные характеристики пластмассы;
• присутствие благоприятствующих реакции химически активных групп на пластмассовой поверхности;
• наличие стимуляторов адгезионных процессов, которые иначе называют промоторами (хромовые и оловянные соединения, пластификаторы);
• отсутствие антипромоторов, которые препятствуют укреплению или даже разрушают промежуточный слой;
• структура химически осаждаемого металла, а также параметры, при которых это осаждение происходит.

Вакуумная металлизация

Технология состоит в напылении на пластмассу нихрома или алюминия с помощью вакуума. Нанесение металла на пластмассу с использованием вакуума осуществляется в специальной камере. Методика широко применяется для нанесения металлической пленки на всевозможные поверхности, например, детали автомобиля, пластиковую фурнитуру, сантехнические приборы, светотехнику и т.д. Чтобы защитить металл, применяются специальные лакокрасочные составы, отличающиеся повышенной твердостью и устойчивостью к воздействию влаги.

Металлизация в домашних условиях

Известны несколько методик самостоятельного нанесения металла на пластмассовое покрытие. Наиболее доступная из них – химическая. В данном случае не понадобится какое-либо специальное оборудование.

Металлизация медью

Перед обработкой хорошо ошкуриваем и обезжириваем поверхность. Если деталь имеет выпуклости (дефекты), аккуратно сводим их на нет. Насыпаем на поверхность абразив и протираем поверхность тампоном. В случае если имеем дело с полиакрилатами, для обезжиривания понадобится раствор едкого натра, в котором деталь вымачивается сутки. Для обезжиривания полиамидов рекомендуется использовать бензин.

Когда изделие обезжирено, промываем его в дистиллированной воде, а затем на протяжении минуты держим в полупроцентном растворе хлористого олова и соляной кислоты (40 граммов на литр). Данный процесс именуется сенсибилизацией. Его цель – получить на пластмассе пленку гидроокиси олова.

После сенсибилизации проводим активацию поверхности. Для этого на протяжении 3-4 минут вымачиваем деталь в растворе азотнокислого серебра (2 грамма серебра на литр и 20 граммов этилового спирта на литр). Далее помещаем изделие в раствор, состоящий из следующих компонентов:

• углекислой меди – 200 граммов на литр;
• глицерина (90%) – 200 граммов на литр;
• едкого натра (20%) – 1 литр;

Температура раствора должна составлять 18-25 градусов. Время на обработку – 60 минут.

Металлизация серебром

Предварительную обработку пластмассы проводим так же, как и в случае с медью: ошкуриваем и наносим абразив. Обмываем поверхность в воде с мылом, а затем в дистиллированной воде.

Обезжириваем изделие при помощи такого раствора:

• ангидрид хрома – 100 граммов на литр;
• сульфат железа – 10 граммов на литр.

После обезжиривания опять промываем деталь в дистиллированной воде. Сенсибилизацию проводим в растворе хлористого олова (2 грамма на литр). Далее размещаем изделие в растворе, включающем в себя такие компоненты:

• серебро азотнокислое – 3 грамма на литр;
• натр едкий – 3,5 грамма на литр;
• аммиак (25%) – 8 миллилитров на литр;
• глюкозу – 2,5 грамма на литр.

Рекомендуемая температура раствора – от 18 до 25 градусов. Время на обработку – 60 минут. В результате должен появиться равномерный и блестящий слой серебра. Если же где-то имеются неоднородности, то это можно объяснить недостаточным обезжириванием поверхности. В таком случае нужно удалить нанесенное серебро и повторить работу заново.

Для удаления серебра с пластмассы понадобится такой раствор:

• ангидрид хром – 10 граммов на литр;
• серная кислота – 3 грамма на литр.

Равномерную пленку рекомендуется обработать слоем лака, который защитит пластмассу. Также возможна дальнейшая гальваническая обработка поверхности.