塑料電鍍及其前處理清洗工藝及應用

一、塑料電鍍制品的應用

塑料電鍍工藝在本世紀60-年代已實現(xiàn)工業(yè)化，目前工程塑料的電鍍技術(shù)已日趨完善，而耐熱性、耐藥品性好，機械強度優(yōu)異的超工程塑料的電鍍工藝正在研制之中。用品質(zhì)優(yōu)良、價格較低的塑料制品代替金屬材料不僅可以降低生產(chǎn)成本，而且也大大降低產(chǎn)品重量。塑料制品電鍍不僅可提高其裝飾效果而且也能更好發(fā)揮塑料本來的特性，因此在要求電性能好的電子電器領(lǐng)域，塑料電鍍制品越來越受歡迎。

最初塑料電鍍制品主要用于汽車工業(yè)，如做車輪護罩，汽車門把手等，目前已大量用在辦公設(shè)備及通信設(shè)備上，如做個人電腦機殼的電磁屏蔽罩等。隨著研究的深入，塑料電鍍制品的應用將會日益廣泛。

二、塑料電鍍工藝原理

塑料濕法電鍍工藝基本流程為：

除油一(預處理)一浸蝕一中和一(表面清洗)一添加催化劑一活化一非電解電鍍一電鍍。各個步驟的作用和原理如下。

(1)除油  由于塑料制品表面常沾有指紋、油污等有機物，以及靠靜電作用而附著的灰塵等無機物，這些污垢都應加以去除。常用于除油的堿性試劑有硅酸鹽和磷酸鹽兩類+其中硅酸鹽會在表面形成硅酸鹽薄膜，對后續(xù)浸蝕處理有影響，所以通常使用磷酸鹽除油劑。

(2)預浸蝕  由于工程塑料及超工程塑料耐化學藥品性能好，一般難以被化學藥品浸蝕，因此在浸蝕之前要進行預浸蝕。預浸蝕常使用有機溶劑，利用有機溶劑使塑料表面產(chǎn)生膨潤。經(jīng)過預浸蝕處理可提高浸蝕加工效果。有的塑料較易被化學藥品浸蝕，則可省略預浸蝕步驟。

(3)浸蝕  浸蝕是采用強氧化劑或強酸、強堿對塑料進行化學處理，使塑料表面有選擇性的溶解，產(chǎn)生凹凸不平的固定點—，結(jié)果使電鍍產(chǎn)生良好的外觀并保證鍍層附著性好。如ABS塑料(苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物)采用鉻酸和硫酸的混合液做浸蝕劑，在強氧化性的鉻酸作用下，塑料中的丁二烯氧化形成羰基等極性基并在塑料表面產(chǎn)生固定點。這些固定點是發(fā)生電鍍的有利位置i又如工程塑料和超工程塑料經(jīng)預浸蝕處理后，再在鉻酸作用下，膨潤的表面層就會局部產(chǎn)生氧化的固定點。而有無機物或玻璃纖維做填充劑的工程塑料；在強氧化劑的浸蝕作用下，填充劑溶解脫落而在塑料表面形成固定點。含有酯類結(jié)構(gòu)的塑料在強酸、強堿浸蝕下也會解離而形成活化的固定點。

(4)中和  經(jīng)浸蝕處理后必須去除塑料表面殘留的浸蝕劑，如用鹽酸做浸蝕劑，需用氫氧化鈉等堿中和。如用鉻酸做浸蝕赳，表面上有殘留的鉻酸，會使后續(xù)的非電解電鍍產(chǎn)生的鍍層無法在塑料表面形成，導致鍍層附著下降，外觀不好，此時通常使用有還原性的鹽酸或有機酸去除之。

(5)表面清理  對工程塑料和超工程塑料需要這一步驟，目的為在后續(xù)的添加催化劑處理步驟中提高表面對催化劑(金屬鈀)的吸附性。

(6)添加催化劑及活化處理  為使非電解電鍍得到良好的效果，在塑料表面要吸附催化劑金屬鈀。具體作法為把塑料浸漬在含有氯化鈀和二氯化錫的溶液(催化劑C)中浸漬。再在堿液或酸液中進行活化處理(多采用在硫酸或鹽酸溶液中活化處理)以促進金屬鈀的生成。其反應式為：

HCl

PdCl2+SnCl2=====Pd+SnCl4

H2SO4

(7)非電解電鍍  非電解電鍍(又稱化學電鍍)是不依靠外界電流作用，而依靠化學試劑的氧化還原反應在物體表面沉積一層金屬的方法。如化學鍍銀即是利用甲醛或還原性糖與銀氨絡合物發(fā)生氧化還原反應在金屬、玻璃÷塑料等的表面沉積一層銀的方法。化學鍍鎳即是把被鍍件浸入硫酸鎳、次磷酸二氫鈉(NaH2PO2)、檸檬酸(螯合劑)組成的混合溶液中在一定pH值和溫度下；溶液中鎳離子被次磷酸二氫鈉還原為金屬并沉積在表面上。在這個反應中鈀起催化劑的作用。具體反應為：

Ni2++H2PO-2+H2O—Pd—>Ni+H2PO-3+2H+

同時伴有副反應    H2PO-2+H2O——>H2PO3+H2

H2PO-2+[H]——>H2O+OH-+P

化學鍍銅，即把被鍍件浸入硫酸銅，酒石酸鉀鈉(螯合劑)和甲醛組成的混合溶液中，在堿性條件下，溶液中的銅離子被甲醛還原成金屬銅而沉積在表面上。其反應式為：

Cu2++2HCHO+20H-——>Cu+H2+2HCOOH

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

Cu2O+2HCHO+20H-——>2Cu+H2+2HCOO-+H2O

為使電鍍層獲得滿意效果，在完成第一次化學鍍層之后需繼續(xù)多次進行化學鍍層以提高鍍層厚度。或利用化學鍍層的導電性用常規(guī)電鍍方法繼續(xù)進行電鍍處理。

三、塑料電鍍的具體工藝舉例

    目前已可對通用塑料、工程塑料、超工程塑料等多種塑料進行電鍍處理。如國外已有對

表1  化學鍍鎳的電鍍液組成      

(pH＝8～9.5，30～45℃)  

表2  化學鍍銅的電鍍液組成      (pH＝11.5～13，15～30℃) 

表3  化學鍍銅和化學鍍鎳性能對比

通用塑料中的聚酰胺(尼龍)，改性聚苯醚，聚碳酸酯，聚對苯二甲酸丁二酯，聚甲醛，聚苯醚-聚酰胺合金樹脂；對超工程塑料中的聚醚—酰亞胺樹脂，聚亞苯基硫醚，液晶聚酯樹脂等品種進行電鍍處理工藝的報道。下面僅舉兩例加以說明。

1．通用工程塑料的電鍍工藝(聚碳酸酯樹脂為例)

聚碳酸酯樹脂是通用工程塑料中唯一透明的非晶性樹脂，其尺寸穩(wěn)定性，耐沖擊性均好。其電鍍工藝為：

去油→溶劑處理(PC-724，40℃，5min)→酸浸(H2SO4，600cm3／dm3，65℃，7min)→浸蝕(CrO3+H2SO4，400g/L，70℃，＼3min)→中和(HCl 50cm3／dm3，25℃，2min)→表面清理(清理劑SP，150cm3／dm3，40℃，4min)→添加催化劑(催化劑C，50cm3／dm3，25℃，4min)→促進劑(HCl 150cm3／dm3，H2SO4100cm3／dm3，40℃，2min)→化學電鍍(配方見表32—14或表32—15)→酸活化→電鍍。

其電鍍工藝機理為在去油清洗之后采用有機溶劑使塑料表面膨潤，局部產(chǎn)生微細裂紋，然后用酸浸蝕，使微細裂縫擴大，接著采用鉻酸—硫酸溶液進一步浸蝕處理使微縫部分溶解，產(chǎn)生提高電鍍密合性的固定效果。聚碳酸酯電鍍制品可作汽車門把手，辦公、通訊設(shè)備中的電磁干擾屏蔽罩等。

2．超工程塑料的電鍍工藝<以液晶聚酯樹脂為例)

液晶聚酯是耐熱性、耐化學藥品性和電氣特性優(yōu)異的樹脂，尤其是電子設(shè)備領(lǐng)域中十分重視的對焊料的耐熱性在各種工程塑料中居首位。

液晶聚酯是對羥基苯甲酸與其他化合物的共聚物，根據(jù)分子中基本結(jié)構(gòu)的不同分為；三種類型。其中I型為對羥基苯甲酸、聯(lián)苯酚和對苯二甲酸的共聚物，其耐熱性最好，負荷軟化溫度(DTUL)可達300℃，承受焊料的耐熱性能最好。

I 型液晶聚酯的電鍍工藝如下：

除油(埃斯克林A-220 50g/L，50℃，5min)→預浸蝕(NaOH 285g／L，70℃，30min)→浸蝕：(36%，  HCl 265cm3／L，40℃，10min)→水洗→堿性中和(NaOH 30g/L，40℃，10min)一表面清理(清理劑-SP 150g／L，40℃，4min)→催化劑處理(催化劑C，50cm3／L，25℃，3min)→促進劑(H2SO+100cm3／L，40℃，5min))→非電解質(zhì)電鍍(配方見表32—16)→酸活化→電鍍

液晶聚酯屬酯類采用高濃度堿液或酸液浸蝕處理可促進酯鍵分解，因此浸蝕處理采用氫氧化鉀氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液。通過浸蝕處理也有利于無機物和玻璃纖維等填充劑溶解脫落，可產(chǎn)生增強電鍍附著性的固定效果。

液晶聚酯電鍍制品已在電子工業(yè)領(lǐng)域用于立體成型底板(MCB)和電路制品(MID)中，相信未來將會有更廣闊應用。由此可見清洗在塑料電鍍這一新興領(lǐng)域也正發(fā)揮著重要作用。