專利名稱：塑膠鍍膜模組及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種塑膠鍍膜模組及其制作方法。
背景技術(shù)：
常用的塑膠基材包括ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物，英文名Acrylonitrile-Butadine-Styrene，ABS)、聚乙烯(Polyethylene，PE)、壓克力(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚丙烯(PolyPropylene，PP)、 聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Poly(Ethylene Terephthalate)，PET)以及環(huán)氧樹脂等，其一般具有重量輕、易于加工、耐沖擊性高、不易破裂以及生產(chǎn)流程簡單快速等優(yōu)點(diǎn)。
塑膠材料如熱塑性烯烴(ThermoPlastic Olefinic，TPO)等由于具有上述優(yōu)良性質(zhì)而被廣泛應(yīng)用于電機(jī)電器絕緣、機(jī)械材料、建筑材料、包裝材料等許多領(lǐng)域。
然而，塑膠材料也有其缺點(diǎn)。在射出成型時(shí)，塑膠材料冷卻后成品收縮變形，其收縮量不易控制；線膨脹系數(shù)較大；熱變形溫度較低，例如塑膠材料PMMA的熱變形溫度為95℃；吸水性大，如在40℃，PMMA的吸水性為2％。
由于其本身的缺點(diǎn)，使得塑膠材料在長期曝露于陽光、濕氣以及冷熱等外界環(huán)境中時(shí)會發(fā)生降解，且用于裝飾用途及其它特殊用途時(shí)，往往無法滿足色澤、抗反射等要求，因此，通常為了裝飾目的及滿足特殊功能，或?yàn)榱双@得使用壽命更長、耐受力更強(qiáng)的材料，需要在塑膠材料表面鍍上一層薄膜，例如抗反射膜(Anti-Reflective，AR)、紅外鍍膜(Infrared Radiation，IR)以及靜電保護(hù)膜等。
塑料鍍膜技術(shù)大體上分為液體成膜與氣體成膜兩種方法，氣體成膜法是膜的組成成分以氣態(tài)方式沉積在基板，其可分為物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)和化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)。物理氣相沉積法(PVD)一般簡稱物理鍍膜法，中國臺灣藝軒出版社在2001年出版的由李正中先生編著的《薄膜光學(xué)與鍍膜技術(shù)》(第二版)一書272頁給出了其成膜過程首先將薄膜材料由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，薄膜的氣態(tài)原子、分子或離子穿過真空抵達(dá)基板表面，最后薄膜材料沉積在基板上漸漸形成薄膜。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于其一可以維持薄膜材料的純度，使其不與其它物質(zhì)相碰撞而結(jié)合或發(fā)生化學(xué)變化從而改變薄膜純度；其二可以保持形成薄膜的氣態(tài)原子或分子的動(dòng)能，使其有力地飛向基板上以增加薄膜與基板間的結(jié)合力；其三是薄膜材料的原子或分子層層堆積在基板上，而成膜過程中不會包雜其它氣體，使膜質(zhì)密度高、硬度大。
現(xiàn)有技術(shù)鍍膜技術(shù)一般采用在塑膠基底上直接鍍膜的方法。圖1是塑膠基底11表面鍍上薄膜12后形成的塑膠鍍膜模組10的結(jié)構(gòu)示意圖。由于玻璃化溫度的限制，在塑膠基底11表面鍍膜時(shí)的基底溫度必須維持較低水平，一般不能超過塑膠玻璃化溫度的三分之二。但是，在鍍膜過程中，薄膜12材料從氣相沉積為固相時(shí)因相變化所產(chǎn)生的熱，以及離子或二次電子對塑膠基底11的撞擊會導(dǎo)致塑膠基底11溫度上升。
如前所述，塑膠基底11容易吸收水分。當(dāng)塑膠基底11溫度上升時(shí)，其吸收或吸附的水分會溢出基底表面而破壞薄膜12與塑膠基底11的結(jié)合力。且在較低的基底溫度下，薄膜12層越厚，薄膜12內(nèi)累積的應(yīng)力就越大。當(dāng)老化或曝露于環(huán)境中后，薄膜12與塑膠基底11的結(jié)合力最終變得很弱，使得應(yīng)力大于結(jié)合力時(shí)，薄膜12將從塑膠基底11分離，最終出現(xiàn)膜層開裂(Crack)、剝離(Chip off)、微裂紋(Microcrack)等情形，如圖2所示是薄膜12從塑膠基底11分離情況示意圖。
有鑒于此，提供一種消除薄膜應(yīng)力，提高薄膜與塑膠基底間結(jié)合力的塑膠鍍膜模組及其制作方法實(shí)為必需。
發(fā)明內(nèi)容以下，將以若干實(shí)施例說明一種可以消除薄膜應(yīng)力，提高薄膜與塑膠基底間結(jié)合力的塑膠鍍膜模組。
以及通過這些實(shí)施例說明一種可以消除薄膜應(yīng)力、提高薄膜與塑膠基底間結(jié)合力的塑膠鍍膜模組的制作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述內(nèi)容，提供一種塑膠鍍膜模組，其包括一塑膠基底，一薄膜以及一位于該塑膠基底與該薄膜間的調(diào)制膜。
以及，提供一種塑膠鍍膜模組的制作方法，其包括如下步驟提供一塑膠基底，在該塑膠基底表面形成一調(diào)制膜，在該調(diào)制膜上形成一所需薄膜，退火。
該調(diào)制膜的原料可選用氧化鈰氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce，Y-PSZ)、氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(Ca-PSZ)、氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯(Mg-PSZ)、氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-PSZ)、氧化鈰部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce-PSZ)及氧化鈣氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Ca，Y-PSZ)、氧化鎂氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Mg，Y-PSZ)、氧化鈰氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce，Mg-PSZ)等中的一種或幾種。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案的有益效果為在調(diào)制膜上鍍薄膜，薄膜原料從氣相沉積為固相時(shí)因相變產(chǎn)生的熱，以及離子或二次電子對塑膠基底及調(diào)制膜的撞擊產(chǎn)生的熱被該調(diào)制膜吸收，使調(diào)制膜溫度升高。在隨后的退火中，在外應(yīng)力作用下，調(diào)制膜中的氧化鋯發(fā)生相變，并伴隨體積膨脹，可吸收薄膜在沉積過程中累積的內(nèi)應(yīng)力能量，且體積膨脹對薄膜因內(nèi)應(yīng)力作用而形成的裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力，阻止裂紋擴(kuò)展。
同時(shí)，相變過程所伴隨的體積膨脹和剪切應(yīng)變使單斜晶相氧化鋯周圍產(chǎn)生了大量微裂紋，當(dāng)這些微裂紋處于薄膜因內(nèi)應(yīng)力累積而形成的裂紋前端作用區(qū)時(shí)，吸收或釋放該裂紋的一部分能量，可減少該裂紋前端的應(yīng)力集中，有效地抑制裂紋擴(kuò)展，因此可消除該薄膜應(yīng)力，并可提高其與塑膠基底的結(jié)合力。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)塑膠鍍膜模組結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)薄膜與塑膠基底剝離情況示意圖。
圖3是本實(shí)施例塑膠鍍膜模組結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是本實(shí)施例塑膠鍍膜模組的制作方法示意圖。
圖5是本實(shí)施例塑膠鍍膜模組的薄膜與塑膠基底緊密結(jié)合情況示意圖。
具體實(shí)施方式
圖3是本實(shí)施例塑膠鍍膜模組100結(jié)構(gòu)示意圖。該塑膠鍍膜模組100包括一塑膠基底110與一薄膜130，一調(diào)制膜120位于該塑膠基底110與該薄膜130之間。該塑膠基底110的材質(zhì)為ABS樹脂、聚乙烯(PE)、壓克力(PMMA)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及環(huán)氧樹脂等。該調(diào)制膜120的原料可選用氧化鈰氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(CeO2，Y2O3-Partially Stabilized Zirconia，Ce，Y-PSZ)、氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯(Ca-PSZ)、氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯(Mg-PSZ)、氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-PSZ)、氧化鈰部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce-PSZ)及氧化鈣氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Ca，Y-PSZ)、氧化鎂氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Mg，Y-PSZ)、氧化鈰氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce，Mg-PSZ)等中的一種或幾種，優(yōu)選Ce，Y-PSZ，其中四方晶相(T相)氧化鋯粒子的臨界直徑為次微米級(Submicron Size)。該薄膜130可為所需的各種膜，如抗反射膜、抗電磁輻射膜、紅外膜、抗?jié)衲さ取?br>
氧化鋯是由斜鋯石和鋯英石兩種在自然界中含鋯的礦石中提煉出來的金屬氧化物，其本身強(qiáng)度高、韌性好，是一類力學(xué)性能良好的結(jié)構(gòu)材料。氧化鋯是一種多晶形物質(zhì)，在不同溫度下以三種晶相存在，即立方晶相(Cubic Phase，C)、四方晶相(或稱正方晶相，Tetragonal Phase，T)和單斜晶相(Monoclinic Phase，M)，其分別穩(wěn)定在高溫、中溫及低溫區(qū)。
各晶型間的轉(zhuǎn)變是可逆的，ZrO2從高溫冷卻至室溫過程中將發(fā)生如下相變C-T-M。在室溫下，純氧化鋯以M相存在，并在1170℃以下穩(wěn)定在M相；當(dāng)溫度高于1170℃時(shí)，其由M相轉(zhuǎn)變?yōu)門相；當(dāng)溫度高達(dá)2370℃時(shí)則轉(zhuǎn)變成C相。其中T-M間的轉(zhuǎn)變屬于馬氏體相變(Martensitic Transformation)，伴有7～9％的體積變化，加熱時(shí)M-T體積收縮，冷卻時(shí)體積膨脹。在沒有穩(wěn)定劑存在的情況下，C相及T相晶型無法在常溫條件下存在，而只能以M相存在。
然而，當(dāng)加入適當(dāng)穩(wěn)定劑(如Y2O3、MgO、CaO、CeO2等)后，可降低C-T與T-M的相變溫度，使高溫穩(wěn)定的C相及T相也能在室溫下穩(wěn)定或亞穩(wěn)定存在。
當(dāng)穩(wěn)定劑加入量在某一范圍時(shí)，高溫穩(wěn)定的C相ZrO2藉由適當(dāng)溫度下的時(shí)效處理，使C相ZrO2大晶粒中析出多個(gè)細(xì)小紡錘狀的T相晶粒，形成含C相及T相的雙相組織結(jié)構(gòu)，其中C相是穩(wěn)定態(tài)而T相是亞穩(wěn)定態(tài)并一直保存至室溫。該氧化鋯稱為部分穩(wěn)定氧化鋯(Partially Stabilized Zirconia，PSZ)，當(dāng)穩(wěn)定劑為CaO、MgO、Y2O3或CeO2時(shí)，分別表示為Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ等。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在外力誘導(dǎo)下氧化鋯發(fā)生T-M間的馬氏體相變時(shí)伴隨著體積膨脹及形狀變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端應(yīng)力集中，阻止裂紋擴(kuò)展，提高韌性，達(dá)到相變增韌效果。
但是，產(chǎn)生相變增韌的主要條件是T相粒子尺寸為次微米級，即只有在所含T相粒子的直徑小于某一特定臨界值時(shí)才會發(fā)生相變增韌作用。例如，對于Y2O3加入量為3wt％的氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(Y-PSZ)而言，T相粒子的臨界直徑為0.3μm；而對于CeO2加入量為12wt％的氧化鈰部分穩(wěn)定氧化鋯(Ce-PSZ)，T相粒子的臨界直徑約為3μm。
對氧化鋯的相變增韌的一般操作過程為，將其加熱至一定溫度，然后再在空氣、水或其它介質(zhì)中冷卻并使之變硬，即進(jìn)行退火處理，在退火過程中完成T相到M相的馬氏體相變并伴隨體積膨脹，消耗部分能量、抵消部分應(yīng)力從而起到增韌作用。
對Y-PSZ而言，在濕空氣中退火時(shí)，在200～300℃低溫下伴隨著體積變化會產(chǎn)生裂紋，甚至碎裂而使其強(qiáng)度衰退，在水中退火時(shí)此現(xiàn)象發(fā)生的溫度更低。而對于Ce-PSZ而言則不存在低溫下退火材料強(qiáng)度衰退問題，但得到的Ce-PSZ相對于Y-PSZ而言硬度較低。而氧化鈰氧化釔復(fù)合穩(wěn)定氧化鋯(Ce，Y-PSZ)則可克服上述不足，因此本實(shí)施例優(yōu)選Ce，Y-PSZ作為相變增韌材料，此外還可選用Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ及Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ等中的一種或幾種。
請參閱圖4，是上述塑膠鍍膜模組的制作方法示意圖。首先提供一塑膠基底110，如圖4(a)所示。圖4(b)所示是在該塑膠基底110表面均勻形成一調(diào)制膜120，該調(diào)制膜120選用Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ及Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一種或幾種為原料，優(yōu)選Ce，Y-PSZ，采用化學(xué)氣相沉積法制作而成，還可采用真空噴涂、磁控濺射、水解沉積、熱解沉積等鍍膜方法。其中T相粒子的臨界直徑為次微米級。然后以該調(diào)制膜120為起始膜，在其表面形成所需的薄膜130，如抗反射膜、紅外膜等，參閱圖4(c)所示。該薄膜130還可采用化學(xué)氣相沉積法、真空噴涂法、磁控濺射法、水解沉積法、熱解沉積法等鍍膜方法。鍍膜完畢，將所得塑膠鍍膜模組100置于潮濕空氣中或水中進(jìn)行退火工序，完成制作過程。
在薄膜130制作過程中，塑膠基底110的溫度維持在該塑膠材料玻璃化溫度的三分之二以下，薄膜130的原料從氣相沉積為固相時(shí)因相變化所產(chǎn)生的熱，以及離子或二次電子對塑膠基底110及調(diào)制膜120的撞擊產(chǎn)生的熱量被該調(diào)制膜120吸收。在隨后退火時(shí)，在外應(yīng)力作用下，調(diào)制膜120中的T相ZrO2會向更穩(wěn)定的M相ZrO2轉(zhuǎn)變，相變伴隨的體積膨脹吸收薄膜130在沉積過程中累積的內(nèi)應(yīng)力能量，且體積膨脹對薄膜130因內(nèi)應(yīng)力作用而形成的裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力，阻止裂紋擴(kuò)展。
同時(shí)，相變過程所伴隨的體積膨脹及剪切應(yīng)變使M相ZrO2周圍產(chǎn)生大量微裂紋，當(dāng)該微裂紋處于薄膜130因內(nèi)應(yīng)力累積而形成的裂紋前端作用區(qū)時(shí)，吸收或釋放該裂紋的一部分能量，減少該裂紋前端的應(yīng)力集中，可有效地抑制裂紋擴(kuò)展，因此可消除該薄膜130的應(yīng)力，并提高其與塑膠基底110的結(jié)合力。
圖5是本實(shí)施例塑膠鍍膜模組的薄膜130與塑膠基底(圖未示)緊密結(jié)合情況示意圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，薄膜完整性較好，未出現(xiàn)膜層開裂(Crack)、剝離(Chip off)、微裂紋(Microcrack)等情形，說明調(diào)制膜(圖未示)確實(shí)起到了消除薄膜130應(yīng)力，提高薄膜130與塑膠基底(圖未示)間結(jié)合力的作用。
權(quán)利要求
1.一種塑膠鍍膜模組，其包括一塑膠基底，一薄膜以及一位于該塑膠基底與該薄膜之間的調(diào)制膜。
2.如權(quán)利要求1所述的塑膠鍍膜模組，其特征在于該塑膠基底的材質(zhì)可為ABS樹脂、聚乙烯、壓克力、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或環(huán)氧樹脂。
3.如權(quán)利要求1所述的塑膠鍍膜模組，其特征在于該薄膜可為抗反射膜、抗電磁輻射膜、紅外膜或抗?jié)衲ぁ?br>
4.如權(quán)利要求1所述的塑膠鍍膜模組，其特征在于該調(diào)制膜的原料可為部分穩(wěn)定氧化鋯Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ或Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一種或多種的組合。
5.如權(quán)利要求4所述的塑膠鍍膜模組，其特征在于該調(diào)制膜的原料中四方晶相氧化鋯粒子的臨界直徑為次微米級。
6.一種塑膠鍍膜模組的制作方法，其包括如下步驟提供一塑膠基底；在該塑膠基底表面形成一調(diào)制膜；在該調(diào)制膜上形成一所需薄膜；退火。
7.如權(quán)利要求6所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于該調(diào)制膜的原料可為部分穩(wěn)定氧化鋯Ce，Y-PSZ、Ca-PSZ、Mg-PSZ、Y-PSZ、Ce-PSZ或Ca，Y-PSZ、Mg，Y-PSZ、Ce，Mg-PSZ中的一種或多種的組合。
8.如權(quán)利要求7所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于該調(diào)制膜的原料中四方晶相氧化鋯粒子的臨界直徑為次微米級。
9.如權(quán)利要求6所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于該調(diào)制膜是采用化學(xué)氣相沉積法、真空噴涂、磁控濺射、水解沉積或熱解沉積法制作而成。
10.如權(quán)利要求6所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于該薄膜為抗反射膜、抗電磁輻射膜、紅外膜或抗?jié)衲ぁ?br>
11.如權(quán)利要求6所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于該薄膜可采用化學(xué)氣相沉積法、真空噴涂法、磁控濺射法、水解沉積法或熱解沉積法制作而成。
12.如權(quán)利要求6所述的塑膠鍍膜模組的制作方法，其特征在于退火步驟是在潮濕空氣中或水中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種塑膠鍍膜模組，其包括一塑膠基底，一薄膜以及一位于該塑膠基底與該薄膜之間的調(diào)制膜。本發(fā)明還提供一種塑膠鍍膜模組的制作方法，其包括如下步驟提供一塑膠基底，在該塑膠基底表面形成一調(diào)制膜，在該調(diào)制膜上形成一所需薄膜，退火。本發(fā)明可消除薄膜應(yīng)力，提高薄膜與塑膠基底間的結(jié)合力。
文檔編號B32B27/00GK1840327SQ200510033909
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者呂昌岳 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司