專利名稱：一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法
技術領域：
本發明涉及在塑料表面獲得金屬復合層的方法，特別是涉及一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法。
背景技術：
在塑料表面進行傳統水(濕法)電鍍可獲得高防腐、高耐磨、鏡面高光且裝飾極強之產品，此種塑料金屬化(鍍Cu/Ni/Cr金屬膜)應用廣泛，且盛行已久。但水電鍍工藝存在以下缺點(1)耗水耗能大，且產出大量廢水。( 使用有害化學鍍液與添加劑。(3)排放有毒廢氣。(4)耗用金屬量大。( 使用對人體有害的六價鉻。顯然，這一傳統工藝對環境污染及危害頗大，亟需改進。多年來，眾多科研者致力于傳統水電鍍工藝改進，并取得一定的初步成果干法鍍膜工藝已經被開發，其應用已可取代部分塑料電鍍產品。如中國專利CN101338409公開一種汽車輪轂蓋鍍膜方法，依次包括預處理、光固化底涂、離子轟擊鍍鉻、光固化面涂等步驟。該干法鍍法不含有毒物質，沒有三廢問題，無需三廢處理，工藝過程簡單，對環境無污染。工人勞動條件好，對工人身體健康影響小。不需要使用銅、鎳、鉻等貴重金屬，只使用少量鋁，成本大大降低。工藝簡單，工序少，生產成本低。用電量約為電鍍的 1/5 1/7，用水量約為電鍍的1/10 1/20。整體生產成本約為電鍍的1/2，具有較高的經濟效益。并在光固化面涂原料中加入納米陶瓷粒子，改進了分散和混合工藝，顯著提高了表面耐磨性。中國專利CN1468976公開一種適用金屬及非金屬的表面處理方法，主要是有鑒于現有的表面處理方法對環境污染嚴重，且處理后其防腐蝕效果及表面光澤度差，乃研發一種具導電性可供物品定位的固定架，物品定位于固定支架上，先于物品表面上一底膜，再以真空電鍍形成金屬電鍍層，之后，將固定架連同物品直接進行電著披覆，使電鍍層表面形成抗腐蝕性高、耐磨、具光澤性的壓克力層，藉此可有效改善普通表面處理方法存在的問題。 上述干法鍍膜也有采用電泳涂裝做面漆。然而該干法鍍膜技術仍存在以下問題與缺點1)所用清洗及除油步驟仍大都使用化學藥劑，并排出廢水。2)表面有機涂層直接暴露于外，耐候及耐水性較為差。3)最外層為有機物，而非金屬膜，故硬度較差，缺乏金屬質感。4)需要噴涂底漆與面漆，良品率不高，且VOC排放量高，不環保。本申請人在中國專利201010585736. 1中提供一種夾層復合鍍膜技術，但此種干法鍍膜仍需要三道鍍膜，成本及能耗仍較高。
發明內容
本發明的目的在于針對現有的干法鍍膜所存在缺點，提供一種可提升塑料表面處理產品的功能和品質，可降低生產成本，可提高效率，節水環保的采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法。本發明包括以下步驟
1)在塑膠母粒中加入顏料，進行染色處理，再注塑成型塑膠坯件；在步驟1)中，所述塑膠母粒可選自熱塑性塑膠或熱固性塑膠等，所述熱塑性塑膠可選自 ABS、PC/ABS、HIPS、PC、PPO、PP、PBT、PPS、PERT、HDPE、PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA、PLA 等熱塑性塑膠中的一種；所述熱固性塑膠可選自BMC等；所述顏料可選自紅銅、紫銅、黃銅色、青銅、鎳色、不銹鋼色等中的一種。3)將塑膠坯件進行干法清潔與活化；在步驟2、中，所述干法清潔的具體方法如下先用干布擦拭塑膠坯件表面，去除油脂及灰塵，然后利用高溫火焰處理金屬表面的油脂，達到除油除脂的目的，再通過靜電除塵，去除吸附在塑膠坯件表面的灰塵及燃燒產生的顆粒；所述活化的具體方法如下通過高溫火焰處理的外延接觸金屬表面，使其瞬間達到1000°C的高溫，使金屬外表面具有大量極性鍵，易于漆膜形成良好結合力。所述高溫火焰處理，可采用瓦斯作為燃燒氣體，處理時間1 60s。3)將活化后的塑膠坯件，噴涂有機涂層；在步驟幻中，所述有機涂層的厚度可為5 60 μ m;所述有機涂層可以無色或有顏色，所述顏色可以是金色、銀色、銅色、鎳色、黑色、紅色、黃色等各類顏色；所述有機涂層可以是紫外光固化交聯或熱固化交聯；所述紫外光固化交聯的時間可為10 120s ；所述熱固化交聯的溫度可為70 180°C，所述熱固化交聯的時間可為10 60min。4)將步驟3)得到的塑料坯件放入物理氣相沉積(PVD)爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得最終廣品。在步驟4)中，所述金屬陶瓷復合膜的厚度可為0. 05 5 μ m ；所述金屬可采用銅、 鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦等單一金屬或多種金屬合金，或銅、鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦等金屬的化合物；所述鍍金屬陶瓷復合膜的方法可為將塑料坯件轉掛至物理氣相沉積(PVD)爐內，接通離子源，通保護氣體，在固化后噴漆膜層進行離子輝光活化；關閉離子源，打開電弧靶、濺射靶或蒸發電源，進行鍍金屬陶瓷復合膜；所述保護氣體可采用氮氣、氬氣或氧氣等；所述離子輝光活化的時間可為1 IOmin ；所述真空鍍金屬膜的時間可為1 30min。由于本發明的膜層結構采用一層有機涂層，一層金屬陶瓷層，稱之為雙層復合鍍膜；通過有機涂層起到流平、遮蓋坯件表面缺陷、提高光澤度等作用，再通過PVD (物理氣相沉積)鍍高硬耐磨金屬陶瓷復合膜，起到耐磨增硬的作用，達到與現有的傳統水(濕法)電鍍相同外觀效果的產品。經測試，由本發明制得的金屬化塑料制品不僅具有防腐、耐磨、耐候、耐溫和多彩性等優點，而且表面堅硬平滑，可與傳統水(濕法)電鍍金屬產品品質相媲美，祛除傳統水 (濕法)電鍍中的粗化、活化水洗過程，不使用任何有害電鍍藥液，尤其是不采用有毒的六價鉻。同時，過程中金屬耗用量小，廢氣極少，又完全無廢水排放，故是一種經濟且綠色環保的新型鍍膜技術。本發明開拓了廣譜塑料表面金屬化領域，鍍出產品功能優異且外觀優良， 非常適用于衛浴、電子、家電與汽車等行業。
圖1為本發明實施例的電鏡圖(100倍)。在圖1中，各標記為1為金屬陶瓷復合膜，2為有機涂層，3為塑料基材。
具體實施例方式以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。實施例1 一種ABS材料六價鉻光鉻水龍頭1)將有染銀白色處理的ABS母粒，注塑成型坯件，干布擦拭后進行火焰清洗與活化，再靜電除塵，其中火焰處理時間為4s。幻清洗后的工件，噴一層20μπι厚紫外光固化涂料。用紅外燈加熱流平 (600C X8min)，再經紫外光燈固化(1000J/m2 X 40s)。3)將噴涂紫外光固化涂料的坯件轉掛入PVD(物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa，工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 50SCCM,活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m 金屬膜Cr (電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓70V，通入30SCCM Ar2,真空壓力0. 2Pa,鍍膜時間lmin)，接著鍍一層厚度為0. 3um氮化鉻陶瓷膜(電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓 70V，通入100SCCM Ar2 100SCCM N2，真空壓力0. 4Pa，鍍膜時間IOmin)，接著再鍍一層金屬膜Cr (電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓70V，通入30SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa,鍍膜時間 2min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕8h ；(B)冷熱沖擊循環8個循環；(C)落砂沖擊18L落砂；(D)結合力(百割)5A ；(E)水浸 38 °C 24h ；(F)鉛筆硬度(三菱) 3H；(G) RCA 耐磨測試500 回。圖1給出本發明實施例的電鏡圖(100倍)。在圖1中，各標記為1為金屬陶瓷復合膜，2為有機涂層，3為塑料基材。實施例2 —種尼龍材料鍍仿金把手1)將有染金色處理的PA母粒，注塑成型坯件，干布擦拭后進行火焰清洗與活化， 再靜電除塵，其中火焰處理時間為12s。2)噴一層30 μ m厚熱固化涂料，用流平溫度(60°C X 15min)，再經固化 (80 0C X25min)。3)將噴涂涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓100V，爐內真空壓力0. 2Pa，工作氣流為Ar2及O2混合氣流，混合比率70SCCM 30SCCM,活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜rLr (電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間2min)， 接著再鍍一層0. 3um氮化鋯膜(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入200SCCM N2, 真空壓力0. 4Pa，鍍膜時間3min)。
由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕 16h;(B)冷熱沖擊循環 8個循環；(C)落砂沖擊18L落砂；
18L落砂； 5A ； 24h ；(D)結合力(百割)5A(E)水浸 38 °C 24h(F)鉛筆硬度(三菱) 2H (G) RCA 耐磨測試500 回。實施例3 —種BMC材料不銹鋼色冰箱把手1)將有染不銹鋼色處理的BMC團狀顆粒，注塑成型坯件，干布擦拭后進行火焰清洗與活化，再靜電除塵，其中火焰處理時間為15s。2)工件預熱到120度，噴一層50μπι厚熱固化涂料，熱固化涂料預熱溫度 (130°C X5min)，再經流平(150°C X5min)，再經固化(170°C X20min)。3)將噴涂涂料的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 3A，偏壓120V，爐內真空壓力0. 2Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率50SCCM 100SCCM，活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. 1 μ m金屬膜 Zr(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間 Imin)，接著再鍍一層0. 6um氮化鋯膜(電弧鍍膜條件鋯靶電流120A，偏壓70V，通入Ar 100SCCM80SCCM N2，真空壓力 0. 3Pa，鍍膜時間 6min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試(A) CASS 防腐蝕16h;(B)冷熱沖擊循環8個循環；(C)落砂沖擊18L落砂；(D)結合力(百割) 5A ；(E)水浸 38 °C:24h ；(F)鉛筆硬度(三菱) 3H；(G) RCA 耐磨測試500 回。實施例4 一種pp材料銀白色裝飾相框1)將染有銀白色pp材質的相框進行干布擦拭后進行火焰清洗與活化，再靜電除塵，其中火焰處理時間為4s。2)噴涂一層20 μ m厚紫外光固化涂料。用紅外燈加熱流平(50°C X IOmin)，再經紫外光燈固化(1200J/m2X40s)。3)將噴涂好的坯件轉掛入PVD (物理氣相沉積)爐內實施等離子氣體活化(條件離子源電流0. 4A，偏壓150V，爐內真空壓力0. 4Pa,工作氣流為Ar2及仏混合氣流，混合比率100SCCM 100SCCM，活化時間5min)；接著在漆面上鍍一層厚度為0. Ιμπι金屬膜Cr(電弧鍍膜條件鉻靶電流100A，偏壓70V，通入50SCCM Ar2，真空壓力0. 2Pa，鍍膜時間lmin)，接著再鍍一層0. 2um氮化鉻(電弧鍍膜條件鉻靶電流80A，偏壓120V，通入Ar 100SCCM20SCCM N2，真空壓力 0. 3Pa，鍍膜時間 5min)。由此工藝所得制品，表面高光如鏡，且可通過下列功能測試
(A)CASS防腐蝕48h ；
(B)冷熱沖擊循環8個循環；
(C)落砂沖擊18L落砂；
(D)結合力(百割)5A ；
(E)水浸 38 0C 24h ；
(F)鉛筆硬度(三菱)3H ；
(G) RCA耐磨測試300 回。
以上功能測試包括
1、抗腐蝕功能測試
CASS 試驗(ASTM B368-09)；
2、抗磨耗功能測試
落砂試驗(ASTM D968-05)。
3、結合力測試
1)百割測試(ASTM D3359-02)；
2) 7令熱循環試驗(ASME Al 12. 18. 1-2005/CSA B125. 1-05)。
4、耐水測試
水浸測試(ASTM D870-02)。
5、耐劃傷性測試
1)鉛筆硬度測試(ASTMD3363-05)；
2)耐劃傷性測試(ASTMD5178-9)。
權利要求
1.一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于包括以下步驟1)在塑膠母粒中加入顏料，進行染色處理，再注塑成型塑膠坯件；2)將塑膠坯件進行干法清潔與活化；3)將活化后的塑膠坯件，噴涂有機涂層；4)將步驟幻得到的塑料坯件放入物理氣相沉積爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得最終產品。
2.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述塑膠母粒選自熱塑性塑膠或熱固性塑膠；所述熱塑性塑膠選自ABS、PC/ ABS、HIPS、PC、PPO, PP、PBT, PPS, PERT、HDPE, PA6、PA66、ABS/TPU、PMMA, PLA 熱塑性塑膠中的一種；所述熱固性塑膠選自BMC。
3.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟1)中，所述顏料選自紅銅、紫銅、黃銅色、青銅、鎳色、不銹鋼色中的一種。
4.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述干法清潔的具體方法如下先用干布擦拭塑膠坯件表面，去除油脂及灰塵，然后利用高溫火焰處理金屬表面的油脂，達到除油除脂的目的，再通過靜電除塵，去除吸附在塑膠坯件表面的灰塵及燃燒產生的顆粒；所述活化的具體方法如下通過高溫火焰處理的外延接觸金屬表面，使其瞬間達到1000°C的高溫。
5.如權利要求4所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于所述高溫火焰處理，是采用瓦斯作為燃燒氣體，處理時間1 60s。
6.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述有機涂層的厚度為5 60 μ m ；所述有機涂層無色或有顏色，所述顏色是金色、銀色、銅色、鎳色、黑色、紅色、黃色。
7.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟幻中，所述有機涂層是紫外光固化交聯或熱固化交聯；所述紫外光固化交聯的時間為10 120s ；所述熱固化交聯的溫度為70 180°C，所述熱固化交聯的時間為10 60mino
8.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟4)中，所述金屬陶瓷復合膜的厚度為0. 05 5 μ m ；所述金屬采用銅、鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦單一金屬或多種金屬合金，或銅、鎳、鉻、鋁、不銹鋼、鋯或鈦金屬的化合物。
9.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟4)中，所述鍍金屬陶瓷復合膜的方法為將塑料坯件轉掛至物理氣相沉積爐內，接通離子源，通保護氣體，在固化后噴漆膜層進行離子輝光活化；關閉離子源，打開電弧靶、濺射靶或蒸發電源，進行鍍金屬陶瓷復合膜。
10.如權利要求1所述的一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，其特征在于在步驟4)中，所述保護氣體采用氮氣、氬氣或氧氣；所述離子輝光活化的時間為1 IOmin ；所述真空鍍金屬膜的時間為1 30min。
全文摘要
一種采用全干法在塑料表面雙層復合鍍膜的方法，涉及在塑料表面獲得金屬復合層的方法。在塑膠母粒中加入顏料，進行染色處理，再注塑成型塑膠坯件；將塑膠坯件進行干法清潔與活化；將活化后的塑膠坯件，噴涂有機涂層；將塑料坯件放入物理氣相沉積爐內鍍金屬陶瓷復合膜，得最終產品。經測試，由本發明制得的金屬化塑料制品不僅具有防腐、耐磨、耐候、耐溫和多彩性等優點，而且表面堅硬平滑，可與傳統水電鍍金屬產品品質相媲美，祛除傳統水電鍍中的粗化、活化水洗過程，不使用任何有害電鍍藥液，不采用有毒的六價鉻。過程中金屬耗用量小，廢氣極少，又完全無廢水排放。可提升塑料表面處理產品的功能和品質，可降低生產成本，可提高效率，節水環保。
文檔編號B32B15/08GK102328477SQ2011101438
公開日2012年1月25日 申請日期2011年5月31日 優先權日2011年5月31日
發明者吳子豹, 李明仁 申請人:廈門建霖工業有限公司