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电气百科:塑料薄膜表面处理的一些主要问题,塑料件喷油加工的基础知识

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  • 发布日期:2019-03-29 14:56:30

电气百科:塑料薄膜表面处理的一些主要问题,塑料电镀和加工前的清洗处理工艺及应用方法,塑料制品电镀前的表面处理工艺介绍,塑料制品表面激光雕刻电镀的方法介绍,塑料真空镀对金属和涂料的选择法,表面处理之塑料化学镀镍工艺的研究,塑料件喷油加工的基础知识,塑料制品表面喷油故障的处理方法,加工过程中塑料制品表面怎样进行前处理,碳化硅表面制备双层碳膜获成功

电气百科:塑料薄膜表面处理的一些主要问题

目前以石油为原料的塑料、纤维、合成橡胶等合成有机高分子材料的用量越来越大,并且还在快速增长。但在实际使用中人们逐渐发现这类材料存在许多表面问题,如表面硬度低、阻隔性差、难印刷、难粘接、产生静电、生物相溶性差等,这些表面问题不仅严重地影响了这些制品的使用性能,也极大地限制其应用市场的进一步扩大。

塑料薄膜是塑料最为主要的用途之一,约占塑料用量的35%。由于塑料薄膜的相对表面积大,其表面问题显得更为突出,主要表现为难印刷、难粘接、难复合、产生雾滴、产生静电等。国内目前在工业上应用的塑料薄膜表面处理技术是电晕法,但该方法的局限性很大,对许多大宗用途不适用。等离子体表面改性技术已被列入国家“863”计划,但至今未有技术性突破,主要原因是该技术要求的高真空度使其很难成为大宗工业产品的表面改性技术对解决现有薄膜制品及生产中存在的问题,开发高性能和功能化薄膜制品,扩大塑料薄膜的应用市场具有重要意义。

塑料薄膜表面处理的一些主要问题

北京化工大学材料学院有机材料表面工程研究室自1996年开始,经间歇小试、模试及中试实验,开发出了以表面光接枝为主要技术特征的制备亲水/疏水不对称塑料薄膜的连续生产新工艺。由该新表面处理技术得到的塑料薄膜产品,其一面仍具有薄膜原有的疏水性,而另一面可根据不同的需要对表面极性进行任意调节,直至达到完全亲水。当然,也可以对薄膜的两面同时进行处理,得到对称改性产品。

该技术适用于几乎所有的有机塑料薄膜,如PE、PP、PVC、PET、尼龙等。接枝聚合的特点使得改性层与原基膜以化学键联接,性质非常稳定。其中开发的“长效无雾滴塑料大棚制备新技术”,结合应用基础和应用试验,在通过了教育部组织的中试鉴定之后,又完成了由中试向工业化过渡的工业性中试,建立了一条处理宽度为2米的半连续生产示范装置及车间,完成了进行工业化生产的准备。该生产装置既可以作为单独处理生产线对成品膜进行下线处理,也可以将该处理单元附在原有吹膜或拉膜生产线上而直接得到高性能或功能薄膜制品,其投资成本更低。利用该成套技术,可以使生产的塑料薄膜一面或两面的表面能自由任意调节,直至完全亲水;也可按照需要向塑料薄膜的一面或两面引入官能团或反应基团,如酸、碱、羟基、氨基、酐基、环氧基等。这为开发各种新颖性能的特种塑料薄膜奠定了基础。目前的PE、PP、PVC、PET等工业包装膜在实际使用中均存在两个问题,难印刷和难粘接。

一般在印刷之前要对薄膜表面进行电晕处理,有时还要涂以特种底漆,然后使用昂贵的特种印刷油墨,因而成本很高,且印刷质量也不好。该技术可以将强极性的亲水基团引入薄膜的表面,并且由于接枝链与基体薄膜以化学键相联,新的表面具有持久性,可从根本上改变现有的塑料薄膜印刷技术。不仅可以解决塑料薄膜印刷的有机溶剂污染问题,还可使用传统的水性油墨降低成本。而对于食品包装而言,除了必须考虑和解决表面或里层印刷、粘接、热封等问题外,对氧、水分和香味的阻隔性是最为主要的指标。PE和PP对水的阻隔性优良,但对氧的阻隔性差;PET和尼龙对氧有较高的隔离性,但对水较差;PVDC对氧、水均具有良好的阻隔性,但成膜性及单独成膜强度差,成本高;PVOH(聚乙烯醇)是最好的隔氧性薄膜,但因其溶解于水而难过蒸煮消毒这一关。现在利用由这种技术生产的单面亲水PE、BOPP或BOPET改性膜,很容易得到PVDC涂层复合膜、将PVOH夹于两PE膜中间的既隔氧又隔水的高档食品包装膜、利用处理PE或PP与处理PET组成的无粘合剂中档食品包装膜、高档低成本铝塑复合膜、防雾化且防结露保鲜袋等新型复合包装膜。

此外,纸塑复合包装目前已成为水泥、粮食、化肥以及一些工业产品、原料的包装主体。但这种复合包装袋很难分离和再利用,不仅造成新的环境污染,也增加了成本。因此,迫切需要开发出“绿色纸塑复合包装袋”。199年兰州金安新技术有限责任公司在此技术上取得突破,制得了维纶水溶纱新型复合包装袋。该技术使用水溶性聚乙烯醇作为粘合剂把纸、维纶纱粘在一起,其内层为再生纸袋,外层为国标纸袋纸,中间粘结网状维纶水溶纱,用后放入水中把聚乙烯醇和维纶溶解,使纸得以再生。但该产品存在着耐水性差,且难以把维纶回收利用的缺点。而现在采用新技术则开辟了另一条路线,即将聚烯烃膜单面进行亲水改性,然后用水溶性粘合剂将该膜和纸粘接复合,得到高强度、耐水溶、抗老化的纸塑复合包装材料,使用后用水浸泡纸侧,纸和聚烯烃薄膜将自然分离,可分别回收利用。

目前,国内外既没有该工业化的处理技术,市场上也没有这类系列产品,因此该技术具有完整的自主知识产权,其推广应用不仅可为企业带来巨大的经济效益,而且在环保意识日益提高的今天,还将产生巨大的社会效益。

电气百科:塑料电镀和加工前的清洗处理工艺及应用方法

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。

电气百科:塑料制品电镀前的表面处理工艺介绍

塑料制品的表面处理主要包括涂层被覆处理和镀层被覆处理。一般塑料的结晶度较大,极性较小或无极性,表面能低,这会影响涂层被覆的附着力。由于塑料是一种不导电的绝缘体,因此不能按一股电镀工艺规范直接在塑料表面进行镀层被覆,所以在表面处理之前,应进行必要的前处理,以提高涂层被覆的结合力和为镀层被覆提供具有良好结合力的导电底层。

1.涂层被覆的前处理 前处理包括塑料表面的除油处理,即清洗表面的油污和脱模剂,以及塑料表面的活化处理,目的是提高涂层被覆的附着力。

(1)塑料制品的除油。与金属制品表面除油类似,塑料制品除油可用有机溶剂清洗或用含表面活性剂的碱性水溶液除油。有机溶剂除油适用于从塑料表面清洗石蜡、蜂蜡、脂肪和其他有机性污垢,所用的有机溶剂应对塑料不溶解、不溶胀、不龟裂,其本身沸点低,易挥发,无毒且不燃。

碱性水溶液适用于耐碱塑料的除油。该溶液中含有苛性钠、碱性盐以及各种表面活性物质。最常用的表面活性物质为OP系列,即烷基苯酚聚氧乙烯醚,它不会形成泡沫,也不残留在塑料表面上。

(2)塑料制品表面的活化。这种活化是为了提高塑料的表面能,也即在塑料表面生成一些极性基或加以粗化,以使涂料更易润湿和吸附于制件表面。表面活化处理的方法很多,如化学品氧化法、火焰氧化法、溶剂蒸气浸蚀法和电晕放电氧化法等。其中最广泛使用的是化学晶氧化处理法,此法常用的是铬酸处理液,其典型配方为重铬酸钾4.5%,水8.0%,浓硫酸(96%以上)87.5%。

有的塑料制品,如聚苯乙烯及ABS塑料等,未进行化学品氧化处理时也可直接进行涂层被覆。为了获得高质量的涂层被覆,也有用化学品氧化处理的,如ABS塑料在脱脂后,可采用较稀的铬酸处理液浸蚀,其典型的处理配方为铬酸420g/L,硫酸(比重1.83)200ml/L。典型的处理工艺为65℃70℃/5min10min,水洗净,干燥。

用铬酸处理液浸蚀的优点是无论塑料制品的形状多复杂,都能处理均匀,其缺点是操作有危险,并有污染问题。

2.镀层被覆的前处理

镀层被覆前处理的目的是提高镀层与塑料表面的附着力和使塑料表面形成导电的金属底层。前处理的工序主要包括有:机械粗化、化学除油、化学粗化、敏化处理、活化处理、还原处理和化学镀。其中前三项是为了提高镀层的附着力,后四项是为了形成导电的金属底层。

(1)机械粗化和化学粗化。机械粗化和化学粗化处理是分别用机械的方法和化学的方法使塑料表面变粗,以增加镀层与基体的接触面积。一般认为,机械粗化所能达到的结合力仅为化学粗化的10%左右。

(2)化学除油。塑料表面镀层被覆前处理除油的方法与涂层被覆前处理除油方法相同。

(3)敏化。敏化是使具有一定吸附能力的塑料表面上吸附一些易氧化的物质,如二氯化锡、三氯化钛等。这些被吸附的易氧化物质,在活化处理时被氧化,而活化剂被还原成催化晶核,留在制品表面上。敏化的作用是为后续的化学镀覆金属层打基础。

(4)活化。活化是借助于用催化活性金属化合物的溶液,对经过敏化的表面进行处理。其实质是将吸附有还原剂的制品浸入含有贵金属盐的氧化剂的水溶液中,于是贵金属离子作为氧化剂就被S2+n还原,还原了的贵金属呈胶体状微粒沉积在制品表面上,它具有较强的催化活性。当将此种表面浸入化学镀溶液中时,这些微粒就成为催化中心,使化学镀覆的反应速度加快。

(5)还原处理。经活化处理和用清水洗净后的制品在进行化学镀之前,用一定浓度的化学镀时用的还原剂溶液将制品浸渍,以便将未洗净的活化剂还原除净,这称为还原处理。化学镀铜时,用甲醛溶液还原处理,化学镀镍时用次磷酸钠溶液还原处理。

(6)化学镀。化学镀的目的是在塑料制品表面生成一层导电的金属膜,给塑料制品电镀金属层创造条件,因此化学镀 是塑料电镀的关键性步骤。

电气百科:塑料制品表面激光雕刻电镀的方法介绍

一种塑料表面激光雕刻电镀的方法,包括以下步骤:选择一透光性的塑料材料;将该塑料材料的整个背面涂覆以透光性防镀油墨印;将塑料材料的正面施以金属膜涂覆的前处理;对该经金属膜涂覆前处理的塑料材料上施以激光雕刻以定出所需的图样;以及对该塑料材料实施电镀处理。本发明利用耐酸碱的油墨,在电镀前处理过程中先于塑料对象背面进行防镀处理,再于塑料对象正面依序完成化学镍处理及激光雕刻处理,使图样在电镀完成后可获得高耐磨及不脱落及图案多样化的特性。

电气百科:塑料真空镀对金属和涂料的选择法

虽然塑料可以在许多场合代替金属,但显而易见缺乏金属的质感,为此,需要采用一定的方法,在塑料表面镀上一层金属(铝、锌、铜、银、金、铬等),一种方法是采用类似化学镀和电镀的方法,另一种是直接在塑料表面进行真空喷镀金属—即在真空状态下,将金属融化后,以分子或原子形态沉积在塑料表面形成5—10μm的金属膜。

真空喷镀金属需要与塑料表面底漆之间的良好配合,底漆的厚度通常为10—20μm,主要作用是防止塑料中水、有机溶剂、增塑剂等排出影响金属附着。要求涂层硬度高、底漆具有可以修饰塑料缺陷,能提供一个光滑、平整的平面以利于真空镀的性能,并与塑料底材和所镀金属附着牢固。通常选用双组分常温固化的聚氨酯和环氧涂料,低温烘烤的氨基涂料以及热塑性丙烯酸酯涂料。

金属镀膜在空气中容易氧化变暗,同时还存在细微的真空等缺陷,所以要再涂上一层5—10μm的保护面漆。对面漆的要求是:透明、优良的耐水性、耐磨性、耐候性,不操作镀金属膜,对金属镀膜附着牢固。通常可采用丙烯酸酯清漆、聚酯清漆、聚氨酯清漆等,当底漆采用的是热塑性丙烯酸酯涂料时,为防止面漆溶剂通过镀膜缺陷溶蚀底漆,可以选用弱溶剂、快干性的面漆,如丙烯酸改性醇酸清漆、聚乙烯醇缩丁醛清漆、氨酯油等。

真空镀金属的工艺流程为:塑料表面处理(净化、活化)→涂底漆→干燥→真空镀金属→涂面漆→干燥。

电气百科:表面处理之塑料化学镀镍工艺的研究

塑料的广泛应用,为人们的生活带来了极大的便利.但由于塑料本身耐磨性能差,不导电、易变形,其应用受到了一定的限制.为了满足特殊情况下对塑料性能的要求,采用化学镀的方法,在塑料表面镀上一层金属,改善塑料的性能以及加工特性,使塑料的应用范围更加广泛,同时也拓宽了化学镀的研究领域,具有一定的实用价值.

化学镀是利用强还原剂在非金属表面进行氧化还原反应,使金属离子沉积在非金属镀件上的过程.塑料经过预处理及敏化、活化处理后,使塑料表面具有催化活性中心.这样镍离子经过催化活性中心的活化才能被还原剂还原而沉积在塑料表面,形成镀层.要使化学镀镍能够持续进行,所用还原剂的氧化还原电位必须比金属的氧化还原电位更低.还原剂的氧化还原电位值越负表明它的还原能力越强.因为φ0H3PO3 H3PO2=-0.50V,φ0Ni2+ Ni=-0.25V,所以可以选用次亚磷酸钠作还原剂来进行塑料化学镀镍.

塑料化学镀镍在催化剂条件下所发生的氧化还原反应为:

Ni2++2e→Ni,

H3PO2+H2O→H3PO3+2H++2e,

总反应:Ni2++H3PO2+H2O=Ni+H3PO3+2H+.

以上氧化还原反应在塑料表面上进行,还原剂次亚磷酸钠被氧化,镍离子被还原.金属镍在塑料表面上不断析出,形成金属镍镀层.

镀件的预处理

镀件的预处理包括化学除油和化学粗化.塑料进行化学镀以前,由于其表面存在油污及其它杂质,影响到镀层的质量,所以必须对镀件进行化学除油,即分别用碱液和酸液除去塑料表面的油污.然后进行粗化处理,粗化处理的实质是一种腐蚀作用.镀件表面经过腐蚀,变得微观粗糙,使非金属表面亲水化,这样就增大了镀件与镀层的接触面积,更便于镀件表面活性中心的沉积.化学除油时所用的溶液为1mol/L的氢氧化钠溶液及1:1的盐酸溶液,将塑料分别放入碱液和酸液中煮沸并水洗干净.粗化处理液是将15gCrO3溶解于430mL浓硫酸,配成500mL溶液混合均匀.将塑料放入60~70℃的粗化液中,粗化处理50min即可,最后用蒸馏水冲洗干净,烘干并称重.

镀件的敏化及活化处理

塑料在进行化学镀时,其表面必须具有催化活性中心,这样在化学镀镍过程中,才能起到催化作用,以加速镍离子在塑料表面的沉积.要使塑料表面具有催化活性中心,必须对其进行敏化和活化处理.所谓敏化,就是使非金属表面吸附一些易氧化的物质,在此后的活化处理时,该物质被氧化,塑料表面就形成活化层,即结晶核心.

敏化溶液:取5gSnCl2溶解于20mL浓盐酸中,然后加入蒸馏水稀释至500mL.为防止Sn2+被氧化成Sn4+,溶液中需放入一块锡条.

活化溶液:称取PdCl20.125g溶解于1.25mL 浓盐酸,加蒸馏水稀释至500mL.

敏化处理是将预处理过的塑料放入敏化液中,并在25℃的恒温槽中恒温,搅拌20min,然后水洗干净.再进行活化处理,将镀件放入活化剂中,室温下浸泡5min,水洗干净即可.

塑料化学镀镍

化学镀镍液的配制

镀镍液(A):分别称取NiCl215g,NaAc25g.用去离子水配制成250mL溶液.

镀镍液(B):称取NaH2PO2·H2O5g溶解于250mL去离子水中即可.

将经过活化处理的塑料置于一定温度的镀镍容器中,先倒入镀镍液 (A)30mL,再倒入镀镍液(B)30mL,镀镍反应即开始.镀镍过程中每隔 10min 搅拌一次,反应1h结束.取出镀件,经水洗后烘干称重.

pH值的影响

实验结果表明,镀镍溶液的PH值对镍的沉积速度影响较大.随着镀液pH的增加,H2PO-2的还原 能力增强,因此镍在塑料表面的沉积速度加大,这可由表1中看出.随着pH值的升高,镀液容易分解,出现混浊,从而降低了次亚磷酸钠的还原能力,使镀层质量先增加后降低.实验发现,溶液的pH值过高时,镀层变得灰暗、粗糙,镀层结构松散,镀层与塑料之间结合力较弱,且镀层夹带着镀液的沉淀物共沉积,从而影响了镀层的质量.实验结果表明,塑料化学镀镍的最佳pH值应控制在5.1为宜.(pH用PHSJ-4APH计测定).

表1 35℃时不同pH值时镀件的实验结果

pH值 3.519 4.071 5.087 5.915 7.014 7.378 7.608

镀件质量w/g 1.5020 1.5325 1.7443 1.6187 1.7139 1.5926 1.7144

镀件增重△w/g0.0008 0.0014 0.0059 0.0047 0.0031 0.0018 0.0010

增重百分比(%) 0.053 0.091 0.34 0.29 0.18 0.11 0.058

镀层 不均匀 较好 好 较好 灰白 灰色 暗灰

温度的影响

塑料化学镀镍过程中,温度是非常重要的影响因素.在敏化、活化、化学镀镍过程中,温度都必须严格控制.经多次实验可知敏化、活化过程温度应控制在25℃为宜.温度低时,敏化、活化效果不好,镀层质量差且不均匀.提高温度,有利于反应的进行,镍的沉积速度加快.由表2可知,若温度过高,镀层质量反而下降.这是由于化学镀镍过程中,温度过高,镀液的挥发性增加,镀液不稳定,容易分解而出现浑浊.这时镀层变得粗糙,出现针孔和皱褶,镍与塑料间结合力变小.根据实验结果,确定塑料化学镀镍的温度控制在35℃为宜.

表2 pH=5.13时不同温度下塑料镀件的实验结果

温度(℃) 30 35 40 45 50 60 70 80

镀件质量(g) 1.6319 1.3237 1.7561 1.5130 1.8249 1.3564 1.5565 1.7406

镀件增重(g) 0.0031 0.0111 0.0094 0.0045 0.0064 0.0065 0.0078 0.0142

增重百分比 0.19% 0.84% 0.54% 0.30% 0.35% 0.48% 0.50% 0.82%

镀层 不均匀 好 较好 较好 较好 灰色 灰暗 皱褶

其它因素的影响

实验中发现,若镀液中还原剂次亚磷酸钠的浓度提高,则镀液的还原能力增强,镍在塑料表面的沉积速度加大.但会使塑料镀层的结构松散,镀层与塑料之间的结合力变弱.另外由于受到空气中氧气的作用,镀液不稳定,容易分解,出现混浊,不利于化学镀镍的进行,实验中应注意镀液的保护,防止氧化.

另外,镀镍的时间也是影响镀层质量的因素之一.实验发现,若镀镍时间过长,则塑料镀件表面不光滑,且镀层变灰.实验证明镀镍时间控制在1h为宜.

塑料镀镍这一领域,有许多问题值得深入的研究,虽经多次的实验,确定了其镀镍的最佳控制条件和工艺方法,但有些方面还需要进一步的探索.随着研究的深入和加强,塑料化学镀必将更加完善,其应用前景将更加广阔,经济效益也会得到充分发挥.

电气百科:塑料件喷油加工的基础知识

一、喷油特点

空气喷油是目前油漆涂装施工中采用得比较广泛的一种涂饰工艺。空气喷油是利用压缩空气的气流,流过喷枪喷嘴孔形成负压,负压使漆料从吸管吸入,经喷嘴喷出,形成漆雾,漆雾喷身到被涂饰零部件表面上形成均匀的漆膜。空气喷油可以产生均匀的漆,涂层细腻光滑;对于零部件的较隐蔽部件(如缝隙、凹凸),也可均匀地喷油。此种方法的涂料利用率较低大约在50%~60%左右。

塑料件喷油后,可获得如下效果:

1.可遮盖成型后制件的表面缺陷;

2.因塑料件本身着色比较困难,可利用喷油获得多种色彩;

3.使塑料件的静电性能得到改善,减少灰尘吸附;

4.增强了塑料件的硬度和耐擦伤性;

5.提高了塑料件的耐候性;

6.使塑件件表面的光泽任意调整;

7.砂纹漆、绒毛漆等一些特殊漆,可获得较好的外观及手感。

另外,塑料成型后表面状态对外观质量有很大的影响。要求成型后的表面平整光滑,均匀一致,不应有划伤、飞边、毛刺、凹坑、斑点、气泡和明显的熔接线。

二、塑料喷油工艺流程:退火除油消除静电、除尘喷油烘干

1.退火:塑料成型时易形成内应力,涂装后应力集中处易开裂。可采用退火处理或整面处理,消除应力。退火处理是把ABS塑料成型件加热到热变形温度以下,即60℃,保温2h。由于采用此种工艺需要大量的设备投资,因此,可采用整面处理的技术,即配置能够消除塑件内应力的溶液在室温下对塑件表面进行15~20min的处理即可。

2.除油:塑料件表面常沾有油污、手汗和脱模剂,它会使涂料附着力变差,涂层产生龟裂、起泡和脱落。涂装前应进行除油处理。对塑料件通常用汽油或酒精清洗,然后进行化学除油化学除油后应彻底清洗工件表面残留碱液,并用纯水最后清洗干净,晾干或烘干。

3.除电及除尘:塑料制品是绝缘体,表面电阻一般在1013Ω左右,易产生静电。带电后容易吸附空气中的细小灰尘而附着于表面。因静电吸附的灰尘用一般吹气法除去十分困难,采用高压离子化空气流同时除电除尘的效果较好。

4.喷油:塑料涂层厚度为15~20μm,通常要喷油2~3道才能完成。一道喷油后晾干15min,再进行第二次喷油。需要光亮的表面还必须喷油透明涂料。涂后的制件对于阻燃性能基本没有影响。

5.烘干:涂完后可在室温下自干,也可在60℃条件下烘烤30min


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