Технология выполнения металлизации пластмасс

27 December 2018

Автор КакПросто!

На промышленных предприятиях пластик металлизируют чаще всего способом вакуумного напыления. В домашних условиях этот метод недоступен. Необходимость же получить металлизированный пластик порой возникает, в особенности у тех, кто увлекается радиоэлектроникой. Есть два вполне доступных способа металлизации.

Термический способ с клеем и фольгой

Если вам нужно сделать печатную плату или металлизировать другую плоскую поверхность в

домашних условиях

, можно соединить пластик с фольгой при нагревании. Поможет обычная духовка. Для этого вам понадобятся:

— кусок пластика;

— медная фольга;

— клей БФ-2 или БФ-4;

— растворитель;

— струбцины;

— медные или деревянные пластины;

— духовка или утюг.

Возьмите лист пластика и протрите его растворителем. Обезжирьте также фольгу с той стороны, которую будете приклеивать. Смажьте поверхности пластика и фольги клеем БФ-2 или БФ-4 и выдержите столько, сколько указано в инструкции. Наложите лист фольги на пластик. Прижмите так, чтобы между поверхностями не было пузырьков воздуха. Зажмите заготовку между кусками дерева или металла с помощью струбцин.

Поместите конструкцию в прогретую примерно до 100оС духовку и оставьте примерно на 20 минут. Выключите духовку, достаньте заготовку и оставьте ее остывать в течение суток. После этого можно травить плату. При отсутствии духовки можно воспользоваться утюгом, прижав к нему с помощью струбцин заготовку со стороны фольги.

Для обезжиривания можно использовать также мыльный раствор или шампунь.

Вариант с медным купоросом — гальваническая ванна

Чтобы металлизировать поверхность этим способом, вам понадобятся:

— клей БФ или нитроцеллюлозный;

— алюминиевая пудра;

— спирт ректификат;

— серная кислота;

— медный лом;

— автомобильный аккумулятор;

— медный провод;

— пластмассовый или эмалированный таз;

— канцелярская скрепка.

Смешайте клей с алюминиевой пудрой до консистенции жидкой сметаны. Нанесите слой полученного вещества на поверхность пластика и дайте высохнуть.

Если клей слишком густой, разбавьте его небольшим количеством спирта.

Разведите дождевой или аккумуляторной водой медный купорос (купить его можно в сельскохозяйственном магазине). Налейте раствор в диэлектрическую посуду из стекла или пластмассы, можно в обычный пластиковый таз. К одному краю заготовки канцелярской скрепкой или винтом с гайкой прикрепите провод. Второй конец провода прикрепите к клемме аккумулятора, обозначенной знаком «-».

Медный лом свяжите вместе медной проволокой. Проволоку присоедините ко второй клемме аккумулятора. Все крепления должны быть выше уровня раствора. Включите ток и ждите, когда ваша пластиковая пластина покроется равномерным слоем красной меди. Этот способ применяется для металлизации сложных поверхностей, имеющих произвольную кривизну. Например, таким способом можно изготовить зеркало антенны для мобильного устройства связи.

Производство зеркального пластика

Современные технологии позволяют получить новые материалы, способные заменить в интерьере классическое зеркало. Зеркальный пластик — полимеры на базе ПВХ, полистирола, акрила, которые используются в оформлении жилых, офисных, выставочных, торговых помещений, а также клубов, ресторанов. Материалом можно покрывать значительные пространства или декорировать только колонны, потолки, ниши. Также из металлизированного пластика изготавливают таблички, вывески и другие мелкие элементы.

Кроме того, пластиковые поверхности с зеркальным напылением используются:

  • в наружном остеклении зданий и сооружений, включая оформление витрин;
  • в комнатах для переговоров и других подобных помещениях с целью обеспечения конфиденциальности;
  • для обустройства некоторых интерьерных конструкций, например, скрытых коммуникационных каналов.

Чтобы сделать зеркальный пластик, ведется производство методом нанесения металлического тонкопленочного покрытия на основе титана и его соединений, а также некоторых других составов. Технология металлизации позволяет получить на выходе изделие из пластмассы не только декоративное, но также высокопрочное и устойчивое к механическим и химическим воздействиям.

Акрил

Основными преимуществами зеркального акрила являются: его легкость, прочность, устойчивость к ударам, влагонепроницаемость, высокая отражающая способность. Материал отлично гнется (панель толщиной 3 мм гнется с радиусом до 1150 мм, толщиной 6 мм – до 2300 мм), легко обрабатывается. Его можно пилить ножовкой с полотнами для работы с фанерой, сверлится инструментом для мягкого металла, на него можно наносить гравировку. Акрил податлив любому декорированию – его окрашивают, наносят на него изображения методом аппликаций, трафаретной печати, горячего тиснения. Кроме того, он не требует трудоемкого ухода, его можно использовать под воздействием УФ-излучения.

Сфера применения материала:

  • в производстве рекламных и презентационных продуктов;
  • декорирование интерьеров и витрин;
  • изготовление сувенирной продукции;
  • оформление вывесок, указателей и других подобных элементов;
  • приборостроение;
  • производство мебели;
  • разнообразное рукоделие.

Оргстекло

Этот зеркальный листовой материал обладает отличными отражающими показателями, податлив любой обработке, включая резку лазером. Он используется для реализации дизайнерских идей, для оформления развлекательных, выставочных и торговых заведений, изготовления разнообразных табличек, указателей, при производстве декоративных элементов. Из-за некоторых особых свойств исходного материала его не рекомендуется применять под открытым небом.

Поликарбонат

Зеркальный поликарбонат отличается высококачественной гладкой глянцевой поверхностью, практически не уступающей традиционному зеркалу. Особенная влагостойкость полимера позволяет использовать его даже в ванных комнатах и других «влажных» зонах.

Металлизация пластика в домашних условиях

Существуют схожие операции получения дополнительного металлического слоя: цинкование, никелирование, серебрение. Хромировка деталей (процесс нанесения хрома на изделие) включает несколько функций: Хромирование в домашних условиях может осуществляться несколькими способами:

Хромовый электролит выделяет летучие соединения, способные вступать в контакт и разрушать любую органику. Пары несут опасность для кожи и слизистых оболочек.

Для защиты от испарений используют очки и маску-респиратор. Чтобы провести хромирование своими руками в домашних условиях на достойном уровне, часть инвентаря предлагается изготовить из подручных средств.

Выбор сечения соединительных проводов делают с учетом максимальной нагрузки (силы тока).

Хромирование пластика в домашних условиях

Изделия, имеющие хромовое покрытие, имеют эстетичный и привлекательный внешний вид, именно поэтому они настолько популярны и стоят дороже нехромированных аналогов.

Но что делать, если на рынке нет вариантов с хромовым покрытием, или хочется придать соответствующий внешний вид уже имеющимся в наличии вещам без хромового слоя? В подобной ситуации может помочь хромирование пластика в домашних условиях.

Для хромирования пластмассы своими руками дома необходимо подготовить следующие материалы и инструменты: подходящая по размерам ёмкость, в которую будет налит диэлектрический раствор, это может быть стеклянная банка или пластиковое ведро; электролитный раствор; пластиковое ведро или пластиковый тазик, в который помещают ёмкость; ящик из фанеры или дерева, который необходимо предварительно изолировать стеклотканью и утеплить минеральной ватой или песком — это нужно для хорошей термоизоляции; специальная кисть для нанесения раствора; нагревательный элемент — лучше всего для этого подойдёт обыкновенный ТЭН; источник электропитания необходимого напряжения, мощности и силы тока (трансформатор или автомобильный аккумулятор); термометр, с помощью которого можно измерять жидкость с температурой до 100 0 C; кронштейн, необходимый для свободного подвешивания обрабатываемой детали в ёмкости; щиток для плотного накрывания ёмкости — это может быть лист из фанеры; зажим.

Хромирование деталей в домашних условиях — подробная инструкция и советы

  1. Во-вторых , респиратор, специальные очки, прорезиненные перчатки и фартук – обязательно.
  2. В-третьих , как утилизировать «отходы производства»?
  3. Во-первых , эффективная вентиляция. Причем она должна быть не естественной, а принудительной (вытяжной).

Понадобятся материалы и приспособления. Они на рисунке обозначены соответствующими позициями: И последнее.

Если она будет просто лежать на дне банки, то одна ее сторона останется без покрытия. Следовательно, ее нужно держать во время обработки в подвешенном положении. Тип кронштейна, его крепление «изобрести» несложно.

  1. На выходе должно быть напряжение постоянного тока, причем с возможностью регулирования номинала. Если делать все вручную, то понадобится хотя бы обыкновенный реостат.
  2. Сечение соединительных проводов подбирается по максимальной силе тока.

Хромирование пластика

Металлизация пластика проводится с целью использования материала при:

  • производстве разнообразных декоративных элементов, интерьерных и уличных;
  • изготовлении решеток, ограждений;
  • выпуске изделий промышленного и бытового назначения, включая скобяные изделия, замки, сувениры.

Из хромированного пластика также изготавливают корпуса приборов, внутренние части которых должны быть защищены от нежелательного воздействия электромагнитных излучений. Материал активно используется в автотюнинге – из него производят декоративные элементы машин: бампера, молдинги, диски, отражатели фар и многое другое.

Пластмассу хромируют также нанесением на нее специального тончайшего покрытия. Металлизация проводится в вакуумной среде. Преимуществом готового материала можно назвать привлекательный зеркальный блеск обработанной поверхности пластмасс, исключительную стойкость к коррозии, воссоздание оттенка и фактуры дорогостоящих металлов.

Методы нанесения порошковых красок

1. Способ электростатического напыления — часто встречающийся способ порошковой окраски. Частица краски прилипает к поверхности за счёт электростатического взаимодействия. Порошок, который не прилип в процессе покраски, можно использовать ещё раз: в покрасочной камере есть специальное оборудование для её сбора. 2. Другой способ нанесения порошковой краски — воздушный поток направленного действия (fluidized bed). Частицы равномерно распределяются по окрашиваемому изделию, предварительно нагретого в камере. Чем точнее будет определена оптимальная температура нагревания, тем качественнее окажется покрытие. Автоматическое нанесение порошковой краски в «кипящем слое» используется в Москве при конвейерном производстве. Способ разработан для термопластичных красок, так как покрытие получается достаточно толстое. Окрашивают таким способом сетки или крупногабаритные плоские изделия. В ванну с пористым днищем подаётся под давлением воздух, в результате чего образуется псевдоожиженный слой краски. Окрашиваемые изделия нагреваются до температуры, превышающей температуру плавления самого окрашивающего материала. Время выдержки и температура обуславливают толщину покрытия. Если изделие крупногабаритное, то оно аккумулирует достаточное количество тепла, чтобы процесс отверждения покрытия прошёл до конца. Если же этого не произошло, например, при окрашивании металлоёмкой техники, изделие отправляется в камеру полимеризации на доотверждение. Преимущества способа: получение толстослойного покрытия всего за нанесение в один цикл. 3. Третий способ нанесения порошковой краски — применение открытого пламени (flame spray). Нанесение порошкового покрытия осуществляется пистолетом, оснащённым пропановой горелкой. При попадании в пламя горелки, частицы плавятся, и оказываются на окрашиваемой поверхности уже полужидкими. Само же окрашиваемое изделие предварительно не нужно нагревать. Метод окрашивания с помощью пламени используется для создания термопластичных покрытий. Краска, прошедшая сквозь горящий пропан, формирует на поверхности прочный слой. Так как прямого нагревания окрашиваемого изделия не происходит, способ может использоваться не только для металла, но и для каучука, камня, композитов. Его успешно применяют для крупногабаритных или стационарно закреплённых объектов.

Этапы проведения работ по напылению пластика

  • Подготовка изделия для обработки. Желательно, чтобы заготовка имела максимально простую форму, без труднодоступных для оседания конденсата мест.
  • Нанесение защиты. На полимерные основы, содержащие низкомолекулярные наполнители, необходимо нанести антидиффузионное покрытие.
  • Сушка деталей.
  • Обезжиривание поверхности. В вакуумной камере с помощью тлеющего разряда заготовка обезжиривается. Это особенно хорошо влияет на структуру полимеров.
  • Активационная обработка. Способ обработки выбирается в зависимости от материала изделия, необходимо это для повышения адгезии поверхности.
  • Напыление металла. Путем конденсации создается металлизированный слой на пластике.
  • Контроль качества. Декоративные детали из пластика осматриваются на предмет равномерности напыления и его прочности.

Зеркальный пластик

Производство зеркального поликарбоната

Если Вас заинтересовала металлизация пластика, то для получения дополнительной информации свяжитесь с нами по телефону: 8-9107963580, через электронную почту или закажите звонок

Подготовка поверхности

Качество металлической пленки на пластиках зависит от подготовки деталей под покрытие. Здесь последовательность такая:

  1. Обезжиривание
  2. Травление поверхности
  3. Активирование

Обезжиривание — операция, которую проводят после механической обработки деталей. Цель этой операции — удаление с их поверхности различных загрязнений. Для обезжиривания пластмасс применяют органические растворители.

Для обезжиривания органического стекла применяют метиловый спирт и четыреххлористый углерод. Для полистирола — трихлорэтилен (реагент, применяемый в химчистке), метиловый и этиловый спирты. Для полиамидов — чистый бензин и трихлорэтилен. Для поливинилхлорида — ацетон, метиловый и этиловый спирты, трихлорэтилен. Для эпоксидных смол — ацетон и метиловый спирт.

Травление — операция, когда в результате обработки деталей сильными окислителями поверхность слегка разрушается и делается шероховатой. Последнее обеспечивает повышенное сцепление (адгезию) металлической пленки с пластиком.

  1. Органическое стекло и полистирол травят в растворе: серная кислота — 950 мл, персульфат калия —- 3 г, серебро азотнокислое — 3 г. Температура раствора 20 °С, время обработки 20—30 с.
  2. Поливинилхлорид травят в растворе: гидрохинон — 100 г, пирокатехин — 25 г, ацетон — 1000 мл. Температура раствора 18 °С, время обработки 3 мин.
  3. Полиамиды травят в растворе: серная кислота — 1000 мл, азотная кислота — 500 мл, соляная кислота — 3 мл, вода — 120 мл. Температура раствора 20 °С, время обработки 30—40 с.
  4. Эпоксидные смолы травят в растворе: плавиковая кислота (70%-ная) — 1 мл, серная кислота — 2 мл, вода — 1000 мл. Температура раствора 18 °С, время обработки 70 с.

После травления детали промывают под струей горячей воды в течение 2—3 мин, затем минуту в холодной воде.

Активирование — процесс нанесения на обрабатываемую деталь раствора, который придает поверхности каталитические свойства. То есть в дальнейшем эта поверхность катализирует реакцию восстановления основного металла на этой поверхности.

Процесс активирования проводят за два раза. Первый раз детали обрабатывают в одном из растворов хлористого олова (все в г/л):

  1. Олово хлористое — 25, соляная кислота — 50.
  2. Олово хлористое — 25, соляная кислота — 20, гидрохинон — 20.
  3. Олово хлористое — 30, соляная кислота — 25, спиртовой раствор некаля — 200 мл, некаль (порошок) — 1.

Температура каждого раствора 20 °С, время обработки 0,5—1,0 мин.

Последний раствор применяют для обработки трудносмачиваемых пластмасс (поливинилхлорида и т.п.).

Второй раз детали обрабатывают в одном из следующих растворов (г/л):

  1. Серебро азотнокислое — 20, спирт этиловый — 500.
  2. Серебро азотнокислое — 10, аммиак (25%-ный) — 100.
  3. Палладий хлористый — 0,2, соляная кислота — 10.

Температура каждого раствора 20 °С, время обработки 20—30 мин.

Модификация различных конструкций, деталей и функциональных элементов зачастую выполняется путем полного изменения структуры материалов. Для этого задействуются средства глубокой термической, плазменной и химической обработки. Но существует и широкий сегмент методов изменения эксплуатационных свойств за счет внешних покрытий. К таким способам относится вакуумная металлизация, благодаря которой можно улучшать декоративные, токопроводящие, отражающие и другие характеристики материалов.

Общие сведения о технологии

Суть метода заключается в напылении частиц металла на рабочую поверхность. Процесс формирования нового покрытия происходит за счет испарения донорских металлов в условиях вакуума. Технологический цикл подразумевает выполнение нескольких стадий структурного изменения целевой основы и элементов покрытия. В частности, выделяются процессы испарения, конденсации, абсорбции и кристаллизации. Ключевой процедурой можно назвать взаимодействие металлических частиц с поверхностью в условиях особой газовой среды. На этом этапе технология вакуумной металлизации обеспечивает процессы диффузии и присоединения частиц к структуре обрабатываемой детали. На выходе в зависимости от режимов напыления, характеристик покрытия и типа заготовки можно получать самые разные эффекты. Современные технические средства позволяют не просто улучшать отдельные эксплуатационные качества изделия, но и с высокой точностью дифференцировать свойства поверхности на отдельных участках.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Существует более простой и менее вредный для окружающей среды способ металлизации пластмассовых поверхностей – металлизация в вакууме, за границей он носит название PVD-технология (PhysicalVapourDeposition). С помощью этого метода возможно: — нанесение покрытий от толщины в несколько атомных слоев и до 10 мкм; — нанесение покрытий как на ровные, так и на гнутые фасонные детали; — использование в качестве материала покрытий почти всех элементов периодической системы; — нанесение на одной и той же установке многослойных систем из различных материалов. Очень важно, что PVD-процессы не имеют ограничений с точки зрения охраны окружающей среды. Температура, скорость напыления и остаточное давление в вакуумных установках для катодного напыления легко поддаются регулированию. Сам процесс до достижения необходимого вакуума длится всего несколько секунд. Атомы пара конденсируются на сравнительно холодной поверхности детали, повышение температуры которой столь мало, что даже чувствительные к повышению температуры материалы обычно не деформируются. Толщина слоя регулируется с помощью времени нанесения слоя металла и температуры испарения источника нанесения. Толщина оптически толстого слоя на практике составляет обычно около 0,1 мкм. В целом толщина слоев на поверхности полимера ограничена. Слой отражает структуру поверхности металлизированной детали в мельчайших подробностях, причем шероховатые поверхности сглаживаются, а блестящие гладкие поверхности кажутся еще более гладкими, зеркальными, полированными. Для получения полированной металлизированной поверхности изначально шероховатых деталей необходимо их предварительное лакирование для сглаживания пор и небольших неровностей. В случае применения прозрачных ПМ практикуется металлизация оборотной стороны деталей. При этом предварительная лакировка не требуется, а формообразующие поверхности пресс-формы тщательно полируются для получения гладкой поверхности фасонной детали. При частичной металлизации детали поверхности, не подлежащие металлизации, защищаются с помощью масок или специальных лаков, которые удаляются после металлизации. Обычно в качестве материала покрытия применяется алюминий благодаря его серебряному блеску и хорошей адгезионной способности. Для защиты нанесенного на поверхность пластмассы слоя металла от коррозии, атмосферных воздействий и механических повреждений, как правило, применяют различные лаки. С помощью прозрачного лака желтого цвета можно достичь даже эффекта золочения. При необходимости возможно нанесение в условиях глубокого вакуума различных материалов в виде многослойного покрытия. Этот эффект достигается путем автономного испарения различных источников. Например, для экономии золота при нанесении его на платы сначала на грунтовую лакировку наносится слой серебра, затем на него наносится слой золота, значительно более тонкий, чем требовался бы при однослойном покрытии. При изготовлении отражателей (например, предупредительные дорожные знаки), когда требуется высокая отражающая способность, слой должен быть из серебра; использование алюминия здесь недостаточно. Для защиты серебра от атмосферного воздействия дополнительно на него наносится медь. Нанесение покрытий в глубоком вакууме позволяет создавать радужные эффекты, которые особенно ценятся в производстве украшений. Такие эффекты образуются при последовательном многослойном (от трех до девяти и более слоев) нанесении покрытий под большим (TiO2 и ZnS) и малым (SiO2 и MgF2 ) углами преломления. Первый и последний слои должны всегда иметь высокий показатель преломления. Для нанесения покрытий методом PVD-технологии пригодны многие полимерные материалы. Полистиролы, полиметиметакрилаты, сополимены стирола АБС, МСН, поликарбонаты сравнительно часто используются для металлизации в вакууме. Полиолефины (полиэтилен, полипропилен) также пригодны к применению в PVD-процессе в условиях высокого вакуума. Однако, учитывая, что структура их поверхности такова, что на них не могут наноситься никакие лаки, улучшающие связь полимера с металлом, необходима предварительная обработка поверхности деталей тлеющим разрядом и нанесения специального промежуточного слоя, улучшающего схватывание. Полиамиды в условиях вакуума выделяют газ, поэтому для нанесения покрытий используются очень редко. Часто возникают проблемы с теми пластмассами, которые содержат легко летучие пластификаторы, добавки. Смазки для пресс-форм также вызывают повреждение металлизированных деталей. Химически стойкие покрытия могут быть получены методом микроволновой полимеризации в плазме на установке для плазменной полимеризации и нанесении покрытий в периодическом режиме. При этом вакуумная камера заполняется газообразным мономерным веществом. Мономеры полимеризуются в тлеющем разряде и конденсируются на поверхности детали с образованием целостного защитного слоя. Гомогенность слоя может достигаться при скорости нанесения покрытия до 100 ?/с. Такие слои обладают стойкостью к воздействию чистящих и моющих средств. Металлизации могут подвергаться даже фторсодержащие полимерные материалы и композиции (политрифторхлорэтилен, фторопласты марок Ф-3, Ф-4), поверхность которых не обладает конструкционно необходимой адгезией к наносимым традиционными промышленными способами металлическим покрытиям. Для этой цели разработан способ детонационной металлизации. Ускоренные и нагретые продуктами детонации высокодисперсные частицы металлического порошка внедряются в поверхность полимера на глубину примерно на 10-25 мкм за счет разрушения полимера в каждой точке соударения. При этом образуется довольно прочное металл-полимерное соединение. Таким образом может быть решена проблема сложности сопряжения фторопластов между собой и другими материалами, которая является основной причиной недостаточной реализации ценных свойств этих полимеров. Составляющие узлы вакуумной установки: Устройства вакуумной транспортировки · Рабочая камера. В ней происходит сам процесс металлизации. · Источник испаряемых металлов вместе с управляющими и энергообеспечивающими устройствами. · Системы контроля и управления для регулировки температуры, скорости напыления, толщины плёнки, её физических свойств. · Откачивающая и газораспределительная система, обеспечивающая получение вакуума и регулировку газовых потоков. · Системы блокировки рабочих узлов, блоки электропитания. · Транспортирующее устройство, определяющее подачу-извлечение из вакуумной камеры, смену положений деталей при нанесении металлопокрытия. · Вспомогательные устройства – заслонки, внутрикамерные манипуляторы, газовые фильтры и др. Особенности оборудования Процесс магнетронного напыления Установки для вакуумного процесса нанесения металлического слоя бывают магнетронные и ионно-плазменные. В любых из них необходимо достигать испарения вещества с поверхности металлических болванок, минуя стадию расплава металла. При сублимационном способе процесс нагрева происходит быстро до температуры испарения, не допуская расплава. Для этого используются нагреватели, способные повышать кинетическую энергию вплоть до разрушения кристаллической решётки. Но некоторые металлы не сублимируют в вакууме, и поэтому с ними стадии расплава не избежать. Поэтому в таких случаях применяются дополнительные системы фильтров. Вакуумная металлизация, основанная на испарении и выпадении частиц металла на подложку, представляет собой ряд последовательно происходящих процессов. Они довольно сложные. Металл при нагревании перед тем, как стать покрытием, претерпевает целый ряд изменений. Вначале он испаряется, затем адсорбируется, после этого выпадает конденсатом и кристаллизуется на поверхности, с образованием металлической плёнки. Каждый процесс довольно сложный. На качество готового изделия влияют многие факторы. Главные из них – физико-технические характеристики материалов заготовок и выдерживаемые условия процесса металлизации. Образование слоя покрытия происходит в два основных этапа. Это перенос массы и энергии от источника и их равномерное распределение по поверхности обрабатываемого изделия.

Этапы выполнения вакуумной металлизации

Напыление металла на поверхности изделий методом вакуумной металлизации производится по технологии, состоящей из нескольких этапов:

Цели металлизации

· Деталь подготавливается к процессу нанесения покрытия. Для этой цели подходят только заготовки несложных форм, которые не имеют острых углов или участков, труднодоступных для прямолинейного попадания конденсата.

· Процесс нанесения защитного слоя. На полимеры с содержанием низкомолекулярных наполнителей предварительно наносятся слои антидиффузионных лаковых покрытий.

· Сушка и обезжиривание. Заготовки проходят этап сушки адсорбированной влаги в течение трех часов при температуре +80 .

· Процесс обезжиривания происходит уже на подготовительном этапе в вакуумной камере путём воздействия тлеющего разряда.

· Проведение отжига на этой стадии особенно благоприятно для полимерных материалов – положительно сказывается на их структуре, снижается при этом внутреннее напряжение.

· Проводится активационная обработка перед нанесением металлического слоя на поверхность для повышения её адгезии. Используемые методы зависят от материала заготовки.

· Нанесение металлического покрытия. При этом слой покрытия формируется путём конденсации пересыщенных паров металлов на холодную поверхность заготовки.

· Затем проводится контрольная проверка качества металлического слоя. Для декоративных изделий она заключается в осмотре поверхности с определением прочности и равномерности слоя. Для технических деталей используются дополнительные испытания. На практике применяются методы отслаивания липкой лентой, истирание, разрушение УЗ колебаниями и др.

Применяемое оборудование

Различают три основные группы машин, используемых для данной технологии. Это оборудование непрерывного, полунепрерывного и периодического действия. Соответственно, они различаются по признаку общей организации обрабатывающего процесса. Агрегаты с непрерывным действием часто используют на серийных производствах, где требуется поточная вакуумная металлизация. Оборудование этого типа может быть одно- и многокамерным. В первом случае агрегаты ориентируются на выполнение непосредственно металлизации. Многокамерные же модели предусматривают и возможность реализации дополнительных процедур – первичной подготовки изделия, контроля, термической обработки и т.д. Такой подход позволяет оптимизировать процесс изготовления. Машины для периодической и полунепрерывной металлизации, как правило, имеют одну основную камеру. Именно в силу нерегулярности производства они используются для конкретной процедуры, а подготовительные операции и тот же контроль качества осуществляются в отдельном порядке – иногда в ручном режиме без автоматизированных линий. Теперь стоит подробнее рассмотреть, из каких узлов состоят такие агрегаты.

Хромирование пластика

Универсальный состав для травления: Хромовый ангидрид (CrO3) — 60 г/л Ортофосфорная кислота (H3PO3) — 150 г/л Серная кислота (H2SO4) — 560 г/л Температура раствора при проведении процесса травления 45-50 о С.

Рекомендуем прочесть: Документы необходимые для договора подряда с физическим лицом

Время выдержки зависит от типа и характеристик пластика или пластмассы. Для отдельных пластмасс подбираются индивидуальные растворы травления. Для травления полистирола, например, используют раствор, следующего состава: Хромовый ангидрид (CrO3) -150 г/л Метасиликат натрия (Na2SiO3)– 20 г/л Пирофосфат натрия (Na3PO4)- 20 г/л ПАВ (в качестве смачивателя) – 1 г/л Процесс проводят путем опускания детали на 10-12 минут в нагретый до температуры 85-90 о С раствор травления.

Детали, сделанные из такого химически стойкого материала, как фторопласт, обрабатывают в течении 8-10 мин в растворе следующего состава: Раствор в 1 л тетрагидрофурана (C4H8O) Натрий (металлический) — 23 г В 1 литре воды растворить: Серная кислота (H2SO4) 740-770 мл/л, Температура 80-90°С.

Устройство машин для металлизации

Помимо основной камеры, где и происходят процессы напыления, оборудование включает множество вспомогательных систем и функциональных компонентов. В первую очередь стоит выделить непосредственно источники распыляемого материала, коммуникации которых связываются с газораспределительным комплексом. Чтобы установка вакуумной металлизации могла обеспечивать нужные для конкретной задачи обработки параметры, подающие каналы напыления с регуляторами позволяют, в частности, настраивать температурный уровень, скорость направления потоков и объемы. В частности эта инфраструктура формируется натекателями, насосами, клапанами, фланцевыми элементами и прочей арматурой.

В современных установках для той же регуляции рабочих параметров используются датчики, подключенные к микропроцессорному блоку. Учитывая заданные требования и фиксируя текущие фактические значения, аппаратура без участия оператора может корректировать режимы обработки. Также для облегчения процессов эксплуатации оборудование дополняется внутрикамерными системами очистки и калибровки. Благодаря такой оснастке упрощается ремонт вакуумной металлизации машины, поскольку постоянная и своевременная чистка минимизирует риски перегрузок пневмодвигателей, манипуляторов и коммуникационных контуров. Последние и вовсе рассматриваются как расходная часть, замена которой в агрегатах непрерывного действия выполняется в регулярном порядке техобслуживания.

Целевые материалы для металлизации

Прежде всего процедуре подвергаются металлические заготовки, которые могут быть выполнены в том числе из специальных сплавов. Дополнительное покрытие требуется для обеспечения антикоррозийного слоя, повышения качества электрической проводки или же изменения декоративных свойств. В последние годы вакуумная металлизация все чаще используется и применительно к полимерным изделиям. Данный процесс имеет свою специфику, обусловленную характеристиками структуры объектов такого рода. Реже технология применяется в отношении изделий, которые имеют низкие показатели твердости. Это касается древесины и некоторых синтетических материалов.

Вариант с медным купоросом — гальваническая ванна

Чтобы металлизировать поверхность этим способом, вам понадобятся: — клей БФ или нитроцеллюлозный; — алюминиевая пудра; — спирт ректификат; — серная кислота; — медный лом; — автомобильный аккумулятор; — медный провод; — пластмассовый или эмалированный таз; — канцелярская скрепка. Смешайте клей с алюминиевой пудрой до консистенции жидкой сметаны. Нанесите слой полученного вещества на поверхность пластика и дайте высохнуть. Если клей слишком густой, разбавьте его небольшим количеством спирта. Разведите дождевой или аккумуляторной водой медный купорос (купить его можно в сельскохозяйственном магазине). Налейте раствор в диэлектрическую посуду из стекла или пластмассы, можно в обычный пластиковый таз. К одному краю заготовки канцелярской скрепкой или винтом с гайкой прикрепите провод. Второй конец провода прикрепите к клемме аккумулятора, обозначенной знаком «-». Медный лом свяжите вместе медной проволокой. Проволоку присоедините ко второй клемме аккумулятора. Все крепления должны быть выше уровня раствора. Включите ток и ждите, когда ваша пластиковая пластина покроется равномерным слоем красной меди. Этот способ применяется для металлизации сложных поверхностей, имеющих произвольную кривизну. Например, таким способом можно изготовить зеркало антенны для мобильного устройства связи. 0

Особенности металлизации пластиков

Напыление на поверхности пластиковых деталей также способно изменить его электрические, физические и химические свойства. Нередко металлизацию используют и как средство повышения оптических качеств подобных заготовок. Главной же проблемой при выполнении таких операций является процесс интенсивного термического испарения, который неизбежно оказывает давление на потоки частиц, напыляющих поверхность элемента. Поэтому требуются специальные режимы регуляции диффузии основного материала и расходуемой массы.

Имеет свою специфику и вакуумная металлизация пластмасс, отличающихся жесткой структурой. В данном случае будет иметь значение присутствие защитных и грунтующих лаков. Для поддержания достаточного уровня адгезии с преодолением барьеров этих пленок может потребоваться повышение энергии термического воздействия. Но здесь же вновь возникает проблема с рисками разрушения пластиковой структуры под влиянием тепловых потоков. В итоге для снятия излишнего напряжения в рабочей среде вводятся модифицирующие компоненты наподобие пластификаторов и растворителей, позволяющих удерживать форму заготовки в оптимальном состоянии независимо от температурного режима.

Металлизация пластмасс – виды, особенности и технология

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.

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.

Варианты структур гальванических покрытий в несколько слоев

Пояснения к рисунку:

  1. Пластмасса.
  2. Медный слой с блеском.
  3. Матовый медный слой.
  4. Металл с химическим осаждением.
  5. Никелевый слой с блеском.
  6. Полублестящий никелевый слой.
  7. Матовый никелевый слой.
  8. Хромовый слой с блеском.
  9. Конверсионный слой.
  10. Матовый и блестящий металлический слои.

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.

Гальванические покрытия отличаются от металлических тем, что для их создания понадобится значительно большее количество контактов. Процесс гальванизации пластмасс характерен еще и сложностью подготовительного этапа, поскольку в данном случае труднее обеспечить хорошую адгезию.

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.

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.

Вакуумная камера для металлизации

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

Применяемые металлы – серебро и медь. Пленка, которая получится в итоге, будет всего несколько микронов в толщину, однако она придаст основе красивый вид с металлическим отблеском.

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.

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.

Источник: обработки пленочных материалов

Технологии изготовления упаковочных материалов предусматривают использование металлизации для ПЭТ-пленок. Данный процесс обеспечивает алюминирование поверхности, благодаря чему заготовка наделяется более высокой прочностью и стойкостью перед внешними воздействиями. В зависимости от параметров обработки и конечных требований к покрытию могут применяться разные способы теплоотвода. Поскольку пленка чувствительна к температуре, вводится дополнительная процедура осаждения. Как и в случае с пластиками, она позволяет регулировать термический баланс, сохраняя оптимальную для заготовки среду. Толщина пленок, которые обрабатываются по методу вакуумной рулонной металлизации, может составлять от 3 до 50 мкм. Постепенно внедряются и технологии, обеспечивающие подобные покрытия на поверхностях материалов толщиной 0,9 мкм, но по большей части это пока лишь экспериментальная практика.

Полимеры или металл?

Немецкие химические концерны занимаются инвестицией немалых средств на развитие по изучению и разработке новых видов полимеров и пластмасс, которые планируется применять в производстве автомобилей. В их изготовлении применяется широкий спектр полимерных материалов, разнящихся по твёрдости, весу, устойчивости и прочим показателям.

К примеру, ПВХ используется при производстве изоляции, жидкий полиуретан применяют при изготовлении втулок, манжетов, сайлентблоков и пр., полиамид используется в шестерёнках, приводных деталях, а поликарбонат вообще может заменять многие металлические детали машин, так как является исключительно ударопрочным и стойким материалом.

Многие потребители преисполнены скепсиса относительно замены металла на пластик, однако научный прогресс может с уверенностью заявить, что сегодня довольно большое количество пластиков и полиуретанов имеют более высокие физико — химические характеристики, чем у металлов, которые раньше применялись в автомобильной промышленности. Например, некоторые полиамиды на тестах оказались намного прочнее листовой стали. Полимеры также хороши тем, что их можно армировать, тем самым ещё дополнительно повышая их прочность и дополнительную устойчивость к неблагоприятному внешнему воздействию. Возможность использования литьевых полимеров, таких как жидкий полиуретан, позволяет воплощать в жизнь дизайнерские концептуальные решения. И, конечно же, одно из главных преимуществ полимеров — они намного долговечнее.

В итоге хочется сказать, что широкое использование полимеров в автомобилестроении обуславливается их качественным превосходством над металлом и доминирование полимерных составляющих над металлическими — это вопрос времени и научного прогресса.

Металлизация отражателей

Это тоже отдельное направление использования металлизации. Целевым объектом в данном случае выступают автомобильные фары. Их конструкция предусматривает наличие отражателей, которые со временем утрачивают свои эксплуатационные качества – тускнеют, ржавеют и, как следствие, становятся непригодными к использованию. Кроме того, даже новая фара может получить случайное повреждение, из-за чего потребуется ее ремонт и восстановление. Именно на эту задачу и ориентируется вакуумная металлизация отражателей, обеспечивающая износостойкое напыление на зеркальной поверхности. Заполнение внешней структуры металлизированными частицами с одной стороны ликвидирует мелкие дефекты, а с другой – выступает защитным покрытием, предотвращая возможные повреждения в будущем.

Организация процесса в домашних условиях

Без специального оборудования можно применить технологию поверхностного химического покрытия, но для вакуумной обработки в любом случае потребуется соответствующая камера. На первом этапе подготавливается сама заготовка – ее следует очистить, обезжирить и при необходимости выполнить шлифование. Далее объект помещается в камеру вакуумной металлизации. Своими руками можно выполнить и специальную оснастку на рельсах из профильных элементов. Это будет удобный способ загрузки и выгрузки материала, если планируется обработка в регулярном режиме. В качестве источника частиц металлизации применяются так называемые болванки – из алюминия, латуни, меди и др. После этого камера настраивается на оптимальный режим обработки и начинается процесс напыления. Готовое изделие сразу после металлизации можно покрыть вручную вспомогательными защитными покрытиями на основе лаков.

Автомобильная промышленность переходит на полимеры

Не случайно в пример мы поставили сферу автомобилестроения — на опыте этой отрасли можно проследить тенденцию замены стали и прочих металлов на пластик, полиуретаны и другие полимерные материалы. Если ещё в 70х автомобиль в среднем состоял из металлических деталей на 79%, то сегодня доля металла в современных машинах не превышает 60% в среднем значении. Использование пластика и полиуретана же наоборот показывают качественный рост, пластмассы и пластиков: с 6% до 18%, полиуретанов, эластомеров и каучуков: с 2% до 7%. Казалось бы, что пластики и полиуретан можно найти только в отделке салона и во внутреннем убранстве автомобиля, однако, элементы из этих материалов широко используются в кузове, подвеске или даже двигателях машин.

В среднем легковом автомобиле сегодня применяется около 180 кг пластика, но прогнозируется, что к 2020му году данная цифра вырастет вплоть до 300 кг.

Положительные отзывы о технологии

Метод имеет множество положительных качеств, которые отмечают пользователи готовых изделий в разных областях. В частности указывается на высокие защитные свойства покрытия, которое предотвращает процессы коррозии и механического разрушения основы. Положительно отзываются и рядовые потребители продукции, которая подвергалась вакуумной металлизации с целью улучшения или изменения декоративных качеств. Специалисты же подчеркивают и экологическую безопасность технологии.

Негативные отзывы

К минусам данного метода обработки изделий относят сложность технической организации процесса и высокие требования к подготовительным мероприятиям заготовки. И это, не говоря о применении высокотехнологичного оборудования. Только с его помощью можно получить качественное напыление. Стоимость также входит в список недостатков вакуумной металлизации. Цена обработки одного элемента может составлять 5-10 тыс. руб. в зависимости от площади целевой области и толщины покрытия. Другое дело, что серийная металлизация удешевляет стоимость отдельного изделия.