塑料电镀工艺
1前言
电脑和通信等电子设备的机壳都要求良好的电磁波干扰(ＥＭＩ)屏蔽和带电防止特性,为此一般使用塑料电镀的机壳。传统的塑料电镀工艺包括表面粗化、催化、化学镀铜和电镀等工序,但存在以下问题:(1)化学镀铜液中含有致癌ＨＣＨＯ,污染环境;(2)化学镀液中共存金属离子和还原剂,即使添加稳定剂,也难免出现降低镀液稳定性的问题;(3)化学镀有时难以适用于表面粗化困难的材料,于是提出了要求在电镀的表面上涂复含有导电性填料的涂料,但是这样涂料含有的高浓度金属或石墨等导电性填料容易沉降,或者因粘度高而难以均匀涂复,或者难以涂复形状复杂的表面而降低复杂部位的尺寸精度。鉴于上述状况,本文就简单而经济的塑料电镀工艺加以叙述。
2工艺概述
塑料电镀工艺包括涂复聚合物涂料、活化、喷镀和电镀等主要工序。
2.1涂复聚合物涂料
在需要电镀的塑料表面涂复含有化学镀用的催化剂的聚合物涂料,然而干燥形成含有催化剂的聚合物涂膜。
含有化学镀的催化剂的聚合物涂料,其催化剂为钯、金、银、钴、镍、铁、铜等金属酚盐或金属氧化物微粒等。涂料为丙烯酸、聚氨基甲酸乙酯和环氧类等,这些涂料与塑料表面可以牢固地粘结。涂复方法有喷涂、刷涂和浸涂等,其中以喷涂为佳。涂膜厚度为1～25μｍ。形成涂膜的干燥温度为5～80℃。
2.2活化
涂复在塑料表面的聚合物涂膜必须进行活化处理,才能使涂膜中的催化剂具有催化性能。例如,在塑料表面上涂复含有ＰｄＳＯ4等金属盐的聚合物涂料,干燥以后采用ＮａＨ2ＰＯ2溶液进行还原处理,才能具有化学镀的催化作用,又如在塑料表面上涂复含有钯和钛的复合金属氧化物的聚合物涂料,干燥以后可以用Ｈ2ＳＯ4等进行催速处理。
2.3喷镀
经活化处理后的涂膜表面上同时分别从各自的喷嘴中喷射出含有金属离子的金属盐溶液和含有还原该金属离子的还原剂溶液,形成电镀用的导电性金属层。适宜的金属离子有Ｎｉ2+、Ｃｕ2+、Ａｇ+等。金属盐溶液喷射涂复时,分别喷出的溶液在聚合物涂膜面附近相遇,并以混合状态附着于聚合物涂膜表面上,或者金属盐溶液和还原剂溶液以上下积层状态喷射在涂复的聚合物表面上。含有金属离子的金属盐溶液与还原剂溶液的组合方式可举例如下:
(1)以氨性ＡｇＮＯ3为金属盐溶液时,还原剂为乙二醛,添加含ＨＮＯ3的葡萄糖和硫酸肼等溶液。
(2)金属盐溶液以ＫＮａＣ4Ｈ4Ｏ6为络合剂的碱性铜溶液时,还原剂为乙二醛和硫酸肼等溶液。
(3)金属盐溶液为ＮＨ4Ｃｌ和ＮｉＣｌ2溶液时,还原剂为硼氢化钠(ＮａＢＨ4)和ＮａＨ2ＰＯ2溶液。
含有非导电性催化剂的聚合物涂膜面上喷射了金属盐溶液和还原剂溶液以后,立即发生还原金属盐的化学镀反应,形成了电镀用的导电性金属层的基底。
2.4电镀
在化学镀形成的导电性金属层上施镀,形成满足实用要求的电镀层。
3应用
例1采用120ｍｍ×130ｍｍ×1ｍｍ的ＡＢＳ板,按照下列工艺程序进行处理。
(1)形成聚合物涂膜
在ＡＢＳ板的一面上喷涂含钯的聚合物涂料,65℃,干燥90ｍｉｎ。
(2)化学镀铜
以Ｃｕ2+盐溶液∶还原剂溶液=1∶1的比例,在30ｋＰａ喷射压力下,同时分别从各自的喷嘴中喷射Ｃｕ2+盐溶液和还原剂溶液到ＡＢＳ板的聚合物涂膜表面上,开始迅速呈现黑褐色,紧接着呈现光亮的金属铜光泽,形成了导电性化学镀铜层。
(3)电镀
金属盐溶液和还原剂溶液喷射时产生的废液中含有ＫＮａＣ4Ｈ4Ｏ6,添加0.1ｇ/ＬＦｅＣｌ3,接着采用Ｃａ(ＯＨ)2和ＮａＯＨ的混合液,调至ｐＨ值11.5以上,生成凝聚沉淀,这时废液中的Ｃｕ2+浓度仅为1ｍｇ/Ｌ以下。
例2在100ｍＬ聚氨基甲酸乙酯水分散体(固体成份质量分数30%)中添加10ｍｇＰｄＣｌ2,制成分散的聚合物涂料,喷涂到ＡＢＳ板上,40℃,干燥1ｈ,形成约为5μｍ厚度的聚合物涂膜。接着浸渍于1ｇ/Ｌ的ＮａＢＨ4溶液中,还原析出金属钯。然后按照例1的工艺,喷射金属盐溶液和还原剂溶液,在ＡＢＳ板的聚合物涂膜表面形成导电性化学镀铜层,再进行电镀铜。
例3采用120ｍｍ×130ｍｍ×1ｍｍ的ＡＢＳ板,按照下列工艺程序进行处理。
(1)形成聚合物涂膜
在ＡＢＳ板的单面上喷涂上述聚合物涂料,在65℃干燥90ｍｉｎ,形成5μｍ厚度的聚合物涂膜。
(2)催化
在聚合物涂膜上喷淋由1ｇ/ＬＳｎＯ和4ｇ/ＬＮａＯＨ混合搅拌配制而成的透明水溶液,以便在聚合物涂膜表面吸附催化剂,然后充分喷淋水洗。
(3)化学镀银
用ＡｇＮＯ3和氨水配制成银氨溶液。还原剂溶液采用100ｍＬ质量分数为40%乙二醛溶液。
然后按例1的工艺,喷射金属盐溶液和还原剂溶液,在ＡＢＳ板的聚合物涂膜表面形成导电性银层。
(4)电镀
同例1,电镀光亮酸铜。
银氨溶液和还原剂溶液喷射时产生的废液中添加过量ＮａＣｌ,残存的Ａｇ+以ＡｇＣｌ沉淀,然后把沉淀脱水干燥而回收。
例4采用120ｍｍ×150ｍｍ×1ｍｍＡＢＳ板,按照下列工艺程序进行处理。
(1)形成聚合物涂膜
在ＡＢＳ板的两面上喷涂含有Ａｇ2Ｏ和ＳｉＯ2的聚合物涂料,65℃干燥90ｍｉｎ,形成5μｍ厚度的聚合物涂膜。
(2)催化
在聚合物涂膜上喷淋,以便在聚合物涂膜上吸附钯催化剂。
(3)化学镀镍
然后按例1的工艺,喷射金属盐溶液和还原剂溶液,在ＡＢＳ板的聚合物涂膜表面形成导电性镍层。
(4)电镀镍
上述Ｎｉ2+溶液和还原剂溶液喷射时产生的废液中添加铁盐,使溶液ｐＨ值为10以上,通过凝聚沉淀可以使废液中Ｎｉ2+浓度降低到0.5ｍｇ/Ｌ以下。
按照ＡＳＴＭＤ 3359标准规定的横切胶带试验方法进行镀层剥离试验。结果表明,从例1～例4中获得的镀铜层和镀镍层的附着性优良,都没有发生镀层剥离现象。
4结论
上述工艺的特点:
(1)无须采用传统的化学镀铜工艺,减少污染,保护环境。而且,可以简便、经济、稳定地形成附着性优良的电镀层。
(2)金属盐溶液和还原剂溶液直到喷射时都是分别单独保存的,溶液稳定性高,还原析出速度快,比传统化学镀的作业时间大大缩短。
(3)无须使用金属离子的稳定剂,金属盐溶液和还原剂溶液喷射时产生的废液容易处理。
(4)由于喷涂的聚合物涂料中不含增加粘度的金属或者石墨等导电性填料,因而不会产生镀层的不均匀问题,镀层均镀性优良。
(5)预定电镀表面的凸起或凹陷等形状复杂部位的聚合物涂膜厚度仅为5μｍ左右,因而有利于提高复杂部位的尺寸精度。特别适用于电子设备等塑料机壳的表面电镀,具有优良的ＥＭＩ屏蔽特性和带电防止特性。
