塑料制品设计与注塑成形工艺对塑料电镀的影响

1引言

塑料制品电镀以后,被赋于了复合材料的性能,制品表面硬度和耐磨性大大提高,且表面光滑美观,因而塑料电镀的应用日益广泛。如用作汽车外部装饰的散热格栅,轮罩等,就是用高性能ＡＢＳ塑料注塑成形后进行电镀的;龙头把手、淋浴喷头之类的各种室内卫生设备是以改性聚苯醚作为电镀基体材料的。但塑料制品电镀质量,如外观质量,镀层结合强度,热性能,镀层耐腐蚀性等均与塑料制品的设计、注塑成形工艺参数的选择密切相关。

2电镀用塑料制品的设计原则[1]电镀塑料制品除满足塑件本身的功能要求外,还应利于注塑成形(几乎只有注塑成形的塑料制品才能进行电镀)和电镀。

2.1塑料制品的壁厚设计[5]塑料制品壁厚均匀能促使冷却均匀,减少变形和收缩缺陷。壁厚应在2.3ｍｍ3.0ｍｍ范围内,最大壁厚不超过3.8ｍｍ,这是由于注塑成形时的冷却以及较厚的截面在冷却后会出现缩痕的缘故。最小壁厚应不小于1.9ｍｍ,原因是较薄截面强度差,且在注塑成形时注射压力在窄缝处损失较大,塑料熔体不易充满型腔,如果增大压力则使制品内应力增大,降低镀层结合强度。尽可能地避免厚度变化,否则冷却不均匀时就会发生制品的收缩和变形。壁厚不得不变时,则应使变化尽可能小,其间的过渡尽量平缓。同时,在设计模具时浇口位置应选在制品的大截面处,以利于大截面处的保压补缩和减小小截面上的内应力以及聚合物分子在此处的取向。因内应力和取向会降低镀层结合强度。为避免电镀塑件产生严重的热循环问题,在设计制品时一定要避免重量和面积之比过大,否则在注塑成形时产生不允许的收缩。如图1所示,不能把塑料把手设计成实心的。

2.2加强筋加强筋是从制品邻近平面的表面上延伸出来的线状突出物,它的作用是减小制品的体积和重量,并满足高强度和高刚度的要求。在许多情况下,使用交联的加强筋,以防止大而平的表面在注塑成形后产生弯曲和变形。加强筋的厚度应设计为交叉点处支承壁厚的50%60%。可以用许多小的加强筋来代替一条大的加强筋,以保持这一壁厚关系,并避免在此加强筋支承壁背面产生可见的缩痕。加强筋和支承壁相交处应设计适当的圆弧,以避免应力集中。还应设计至少有1°的脱模斜度,以易于制品的脱模。加强筋与壁厚的关系,支承壁的加强筋如图2所示。

2.3凸台凸台是制品表面的凸出物。用来连接和支承有关部件,凸台可以是实心的,也可以是空心的。关于加强筋壁厚的推荐值同样适用于凸台。为了提高凸台的强度,应采用加强筋,而不宜使凸台壁厚超过上述的推荐值。凸台高度不应超过凸台直径的两倍,并在过渡处设计圆角及不小于1°的脱模斜度,图3所示。

2.4边缘增强对于制品上无支持的边缘,可以用卷边或改变它的壁面等方法来增加它的强度。这样可以保证边缘具有足够的刚度,减少或消除变形对壁很薄时尤其适用。图3所示。

2.5圆角脱模斜度制品内、外平面的相交处的圆角都应尽可能大些,这样可以改善注塑成形时熔体的流动状态,减少零件在承受负载时产生严重的应力集中的可能性。设计制品时必须使其所有内、外表面都具有脱模斜度,这样才能在制品脱模时不致因粘滞和摩擦而损伤表面。且脱模时与一般塑料制品不同,电镀塑料不允许使用脱模剂,特别是有机硅喷雾,它会粘在制品上,降低镀层结合强度。若脱模实在困难也只能使用滑石粉或肥皂水作脱模剂。

3注塑成形工艺对塑件电镀结合强度的影响[23]

3.1干燥在注塑成形时,对塑料经过充分干燥是非常重要的,尤其是吸水性强的塑料。塑料在注塑机料筒内加热熔化时,塑料吸收的水分转变成蒸气。如注塑前不干燥脱水,这些水汽被压缩并压入制品后扩张成气泡,在制品表面上形成气泡或泪状痕迹,这种痕迹在电镀后常常立即出现并成为镀层的气泡,有时这些气泡仅在热循试验后出现。

3.2注塑温度注塑压力注塑速度

注塑成形时,应采用较高的注塑温度(一般为255275℃),较低的注射压力和较慢的注射速度。因为要使镀层获得良好结合强度的先决条件是,形成无内应力和无取向的表面。而取向是不可避免的,但通过提高熔体加工温度会使它与凝固温度之间的温度域增宽,聚合物分子松驰的时间长,有助于解除聚合物分子的取向效应。工艺上采用较高的模具温度也是基于相同的原因。较低的注射速度也同样可以减少取向。注射压力较高时,制品内应力增大,而且导致熔体在流动中的切应力和剪切速率提高,加剧聚合物分子的取向。塑料制品的内应力和聚合物分子取向会损害塑料电镀前的酸洗效果,这既减小了镀层的结合强度,也降低了镀层的交变强度。从图4中可以看出塑料温度在260℃左右,镀层结合强度最好,继续升温,结合强度提高很小,且过高的温度将导致塑料降解而变色,损坏表面外观质量。

4结束语

塑料电镀在生产上大规模的应用才有30多年的历史,塑料电镀目前正处在大力开发和推广应用的阶段。一旦聚烯烃类等廉价塑料的预处理工艺和镀层性能等方面取得重大突破,或者导电塑料在成本和性能上取得重大突破,塑料电镀又将出现一个新的飞跃。随着汽车工业的塑料化和全塑型汽车的出现,塑料电镀将有更加广阔的前景。