塑料電鍍工藝及其日常維護

徐金來，容乃權(quán)，趙國鵬，胡耀紅，王華，姚頌雄

（廣州市二輕工業(yè)科學技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663）

塑料電鍍工藝及其日常維護

徐金來*，容乃權(quán)，趙國鵬，胡耀紅，王華，姚頌雄

（廣州市二輕工業(yè)科學技術(shù)研究所，廣東 廣州 510663）

介紹了適用于電鍍的塑料種類，提出了一種塑料電鍍的工藝，其流程主要包括：化學除油，粗化，中和，預浸，鈀活化，解膠，化學鍍鎳，鍍焦銅或者鍍鎳，鍍酸銅，鍍半光鎳，鍍高硫鎳，鍍?nèi)怄?，鎳封和鍍鉻。給出了各工序的溶液組成及工藝參數(shù)。分析了漏鍍、結(jié)合力不良、掛具上鍍、麻點等故障的產(chǎn)生原因，并給出了解決方法。

塑料；電鍍；維護；故障排除

1 前言

塑料件具有質(zhì)輕、易注塑成型、成本相對低等優(yōu)點，因而廣泛應用于汽車、衛(wèi)浴、家電、數(shù)碼電子產(chǎn)品等領域。電鍍后的塑料件具有金屬的質(zhì)感，兼有非常吸引人的外觀，更為重要的是可替代一些笨重的金屬產(chǎn)品。隨著塑料零部件在汽車、電子產(chǎn)品上更為廣泛的應用，塑料電鍍將迎來巨大的市場機會。塑料零件外形越來越復雜，質(zhì)量要求高，這給電鍍工藝帶來更大的挑戰(zhàn)。廣州二輕研究所針對上述要求，研發(fā)出一套適合塑料電鍍的工藝，經(jīng)受了生產(chǎn)的長期考驗，電鍍的產(chǎn)品有電子開關(guān)按鈕、汽配件、冰箱把手、洗衣機密封蓋等零件，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，部分產(chǎn)品出口到日本、歐美等國家和地區(qū)。

2 素材及工藝流程

2. 1 素材

可進行電鍍的塑料種類有聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚醛樹脂、聚酯、聚丙烯樹脂、ABS樹脂等，以ABS樹脂最為常用[1]。

ABS樹脂經(jīng)注塑、吹塑等方法可加工成塑料件，其主要生產(chǎn)廠家有奇美實業(yè)、拜耳化工、LG化學、GE塑料、巴斯夫、陶氏化工等。

ABS中通常還加入其他樹脂進行改性，如加入PC(聚碳酸酯)可提高耐熱性、力學強度、韌性等，加入 PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)可制造出透明的 ABS塑料。為了節(jié)約成本，有時也加入一些填料或顏料。

一般來說，純的ABS電鍍效果最好；加入PC的ABS在電鍍前需要進行膨脹處理以提高鍍層與基體之間的結(jié)合力；加入再生料、填料或顏料的ABS在電鍍時質(zhì)量難以保證，其前處理工藝也較難把握，且對鍍液的毒化作用明顯。因此，電鍍廠家在對ABS電鍍時應了解材料的構(gòu)成。

2. 2 工藝流程

上掛─化學除油─水洗2道─粗化─回收2道─逆流漂洗2道─中和─純水洗3道─預浸─鈀活化─純水逆流漂洗3道─解膠─純水逆流漂洗3道─化學鍍鎳─純水逆流漂洗 3道─焦銅或者鍍鎳─逆流漂洗3道─酸銅─回收─逆流漂洗3道─半光鎳─高硫鎳─全光鎳─鎳封─逆流漂洗3道─鍍鉻─逆流漂洗3道─純水洗─吹水─烘干。

3 工藝配方及條件

3. 1 化學除油

3. 2 粗化

3. 3 中和

3. 4 預浸

3. 5 鈀活化

3. 6 解膠

3. 7 化學鎳

3. 8 鍍焦銅

3. 9 鍍酸銅

3. 10 多層鎳

3. 10. 1 半光亮鎳

3. 10. 2 高硫鎳

3. 10. 3 光亮鎳

3. 10. 4 鎳封

3. 11 鍍鉻

4 工藝說明及維護

塑料電鍍與普通五金電鍍既有相同又有不同，其主要步驟是金屬化過程，即化學鍍鎳前的工藝控制以及維護，關(guān)鍵的控制點在粗化，鈀活化與解膠的配合，以及化學鍍鎳工序上。

4. 1 毛坯

只有少數(shù)的塑料可以電鍍，具有代表性的是ABS、PC或其改性的塑料。

注塑工藝對電鍍有很大影響[2]，注塑條件、工藝及后處理對塑料電鍍后的結(jié)合力均有影響。塑料注塑后通常要進行應力消除，以保證電鍍的結(jié)合力。另外，電鍍質(zhì)量還與塑件設計、選材、磨具設計、塑件成型工藝有很大的關(guān)系[3-4]，在塑件設計上應盡量避免盲孔以及厚度差異大，減少凹槽和尖端，保留足夠的裝掛位置。

4. 2 前處理

4. 2. 1 除油

其作用是去除塑料表面的污垢，使表面親水。有文獻[5]使用5 ～ 10 g/L高錳酸鉀和20 ～ 30 mL/L硫酸進行親水處理。如果ABS中加入了PC等改性物質(zhì)，還需要進行膨脹處理，一般使用有機溶劑，如丙酮或二氯乙烷等。

4. 2. 2 粗化

其作用是選擇性地去除塑料中的丁二烯(B)及苯乙烯(S)，使表面變得粗糙而提高鈀的結(jié)合力，同時為化學鎳提供錨合點，并使掛具鈍化，不上鍍。粗化分為含鉻粗化和無鉻粗化[6-7]，使用最多的是含鉻粗化。含鉻粗化液在使用過程中會形成三價鉻，要求控制其含量在5 ～ 15 g/L，超過8 g/L時最好進行電解，把三價鉻氧化成六價鉻，降低其含量。若不進行電解，三價鉻積累到一定程度后粗化液變成膠狀，粗化效果下降，結(jié)合力差，同時影響粗化液的分析結(jié)果。所以，對粗化液應該進行電解處理，定期清理底部沉淀物。通常在粗化液中加入一些潤濕劑以提高表面潤濕性和親水性，獲得更好的粗化效果，增強結(jié)合力。尤其是一些復雜零件的內(nèi)角位，溶液交換不足，增強粗化液的潤濕性有利于這些部位的粗化均勻。通過使用比較，BH-601粗化添加劑可以增強粗化液的潤濕性。

4. 2. 3 中和

又叫還原，其作用是把工件、掛具及接觸點中殘留的六價鉻還原成三價鉻，防止后續(xù)工藝受到六價鉻污染。六價鉻對鈀活化槽的毒害作用尤為嚴重，使鈀活性下降，并造成漏鍍。

4. 2. 4 預浸

其作用在于使工件表面酸化，進一步還原表面殘余的六價鉻，并保證活化槽的鹽酸穩(wěn)定。在以往工藝中，由于鈀膠體的活性不夠，通常會在預浸中加入氯化亞錫[8]，但由于氯化亞錫容易水解，鍍液很快變成絮狀，容易粘在工件表面，形成麻點或針孔。

4. 2. 5 鈀活化

其作用是把帶負電荷的鈀/錫膠體吸附于塑料表面，使不導電的塑料變?yōu)閷щ婓w，為化學鍍做基礎。BH-604A鈀活化劑含金屬鈀8 g/L，雖鈀含量極低，但活性高，從而大大減少帶出損失。BH-604B調(diào)整劑用作調(diào)整活化液中的氯化亞錫含量，當氯化亞錫含量低于2.5 g/L時，可加入調(diào)整劑來提高氯化亞錫的含量至工藝范圍。

4. 2. 6 解膠

其作用是除去鈀/錫膠體中的錫，留下高活性的鈀催化表面，去除掛具及絕緣膠上的催化劑，防止掛具上鍍。鈀活化和解膠的工藝配合很關(guān)鍵，配合不好則容易出現(xiàn)漏鍍。傳統(tǒng)的解膠有酸性解膠(主要為硫酸，或添加一定的鹽酸)和堿性解膠(采用氫氧化鈉)，然而簡單的酸或堿的解膠效果及穩(wěn)定性均較差，常出現(xiàn)解膠不足或解膠過度的情況。目前使用較多的是混合酸鹽體系，它具有穩(wěn)定、耐用的特點。BH-605解膠劑是固體解膠粉，與常規(guī)硫酸和堿解膠相比，具有穩(wěn)定，解膠時間和溫度范圍寬，便于控制，消耗量(主要為帶出損失)小等優(yōu)點，性價比很高，已得到不少用戶的信賴。

4. 2. 7 化學鎳

其作用是提供導電層，使后續(xù)電鍍得以進行?；瘜W鎳的主要考核指標有啟動速度和鍍層電阻。通?？刂茊铀俣仍?0 ～ 25 s之間比較理想，超過30 s后容易出現(xiàn)漏鍍的情況。酸活化前，鍍層電阻控制在5 ～30 ?，電阻過大會使加厚電鍍導電不良。BH-310堿性化學鎳專為塑膠電鍍而研發(fā)，其啟動速度在15 ～ 20 s之間，酸活化前的電阻值在15 ?左右，所得鍍層白亮、細致，消耗量低，與其他同類型產(chǎn)品相比，具有很強的競爭優(yōu)勢。

4. 3 電鍍

化學鍍鎳后通常要進行加厚電鍍，增加鍍層厚度及改善導電性，防止觸點被擊穿。加厚電鍍主要有電鍍焦銅和電鍍鎳。焦銅往往節(jié)約成本，但也有一些缺點，如長時間使用后正磷酸根的積累容易導致漏鍍。要減少漏鍍情況的發(fā)生，可以適當降低鍍液溫度至40 °C左右和提高焦磷酸銅的含量。電鍍焦銅時可通過加入添加劑來改善鍍層光亮度，使酸銅出光更快。雙組分的焦銅添加劑BH-540A、BH-540B可以有效提高走位能力和光亮度，而且其消耗量小。電鍍鎳成本相對較高，但鍍液性能穩(wěn)定，鍍層更細致。

酸銅電鍍與一般五金電鍍相似，但又有不同。進行塑料電鍍的酸銅鍍槽絕對不可以與五金電鍍的酸銅鍍槽混用，其原因是后者有鐵離子的存在，而鐵離子會影響塑料表面的鍍層質(zhì)量，易出現(xiàn)麻砂、針孔等問題。其次，塑料鍍酸銅對走位性能要求也較高。因此，酸銅液需要定期補充，檢查更換。BH-532系列產(chǎn)品能滿足生產(chǎn)的需要。

廣州二輕研究所在多層鎳上具有豐富的經(jīng)驗，主要有BH-963系列半光鎳和BH-98系列全光鎳。半光鎳與全光鎳之間的電位差應控制在120 mV以上，同時必須具備良好的走位及整平性，維護方便。BH-963系列完全能滿足生產(chǎn)要求，而且性價比與同類產(chǎn)品相比具有極大的優(yōu)勢。

光亮鎳BH-98系列具有深鍍能力優(yōu)異、柔軟性極佳、填平性高、沉積速度快等優(yōu)點，可以縮短光亮鎳的電鍍時間，提高生產(chǎn)效率。

鍍鉻容易出現(xiàn)的問題是露黃、發(fā)黑和擊穿。露黃主要是由于鍍液走位差、陰陽極距離太近或者陽極導電不良，要根據(jù)實際情況進行排除及調(diào)整。發(fā)黑主要是由于光亮鎳光劑過量或者使用了劣質(zhì)的鉻酸酐等。擊穿是因為導電不良的觸點處金屬太薄或鍍鉻電流過大致使觸點金屬溶解，一般會直達塑料基體，進而造成不上鉻而發(fā)黃。

4. 4 故障及排除

在電鍍過程中，大多數(shù)的故障都與前處理有關(guān)，塑料電鍍也不例外。塑料電鍍過程的主要故障有漏鍍、結(jié)合力不良、掛具上鍍、麻點或針孔等[9]。

4. 4. 1 漏鍍

引起漏鍍的原因及處理方法見表1。

表1 塑料電鍍漏鍍故障的原因及處理辦法Table 1 Causes of skip plating during plastic electroplating and its countermeasures

一旦發(fā)現(xiàn)工件出現(xiàn)漏鍍，不要繼續(xù)進行下一工序，而應該褪鍍后重新作前處理。

4. 4. 2 結(jié)合力不良

(1) 粗化不良──粗化不足和過度均會引起結(jié)合力不良，剝離鍍層后可見膠件表面較光亮。處理方法是調(diào)整粗化時間，或者做預粗化處理。

(2) 鈀活化不夠──工件表面鈀催化點不足，沉鎳時呈橋梁狀結(jié)構(gòu)。處理方法是補充鈀水濃度，提高鈀水的活性。

(3) 膠件表面贓污──坯料開模時可能有脫模劑殘留。處理方法是延長除油時間，或作預處理。

4. 4. 3 掛具上鍍

(1) 新掛具未經(jīng)粗化液浸泡老化，容易上鎳。新掛具一般需經(jīng)粗化液粗化。

(2) 解膠不足。鈀活化后太多的鈀吸附于掛具表面而使化學鎳得以沉積。通過縮短鈀活化時間或降低活化劑濃度均可解決此問題；延長解膠時間和提高解膠溫度，或者開啟解膠打氣，亦可解決此問題。

(3) 粗化時間短。尤其在做返工件時，粗化時間不能長；一些有填充料的工件也要求粗化時間不能過長。

4. 4. 4 麻點

(1) 素材坯料本身缺陷。衛(wèi)浴產(chǎn)品經(jīng)常在注塑成型時有凹坑、劃痕等缺陷，因此在來料檢驗時須嚴格把關(guān)。

(2) 化學鎳有鎳渣?；瘜W鎳長時間未清缸處理容易出現(xiàn)鎳粉，在沉鎳時容易共沉積而導致在后續(xù)電鍍中出現(xiàn)麻點。因此，化學鎳缸需每個星期清缸一次。

(3) 酸銅雜質(zhì)麻點。鍍酸銅出現(xiàn)麻點也是一個可能原因。通常進行電解處理是個好辦法。另外，過濾泵需長期開動以過濾雜質(zhì)。

(4) 前處理不良，生產(chǎn)粉塵太多，鍍液雜質(zhì)過多，光劑失調(diào)等也會造成麻點。

5 結(jié)語

塑料電鍍工藝是比較成熟的工藝。由于人們對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，因此必須選擇工藝穩(wěn)定、品質(zhì)高、容易調(diào)控的電鍍添加劑產(chǎn)品。廣州二輕研究所擁有整套塑料電鍍配套產(chǎn)品，能夠完全滿足生產(chǎn)質(zhì)量的要求。塑料電鍍工藝控制的重點在前處理線，金屬化過程處理得好，則后續(xù)電鍍與五金電鍍差別不大。

[1] 陳瓊. 塑料電鍍的原理與應用[J]. 廣西化工, 1990 (1): 37-40.

[2] 吳利英. ABS塑料加工工藝對塑料電鍍的影響[J]. 航空工藝技術(shù), 1999 (3): 58-59.

[3] 吳利英. 影響塑料電鍍的塑料工藝因素分析[J]. 現(xiàn)代塑料加工應用, 2002, 14 (6): 11-13.

[4] 史曉川, 劉利芳, 楊之明. 模具結(jié)構(gòu)與注塑工藝對塑料電鍍的影響[J].汽車工藝與材料, 2007 (4): 55-57.

[5] 周恒臻. ABS塑料電鍍粗化前處理的改進[J]. 電鍍與涂飾, 1982, 1 (2): 23-26.

[6] 洪祥樂, 歐陽錫, 黃桂玉, 等. ABS塑料電鍍中無鉻粗化液的研究[J].佛山大學佛山師專學報(理工版), 1990, 8 (2): 49-52.

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[9] 郝杰芬. ABS塑料電鍍中出現(xiàn)的問題及解決方法[J]. 電鍍與精飾, 2000, 22 (1): 31-32.

Process for electroplating on plastics and its routine maintenance //

XU Jin-lai*, RONG Nai-quan, ZHAO Guo-peng, HU Yao-hong, WANG Hua, YAO Song-xiong

The types of plastics suitable for electroplating were introduced. A process for electroplating on plastics was developed. The process flow consists of chemical degreasing, roughening, neutralizing, pre-dipping, palladium activating, peptizing, electroless nickel plating, pyrophosphate copper plating or nickel plating, acid copper plating, semi-bright nickel plating, high-sulfur nickel plating, full-bright nickel plating, nickel sealing, and chromium plating. The bath composition and operation parameters of individual procedure were given. The causes of some troubles, such as skip plating, poor adhesion, plating on racks, and pitting, were analyzed, and their countermeasures were presented.

plastic; electroplating; maintenance; troubleshooting

Guangzhou Etsing Plating Research Institute, Guangzhou 510663, China

TQ153.1

A

1004 – 227X (2011) 11 – 0016 – 05

2011–04–28

2011–06–07

徐金來（1979–），男，廣東云浮人，工程師，主要從事金屬表面處理研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) kingcome@126.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]