PC/ABS塑料在漏鍍問題中的分析探討

印　琴， 沈　杰

(上海錦湖日麗塑料有限公司， 上海 201107)

0　前言

塑料電鍍裝飾件與結(jié)構(gòu)件在汽車生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要應(yīng)用在格柵、飾條、車標、門把手等汽車部位。能夠電鍍的塑料比較多，如ABS,PP,PA等[1]，其中ABS塑料具有較好的流動性和較高的鍍層結(jié)合力，因此被各個行業(yè)廣泛應(yīng)用。

與電鍍ABS材料相比，PC/ABS合金材料是通過聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)混合而制成的合金塑料[2]。PC/ABS合金塑料既有ABS良好的成型性，又兼具PC的抗沖擊性和耐熱性等性質(zhì)[3]?？紤]綜合成本等因素，PC/ABS合金材料成為車用選材之一。裝飾件對汽車來說有“先聲奪人”的視覺效果，因此各大廠商紛紛對其外觀與長期使用性能制定了嚴格的標準來保證其品質(zhì)。各大廠商對塑料電鍍件的質(zhì)量要求愈來愈高，電鍍裝飾件在生產(chǎn)過程中往往存在較多缺陷，比如漏鍍、麻點、氣泡等。常規(guī)缺陷分析方法有外觀檢查、X射線透視檢查、金相切片分析、熱分析、光電子能譜分析、顯微紅外分析、掃描電鏡分析以及X射線能譜分析等。本文通過這些技術(shù)手段，對電鍍漏鍍的失效情況進行了解析。

1　實驗部分

1.1　問題的提出

A公司為某汽車公司提供車用塑料電鍍飾條(PC/ABS基材)，在注塑后電鍍時發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)了麻點狀漏鍍現(xiàn)象，且漏鍍位置較集中(見圖1)。

圖1　漏鍍制件和漏鍍位置

1.2　實驗方案

(1) 運用金相顯微組織方法分析漏鍍位置的具體形貌，檢驗是否和材料相關(guān)。

(2) 運用紅外光譜分析漏鍍位置和非漏鍍位置的主要成分。

(3) 運用掃描電鏡分析漏鍍位置和非漏鍍位置的粗化程度。

1.3　儀器和設(shè)備

傅里葉紅外光譜儀(IR)：Carry 600 series FTIR microsepe，安捷倫科技有限公司；

掃描電子顯微鏡(SEM)：JEOL1230型，日本JEOL公司；

金相顯微鏡：BX51M，日本OLMPUS公司；

金相研磨拋光機：Labpol-5，美國Struers公司。

1.4　試樣制備

塑料電鍍件的金相制備流程為取樣→鑲樣→磨光→機械拋光(或電解拋光和化學(xué)拋光)→腐蝕。

首先選擇合適的、具有代表性的部位，采用冷鑲嵌的方法，將環(huán)氧樹脂和固化劑按一定比例配方進行固定、磨制，磨制過程要求樣件沒有鍍層倒邊、剝離等破損現(xiàn)象。鑲嵌時首先將試樣截面較平的一端倒置在平整的模具板上，將按照一定比例調(diào)配的粘稠狀環(huán)氧樹脂和固化劑混合物緩慢倒入模具內(nèi)(填滿為止)，放置7～8 h待填料固化即可。然后進行磨光，將對應(yīng)的砂紙粘貼在平板磁性圓片上，放在砂輪上，磨的時候直線向前推。按照砂紙由粗到細(220目/800目/1 200目/2 500目)的順序，反復(fù)操作，直到舊的磨痕全部消失，在整個磨面上得到方向一致均勻的新磨痕為止。最后進行拋光，拋光的目的是去除細磨時遺留下來的磨痕而獲得光亮的表面(便于觀測)。將拋光好的試樣水洗干凈或用酒精擦掉表面殘留的臟物后即可放在顯微鏡下觀察。

1.5　表征分析

結(jié)果表征用紅外色譜分析：采用熱壓薄膜的方法，將樣品放在壓片模具中加熱至熔融后再加壓力壓成厚度合適的薄膜進行檢測，波長范圍為500～4 000 cm-1；

用SEM進行粗化件的表面觀察并拍照：取粗化的試樣，液氮脆斷，然后對樣品斷面進行真空鍍金，以增強其導(dǎo)電性，對斷面形貌進行觀察和分析。

2　結(jié)果與討論

2.1　漏鍍位置進行金相切片顯微分析

通過金相分析可以看出漏鍍位置的形貌及鍍層和基材之間的關(guān)系。

在制件上分別選取了4個漏鍍位置進行斷面金相切片觀察(見圖2)，發(fā)現(xiàn)：

(1) 漏鍍位置一：在漏鍍位置沒有銅層，此處的鍍層總厚度為：37 μm；

圖2　不同漏鍍位置的金相顯微圖

(2) 漏鍍位置二：在漏鍍位置沒有任何鍍層，此處的鍍層總厚度為：38 μm；

(3) 漏鍍位置三：在漏鍍位置沒有任何鍍層，此處的鍍層總厚度為：39 μm；

(4) 漏鍍位置四：在此處位置，所有鍍層完好，此處的鍍層總厚度為：24 μm。

由于漏鍍在固定位置集中發(fā)生，因為正常情況下鍍層過厚容易出現(xiàn)粗糙、結(jié)瘤、脫落等疵??；過薄會容易出現(xiàn)光澤度差、發(fā)暗、發(fā)霧，在出光、鈍化的過程中容易露底。從圖2的金相切片圖片可看出鍍層的厚度并沒有多大的變化，因此需要通過另外的分析手段進行深入的分析。

2.2　漏鍍位置與制件進行紅外定量分析

組分也是影響電鍍性能的一個重要因素。通過紅外圖譜可以判斷出基材有無異物及不同區(qū)域的組分有無差異。采用熱壓薄膜的方法，即將樣品放在模具中加熱到軟化點以上或熔融后再加壓力壓成厚度合適的薄膜進行檢測[4]。

首先對A公司的材料進行了紅外分析。取鍍層漏鍍處，將漏鍍位置周圍的鍍層割開，采用熱壓的方法進行紅外實驗(見圖3)。選取4個正常的位置，將鍍層撕開，測試紅外。圖3顯示沒有出現(xiàn)特殊譜峰，可以判斷無異物產(chǎn)生。根據(jù)紅外定量分析原理，選取波數(shù)為2 237、1 081、966、701 cm-1的特征峰進行定量，發(fā)現(xiàn)漏鍍位置的PC質(zhì)量分數(shù)較高，B(丁二烯)質(zhì)量分數(shù)較低(見表1)。

1～4——正常位置1#～4#5——漏鍍位置5#

圖3漏鍍位置和正常位置紅外譜圖

表1　PC/ABS紅外定量數(shù)據(jù)(%，質(zhì)量分數(shù))

2.3　漏鍍位置的粗化分析

粗化不均也是引起塑料漏鍍的重要原因之一[5-6]。

PC/ABS的粗化使用鉻酸/濃硫酸刻蝕B(丁二烯)組分，使材料表面呈現(xiàn)微觀粗糙，增加鍍層與塑料基體的接觸面積，有助于增加清水性，增大金屬鍍層和塑料的結(jié)合力[5]。現(xiàn)將漏鍍集中位置用雙氧水和鹽酸溶液根據(jù)1∶1的比例進行退鍍，用SEM觀察表面的粗化程度(見圖4)。

(a) 300倍

(b) 1 000倍

(c) 正常位置1 000倍

PC/ABS中B(丁二烯)在粗化液中會被刻蝕。通過圖4比對可以看出，粗化件的表面存在明顯差異，表面刻蝕不均勻。這可能是由于各組分分布不均勻，導(dǎo)致漏鍍位置刻蝕力降低。結(jié)合表1得知，漏鍍位置的PC質(zhì)量分數(shù)較高，B(丁二烯)較低[7-8]。丁二烯質(zhì)量分數(shù)過低，會導(dǎo)致粗化不足，從而引起該處的鉚合點不足，鍍層附著力和結(jié)合力也會降低，嚴重者會出現(xiàn)上述漏鍍現(xiàn)象。PC質(zhì)量分數(shù)的增加，不利于粗化，也會容易出現(xiàn)漏鍍。因此PC的質(zhì)量分數(shù)高低是引起塑料漏鍍的主要原因。實驗結(jié)果表明，PC質(zhì)量分數(shù)占50%左右時導(dǎo)致粗化困難，從而出現(xiàn)了漏鍍。這就要求在生產(chǎn)過程中適當(dāng)?shù)慕档蚉C質(zhì)量分數(shù)，具體的最佳工藝參數(shù)將在后期進行更深入的研究。

3　結(jié)論

本文介紹了運用一些技術(shù)手段分析PC/ABS塑料電鍍漏鍍的失效原因，得出以下結(jié)論。

(1) 通過金相分析可以看出漏鍍位置的形貌及鍍層和基材之間的關(guān)系。

(2) 通過紅外圖譜可以判斷出基材有無異物及各組分有無差異，因為組分也是影響電鍍性能的一個重要因素。

(3) 通過漏鍍位置的粗化分析，發(fā)現(xiàn)橡膠質(zhì)量分數(shù)過低，會導(dǎo)致粗化不足，從而引起該處的鉚合點不足，鍍層附著力和結(jié)合力也會降低；橡膠質(zhì)量分數(shù)過高，會導(dǎo)致粗化過度，電鍍結(jié)合力降低。PC質(zhì)量分數(shù)的增加，不利于粗化，會容易出現(xiàn)漏鍍。