倪孝平, 顧 斌, 吳麗麗

(湖州金泰科技股份有限公司,浙江湖州 313001）

ABS/PC孿體復(fù)合件電鍍工藝研究

倪孝平, 顧 斌, 吳麗麗

(湖州金泰科技股份有限公司,浙江湖州 313001）

0 問題的提出

2009年,某電子企業(yè)要求本單位為該企業(yè)生產(chǎn)的手機(jī)按鍵進(jìn)行塑料電鍍。鍍種有:裝飾鉻、亞光鎳、黑鉻等。該手機(jī)的OK鍵框是ABS材料,鍵中心是PC材料。OK鍵的鍵框要求鍍裝飾鉻,鍵中心的紅綠色PC孿體要求不能鍍上鍍層,使鍵框與鍵中心紅綠凸顯。但經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐,PC中心鍵與ABS鍵框之間不是不上鍍就是沾上鍍層,存在著界限不清,鍵中心總是稍有上鍍的弊病。

為了解決這一缺陷,本公司在原有配方上進(jìn)行了改進(jìn)。終于在2009年底篩選出適宜ABS/PC孿體復(fù)合件電鍍的方法,取得了良好的效果。本文就前處理至實(shí)踐控制予以討論。

1 工藝流程

2 主要工序說明

2.1 去應(yīng)力

由于塑料受注塑或壓膜時(shí)的工藝條件(如溶化溫度、注射速率和壓力）的影響,所以成型后的塑料按鍵制品產(chǎn)生不同程度的內(nèi)應(yīng)力和組織定向結(jié)構(gòu)。在沒有內(nèi)應(yīng)力的情況下,ABS中的丁二烯呈球形,塑料硬組分(苯乙烯-丙烯晴）的強(qiáng)定向性會(huì)導(dǎo)致丁二烯的明顯變形。這種現(xiàn)象不易為人眼所察覺而被忽視,但對以后形成的鍍層、對塑料間的結(jié)合力都存在隱患,內(nèi)應(yīng)力集中的部位易造成局部結(jié)合力低下。如果發(fā)現(xiàn)同一類按鍵制品鍍層普遍存在同一部位結(jié)合力不好,通常是內(nèi)應(yīng)力過大造成的。內(nèi)應(yīng)力的存在與否可通過冰醋酸浸蝕法檢測。方法是任意取出數(shù)個(gè)按鍵經(jīng)干凈紙巾干擦,將塑料表面油污除凈后浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 100%的冰醋酸中,浸漬 2～3 min,然后用水仔細(xì)地清洗表面,晾干(不能擦干）。觀察表面(最好用5～20倍放大鏡觀察）,正常是表面均勻發(fā)暗,當(dāng)出現(xiàn)有雪花發(fā)白現(xiàn)象,表明內(nèi)應(yīng)力很大;表面出現(xiàn)很多裂紋、均勻發(fā)暗,表明內(nèi)應(yīng)力不均勻。實(shí)踐證明,ABS制品上粗化不良的部位與醋酸試驗(yàn)泛白的區(qū)域往往是一致的。

內(nèi)應(yīng)力大的塑料制品是不適于電鍍的,需用熱處理的方法來消除內(nèi)應(yīng)力。如ABS塑料,可用稍低于制品變形溫度烘烤數(shù)小時(shí)(如溫度65～75℃,4 h以上）的方法來消除內(nèi)應(yīng)力。其次還可以用溶劑處理來替代熱處理。方法是采用丙酮水溶液來消除成型不良的ABS塑料件的內(nèi)應(yīng)力。丙酮與水的體積比為1∶3,在室溫下浸泡20～30 min,效果良好。但需注意:丙酮用后應(yīng)加蓋,防止明火;其濃度過高或處理時(shí)間過長都不可取;丙酮易揮發(fā),需每天補(bǔ)加。這樣既可以消除內(nèi)應(yīng)力,又能達(dá)到去油的目的,所以在業(yè)界把它稱為脫脂整面術(shù)。據(jù)稱此法去應(yīng)力效果較熱處理的要好。

2.2 除油

除油的目的在于除去塑料表面的油污,使得塑料件表面能均勻地進(jìn)行粗化。除油液有堿性和酸性兩種。酸性除油液含有鉻酸和硫酸(或采用粗化回收液）,這種溶液用的不多。本文采用堿性除油溶液。

堿性除油工藝規(guī)范:(1）SL-30除蠟水40～60 mL/L,60～70℃,4～10 min,更換周期為 100 dm2/L工作液;(2）u-152除油劑50～100 g/L,60～70℃,2～10 min,更換周期為700 dm2/L工作液。

2.3 化學(xué)粗化

鉻酸 380～410 g/L,硫酸 380～410 g/L,65～70 ℃(輪轂蓋 68 ℃）,6～15 min。

2.3.1 粗化機(jī)理

ABS塑料是3種成分以兩相組成的聚合物。其中丙烯腈和苯乙烯組成ABS塑料的樹脂相,即:堅(jiān)硬相;丁二烯構(gòu)成 ABS塑料的橡膠相,即:柔軟相。橡膠相在鉻酸-硫酸型粗化液中被選擇地溶解。有人用掃描電子顯微鏡觀察到ABS塑料表面形成了深度達(dá)1μm的大量均勻似袋狀的微孔,對樹脂相卻沒有明顯影響。在粗化刻蝕過程中,樹脂的硬度和強(qiáng)度幾乎沒有降低。

表1 粗化效果

在上述粗化過的ABS塑料表面,由于丁二烯溶解形成小孔而為下道鈀活化工序提供吸附條件。這些貴金屬離子將在化學(xué)鍍時(shí)被還原成金屬,并作為化學(xué)鍍時(shí)被沉積的結(jié)晶核心。從掃描電鏡可以看出,在化學(xué)鍍后,沉積的金屬已經(jīng)完全填滿了整個(gè)孔穴。金屬鍍層像無數(shù)個(gè)微小的“嵌鈕”插入塑料表面孔穴之內(nèi),從而能形成牢固的化學(xué)鍍層。

2.3.2 粗化后的質(zhì)量檢驗(yàn)

粗化效果的檢驗(yàn)主要靠目測,即:工件粗化清洗潔凈后吹干,觀察其表面粗化效果,如表1所示。

2.3.3 粗化液維護(hù)和再生

(1）要防止除油堿液的帶入,除油后工件要反復(fù)清洗后才能進(jìn)入粗化槽,以防止粗化液被中和。

(2）粗化液生產(chǎn)過程中,其體積要保持穩(wěn)定,對于溶液蒸發(fā)的損失可用回收液給予補(bǔ)充,并需要定期對粗化液進(jìn)行分析(每日調(diào)校體積后需充分?jǐn)嚢韬笕樱?及時(shí)調(diào)整鉻酸和硫酸的質(zhì)量濃度。

(3）粗化液生產(chǎn)過程中,由于ABS樹脂中的丁二烯氧化溶解,把六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻,當(dāng)三價(jià)鉻的質(zhì)量濃度超過20 g/L以后,粗化效率降低。有人曾做過試驗(yàn),當(dāng)三價(jià)鉻的質(zhì)量濃度累計(jì)到30 g/L時(shí),結(jié)合力降低一半,累計(jì)到80 g/L時(shí),結(jié)合力幾乎降到零。這時(shí)即使再加鉻酸也無濟(jì)于事。因此在生產(chǎn)中應(yīng)定期采用電解或連續(xù)電解將三價(jià)鉻氧化成六價(jià)鉻而再生。隔膜電解液每天補(bǔ)充20 mL硫酸,每3天更換1次(送三廢站處理）并清洗極板1次,每2個(gè)月清理粗化液缸腳1次并補(bǔ)充槽液。

(4）雜質(zhì)離子中Cu2+將使粗化液刻蝕變慢,并縮短粗化液的使用壽命,所以扎產(chǎn)品的銅線必須鍍鎳后方能使用。

(5）粗化液中混入Cl-也會(huì)影響結(jié)合力,應(yīng)注意到回收液補(bǔ)充水必須是去離子水。

(6）工件如掉落至粗化槽中應(yīng)及時(shí)設(shè)法取出,否則其在粗化液內(nèi)被腐蝕,造成粗化質(zhì)量下降。

2.4 還原

還原的目的是將粗化后的工件與掛具接觸點(diǎn)中可能殘留的六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻。杜絕后續(xù)工序受到六價(jià)鉻危害從而有效地延長使用壽命。

2.4.1 還原液工藝規(guī)范

CR-還原劑 40～55 mL/L,p H值 3.0～3.5(用 HCl調(diào)整）,室溫 ,1～5 min。

2.4.2 還原液的維護(hù)和管理

工藝溫度為室溫,時(shí)間為3 min,2 h測1次p H值并檢查1次液面,同時(shí)補(bǔ)充適量還原劑。

2.5 活化前預(yù)浸

預(yù)浸的主要目的是為了保護(hù)活化鈀液,保持鈀液穩(wěn)定,使其具有良好的催化性能和較長的使用壽命,預(yù)浸后可以不用水清洗直接進(jìn)活化鈀液槽。

預(yù)浸液工藝規(guī)范:HCl 300 mL/L,室溫,空氣攪拌,更換周期為0.5 m2/L工作液。

2.6 鈀活化

膠體鈀為雙電層結(jié)構(gòu)膠團(tuán),活化時(shí),膠團(tuán)以[Pd]m為膠核,在塑料表面首先吸附Sn2+,再吸附Cl-,形成[nSn2+·2(n-x）Cl-]吸附層 ,在吸附層處又形成擴(kuò)散層2xCl-。這樣就在塑料件表面直接形成催化結(jié)晶中心。

鈀膠粒的比表面積較大,具有很強(qiáng)的吸附作用。將工件浸入活化液中,膠體鈀就擴(kuò)散到塑料件表面孔穴內(nèi)作為后續(xù)工序的化學(xué)鍍基礎(chǔ),提供電鍍條件。

膠體鈀活化液的特點(diǎn)是溶液穩(wěn)定,催化性能好和使用壽命長,尤其適用于化學(xué)鍍鎳。

2.6.1 活化工藝規(guī)范

活化劑 PL 6～15 mL/L,HCl(分析純）300 mL/L,20～30 ℃,2～4 min,空氣攪拌,濾速為1 h循環(huán)1次,更換周期為當(dāng)六價(jià)鉻達(dá)到50 mg或銅達(dá)到800 mg,用 HCl每天分析調(diào)整1次回收液。

2.6.2 活化液工藝維護(hù)和管理

(1）為了保持活化液的穩(wěn)定,活化液應(yīng)每天分析調(diào)整1次。

(2）工作時(shí)應(yīng)每小時(shí)檢測液面1次,如液面下降,不可用水補(bǔ)充,應(yīng)采用稀 HCl補(bǔ)給(化學(xué)分析純級）。

(3）活化液的p H值應(yīng)維持在＜1(有助于活化液趨于穩(wěn)定）,從而防止鈀液內(nèi)Sn2+氧化水解沉淀。

(4）循環(huán)過濾濾芯應(yīng)選擇6μm。過濾機(jī)應(yīng)每天清洗1次。

(5）活化槽應(yīng)每月清洗槽底1次,同時(shí)更換濾芯并補(bǔ)充新液。

(6）回收槽的p H值應(yīng)保持在3～4為好,但回收液不可回用于活化工作液中。

(7）活化液溫度應(yīng)嚴(yán)格控制,盡可能不要高于工藝上限。

(8）為保證鍍件均勻活化,生產(chǎn)過程中可采用工件移動(dòng)或微攪拌。

(9）停工時(shí)應(yīng)將活化槽蓋好,防止塵埃落入。如待產(chǎn)時(shí)間長,應(yīng)2～3日對活化液進(jìn)行1次充分?jǐn)嚢?時(shí)間為10～20 min,防止膠體鈀沉淀浪費(fèi)。

(10）活化液的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)嚴(yán)格控制在工藝范圍內(nèi),因?yàn)檫^高,易上掛;過低,會(huì)影響活化的穩(wěn)定性。

2.7 解膠

鈀活化后的塑料件,吸附著一層以鈀微粒為核心,外圍是Sn2+的膠體層。經(jīng)解膠處理后,把其周圍吸附的Sn2+溶解除去,使其具有催化活性。被嚴(yán)實(shí)包裹在里面的鈀能顯露出來,但不會(huì)損壞鈀的核心。

解膠液工藝規(guī)范:A K加速劑180～220 mg/L,20～45℃,2～4 min,需要攪拌,以5μm濾芯過濾,濾速為1 h循環(huán)2～3次,更換周期為2 m2/L工作液。

注意:經(jīng)解膠工序后必須認(rèn)真漂洗,否則會(huì)造成溶液互相污染而使化學(xué)鍍層的結(jié)合力降低。因此要保持合格的水質(zhì),好的水質(zhì)使化學(xué)鍍的沉積加快。

2.8 化學(xué)鍍

化學(xué)鍍工藝規(guī)范:化學(xué)鎳 KV-A 40～60 mL/L,化學(xué)鎳 KV-B 40～50 mL/L,化學(xué)鎳 NIHCC 40～55 mL/L,化學(xué)鎳穩(wěn)定劑按需加(通常為硫脲,氯化鉻等,mg級）,p H值 8.3～9.3,啟動(dòng)時(shí)間10～20 s,30～45 ℃,6～8 min。

3 前處理的改進(jìn)

手機(jī)OK鍵由于鍵框?yàn)锳BS材質(zhì),要求鍍裝飾鉻,鍵中心不允許有鍍層。我們曾改變化學(xué)鍍的操作條件:(1）降低化學(xué)鍍溫度;(2）適量添加穩(wěn)定劑;(3）p H值提至上限;(4）降低還原劑的質(zhì)量濃度等,均無效果(仍存在上述瑕疵）。

通過認(rèn)真梳理ABS/PC交界處沾鍍問題,認(rèn)為交界處沾鍍可能是交界處粗化溫度(68℃）過高,使得縫隙處(交界處）仍有 Sn2+存在。按照這一思路將前處理階段做如下改進(jìn):

(1）粗化溫度降低到工藝下限;(2）加強(qiáng)還原工序;(3）加強(qiáng)各個(gè)工序間的清洗;(4）嚴(yán)格控制活化液的體積分?jǐn)?shù),溫度,時(shí)間;(5）改進(jìn)解膠工藝配方,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的 H2O20.5～1.0 mL/L,A K加速劑 150～230 mL/L,HCl(化學(xué)純）13～15 mL/L,30～45℃,2～5 min,更換周期為6 m2/L工作液,生產(chǎn)中每小時(shí)補(bǔ)充200 mL HCl(化學(xué)純）;(6）嚴(yán)格控制化學(xué)鍍鎳的工藝配方及操作條件。

困擾我們數(shù)月的OK鍵鍵中心沾鍍問題終于得到徹底解決。由于我們技術(shù)水平有限,其中有關(guān)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

TQ 153

B

1000-4742(2011）05-0051-03

2010-09-25