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)的手機按鍵進行塑料電鍍。鍍種有:裝飾鉻、亞光鎳、黑鉻等。該手機的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行了改進。終于在2009年底篩選出適宜ABS/PC孿體復合件電鍍的方法,取得了良好的效果。本文就前處理至實踐控制予以討論。

1 工藝流程

2 主要工序說明

2.1 去應力

由于塑料受注塑或壓膜時的工藝條件(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)應力和組織定向結(jié)構(gòu)。在沒有內(nèi)應力的情況下,ABS中的丁二烯呈球形,塑料硬組分(苯乙烯-丙烯晴）的強定向性會導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)應力過大造成的。內(nèi)應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)量分數(shù)為 100%的冰醋酸中,浸漬 2～3 min,然后用水仔細地清洗表面,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,當出現(xiàn)有雪花發(fā)白現(xiàn)象,表明內(nèi)應力很大;表面出現(xiàn)很多裂紋、均勻發(fā)暗,表明內(nèi)應力不均勻。實踐證明,ABS制品上粗化不良的部位與醋酸試驗泛白的區(qū)域往往是一致的。

內(nèi)應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)應力。如ABS塑料,可用稍低于制品變形溫度烘烤數(shù)小時(如溫度65～75℃,4 h以上）的方法來消除內(nèi)應力。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:丙酮用后應加蓋,防止明火;其濃度過高或處理時間過長都不可取;丙酮易揮發(fā),需每天補加。這樣既可以消除內(nèi)應力,又能達到去油的目的,所以在業(yè)界把它稱為脫脂整面術。據(jù)稱此法去應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鍍時被還原成金屬,并作為化學鍍時被沉積的結(jié)晶核心。從掃描電鏡可以看出,在化學鍍后,沉積的金屬已經(jīng)完全填滿了整個孔穴。金屬鍍層像無數(shù)個微小的“嵌鈕”插入塑料表面孔穴之內(nèi),從而能形成牢固的化學鍍層。

2.3.2 粗化后的質(zhì)量檢驗

粗化效果的檢驗主要靠目測,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 粗化液維護和再生

(1）要防止除油堿液的帶入,除油后工件要反復清洗后才能進入粗化槽,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充,并需要定期對粗化液進行分析(每日調(diào)校體積后需充分攪拌后取樣）,及時調(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,把六價鉻還原成三價鉻,當三價鉻的質(zhì)量濃度超過20 g/L以后,粗化效率降低。有人曾做過試驗,當三價鉻的質(zhì)量濃度累計到30 g/L時,結(jié)合力降低一半,累計到80 g/L時,結(jié)合力幾乎降到零。這時即使再加鉻酸也無濟于事。因此在生產(chǎn)中應定期采用電解或連續(xù)電解將三價鉻氧化成六價鉻而再生。隔膜電解液每天補充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個月清理粗化液缸腳1次并補充槽液。

(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-也會影響結(jié)合力,應注意到回收液補充水必須是去離子水。

(6）工件如掉落至粗化槽中應及時設法取出,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中可能殘留的六價鉻還原成三價鉻。杜絕后續(xù)工序受到六價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 還原液的維護和管理

工藝溫度為室溫,時間為3 min,2 h測1次p H值并檢查1次液面,同時補充適量還原劑。

2.5 活化前預浸

預浸的主要目的是為了保護活化鈀液,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,預浸后可以不用水清洗直接進活化鈀液槽。

預浸液工藝規(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,活化時,膠團以[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,具有很強的吸附作用。將工件浸入活化液中,膠體鈀就擴散到塑料件表面孔穴內(nèi)作為后續(xù)工序的化學鍍基礎,提供電鍍條件。

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

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,更換周期為當六價鉻達到50 mg或銅達到800 mg,用 HCl每天分析調(diào)整1次回收液。

2.6.2 活化液工藝維護和管理

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

(2）工作時應每小時檢測液面1次,如液面下降,不可用水補充,應采用稀 HCl補給(化學分析純級）。

(3）活化液的p H值應維持在＜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)過濾濾芯應選擇6μm。過濾機應每天清洗1次。

(5）活化槽應每月清洗槽底1次,同時更換濾芯并補充新液。

(6）回收槽的p H值應保持在3～4為好,但回收液不可回用于活化工作液中。

(7）活化液溫度應嚴格控制,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或微攪拌。

(9）停工時應將活化槽蓋好,防止塵埃落入。如待產(chǎn)時間長,應2～3日對活化液進行1次充分攪拌,時間為10～20 min,防止膠體鈀沉淀浪費。

(10）活化液的體積分數(shù)應嚴格控制在工藝范圍內(nèi),因為過高,易上掛;過低,會影響活化的穩(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。被嚴實包裹在里面的鈀能顯露出來,但不會損壞鈀的核心。

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

2.8 化學鍍

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

3 前處理的改進

手機OK鍵由于鍵框為ABS材質(zhì),要求鍍裝飾鉻,鍵中心不允許有鍍層。我們曾改變化學鍍的操作條件:(1）降低化學鍍溫度;(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）。

通過認真梳理ABS/PC交界處沾鍍問題,認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:

(1）粗化溫度降低到工藝下限;(2）加強還原工序;(3）加強各個工序間的清洗;(4）嚴格控制活化液的體積分數(shù),溫度,時間;(5）改進解膠工藝配方,質(zhì)量分數(shù)為30%的 H2O20.5～1.0 mL/L,A K加速劑 150～230 mL/L,HCl(化學純）13～15 mL/L,30～45℃,2～5 min,更換周期為6 m2/L工作液,生產(chǎn)中每小時補充200 mL HCl(化學純）;(6）嚴格控制化學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。由于我們技術水平有限,其中有關機理還有待進一步研究。

TQ 153

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1000-4742(2011）05-0051-03

2010-09-25