ĆWICZENIE NR 5

METALIZOWANIE TWORZYW SZTUCZNYCH

Pojęcie „metalizowanie” oznacza powlekanie powierzchni tworzywa sztucznego metalami. Proces ten ma za zadanie wykorzystanie zalet tworzywa i metalu, a mianowicie małego ciężaru właściwego, łatwości formowania i obrabiania tworzyw z jednej strony oraz właściwości elektrycznych, optycznych i cieplnych metali z drugiej.

Metody wytwarzania powłok metalowych na tworzywach sztucznych można podzielić na dwie zasadnicze grupy: bezprądowe oraz prowadzone przy zastosowaniu prądu elektrycznego. Według innej systematyki metody te można podzielić na mechaniczne oraz na chemiczne lub elektrochemiczne. Do pierwszej grupy metod bezprądowych i jednocześnie mechanicznych zalicza się:

1. Naklejanie folii metalowej lub jej tłoczenie,

2. Metalizowanie natryskowe,

3. Nanoszenie proszku metalu np, grafitu, Cu, Ag w odpowiednim ośrodku np. w postaci zawiesiny lub pasty,

4. Naparowywanie cieplne w wysokiej próżni 10^-4 Tr,

5. Rozpylanie katodowe w próżni 10^-2 Tr,

6. Metalizowanie pyrolityczne z fazy gazowej pod ciśnieniem atmosferycznym.

Drugą grupę stanowią:

7. Metod chemiczne - polegające na wytwarzaniu powłok w kąpielach zawierających sole metali, na skutek redukowania metalu bez użycia prądu elektrycznego,

8. Metoda elektrolityczna - na wytworzone chemicznie powłoki metaliczne osadza się powłoki metodą galwaniczną.

Spośród wymienionych metod - najczęściej stosowana jest metoda elektrolityczna.

Osadzanie powłok galwanicznych na tworzywach sztucznych możliwe jest dopiero po uzyskaniu na ich powierzchni pierwszej, elektrycznie przewodzącej warstwy. Bardzo ważnym czynnikiem rzutującym na dalszy ciąg procesu jest przyczepność pierwszej warstwy do podłoża. Dlatego też wstępne operacje odtłuszczania i kondycjonowania stanowią najbardziej odpowiedzialne etapy metalizowania.

Duży wpływ na przyczepność powłok metalicznych wywiera również rodzaj po­wlekanego tworzywa.

Proces przedstawiony w niniejszym ćwiczeniu obejmuje detale wykonane z tworzywa ABS (akrylo-nitrylo-butadieno-polistyren). W oparciu o ten proces można osadzać na wyrobach wykonanych z ABS zarówno matowe jak i błyszczące powłoki galwaniczne różnych metali: Cu, Ni, Cr, Ag, Au, Sn, Zn, Pb, mo­siądz i inne. W szczególności jednak proces ten odnosi się przede wszystkim do galwanicznego pokrywania elementów wykonanych z ABS powłokami dekoracyjno - ochronnymi Cu - Ni - Cr.

Elementy przeznaczone do metalizowania podda się następującym proce­som przygotowawczym:

1. Kondycjonowanie - przeprowadza się w roztworze o składzie:

Wskutek zanurzenia elementu z ABS do kąpieli kondycjonującej, na jego powierzchni zachodzą reakcje:

2. Uczulanie w roztworze:

Obróbka w kąpieli uczulającej powoduje następujące reakcje:

3. 
   Aktywowanie - stosuje się następujące roztwory:

lub

Zachodzą tu dalsze reakcje:

4. 
   Chemiczne miedziowanie - kąpiel zestawia się z roztworów:

Roztwory miesza się bezpośrednio przed użyciem, bowiem silnie alkaliczne środowisko sprzyja redukcji miedzi, która w postaci proszku osiada na dnie naczynia. W wyniku redukcji miedź osadza się również na przygotowanej po­wierzchni tworzywa, tworząc zwartą, przyczepną powłokę:

Coraz częściej stosuje się tzw. stabilizatory kąpieli, które zapobiegają niekontrolowanej redukcji miedzi na ściankach naczyniach. Są nimi przeważ­nie związki organiczne, zawierające siarkę oraz alkohole.

W niektórych przypadkach zamiast powłoki miedziowej wytwarza się chemi­czną powłokę niklową .z kąpieli:

Elementy z wytworzoną chemicznie powłoką metaliczną poddaje się dalej obróbce galwanicznej.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z procesem wytwarzania powłoki metalicznej na ABS i innych tworzywach sztucznych.

Przebieg ćwiczenia

I. Metalizowanie ABS-u.

Elementy z ABS-u należy odtłuścić w roztworze detergentów lub w 5% roztworze NaOH w temperaturze 50^oC w czasie 10 min. Przygotowanie elementów z ABS-u do niklowania i miedziowania chemicznego według trzech sposobów:

1. a) trawienie w kąpieli o składzie:

CrO₃ 450 g/dm³

H₂SO₄ stęż. 350 g/dm³

temperatura 60-65^oC

czas 10 min.

uczulanie w kąpieli o składzie:

SnCl₂ 10 g/dm³

HCl stęż. 40 cm³/dm³

temperatura 20-25^oC

czas 5 min.

aktywowanie w kąpieli o składzie:

PdCl₂ 0,2 g/dm³

HCl stęż. 3 cm³/dm³

temperatura 20-25^oC

czas 5 min.

Przygotować w ten sposób trzy detale.

b) trawienie w kąpieli o składzie jak w p.1. a)

w różnych czasach t = 2; 7; 10 min.

uczulenie jak w p. 1. a)

aktywowanie w kąpieli o składzie

Ag NO₃ 5 g/dm³

NH₃ (25%) 10 cm³/dm³

Przygotować w ten sposób 4 detale.

2. Trawienie w kąpieli o składzie:

CrO₃ 450 g/dm³

H₂SO₄ stęż. 350 g/dm³

temperatura 60-65^oC

czas 10 min

aktywowanie w kąpieli o składzie:

PdCl₂ 0,2 g/dm³

HCl stęż. 3 cm³/dm³

temperatura 20-25^oC

czas 5 min.

przyspieszanie w kąpieli o składzie:

NaH₂PO₂*H₂O 8 g/dm³

temperatura 20-25^oC

czas 5 min.

Przygotować w ten sposób trzy detale.

3. Trawienie - aktywowanie w kąpieli o składzie:

CrO₃ 300 g/dm³

H₂SO₄ stęż. 100 cm³/dm³

PdCl₂ 0,9 g/dm³

temperatura 60^oC

czas 5-10 min

przyspieszanie w kąpieli o składzie:

NaH₂PO₂*H₂O 20 g/dm³

Przygotować w ten sposób trzy detale.

Pomiędzy poszczególnymi procesami należy elementy płukać w zimnej wodzie bieżącej. Przed aktywowaniem detali w roztworze zawierającym Ag NO₃ należy je opłukać w wodzie destylowanej, 6 detali pomiedziować chemicznie w kąpieli składającej się z dwóch roztworów:

A. CuSO₄*5H₂O 21 g/dm³

B. NaKC₄H₄O₆ 110 g/dm³

NaOH 25 g/dm³

Należy przygotować 600 cm³ mieszaniny składającej się z roztworu A, B i wody w stosunku 1:1:1 (obj.) i dodać 12 cm³ HCHO oraz kroplę alkoholu metylowego. Roztwory miesza się bezpośrednio przed użyciem, czas pokrywania 30 min.

7 detali poniklować chemicznie w kąpieli o składzie:

NiCl₂*6H₂O 30 g/dm³

NaH₂PO₂*H₂O 40 g/dm³

NH₄Cl 10 g/dm³

temperatura 60^oC

pH 6

czas 30 min.

Na powłoki chemiczne nakładamy powłokę galwaniczną Cu-Ni z kąpieli o składzie:

miedź nikiel

CuSO₄*5H₂O 200 g/dm³

NiSO₄*7H₂O 250 g/dm³

NiCl₂*6H₂O 25 g/dm³

H₂SO₄ 50 g/dm³

H₃BO₃ 30 g/dm³

temperatura 18-25^oC 20 ^oC

D_k 0,5 -1 A/dm² 0,3-0,5 A/dm²

pH 3,5-4,5

II. Przygotowanie próbek tworzyw (odtłuszczenie) i przeprowadzenie prób metalizowania następujących tworzyw: poliamid, polietylen, polipropylen.

trawienie w kąpieli o składzie:

CrO₃ 350 g/dm³

H₂SO₄ stęż. 500 g/dm³

temperatura 65^oC

czas 5-15 min

uszczelnianie i aktywowanie jak w p.1.b)

III. Badanie przyczepności w oparciu o test temperaturowy - poddanie pokrytych elementów wpływom przemiennych temperatur +70 ^oC - 25 min., -5 ^oC - 15 min.

IV.

1. Porównać jakość powłok galwanicznych nałożonych na chemicznie wytworzone powłoki miedziane i niklowe.

2. Wytypować najlepszy sposób przygotowania tworzyw.

3. Wyznaczyć optymalny czas trwania.

LITERATURA

1. Praca zbiorowa, Poradnik galwanotechnika, WNT Warszawa 1973

2. S. Bogdach, Metalizowanie tworzyw sztucznych, WNT Warszawa 1965

---