Химико-гальваническая металлизация пластмасс

Свойства изделий

Среди многочисленных способов металлизации химико-гальваническая, или гальваностегическая занимает одно из ведущих положений по объему производства, составляющего до 100 тыс. т изделий ежегодно. Она замечательна не только технологией, родственной гальванотехнике, но и специфическими особенностями получаемых изделий. Это относительно тонкостенные (2-5 мм) пластмассовые детали с довольно толстыми (30-50 мкм), гладкими, плотными и прочными металлическими покрытиями, вследствие чего они на 20-80% прочнее таких же изделий без металлического покрытия. Свойства металлизированных химико-гальваническим способом пластмасс на 70-80 % зависят от свойств несущей пластмассовой конструкции, то есть от свойств исходной пластмассы и способа ее переработки в детали. Они определяются также свойствами промежуточного слоя, формируемого травлением, химической металлизацией или другими способами нанесения токопроводящего подслоя, и свойствами металлического покрытия (его толщиной, структурой, видом металлов и способом отделки).

Зависимость металлизированных изделий от свойств наиболее часто применяемых для химико-гальванической металлизации формообразующих пластмасс показана на рис.6.

Рис. 6. Зависимость предела прочности при растяжении металлизированных пластмасс (σ_мп) от предела прочности пластмассы

(σ_п: 1 - АБС-сополимер "Сайколак ЕП 3510" покрытий (30, Cu, 7,5 Ni, 0,2 Cr), 2 - АБС-сополимер "Новодур ПМ/2Ц"(18 Си, 9 N1, 0,2 Сг),3 - полисульфон (30 Си, 7,5 N1, 0,25 Сг), 4 ~ полипропилен общего назначения (30 Cu, 7,5 Ni 0,25 Cr), 5 - полипропилен средней ударопрочности (30 Cu, 7,5 Ni, 0,25 Cr), 5 - ударопрочный полипропилен (30 Cu, 7,5 Ni, 0,25 Cr), 7 - фенопласт (20,3 Cu), 8 - полистирол (20,3 Cu), 9 - ацетат целлюлозы (20,3 Cu), 10 - электропроводный пропилен капрез ДПП (5 Ni, 5 Cu, 7 Ni, 0,2 Cr), 11 - эпоксидная смола (40 Ni), 12 - металлонаполненная эпоксидная смола (40 Ni), 13 - прессматериал АГ-4С (40 Ni), 14 - блочный полистирол (40 Ni) Толщина покрытий указана в мкм)

Устойчивость металлизированных химико-гальваническим спссобом пластмасс к повышенным температурам, как правило, примерно на 10-15% выше по сравнению с неметаллизированными. Это связано как с увеличением модуля упругости, так и с упрочняющим действием металлического покрытия. Покрытие позволяет сохранять форму изделий даже при температурах, превышающих температуру стеклсвания. Например, декоративно металлизированные детали из АБС-пластика не деформируются до 120°С, а неметаллизированные теряют форму уже при 75°С. Теплостойкость полксульфона с никелевым покрытием увеличивается от 170 до 180°С, а полипропиленовые детали с таким же покрытием сохраняют форму вплоть до температуры плавления (около 170°С).

Стойкость металлизированных пластмасс к колебаниям температуры зависит от разности коэффициентов теплового расширения пластмассы и металлического покрытия, от соотношения толщины детали и покрытия, от прочности сцепления и структуры промежуточного слоя, а также от внутренних напряжений в металлическом покрытии. Поэтому коэффициент теплового расширения пластмасс стараются уменьшить путем введения минеральных наполнителей. Наиболее удачные решения позволяют получить изделия, выдерживающие несколько сот попеременных окунаний в горячую и холодную воду без появления дефектов.

При температурных колебаниях на металлизированных пластмассах образуются трещины, местные вздутия, дефекты в виде длинных зигзагообразных вздутий или шелушение покрытия. Места появления таких дефектов зависят как от вида потоков пластмассы при заполнении пресс-формы, так и от профиля поверхности и формы детали.

Интересно поведение металлизированных химико-гальваническим способом изделий из пластмасс по отношению к коррозии. Металлизированные пластмассы, как правило, более устойчивы к коррозии, чем металлические детали с такими же покрытиями. Объясняется это тем, что пластмасса не участвует в образовании гальванических микропар, а при появлении коррозионного питинга отверстия не углубляются, а только расширяются. При эксплуатации в атмосферных условиях декоративно металлизированные пластмассовые изделия сохраняют внешний вид в течение 2-3 лет.

Обычно металлизированные пластмассы коррозируют по механизму, характерному для анодной защиты: растворяется подслой меди, и вследствие этого на поверхности появляются зеленые или темно-коричневые пятна продуктов коррозии. При более длительном процессе коррозии подтравливаются химически осажденные слои металла, особенно никеля, уменьшается адгезия, появляются точечные вздутия. На такой вид коррозионного разрушения оказывает влияние природа металлизированной пластмассы. Например, полипропиленовые детали более устойчивы, чем детали из АБС-пластика. При еще более продолжительном воздействии коррозионной среды покрытия разрушаются и отслаиваются.

Для увеличения коррозионной стойкости на пластмассы наносят более толстый слой никеля (25-30мкм), многослойные покрытия - дуплекс и триплекс никеля, хромовые покрытия с микропорами и микротрещинами.

Применение пластмассовых изделий, металлизированных химико-гальваническим способом, дает значительный экономический эффект. По литературным данным, замена изделий из легких сплавов металлизированными пластмассовыми изделиями дает экономию от 20 до 40% от стоимости изделия. Ориентировочные расчеты показывают, что экономический эффект составляет от 3 до 11 руб/м². Поэтому не удивительно, что производство таких изделий быстро растет. Кроме того, металлизированные пластмассовые изделия в некоторых случаях успешно заменяют изделия из цветных металлов.

Часто первым этапом химико-гальванической металлизации пластмасс является химическая металлизация.