專利名稱：塑料鍍鉻制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料鍍鉻制品，屬于新材料及表面技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
塑料電鍍制品是在塑料基體上通過(guò)金屬化處理得到的一種產(chǎn)品，它是由塑料基 體、在它表面沉積的一層薄金屬層以及在該金屬層上鍍覆的電鍍鉻層構(gòu)成。上述產(chǎn)品兼具 有塑料和金屬的優(yōu)點(diǎn)，電鍍鉻層在大氣中有很強(qiáng)的鈍化性能，有銀白的美麗光澤，并且能長(zhǎng) 時(shí)間保持，在堿、硝酸、硫化物、碳酸鹽、有機(jī)酸等腐蝕介質(zhì)中穩(wěn)定；電鍍鉻層還有較高的硬 度、良好的耐磨性和耐熱性。因此，塑料電鍍制品廣泛用于汽車、摩托車、家用電器、裝飾品、 包裝等領(lǐng)域。但其生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境和人體有很大的危害，尤其是生成的六價(jià)鉻毒性很大。 多年來(lái)人們對(duì)電鍍鉻做了大量的研究，逐步使用低濃度鍍鉻和三價(jià)鉻鍍鉻等技術(shù)，以減輕 對(duì)環(huán)境的污染，但三價(jià)鍍鉻等技術(shù)還不夠完善，并且外觀與性能不如六價(jià)鉻；而且鍍鉻前往 往要鍍較厚的銅與鎳層，消耗大量的金屬資源。塑料電鍍的鍍前處理有去應(yīng)力、除油、粗化、 敏化、活化、解膠等，工序多耗費(fèi)大，并且為了賦予塑料一定的導(dǎo)電能力而需要進(jìn)行化學(xué)鍍 或其他處理，進(jìn)一步增加塑料電鍍工藝的復(fù)雜性。綜上所述，塑料電鍍鉻制品的生產(chǎn)污染嚴(yán) 重，成本高。因此，尋找一種能夠替代電鍍鉻制品的鉻制品有著積極的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可替代塑料電鍍制品的塑料鍍鉻制品，它具有三層結(jié) 構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得其在生產(chǎn)上具有成本低、無(wú)毒、工序簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有技 術(shù)生產(chǎn)塑料電鍍鉻制品污染大，工藝復(fù)雜，成本高的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明的鍍涂層結(jié)構(gòu)如附圖1所示。 本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的 —種塑料鍍鉻制品，包括基體材料、鍍鉻層，其特征在于還包括有有機(jī)涂料層和 鈦氧化物薄膜層；由內(nèi)到外依次為基體材料層、有機(jī)涂料層、鍍鉻層和鈦氧化物薄膜層；有 機(jī)涂料層的厚度為10 20 ii m ;鍍鉻層的厚度為2 3 ii m ;鈦氧化物薄膜層的厚度為2 4 ii m。 本發(fā)明上述技術(shù)方案中，鍍鉻制品在結(jié)構(gòu)上用"有機(jī)涂層/真空鍍鉻層/無(wú)機(jī)鍍 層"結(jié)構(gòu)取代了電鍍鉻的"銅/鎳/鉻"三金屬鍍層結(jié)構(gòu)，在生產(chǎn)工藝上，實(shí)現(xiàn)了用無(wú)毒鍍鉻 取代有毒鍍鉻的清潔生產(chǎn)，同時(shí)節(jié)省銅、鎳等較為貴重的金屬資源，大量減少水、電的消耗， 顯著簡(jiǎn)化生產(chǎn)工序。 本發(fā)明的塑料制品鍍覆"有機(jī)涂料層/離子鍍鉻層/鈦氧化物薄膜鍍層"后，既 保持塑料密度小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，又有金屬的光澤和導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨等性能。它的鍍層附 著力、表面硬度、表面亮度和色澤、耐鹽霧腐蝕等性能達(dá)到了產(chǎn)品要求，作為廣泛使用的防 護(hù)-裝飾性鍍鉻，可以取代現(xiàn)有的電鍍鉻。 作為優(yōu)選，所述基體材料為ABS塑料 PC塑料或PC+ABS復(fù)合塑料。
ABS塑料是丙烯腈(A) 、丁二烯(B)和苯乙烯(S)三元共聚物組成的熱塑性塑料， 比重1. 05克/立方厘米，成型收縮率0. 4 0. 7% ，成型溫度200 240°C ，工作溫度_50 +701:，其使用性能取決于三種單體的比例以及苯乙烯-丙烯腈連續(xù)相和聚丁烯分散相兩 者中的分子結(jié)構(gòu)。PC通常為雙酚A型聚碳酸酯，在結(jié)構(gòu)上是由較為柔軟的碳酸酯鏈與剛 性的苯環(huán)相連的聚合物，硬度與強(qiáng)度較高，耐沖擊力強(qiáng)，耐候性好，耐熱性較好，可在-60 +1201:下長(zhǎng)期工作，熱變形溫度為130 14(TC，玻璃化溫度149t:，極性小，吸水率低，收縮 率低，耐電暈性好，電性能優(yōu)秀，而缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂，耐化學(xué)試劑耐腐蝕性較差，高 溫下易水解。用一定比例的PC加入到ABS中組成的PC+ABS復(fù)合塑料，可以獲得優(yōu)良綜合 性能。 作為優(yōu)選，所述有機(jī)涂料層為脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料。 脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料是指，由脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂與羥基丙烯酸酯混合交聯(lián) 獲得兼具脂環(huán)族環(huán)氧與丙烯酸酯兩者性能特點(diǎn)的光敏預(yù)聚物，再組合光引發(fā)劑、活性稀釋 劑及其他各種添加劑而形成。脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂的一個(gè)分支，由于其分子結(jié)構(gòu)中 的環(huán)氧基不是來(lái)自環(huán)氧丙烷，而是環(huán)氧基直接連接在脂環(huán)上，所以與雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂相 比較，具有熱穩(wěn)定相良好、耐熱性好、電絕緣性能優(yōu)異、工藝性能好及安全性能高等特點(diǎn)。用 它來(lái)改性丙烯酸酯涂料，可以提高涂料的耐熱性及耐輻照性能，例如其耐熱性可達(dá)到20(TC 以上。 作為優(yōu)選，所述環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料層的厚度為10 15iim。 作為優(yōu)選，所述的真空鍍鉻層是采用離子鍍和離子轟擊鍍兩種方法制備的。 鉻的熔點(diǎn)為190(TC，1397t:時(shí)鉻的蒸汽壓為1.33Pa，鉻的蒸發(fā)溫度較高，因此目
前常用磁控濺射法鍍鉻。但是鉻的質(zhì)脆，難于做成圓柱靶，而用平面磁控濺射法鍍鉻時(shí)，由
于靶框材料的污染等原因，鉻的膜層色澤顯著偏離銀白色。本發(fā)明采用陰極電弧離子鍍與
離子轟擊的組合方法，解決了這個(gè)難題，即獲得了與電鍍鉻一致的色澤。 能采用離子鍍和離子轟擊鍍進(jìn)行鍍鉻的關(guān)鍵之一，就是所選擇的底涂料必須有足
夠的耐熱性和耐輻射性，并且與基體及鍍層有良好的結(jié)合力，不能相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在真
空下只有很少的揮發(fā)成分，不吸收水分，固化后表面高度光滑。本發(fā)明選用上述的脂環(huán)族環(huán)
氧改性丙烯酸酯涂料為底涂，滿足了這個(gè)要求，使真空鍍鉻得以進(jìn)行。 作為優(yōu)選，所述鈦的氧化物薄膜為二氧化鈦和其他鈦的氧化物的混合物。 在鈦的氧化物中，二氧化鈦是一種重要的化合物。作為保護(hù)性鍍層，它與鉻等金屬
鍍層有良好的附著性，在可見(jiàn)光波段是透明的，有較高的硬度和耐磨性，又有良好的化學(xué)穩(wěn)
定性和優(yōu)異的耐蝕性，因此適宜做鉻薄膜的防護(hù)涂層。
綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明鍍鉻塑料制品其使用性能與目前市場(chǎng)上的電鍍鉻產(chǎn)品無(wú)差別，但是本發(fā) 明的生產(chǎn)方法更為簡(jiǎn)單、高效，而且水和電的消耗也大為減少，因此可作為目前市場(chǎng)上的電 鍍鉻產(chǎn)品的替代品； 2、本發(fā)明鍍鉻塑料制品用"有機(jī)涂層/真空鍍鉻層/無(wú)機(jī)鍍層"的結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng) 的"銅/鎳/鉻"三金屬鍍層結(jié)構(gòu)，用無(wú)毒鍍鉻取代有毒鍍鉻，在實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的同時(shí)，節(jié)省 了銅、鎳等較為貴重的金屬資源； 3、本發(fā)明鍍鉻塑料制品的有機(jī)涂層為脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料，該涂料經(jīng)噴涂和紫外光照射固化后，在塑料工件表面制成耐熱、耐輻照的底涂層，可以在一定范圍內(nèi)承 受離子鍍鉻過(guò)程中的離子轟擊，而不出現(xiàn)裂紋等缺陷，并且同時(shí)與基體和鍍鉻層的附著力 良好； 4、本發(fā)明鍍鉻塑料制品的表面，有一層約為3ym的鈦氧化物薄膜層，其為二氧化 鈦和其他鈦的氧化物的混合物。這種氧化物與真空鍍鉻層附著性強(qiáng)，在可見(jiàn)光波段透明，耐 腐蝕性優(yōu)良，并且有良好的耐磨性，對(duì)真空鍍鉻層有很好的保護(hù)作用。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，1是脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯涂層，2是真空離子鍍鉻層，3是鈦氧化物薄膜 鍍層，4是塑料工件。
具體實(shí)施例方式
本具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，其并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人 員在閱讀完本說(shuō)明書(shū)后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒(méi)有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。
實(shí)施例一 —種塑料鍍鉻制品，由內(nèi)到外依次為ABS塑料工件4、脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù) 酯涂層1、真空離子鍍鉻層2、鈦氧化物薄膜鍍層3 ;脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)酯涂層1的厚 度為15 ii m ;真空離子鍍鉻層2的厚度為3 ii m ;鈦氧化物薄膜鍍層的厚度為4 y m。脂環(huán)族 環(huán)氧改性丙烯酸酯光固化涂料由脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)脂與羥基丙烯酸酯混合交聯(lián)而成，它兼具脂 環(huán)族環(huán)氧與丙烯酸酯兩者性能特點(diǎn)的光敏預(yù)聚物，同時(shí)它還包含有光引發(fā)劑、活性稀釋劑 以及其它各種添加劑。 上述產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，依次包括如下步驟 1 、預(yù)處理先用醇類有機(jī)溶劑擦洗，除去ABS塑料工件4表面油污和殘留的脫模劑。 然后用鉻酸處理液浸泡，再用65t:至7(TC水洗5min至10min，然后進(jìn)行干燥。最后用靜電 除塵器或離子風(fēng)化機(jī)進(jìn)行除塵處理，中和塑料表面的電荷，并且使吸附的灰塵脫落。
2、光固化底涂以脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯作為光固化底涂料使用紫外光固化生 產(chǎn)線進(jìn)行底涂。紫外光固化生產(chǎn)線由一級(jí)凈化區(qū)、二級(jí)凈化區(qū)、噴涂系統(tǒng)、紅外線流平段、紫 外光固化段、延伸段、進(jìn)出料段、空氣凈化抽風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)等組成。 一級(jí)凈化與二級(jí)凈化的兩 區(qū)域總長(zhǎng)度為12m，寬8m。流平、固化、延伸、進(jìn)出料等四段共長(zhǎng)18m，寬1. 45m。輸送連寬 0. 95m，不銹鋼網(wǎng)帶寬0. 87m，入口高度一般調(diào)節(jié)在0. 6m。流平段安置1KW紅外加熱管30根； 光固化段配置9套紫外線照射燈具，其中頂燈3支，以5. 6KW，8. 0KW，5. 6KW前后順序安裝； 左右分上下兩層各安裝兩支5. 6KW燈；底燈兩支，以8. 0KW，5. 6KW前后順序安裝。噴涂系統(tǒng) 為雙位工水簾噴漆柜，配以凈化送風(fēng)系統(tǒng)，噴漆柜由兩臺(tái)規(guī)格為3. 5mX2. 7mX2. 4m的噴涂 柜組成。噴涂條件為固化能量為2000 2500mj/ci^，粘度為(巖田2#杯)8s/25°C。噴涂 工藝塑料工件4經(jīng)噴涂后，先進(jìn)入流平階段，在7(TC下，流平5min。然后進(jìn)入固化區(qū)紫外 燈下照射固化約20s，具體固化為開(kāi)頂燈2支5. 6KW和8. 0KW，左、右、底燈各一支5. 6KW照 射固化。
3、離子鍍鉻ABS塑料工件經(jīng)光固化底涂后，在1小時(shí)內(nèi)進(jìn)入陰極電弧離子鍍?cè)O(shè) 備。該設(shè)備為立式，真空室內(nèi)腔尺寸為4 1200mm，高1250mm。抽氣系統(tǒng)由維持泵、機(jī)械泵、
羅茨泵和油擴(kuò)散泵等組成。電弧離化源io個(gè)，交叉分布于真空室壁，不銹鋼靶座，各源單
獨(dú)供電，單獨(dú)調(diào)節(jié)，間接水冷，電磁引弧。靶陰極尺寸為4 80mmX40mm。靶材為鉻，配IO 套3KW、150A專用弧電源。另外，配30KW脈沖偏壓電源一套。供氣系統(tǒng)配四路氣體質(zhì)量流 量控制器。鍍膜工藝塑料工件放于工件架，轉(zhuǎn)動(dòng)。靶與ABS塑料工件之間距離為300 400mm。先抽真空至4. OX 10—3Pa，充氬以增加弧源的穩(wěn)定性和鍍膜的繞射性，使真空度降低 到1.6X10—中a。開(kāi)源數(shù)為5個(gè)。開(kāi)啟弧電源，使弧流為70A，占空比為85X，然后鍍鉻2min。 接著，將充氬氣閥關(guān)閉，抽真空至6. 0 X 10—3Pa，使弧流為70A，開(kāi)源數(shù)為5個(gè)，再離子轟擊鍍 鉻lmin。在高真空條件下離子轟擊鍍鉻的過(guò)程中，控制鍍鉻的沉積速率為10nm/s 1 y m/ s，這樣，ABS塑料工件4表面呈高亮度的銀白色，與電鍍鉻的表面色澤一致。
4、中頻孿生靶磁控濺射鍍鈦氧化物薄膜ABS塑料工件經(jīng)離子鍍鉻后進(jìn)入中頻孿 生靶磁控濺射鍍膜設(shè)備。中頻孿生靶磁控濺射鍍膜設(shè)備的真空室內(nèi)安置有一對(duì)孿生平面 鈦靶。尺寸為長(zhǎng)750mmX寬150mmX厚10mm，配一套30KVA、40KHz中頻濺射電源。供氣 系統(tǒng)配四路氣體質(zhì)量流量控制器。另有加熱烘烤裝置，該加熱烘烤裝置由不銹鋼加熱管組 成，還設(shè)有修正擋板和石英晶體振蕩膜厚監(jiān)控儀。鍍膜工藝塑料工件4放于工件架，轉(zhuǎn)動(dòng)， 靶與工件之間距離為100mm 200mm。先抽真空至6. 0X 10—3Pa，充氬氣與氧氣，使之比例 為l : 6，并使真空度降到4.8X10—屮a，然后開(kāi)啟中頻電源，使電壓為644V，電流為30A，占 空比為80%，頻率為39.912KHz。在鍍膜1. 5min后，關(guān)閉充氬氣閥。維持充氧氣至氣壓為 3. 5X10—屮a，電壓為690V，頻率為39. 303KHz后，再鍍膜1. 5min。 這樣就制得了具有"有機(jī)涂層/真空鍍鉻層/無(wú)機(jī)鍍層"結(jié)構(gòu)的鍍膜塑料制品。其
主要性能為 (l)色澤白亮; (2)鉛筆硬度1 2H; (3)附著力(百格)；100% ; (4) cass試驗(yàn)> 72h。 這種塑料鍍鉻制品可廣泛用于防護(hù)_裝飾用途，可替代現(xiàn)有的電鍍鉻塑料制品。
實(shí)施例二 —種塑料鍍鉻制品，由內(nèi)到外依次為ABS塑料工件4、脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù) 酯涂層1、真空離子鍍鉻層2、鈦氧化物薄膜鍍層3 ;脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸樹(shù)酯涂層的厚度 為12 ii m ;真空離子鍍鉻層2的厚度為2 ii m ;鈦氧化物薄膜層3的厚度為2 y m。
本實(shí)施例的制造方法同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
一種塑料鍍鉻制品，包括基體材料、鍍鉻層，其特征在于還包括有有機(jī)涂料層和鈦氧化物薄膜層；由內(nèi)到外依次為基體材料層、有機(jī)涂料層、鍍鉻層和鈦氧化物薄膜層；有機(jī)涂料層的厚度為10～20μm；鍍鉻層的厚度為2～3μm；鈦氧化物薄膜層的厚度為2～4μm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種塑料鍍鉻制品，其特征在于所述有機(jī)涂料層為脂環(huán)族環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種塑料鍍鉻制品，其特征在于所述環(huán)氧改性丙烯酸酯涂料層的厚度為10 15iim。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種塑料鍍鉻制品，其特征在于所述基體材料為 ABS塑料或PC塑料或PC+ABS復(fù)合塑料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種塑料鍍鉻制品，其特征在于所述鈦的氧化物 薄膜為二氧化鈦和其他鈦的氧化物的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種塑料鍍鉻制品，其特征在于所述鈦的氧化物薄膜為二 氧化鈦和其他鈦的氧化物的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料鍍鉻制品，屬于新材料及表面技術(shù)領(lǐng)域。一種塑料鍍鉻制品，包括基體材料、鍍鉻層，其特征在于還包括有有機(jī)涂料層和鈦氧化物薄膜層；由內(nèi)到外依次為基體材料層、有機(jī)涂料層、鍍鉻層和鈦氧化物薄膜層；有機(jī)涂料層的厚度為10～20μm；鍍鉻層的厚度為2～3μm；鈦氧化物薄膜層的厚度為2～4μm。本發(fā)明的可替代塑料電鍍制品的塑料真空鍍鉻制品具有三層結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得其在生產(chǎn)上具有成本低、無(wú)毒、工序簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)塑料電鍍鉻制品污染大，工藝復(fù)雜，成本高的技術(shù)問(wèn)題。
文檔編號(hào)B32B15/04GK101700703SQ2009101532
公開(kāi)日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者馮露露, 潘建華, 錢苗根 申請(qǐng)人:湖州金泰科技股份有限公司