塑料薄膜屏蔽材料的生產(chǎn)工藝

曾海軍

（北川天訊新材料有限公司，四川 北川622600）

0 前言

塑料薄膜是指以高分子合成材料為主要原料，與其他輔助原料按一定比例均勻混合后，在塑料成型機械設(shè)備上成型為有一定厚度、寬度和無限長度的，表面平整、光滑而柔軟的片材。塑料薄膜在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛，可用于食品包裝、電器產(chǎn)品包裝、日用品包裝、服裝包裝等。塑料薄膜具有質(zhì)量輕、價格便宜、綜合性能好等優(yōu)點，開發(fā)出的功能性薄膜正在向新的技術(shù)水平發(fā)展。關(guān)于功能性薄膜，因其具有特殊的功能，更具市場競爭力。

在塑料薄膜表面通過低溫等離子體表面處理、磁控濺射過渡層和植晶層的導電化處理以及電沉積的工藝，生產(chǎn)出一種新型屏蔽材料。

1 試驗

1.1 試驗材料

根據(jù)使用要求，可以選擇厚度適合的PET，PI，PEI，PEN等材料作為基材。本試驗選用厚度為12μm的PET薄膜作為基材。

1.2 工藝流程

1.3 主要工序說明

1.3.1 低溫等離子體表面處理

PET薄膜屬于極性高分子材料，其表面自由能較高，表面張力約為4.0×10-4N／cm。為了增加磁控濺射鍍層及電鍍層與PET薄膜之間的結(jié)合力，需要對PET薄膜進行表面處理，以進一步提高其表面張力。采用輝光放電低溫等離子體來處理薄膜，可以在不影響材料性能的前提下大幅提高材料的表面張力。具體處理工藝為：基礎(chǔ)真空度5.0×10-2Pa，放電真空度3～5Pa，加載氣體Ar和O2，處理功率180W，1～3min。

真空輝光放電的特點為：視覺上呈現(xiàn)均勻的霧狀放電；放電時功率密度大；處理薄膜類材料時不會出現(xiàn)擊穿和燃燒等問題；處理溫度接近室溫，不會因溫度高而產(chǎn)生變形。

1.3.2 磁控濺射

磁控濺射的工藝條件為：基礎(chǔ)真空度＜5.0×10-3Pa，濺射氣壓0.18Pa，靶與基片的距離100 mm，濺射功率100W，靶直徑60mm，靶材金屬Ni-Cr或Cu，工作氣體Ar。

試驗在JPGS-300型磁控濺射機上進行。低溫等離子體表面處理完成后，依次濺射Ni-Cr過渡層和Cu植晶層。該設(shè)備所制得的膜層致密、針孔少、結(jié)合力強。

1.3.3 電鍍銅

鍍液配方及工藝條件為：硫酸銅180～220 g／L，濃硫酸40～70g／L，氯離子40～90mg／L，開缸劑4～8mL／L，光亮劑A 0.3～0.8mL／L，光亮劑B 0.2～0.5mL／L，1～6A／dm2，20～40°C，攪拌方式 空氣攪拌，陽極 磷銅陽極（磷的質(zhì)量分數(shù)為0.03%～0.06%）。其中，開缸劑和光亮劑為德國進口產(chǎn)品。該工藝所得鍍層不易產(chǎn)生針孔，光澤度高，內(nèi)應(yīng)力低，延展性好，厚度均勻；同時鍍層的沉積速率快，鍍液穩(wěn)定，對雜質(zhì)的容忍度高。

1.3.4 電鍍鎳

鍍液配方及工藝條件為：氨基磺酸鎳300～450 g／L，氯化鎳0～15g／L，硼酸30～45g／L，pH值3.5～4.5，2～5A／dm2，40～60℃。

與傳統(tǒng)的硫酸鎳鍍液相比，采用氨基磺酸鎳鍍液能獲得機械性能更好的金屬鍍層。該工藝的電流效率高，可節(jié)約電鍍時間，提高生產(chǎn)效率。

2 結(jié)果與討論

2.1 等離子體處理時間對薄膜表面張力的影響

等離子體處理時間對PET薄膜的表面張力影響顯著。未經(jīng)過等離子體處理的PET薄膜的表面張力較低，約為3.7×10-4N／cm。經(jīng)過等離子體處理后，即使處理時間很短，PET薄膜的表面張力也有顯著提高，如表1所示。處理時間超過3min后，表面張力的提高不再明顯。

表1 等離子體處理時間對薄膜表面張力的影響

2.2 磁控濺射過渡層對鍍層剝離強度的影響

在PET薄膜表面直接濺射銅的結(jié)合力很差，鍍層加厚時會發(fā)生脫落現(xiàn)象。因此，必須以Ni-Cr合金層作為過渡層，Cu層作為植晶層。過渡層厚度一般控制在2.0×10-8m，Cu層厚度控制在8.0×10-8m。Ni-Cr合金層太薄，起不到應(yīng)有的效果；太厚，既增加生產(chǎn)成本，又容易造成薄膜變形而失去應(yīng)用價值。Cu層厚度控制在8.0×10-8m可以大幅降低表面電阻，提高后續(xù)的電鍍速率。

2.3 鍍鎳層的應(yīng)力控制

為防止鍍層應(yīng)力造成薄膜卷曲，影響材料的使用性能，要嚴格控制電鍍鎳的工藝條件，使應(yīng)力降至最低。溫度控制在40～60℃之間，最好是在50℃左右。pH值越高，應(yīng)力越大。pH值要嚴格控制在3.5～4.5之間，最佳的pH值在4.0左右。電流密度越高，應(yīng)力越小，但過高會使鍍層燒焦。在攪拌條件下，電流密度控制在2～5A／dm2。主鹽的質(zhì)量濃度越高，應(yīng)力越小。一般控制氨基磺酸鹽的質(zhì)量濃度不低于300g／L。

2.4 性能測試結(jié)果

2.4.1 材料外觀及表面電阻

采用上述工藝制備的塑料薄膜電磁屏蔽材料表面平整、光亮、針孔極少，無油污、臟點，色澤均勻。材料的表面電阻較小，銅層厚度控制在1μm。采用ZY 9987型數(shù)字式微歐計（上海正陽儀表廠）測得樣品的橫向電阻為0.014Ω／sq，縱向電阻為0.016 Ω／sq。這表明材料的導電性良好。

2.4.2 抗拉強度和斷裂伸長率

試驗在XLW-500型薄膜電子拉力試驗機（濟南蘭光公司）上進行，試驗結(jié)果，如表2所示。其中，膜層和鍍層的總厚度為13.5μm。結(jié)果表明：材料的抗拉強度均已超過同類產(chǎn)品標準。

表2 材料的抗拉強度和斷裂伸長率

2.4.3 屏蔽效能

不同厚度的銅層的屏蔽效能，如表3所示。結(jié)果表明：該材料在很寬的波段內(nèi)具有良好的電磁屏蔽效能。

表3 銅層的屏蔽效能

2.4.4 鍍層結(jié)合力

采用膠帶法定性測試鍍層的結(jié)合力。將附著強度大于8N／25mm的膠帶粘在材料的鍍層表面，用滾輪滾壓以除去氣泡，10s后，以一穩(wěn)定的垂直于鍍層表面的拉力將膠帶拉起，鍍層沒有脫落。電阻測試顯示表面電阻沒有明顯變化。

3 產(chǎn)品應(yīng)用

本工藝在實際生產(chǎn)中已實現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)，可以生產(chǎn)各種厚度的單雙面金屬層的以塑料薄膜為基材的屏蔽材料，其具有成本低、生產(chǎn)過程控制簡單、產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點。采用本工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品已通過美國ASTM D-1000標準檢測，用于手機、筆記本電腦及數(shù)碼產(chǎn)品中，可屏蔽電磁信號。

4 結(jié)論

塑料薄膜經(jīng)低溫等離子體表面處理后，采用物理沉積和電沉積結(jié)合的方法制備電磁屏蔽材料。該材料的導電性能較好，結(jié)合力強，在很寬的波段內(nèi)屏蔽效能均在60dB以上，可以滿足各種條件下的電磁屏蔽要求。