塑料電鍍的關鍵技術研究

方偉+柏千文

摘要：塑料電鍍這一技術可以算得上現代加工工藝中“新工藝+新材料”的典型，相比于金屬制件，其一方面可以形成有目共睹的金屬質感，另一方面也可以將制品重量予以有效減輕；一方面能夠對塑料裝飾性及外觀加以改善，另一方面也可對其表面機械強度予以增強。文章對塑料電鍍的關鍵技術進行了研究。

關鍵詞：塑料電鍍；關鍵技術；新工藝；金屬制作；塑料品種 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG174 文章編號：1009-2374（2016）35-0075-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.036

隨著高分子材料的發展，工程塑料、塑料合金等特殊塑料以其質輕、強度高、耐腐蝕、電性能好等特點正在相當程度地取代金屬，成為國民經濟和人民日常生活不可缺少的新材料。在塑料表面電鍍多種類金屬鍍層，塑料可提高其耐化學腐蝕性、防塵性，并能提高強度、改進手感等，同時還兼有裝飾美觀的作用。塑料與金屬相比較有其獨特的優點，它重量輕、耐腐蝕性好、便于加工成型等。所謂“塑料電鍍”，指的是以電鍍和化學鍍相互結合的形式，涂覆金屬鍍層于塑料表面的一種加工辦法。經此加工，可以保留其生產效率高、價廉、質輕的好處，從而使之具備導熱抗老化、導電、金屬外觀等特點，故而塑料電鍍工藝目前已在輕工產品、機床按鈕、光學儀器、電子等方面獲得了廣泛應用。尤其是在功能性、工程等層面上體現出的作用，已經上升到了一系列相關產品不可或缺的“工序”之一。

1 電鍍對塑料品種的要求

電鍍塑料的活動，第一步要考慮塑料作為一種非導體，難以對之加以直接電鍍。要進行塑料表面金屬化的方法可以分為兩大類：一類是干法，主要是指金屬噴鍍和真空鍍膜；另一類是濕法，包括直接采用導電塑料涂導電膠，采用特殊工藝進行化學鍍等。電鍍前預處理塑料表面部分，將其表面各種雜質加以除去，從而有效地保持潔凈，再在其上沉積一層作為陰極的導電金屬膜，便可以進行進一步的電鍍。如今的電鍍塑料中，占據主體的產品包括尼龍、聚丙烯、ABS之類，其中為數不少的類型都是專為電鍍而“量身定做”的，可以最大程度上對塑料電鍍工藝的諸方面要求做出適應。

2 電鍍對塑料件造型的要求

在此方面來說，考慮的重點主要在于兩個層面，從而防止由于反光、厚度之類因為電鍍時電流分布不均而不均，以至于外觀大打折扣；防止由于塑料件局部應力集中而面臨鍍層結合力的下降，其主要的要求包括：（1）盡量避免平面面積過大，其原因在于因為平面不平、不均是最為明顯的缺陷；（2）不管什么棱角均應采取倒圓形式，以防止電鍍后變形、應力集中、飛邊等情況出現；（3）深孔要開縫，不要有盲孔，從而防止清洗、電鍍困難；（4）厚度不要有突變，也不宜太薄，從而防止電鍍后變形或應力集中；（5）可采取犁花、皮紋、刷光之類辦法來掩蓋諸多外觀缺陷并由此形成裝飾效果，其實際上均可以在模具上層面獲得相應的解決；（6）造型應避免直角、銳邊，否則極易造成電鍍過程中邊緣效應導致鍍層燒焦，R約為0.2～0.3mm即可；（7）塑料制品上槽寬應大于等于槽深的2倍，最小槽寬不應低于5mm。

3 電鍍對塑料件制造工藝的要求

因為塑料件電鍍后會將其表面缺陷進一步“表面化”，故而電鍍用塑料件有著很高的模具表面光潔度，噴砂、高光、旋光、拉絲之類的眾多裝飾效果都要有所體現。

注塑時電鍍用塑料件多無需脫模劑，為在此方面獲得方便，應對出模方向上的模具中做出一定坡度加工。

4 對加工塑料制品模具的要求

準備電鍍的塑料制品其模具設計時應注意：（1）模具內應留排氣孔，以免產生氣孔；（2）為了避免塑料在澆道中冷卻，澆道要寬一些，截面最好為圓形；（3）分模線、熔接線和澆口要在不顯眼的地方，澆口直徑要求比普通澆口大些，對較大塑料制件澆口應多增加幾個；（4）模具表面光潔度要求達到鏡面水平，常用鋼、不銹鋼、銅、黃銅材料制模具，為了防止腐蝕和便于脫模，最好要鍍鉻。

5 塑料制品加工成型時的要求

（1）注塑前應去除塑料中的水分，烘干后請立即注塑以防止塑料在空氣中重新吸濕。一般ABS塑料注塑前要在80℃～85℃熱風干燥箱烘2h以上；（2）最好采用螺旋式注塑機，以免塑料受熱不均、混合不均；（3）模具應保持清潔，一種塑料最好專用一個模具；（4）注塑時應保證模具有一定溫度，以60℃～80℃為宜。注塑溫度盡可能高些，ABS塑料一般控制在220℃～260℃，充填速度不宜太快，以6s/次為宜，這樣殘余應力較小；為了防止丁二烯（B）球狀體變形，注射壓力低一些較好，一般以700～800N/cm2為好；（5）注塑時最好不要用脫模劑，絕不能用有機硅系的脫模劑，若必須用脫模劑時，只能用滑石粉或肥皂水；（6）一般不要摻下腳ABS塑料，若要摻用，只能限用15%左右的下腳料。下腳料必須注意其規格、型號，必須經過擠壓機打成粉末之后再使用。

6 塑料電鍍的主要技術及發展前景

目前，塑料電鍍技術依舊有著頗為繁瑣的工藝限定、加工過程之類，如按金屬化方法分成干法和濕法要得到高要求結合。加工件基本上現行工藝均使用濕法加工，但由于鍍前處理粗化工序大量使用鉻酐、有機溶劑對環境污染較大。目前此方面主要在于開發能夠對化學鍍直接催化的塑料，從而將“金屬化”前處理工藝完全省掉的做法已經獲得成功。同時也有分散導電微粒于聚丙烯塑料中，以小電流直接在低電壓下電鍍鎳的做法，已經擁有了獲得連續鍍層的工藝。其發展考慮方向主要包括以下方面：

6.1 向高品質方向發展

因為塑料電鍍制品同時具備金屬鍍層和塑料兩者各自的優點，所以水暖器材、家用電器、機動車零部件的生產都會廣泛應用，如鑲條、儀表殼、水箱面罩、車燈、汽車銘牌之類。其往往都要求具備一定耐腐蝕性和相應的裝飾性，其鍍層外觀具備著比裝飾鉻層更高的均勻性、平整性、光亮度，但是因為鍍層光亮度較高，以至于其上一系列瑕疵非常明顯，故而如何消除其中細微問題便成為了塑料電鍍的最重要課題所在。同時，其鍍層又在耐蝕性、結合力之類層面上要求頗為嚴格，有必要借助于嚴格的管理和可靠、先進的工藝來保證鍍層質量的穩定。如今此類塑料的“金屬化”主要為化學鍍銅（硝酸銀活化）以及化學鍍鎳（膠體鈀活化），其都不同程度地存在極易出現疵病、鍍層質量不穩、合格率低、操作困難、鍍液穩定性差之類問題。為此，這一領域的發展方向在于對塑料電鍍技術加以“升級”，尤其是對金屬化工藝加以改進。

6.2 新型直接催化或直接電鍍塑料

將金屬化前處理工藝完全省掉，研制添加在母料中（塑料成型前）的相應化學鍍催化劑，其在塑料中分散后，經粗化處理后在表面裸露并充當“化學鍍催化中心”，或者分散導電性微粒于塑料表面，使其略經處理即可直接電鍍，更進一步則為開發可直接電鍍者。因為不用采取化學鍍，故而穩定性和操作便利性同步有所上升，廢水處理簡單且會降低廢品，其鍍層質量、勞動生產率都會獲得很大的提升。

6.3 選擇性電鍍塑料

如今，全件電鍍方式是塑料電鍍的主流所在。但很多時候更需要選擇性電鍍或局部電鍍。如今主要是借助于控制鍍液面的辦法，使得流動鍍液只能對零件部位中所需電鍍者加以淹沒或者涂貼絕緣膠或漆于無需電鍍之處，隨后再加以電鍍，隨后再鍍后將絕緣膠或漆除去。以上述形式來完成選擇性電鍍或局部電鍍的效果往往不僅生產效率低，而且效果不盡人意。借助于印刷方式則可以獲得“選擇性印刷膜層”，在此之后的電鍍、金屬化之類活動中僅僅施鍍精飾部位或者需要鍍層。其可以提高生產效率、降低電鍍成本，并取得清晰的選擇面與非選擇面界限，提升了產品檔次。

6.4 生物工程塑料的圖形電鍍

醫學層面上，人工骨關節（生物工程塑料制品）已經獲得了應用。然而人工生物材料中更高級者中涉及到連接微處理器之類問題，而再植入印制板于生物工程塑料中往往會更大程度地增加空間需求，在很多時候是難以辦到的。而用塑料電鍍技術直接在此材料上形成所需連接線路，以此來連接相應的功能塊。如此即可將印刷線路基板省掉，這在將來可能會成為一種流行的加工方法。

7 塑料電鍍需要注意的地方

塑料電鍍值得注意的是，塑料上沉積的金屬層比較薄，其導電截面積很小，導電能力很差，因此夾具與鍍件的接觸面積要足夠大，并且應夾緊以減少接觸電阻；面積較大或形狀復雜的鍍件應考慮加厚金屬層，進行必要的預鍍；由于塑料制件的密度較小，在裝懸掛具時要防止漂浮；實踐證明電鍍時起始電流密度最好不要大于0.5A/dm2，以保護觸點鍍層不被“燒蝕”，待鍍3～5min后再將電流調整至正常范圍；化學鍍后的零件必須保持清潔，不能沾有手印和油污，否則要在浸酸活化前先進行除油處理。許多廠家在加厚金屬層時，為了避免調整電流的麻煩，往往先進行閃鍍，閃鍍銅可在不加光亮劑的含硫酸銅10～20g/L、硫酸180～200g/L的溶液中進行；閃鍍鎳可在含氯化鎳100g/L、鹽酸100mL/L的溶液中進行，陰極電流密度為2A/dm2，鍍3～5min即可。

8 結語

作為一種“新材料+新工藝”典型的塑料電鍍，相比于金屬制件，其一方面可以形成有目共睹的金屬質感，另一方面也可以將制品重量予以有效減輕；一方面能夠對塑料裝飾性及外觀加以改善，另一方面也可對其表面機械強度予以增強。但電鍍用塑料材料的選擇卻要綜合考慮材料的加工性能、機械性能、材料成本、電鍍成本、電鍍的難易程度以及尺寸精度等因素。隨著工業的迅速發展、塑料電鍍的應用日益廣泛，成為塑料產品中表面裝飾的重要手段之一。目前國內外已廣泛在ABS、聚丙烯、聚砜、聚碳酸酯、尼龍、酚醛玻璃纖維增強塑料、聚苯乙烯等塑料表面上進行電鍍，其中尤以ABS塑料電鍍應用最廣，電鍍效果最好。

參考文獻

[1] 陸剛.談塑料制品金屬化工藝的電鍍技術[J].金屬世界，2011，（1）.

[2] 張菊香.塑料電鍍在汽車中的應用及發展[J].汽車工程師，2014，（9）.

[3] 陸書來，張春軍，朱學多，等.ABS電鍍工藝及其常見問題分析[J].彈性體，2013，（3）.

（責任編輯：蔣建華）