1 引言
塑料制品電鍍以后,被賦于了復合材料的性能,制品表面硬度和耐磨性大大提高,且表面光滑美觀,因而塑料電鍍的應用日益廣泛。如用作汽車外部裝飾的散熱格柵,輪罩等,就是用高性能ABS塑料注塑成形后進行電鍍的;龍頭把手、淋浴噴頭之類的各種室內衛生設備是以改性聚苯醚作為電鍍基體材料的。但塑料制品電鍍質量,如外觀質量,鍍層結合強度,熱性能,鍍層耐腐蝕性等均與塑料制品的設計、注塑成形工藝參數的選擇密切相關。
2 電鍍用塑料制品的設計原則[1]電鍍塑料制品除滿足塑件本身的功能要求外,還應利于注塑成形(幾乎只有注塑成形的塑料制品才能進行電鍍)和電鍍。
2.1 塑料制品的壁厚設計[5]塑料制品壁厚均勻能促使冷卻均勻,減少變形和收縮缺陷。壁厚應在2.3mm3.0mm范圍內,最大壁厚不超過3.8mm,這是由于注塑成形時的冷卻以及較厚的截面在冷卻后會出現縮痕的緣故。最小壁厚應不小于1.9mm,原因是較薄截面強度差,且在注塑成形時注射壓力在窄縫處損失較大,塑料熔體不易充滿型腔,如果增大壓力則使制品內應力增大,降低鍍層結合強度。盡可能地避免厚度變化,否則冷卻不均勻時就會發生制品的收縮和變形。壁厚不得不變時,則應使變化盡可能小,其間的過渡盡量平緩。同時,在設計模具時澆口位置應選在制品的大截面處,以利于大截面處的保壓補縮和減小小截面上的內應力以及聚合物分子在此處的取向。因內應力和取向會降低鍍層結合強度。為避免電鍍塑件產生嚴重的熱循環問題,在設計制品時一定要避免重量和面積之比過大,否則在注塑成形時產生不允許的收縮。如圖1所示,不能把塑料把手設計成實心的。
2.2 加強筋加強筋是從制品鄰近平面的表面上延伸出來的線狀突出物,它的作用是減小制品的體積和重量,并滿足高強度和高剛度的要求。在許多情況下,使用交聯的加強筋,以防止大而平的表面在注塑成形后產生彎曲和變形。加強筋的厚度應設計為交叉點處支承壁厚的50%60%。可以用許多小的加強筋來代替一條大的加強筋,以保持這一壁厚關系,并避免在此加強筋支承壁背面產生可見的縮痕。加強筋和支承壁相交處應設計適當的圓弧,以避免應力集中。還應設計至少有1°的脫模斜度,以易于制品的脫模。加強筋與壁厚的關系,支承壁的加強筋如圖2所示。
2.3 凸臺凸臺是制品表面的凸出物。用來連接和支承有關部件,凸臺可以是實心的,也可以是空心的。關于加強筋壁厚的推薦值同樣適用于凸臺。為了提高凸臺的強度,應采用加強筋,而不宜使凸臺壁厚超過上述的推薦值。凸臺高度不應超過凸臺直徑的兩倍,并在過渡處設計圓角及不小于1°的脫模斜度,圖3所示。
2.4 邊緣增強對于制品上無支持的邊緣,可以用卷邊或改變它的壁面等方法來增加它的強度。這樣可以保證邊緣具有足夠的剛度,減少或消除變形對壁很薄時尤其適用。圖3所示。
2.5 圓角 脫模斜度制品內、外平面的相交處的圓角都應盡可能大些,這樣可以改善注塑成形時熔體的流動狀態,減少零件在承受負載時產生嚴重的應力集中的可能性。設計制品時必須使其所有內、外表面都具有脫模斜度,這樣才能在制品脫模時不致因粘滯和摩擦而損傷表面。且脫模時與一般塑料制品不同,電鍍塑料不允許使用脫模劑,特別是有機硅噴霧,它會粘在制品上,降低鍍層結合強度。若脫模實在困難也只能使用滑石粉或肥皂水作脫模劑。
3 注塑成形工藝對塑件電鍍結合強度的影響
3.1 干燥在注塑成形時,對塑料經過充分干燥是非常重要的,尤其是吸水性強的塑料。塑料在注塑機料筒內加熱熔化時,塑料吸收的水分轉變成蒸氣。如注塑前不干燥脫水,這些水汽被壓縮并壓入制品后擴張成氣泡,在制品表面上形成氣泡或淚狀痕跡,這種痕跡在電鍍后常常立即出現并成為鍍層的氣泡,有時這些氣泡僅在熱循試驗后出現。
3.2 注塑溫度 注塑壓力 注塑速度
注塑成形時,應采用較高的注塑溫度(一般為255275℃),較低的注射壓力和較慢的注射速度。因為要使鍍層獲得良好結合強度的先決條件是,形成無內應力和無取向的表面。而取向是不可避免的,但通過提高熔體加工溫度會使它與凝固溫度之間的溫度域增寬,聚合物分子松馳的時間長,有助于解除聚合物分子的取向效應。工藝上采用較高的模具溫度也是基于相同的原因。較低的注射速度也同樣可以減少取向。注射壓力較高時,制品內應力增大,而且導致熔體在流動中的切應力和剪切速率提高,加劇聚合物分子的取向。塑料制品的內應力和聚合物分子取向會損害塑料電鍍前的酸洗效果,這既減小了鍍層的結合強度,也降低了鍍層的交變強度。從圖4中可以看出塑料溫度在260℃左右,鍍層結合強度最好,繼續升溫,結合強度提高很小,且過高的溫度將導致塑料降解而變色,損壞表面外觀質量。
4 結束語
塑料電鍍在生產上大規模的應用才有30多年的歷史,塑料電鍍目前正處在大力開發和推廣應用的階段。一旦聚烯烴類等廉價塑料的預處理工藝和鍍層性能等方面取得重大突破,或者導電塑料在成本和性能上取得重大突破,塑料電鍍又將出現一個新的飛躍。隨著汽車工業的塑料化和全塑型汽車的出現,塑料電鍍將有更加廣闊的前景。
