Einleitung: Der Herstellungsprozess vonKunststoffprodukteDer Prozess umfasst im Wesentlichen vier Schlüsselprozesse: Formgebung, Oberflächenbehandlung, Bedrucken und Montage. Die Oberflächenbehandlung ist dabei ein unverzichtbarer Bestandteil. Um die Haftfestigkeit der Beschichtung zu verbessern und eine gute leitfähige Grundlage für die Galvanisierung zu schaffen, ist die Vorbehandlung unerlässlich.
Oberflächenvorbehandlung von Kunststoffprodukten
Die Behandlung umfasst hauptsächlich Beschichtungs- und Galvanisierungsverfahren. Kunststoffe weisen im Allgemeinen einen hohen Kristallinitätsgrad, geringe oder keine Polarität und eine niedrige Oberflächenenergie auf, was die Haftung der Beschichtung beeinträchtigt. Da Kunststoff ein nichtleitender Isolator ist, kann er nicht direkt nach den üblichen Galvanisierungsverfahren beschichtet werden. Daher ist vor der Oberflächenbehandlung eine Vorbehandlung erforderlich, um die Haftfestigkeit der Beschichtung zu verbessern und eine leitfähige Grundschicht mit guter Haftfestigkeit für die Galvanisierung bereitzustellen.
Vorbehandlung der Beschichtung
Die Vorbehandlung umfasst das Entfetten der Kunststoffoberfläche, d. h. das Entfernen von Öl und Trennmittel von der Oberfläche, sowie das Aktivieren der Kunststoffoberfläche, um die Haftung der Beschichtung zu verbessern.
1. Entfetten
Entfettung vonKunststoffprodukteÄhnlich wie bei der Entfettung von Metallprodukten können Kunststoffprodukte durch Reinigung mit organischen Lösungsmitteln oder durch Entfettung mit alkalischen, wässrigen Lösungen, die Tenside enthalten, entfettet werden. Die Entfettung mit organischen Lösungsmitteln eignet sich zur Entfernung von Paraffin, Bienenwachs, Fett und anderen organischen Verschmutzungen von Kunststoffoberflächen. Das verwendete organische Lösungsmittel sollte den Kunststoff weder auflösen, aufquellen noch Risse verursachen und muss einen niedrigen Siedepunkt, eine geringe Flüchtigkeit, Ungiftigkeit und Nichtbrennbarkeit aufweisen. Alkalische, wässrige Lösungen eignen sich zur Entfettung von alkalibeständigen Kunststoffen. Die Lösung enthält Natronlauge, alkalische Salze und verschiedene Tenside. Das am häufigsten verwendete Tensid gehört zur OP-Reihe, d. h. Alkylphenolpolyoxyethylenether, das nicht schäumt und keine Rückstände auf der Kunststoffoberfläche hinterlässt.
2. Oberflächenaktivierung
Diese Aktivierung dient der Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Kunststoffen, d. h. der Erzeugung polarer Gruppen auf der Kunststoffoberfläche oder deren Aufrauung, um die Benetzung und Adsorption der Beschichtung auf dem Werkstück zu erleichtern. Es gibt zahlreiche Verfahren zur Oberflächenaktivierung, wie z. B. chemische Oxidation, Flammenoxidation, Ätzen mit Lösungsmitteldampf und Koronaentladungsoxidation. Am weitesten verbreitet ist die chemische Kristalloxidation, bei der häufig Chromsäure als Behandlungslösung verwendet wird. Ihre typische Zusammensetzung besteht aus 4,5 % Kaliumdichromat, 8,0 % Wasser und 87,5 % konzentrierter Schwefelsäure (über 96 %).
Einige Kunststoffprodukte, wie Polystyrol und ABS-Kunststoffe, können ohne chemische Oxidationsbehandlung direkt beschichtet werden. Um eine hochwertige Beschichtung zu erzielen, wird jedoch auch eine chemische Oxidationsbehandlung eingesetzt. Beispielsweise kann ABS-Kunststoff nach dem Entfetten mit einer verdünnten Chromsäurelösung geätzt werden. Die typische Zusammensetzung dieser Lösung besteht aus 420 g/l Chromsäure und 200 ml/l Schwefelsäure (Dichte 1,83). Der typische Behandlungsprozess umfasst 5–10 Minuten bei 65–70 °C, gefolgt von Wasserwäsche und Trocknung. Der Vorteil der Chromsäurebehandlung liegt darin, dass Kunststoffprodukte unabhängig von ihrer Form gleichmäßig behandelt werden können. Der Nachteil besteht in der Gefährlichkeit des Verfahrens und den damit verbundenen Umweltbelastungen.
Vorbehandlung der Beschichtung
Die Vorbehandlung von Beschichtungen dient der Verbesserung der Haftung der Beschichtung auf der Kunststoffoberfläche und der Bildung einer leitfähigen Metallgrundschicht. Der Vorbehandlungsprozess umfasst im Wesentlichen: mechanisches Aufrauen, chemisches Entfetten, chemisches Aufrauen, Sensibilisierungsbehandlung, Aktivierungsbehandlung, Reduktionsbehandlung und chemische Metallisierung. Die ersten drei Schritte dienen der Verbesserung der Haftung der Beschichtung, die letzten vier der Bildung einer leitfähigen Metallgrundschicht.
1. Mechanisches Aufrauen und chemisches Aufrauen
Mechanische und chemische Aufrauung dienen dazu, die Kunststoffoberfläche mechanisch bzw. chemisch aufzurauen, um die Kontaktfläche zwischen Beschichtung und Substrat zu vergrößern. Man geht allgemein davon aus, dass die durch mechanische Aufrauung erzielbare Haftkraft nur etwa 10 % derjenigen durch chemische Aufrauung beträgt.
2. Chemische Entfettung
Das Entfettungsverfahren zur Vorbehandlung von Kunststoffoberflächenbeschichtungen ist das gleiche wie das Entfettungsverfahren zur Vorbehandlung von Beschichtungen.
3. Sensibilisierung
Die Sensibilisierung dient der Adsorption leicht oxidierbarer Substanzen wie Zinn(II)-chlorid, Titan(III)-chlorid usw. an der Oberfläche von Kunststoffen mit bestimmter Adsorptionskapazität. Diese adsorbierten Substanzen werden während der Aktivierungsbehandlung oxidiert, wobei der Aktivator zu katalytischen Kristallkeimen reduziert wird und auf der Produktoberfläche verbleibt. Die Sensibilisierung schafft die Grundlage für die nachfolgende chemische Metallisierung.
4. Aktivierung
Die Aktivierung erfolgt durch Behandlung der sensibilisierten Oberfläche mit einer Lösung katalytisch aktiver Metallverbindungen. Dabei wird das mit Reduktionsmittel beladene Produkt in eine wässrige Lösung mit einem Oxidationsmittel in Form eines Edelmetallsalzes getaucht. Die Edelmetallionen werden durch S²⁺ als Oxidationsmittel reduziert, und das reduzierte Edelmetall lagert sich in Form kolloidaler Partikel mit starker katalytischer Aktivität auf der Produktoberfläche ab. Beim Eintauchen dieser Oberfläche in eine chemische Beschichtungslösung wirken diese Partikel als katalytische Zentren und beschleunigen so die Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen Beschichtung.
5. Reduktionsbehandlung
Vor der chemischen Beschichtung werden die aktivierten und mit sauberem Wasser gewaschenen Produkte in eine Reduktionsmittellösung bestimmter Konzentration getaucht, um den nicht abgewaschenen Aktivator zu reduzieren und zu entfernen. Dieser Vorgang wird als Reduktionsbehandlung bezeichnet. Bei der chemischen Kupferbeschichtung wird Formaldehydlösung, bei der chemischen Nickelbeschichtung Natriumhypophosphitlösung zur Reduktionsbehandlung verwendet.
6. Chemische Beschichtung
Ziel der chemischen Beschichtung ist die Bildung eines leitfähigen Metallfilms auf der Oberfläche von Kunststoffprodukten, um die Voraussetzungen für die galvanische Metallisierung zu schaffen. Daher ist die chemische Beschichtung ein entscheidender Schritt bei der Kunststoffgalvanisierung.
Veröffentlichungsdatum: 13. Juni 2024