专利名称：塑料镀铬制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种塑料镀铬制品，属于新材料及表面技术领域。
背景技术：
塑料电镀制品是在塑料基体上通过金属化处理得到的一种产品，它是由塑料基 体、在它表面沉积的一层薄金属层以及在该金属层上镀覆的电镀铬层构成。上述产品兼具 有塑料和金属的优点，电镀铬层在大气中有很强的钝化性能，有银白的美丽光泽，并且能长 时间保持，在碱、硝酸、硫化物、碳酸盐、有机酸等腐蚀介质中稳定；电镀铬层还有较高的硬 度、良好的耐磨性和耐热性。因此，塑料电镀制品广泛用于汽车、摩托车、家用电器、装饰品、 包装等领域。但其生产工艺对环境和人体有很大的危害，尤其是生成的六价铬毒性很大。 多年来人们对电镀铬做了大量的研究，逐步使用低浓度镀铬和三价铬镀铬等技术，以减轻 对环境的污染，但三价镀铬等技术还不够完善，并且外观与性能不如六价铬；而且镀铬前往 往要镀较厚的铜与镍层，消耗大量的金属资源。塑料电镀的镀前处理有去应力、除油、粗化、 敏化、活化、解胶等，工序多耗费大，并且为了赋予塑料一定的导电能力而需要进行化学镀 或其他处理，进一步增加塑料电镀工艺的复杂性。综上所述，塑料电镀铬制品的生产污染严 重，成本高。因此，寻找一种能够替代电镀铬制品的铬制品有着积极的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种可替代塑料电镀制品的塑料镀铬制品，它具有三层结 构，由于其结构的改进使得其在生产上具有成本低、无毒、工序简单的优点，解决了现有技 术生产塑料电镀铬制品污染大，工艺复杂，成本高的技术问题。
本发明的镀涂层结构如附图1所示。 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的 —种塑料镀铬制品，包括基体材料、镀铬层，其特征在于还包括有有机涂料层和 钛氧化物薄膜层；由内到外依次为基体材料层、有机涂料层、镀铬层和钛氧化物薄膜层；有 机涂料层的厚度为10 20 ii m ;镀铬层的厚度为2 3 ii m ;钛氧化物薄膜层的厚度为2 4 ii m。 本发明上述技术方案中，镀铬制品在结构上用"有机涂层/真空镀铬层/无机镀 层"结构取代了电镀铬的"铜/镍/铬"三金属镀层结构，在生产工艺上，实现了用无毒镀铬 取代有毒镀铬的清洁生产，同时节省铜、镍等较为贵重的金属资源，大量减少水、电的消耗， 显著简化生产工序。 本发明的塑料制品镀覆"有机涂料层/离子镀铬层/钛氧化物薄膜镀层"后，既 保持塑料密度小、质量轻等特点，又有金属的光泽和导电、导热、耐磨等性能。它的镀层附 着力、表面硬度、表面亮度和色泽、耐盐雾腐蚀等性能达到了产品要求，作为广泛使用的防 护-装饰性镀铬，可以取代现有的电镀铬。 作为优选，所述基体材料为ABS塑料 PC塑料或PC+ABS复合塑料。
ABS塑料是丙烯腈(A) 、丁二烯(B)和苯乙烯(S)三元共聚物组成的热塑性塑料， 比重1. 05克/立方厘米，成型收縮率0. 4 0. 7% ，成型温度200 240°C ，工作温度_50 +701:，其使用性能取决于三种单体的比例以及苯乙烯-丙烯腈连续相和聚丁烯分散相两 者中的分子结构。PC通常为双酚A型聚碳酸酯，在结构上是由较为柔软的碳酸酯链与刚 性的苯环相连的聚合物，硬度与强度较高，耐冲击力强，耐候性好，耐热性较好，可在-60 +1201:下长期工作，热变形温度为130 14(TC，玻璃化温度149t:，极性小，吸水率低，收縮 率低，耐电晕性好，电性能优秀，而缺点是容易产生应力开裂，耐化学试剂耐腐蚀性较差，高 温下易水解。用一定比例的PC加入到ABS中组成的PC+ABS复合塑料，可以获得优良综合 性能。 作为优选，所述有机涂料层为脂环族环氧改性丙烯酸酯涂料。 脂环族环氧改性丙烯酸酯涂料是指，由脂环族环氧树脂与羟基丙烯酸酯混合交联 获得兼具脂环族环氧与丙烯酸酯两者性能特点的光敏预聚物，再组合光引发剂、活性稀释 剂及其他各种添加剂而形成。脂环族环氧树脂是环氧树脂的一个分支，由于其分子结构中 的环氧基不是来自环氧丙烷，而是环氧基直接连接在脂环上，所以与双酚A型环氧树脂相 比较，具有热稳定相良好、耐热性好、电绝缘性能优异、工艺性能好及安全性能高等特点。用 它来改性丙烯酸酯涂料，可以提高涂料的耐热性及耐辐照性能，例如其耐热性可达到20(TC 以上。 作为优选，所述环氧改性丙烯酸酯涂料层的厚度为10 15iim。 作为优选，所述的真空镀铬层是采用离子镀和离子轰击镀两种方法制备的。 铬的熔点为190(TC，1397t:时铬的蒸汽压为1.33Pa，铬的蒸发温度较高，因此目
前常用磁控溅射法镀铬。但是铬的质脆，难于做成圆柱靶，而用平面磁控溅射法镀铬时，由
于靶框材料的污染等原因，铬的膜层色泽显著偏离银白色。本发明采用阴极电弧离子镀与
离子轰击的组合方法，解决了这个难题，即获得了与电镀铬一致的色泽。 能采用离子镀和离子轰击镀进行镀铬的关键之一，就是所选择的底涂料必须有足
够的耐热性和耐辐射性，并且与基体及镀层有良好的结合力，不能相互发生化学反应，在真
空下只有很少的挥发成分，不吸收水分，固化后表面高度光滑。本发明选用上述的脂环族环
氧改性丙烯酸酯涂料为底涂，满足了这个要求，使真空镀铬得以进行。 作为优选，所述钛的氧化物薄膜为二氧化钛和其他钛的氧化物的混合物。 在钛的氧化物中，二氧化钛是一种重要的化合物。作为保护性镀层，它与铬等金属
镀层有良好的附着性，在可见光波段是透明的，有较高的硬度和耐磨性，又有良好的化学稳
定性和优异的耐蚀性，因此适宜做铬薄膜的防护涂层。
综上所述，本发明具有以下有益效果 1、本发明镀铬塑料制品其使用性能与目前市场上的电镀铬产品无差别，但是本发 明的生产方法更为简单、高效，而且水和电的消耗也大为减少，因此可作为目前市场上的电 镀铬产品的替代品； 2、本发明镀铬塑料制品用"有机涂层/真空镀铬层/无机镀层"的结构取代传统 的"铜/镍/铬"三金属镀层结构，用无毒镀铬取代有毒镀铬，在实现清洁生产的同时，节省 了铜、镍等较为贵重的金属资源； 3、本发明镀铬塑料制品的有机涂层为脂环族环氧改性丙烯酸酯涂料，该涂料经喷涂和紫外光照射固化后，在塑料工件表面制成耐热、耐辐照的底涂层，可以在一定范围内承 受离子镀铬过程中的离子轰击，而不出现裂纹等缺陷，并且同时与基体和镀铬层的附着力 良好； 4、本发明镀铬塑料制品的表面，有一层约为3ym的钛氧化物薄膜层，其为二氧化 钛和其他钛的氧化物的混合物。这种氧化物与真空镀铬层附着性强，在可见光波段透明，耐 腐蚀性优良，并且有良好的耐磨性，对真空镀铬层有很好的保护作用。
图1是本发明结构示意图。 图中，1是脂环族环氧改性丙烯酸酯涂层，2是真空离子镀铬层，3是钛氧化物薄膜 镀层，4是塑料工件。
具体实施例方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人 员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本 发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一 —种塑料镀铬制品，由内到外依次为ABS塑料工件4、脂环族环氧改性丙烯酸树 酯涂层1、真空离子镀铬层2、钛氧化物薄膜镀层3 ;脂环族环氧改性丙烯酸树酯涂层1的厚 度为15 ii m ;真空离子镀铬层2的厚度为3 ii m ;钛氧化物薄膜镀层的厚度为4 y m。脂环族 环氧改性丙烯酸酯光固化涂料由脂环族环氧树脂与羟基丙烯酸酯混合交联而成，它兼具脂 环族环氧与丙烯酸酯两者性能特点的光敏预聚物，同时它还包含有光引发剂、活性稀释剂 以及其它各种添加剂。 上述产品的生产方法，依次包括如下步骤 1 、预处理先用醇类有机溶剂擦洗，除去ABS塑料工件4表面油污和残留的脱模剂。 然后用铬酸处理液浸泡，再用65t:至7(TC水洗5min至10min，然后进行干燥。最后用静电 除尘器或离子风化机进行除尘处理，中和塑料表面的电荷，并且使吸附的灰尘脱落。
2、光固化底涂以脂环族环氧改性丙烯酸酯作为光固化底涂料使用紫外光固化生 产线进行底涂。紫外光固化生产线由一级净化区、二级净化区、喷涂系统、红外线流平段、紫 外光固化段、延伸段、进出料段、空气净化抽风送风系统等组成。 一级净化与二级净化的两 区域总长度为12m，宽8m。流平、固化、延伸、进出料等四段共长18m，宽1. 45m。输送连宽 0. 95m，不锈钢网带宽0. 87m，入口高度一般调节在0. 6m。流平段安置1KW红外加热管30根； 光固化段配置9套紫外线照射灯具，其中顶灯3支，以5. 6KW，8. 0KW，5. 6KW前后顺序安装； 左右分上下两层各安装两支5. 6KW灯；底灯两支，以8. 0KW，5. 6KW前后顺序安装。喷涂系统 为双位工水帘喷漆柜，配以净化送风系统，喷漆柜由两台规格为3. 5mX2. 7mX2. 4m的喷涂 柜组成。喷涂条件为固化能量为2000 2500mj/ci^，粘度为(岩田2#杯)8s/25°C。喷涂 工艺塑料工件4经喷涂后，先进入流平阶段，在7(TC下，流平5min。然后进入固化区紫外 灯下照射固化约20s，具体固化为开顶灯2支5. 6KW和8. 0KW，左、右、底灯各一支5. 6KW照 射固化。
3、离子镀铬ABS塑料工件经光固化底涂后，在1小时内进入阴极电弧离子镀设 备。该设备为立式，真空室内腔尺寸为4 1200mm，高1250mm。抽气系统由维持泵、机械泵、
罗茨泵和油扩散泵等组成。电弧离化源io个，交叉分布于真空室壁，不锈钢靶座，各源单
独供电，单独调节，间接水冷，电磁引弧。靶阴极尺寸为4 80mmX40mm。靶材为铬，配IO 套3KW、150A专用弧电源。另外，配30KW脉冲偏压电源一套。供气系统配四路气体质量流 量控制器。镀膜工艺塑料工件放于工件架，转动。靶与ABS塑料工件之间距离为300 400mm。先抽真空至4. OX 10—3Pa，充氩以增加弧源的稳定性和镀膜的绕射性，使真空度降低 到1.6X10—中a。开源数为5个。开启弧电源，使弧流为70A，占空比为85X，然后镀铬2min。 接着，将充氩气阀关闭，抽真空至6. 0 X 10—3Pa，使弧流为70A，开源数为5个，再离子轰击镀 铬lmin。在高真空条件下离子轰击镀铬的过程中，控制镀铬的沉积速率为10nm/s 1 y m/ s，这样，ABS塑料工件4表面呈高亮度的银白色，与电镀铬的表面色泽一致。
4、中频孪生靶磁控溅射镀钛氧化物薄膜ABS塑料工件经离子镀铬后进入中频孪 生靶磁控溅射镀膜设备。中频孪生靶磁控溅射镀膜设备的真空室内安置有一对孪生平面 钛靶。尺寸为长750mmX宽150mmX厚10mm，配一套30KVA、40KHz中频溅射电源。供气 系统配四路气体质量流量控制器。另有加热烘烤装置，该加热烘烤装置由不锈钢加热管组 成，还设有修正挡板和石英晶体振荡膜厚监控仪。镀膜工艺塑料工件4放于工件架，转动， 靶与工件之间距离为100mm 200mm。先抽真空至6. 0X 10—3Pa，充氩气与氧气，使之比例 为l : 6，并使真空度降到4.8X10—屮a，然后开启中频电源，使电压为644V，电流为30A，占 空比为80%，频率为39.912KHz。在镀膜1. 5min后，关闭充氩气阀。维持充氧气至气压为 3. 5X10—屮a，电压为690V，频率为39. 303KHz后，再镀膜1. 5min。 这样就制得了具有"有机涂层/真空镀铬层/无机镀层"结构的镀膜塑料制品。其
主要性能为 (l)色泽白亮; (2)铅笔硬度1 2H; (3)附着力(百格)；100% ; (4) cass试验> 72h。 这种塑料镀铬制品可广泛用于防护_装饰用途，可替代现有的电镀铬塑料制品。
实施例二 —种塑料镀铬制品，由内到外依次为ABS塑料工件4、脂环族环氧改性丙烯酸树 酯涂层1、真空离子镀铬层2、钛氧化物薄膜镀层3 ;脂环族环氧改性丙烯酸树酯涂层的厚度 为12 ii m ;真空离子镀铬层2的厚度为2 ii m ;钛氧化物薄膜层3的厚度为2 y m。
本实施例的制造方法同实施例1。
权利要求
一种塑料镀铬制品，包括基体材料、镀铬层，其特征在于还包括有有机涂料层和钛氧化物薄膜层；由内到外依次为基体材料层、有机涂料层、镀铬层和钛氧化物薄膜层；有机涂料层的厚度为10～20μm；镀铬层的厚度为2～3μm；钛氧化物薄膜层的厚度为2～4μm。
2. 根据权利要求1所述的一种塑料镀铬制品，其特征在于所述有机涂料层为脂环族环氧改性丙烯酸酯涂料。
3. 根据权利要求2所述的一种塑料镀铬制品，其特征在于所述环氧改性丙烯酸酯涂料层的厚度为10 15iim。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种塑料镀铬制品，其特征在于所述基体材料为 ABS塑料或PC塑料或PC+ABS复合塑料。
5. 根据权利要求1或2或3所述的一种塑料镀铬制品，其特征在于所述钛的氧化物 薄膜为二氧化钛和其他钛的氧化物的混合物。
6. 根据权利要求4所述的一种塑料镀铬制品，其特征在于所述钛的氧化物薄膜为二 氧化钛和其他钛的氧化物的混合物。
全文摘要
本发明涉及一种塑料镀铬制品，属于新材料及表面技术领域。一种塑料镀铬制品，包括基体材料、镀铬层，其特征在于还包括有有机涂料层和钛氧化物薄膜层；由内到外依次为基体材料层、有机涂料层、镀铬层和钛氧化物薄膜层；有机涂料层的厚度为10～20μm；镀铬层的厚度为2～3μm；钛氧化物薄膜层的厚度为2～4μm。本发明的可替代塑料电镀制品的塑料真空镀铬制品具有三层结构，由于其结构的改进使得其在生产上具有成本低、无毒、工序简单的优点，解决了现有技术生产塑料电镀铬制品污染大，工艺复杂，成本高的技术问题。
文档编号B32B15/04GK101700703SQ2009101532
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者冯露露, 潘建华, 钱苗根 申请人:湖州金泰科技股份有限公司