濕法鍍膜

金屬材料有著讓人喜愛的質(zhì)感，尤其是現(xiàn)在以iPhone為主的金屬手機(jī)外殼大潮令金屬表面處理大受關(guān)注，然而金屬材料質(zhì)量大成本高，限制了一些日常產(chǎn)品的應(yīng)用。塑料質(zhì)輕且機(jī)械性能能夠滿足部分產(chǎn)品應(yīng)用，然而缺乏金屬的光澤，不夠美觀，耐候性差易老化，不導(dǎo)電及由此帶來的靜電作用等等……

如何讓塑料擁有金屬材料的外觀，替代金屬材料，將兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，這一直是高分子研究的課題。到目前為止，研究人員已經(jīng)能夠設(shè)法在塑料的表面鍍敷一層金屬來改善塑料的性能，產(chǎn)生了一些展現(xiàn)金屬質(zhì)感外觀的塑料制品，這都?xì)w功于塑料表面金屬化工藝。下面就來詳細(xì)介紹一下：

什么是高分子材料金屬化？

高分子材料金屬化是利用物理或化學(xué)手段在高分子材料表面鍍上一層金屬，使其表面呈現(xiàn)出金屬的某些性質(zhì)，如導(dǎo)電性、磁性、導(dǎo)熱性等。金屬化后的高分子材料具有金屬外觀，鍍層硬度高，便于焊接，可以代替金屬制品，降低成本；同時(shí)由于高分子材料一般具有高韌性，耐熱性，耐蝕性等，使得金屬化的高分子材料比普通金屬材料性能更好。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在在塑料樹脂中添加金屬粉等，同樣能夠制備出金屬化材料。

塑料金屬化工藝知多少？

塑料金屬化基本分為兩大類，一是塑料表面金屬化，另一個(gè)是塑料整體金屬化。前者又分為干法和濕法等。干法主要包括物**相沉積和化學(xué)氣相沉積等；濕法主要包括化學(xué)鍍、電鍍以及化學(xué)還原等。

1、干法金屬化（干法鍍膜）

① 物**相沉積（PVD）

主要包括真空蒸發(fā)和磁控濺射。要求沉積薄膜的空間要有一定的真空度，所以真空技術(shù)是物**相沉積法的基礎(chǔ)。

真空蒸發(fā)法是指在真空環(huán)境下加熱鍍膜材料，使其在極短時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)，沉積在塑料表面上形成鍍層。

優(yōu)點(diǎn) 此法成膜速率快、效率高，但薄膜與基體結(jié)合較差。為此，人們將等離子刻蝕和真空蒸發(fā)法結(jié)合起來以提高結(jié)合力（離子鍍）。

缺點(diǎn) 只能蒸發(fā)像鋁這種低熔點(diǎn)的金屬。

應(yīng)用舉例

鍍鋁膜，復(fù)合材料包裝制品

磁控濺射法是用高能離子轟擊靶材，使靶材表面原子獲得足夠能量脫離母材，并按相應(yīng)的濺射方向飛躍出來，沉積在塑料表面的方法。

優(yōu)點(diǎn) 與真空蒸發(fā)法相比，磁控濺射法不需要預(yù)處理，結(jié)合力較強(qiáng)，且能沉積多種金屬。

應(yīng)用舉例

汽車隔熱防爆膜，其中金屬隔熱層由在PET膜上通過真空蒸鍍或真空磁控濺射金屬鋁、銀、鎳等而成

② 化學(xué)氣相沉積（CVD）

指把含有沉積元素的反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室，在基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并把固體產(chǎn)物沉積到基體表面的過程。有研究者用此方法在PTFE上成功沉積了銅。

優(yōu)點(diǎn) 化學(xué)氣相沉積膜層致密，結(jié)合力強(qiáng)，厚度比較均勻，膜層質(zhì)量穩(wěn)定。

缺點(diǎn) 影響膜的組成和結(jié)構(gòu)的因素很多( 如氣體運(yùn)動速率、壓力分布、溫度等)，必須嚴(yán)格控制才能得到理想的膜。同時(shí)，傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積法反應(yīng)溫度通常很高( 900~ 2000 ℃)，容易導(dǎo)致基體變形和組織變化。

應(yīng)用舉例

ABS表面鍍銅

2、濕法鍍膜

由于化學(xué)鍍、電鍍以及化學(xué)還原等方法都要在溶液中進(jìn)行，所以被稱為濕法鍍膜。

① 化學(xué)鍍

化學(xué)鍍是目前使用*廣泛的一種塑料金屬化加工方法，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強(qiáng)還原劑在含有金屬離子的溶液中，將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。

優(yōu)點(diǎn) 1）鍍覆過程不需外電源驅(qū)動，設(shè)備簡單；2）均鍍能力好，形狀復(fù)雜，有內(nèi)孔、內(nèi)腔的鍍件均可獲得均勻的鍍層；3）鍍層致密，孔隙率低；4）適用的基體材料范圍廣，可在金屬、非金屬以及有機(jī)物上沉積鍍層；5）容易制取非晶態(tài)合金和某些持殊功能薄膜，如磁學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等功能鍍層。

缺點(diǎn)鍍液壽命短、穩(wěn)定性差，鍍覆速度較慢。

應(yīng)用舉例

尼龍表面化學(xué)鍍銅，使尼龍布具有良好的防電磁輻射性能。

② 電鍍

電鍍是一利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程，是利用電解作用使金屬或其它材料制件的表面附著一層金屬膜的工藝。

優(yōu)點(diǎn) 電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、光滑性、耐熱性和表面美觀。

缺點(diǎn) 需要使用對環(huán)境有害的鉻金屬衍生物和鎳，危害環(huán)境

應(yīng)用舉例

目前用于電鍍*多的塑料是ABS，其次是PP。另外PSF、PC、PTFE等也有成功電鍍的方法，但難度較大。

③ 化學(xué)還原法

化學(xué)還原法制備聚合物金屬化表面主要步驟：

1）將含有極性基團(tuán)的聚合物和能與其形成絡(luò)合物的金屬鹽共同溶解在溶劑中制成均勻的溶液

2）將溶液通過蒸發(fā)成型得到樣品

3）將樣品置于還原溶液中，通過化學(xué)還原反應(yīng)在樣品表面上形成導(dǎo)電金屬層。

優(yōu)點(diǎn) 化學(xué)還原法一定程度上解決了表面結(jié)合力差，耐久性不佳，鍍膜設(shè)備造價(jià)高，工藝復(fù)雜等問題，具有很大的發(fā)展空間。

3、其他金屬化鍍膜方法

① 金屬涂料涂裝

采用以銀、銅、鎳、鋁等金屬粉末符合的涂料，涂裝于塑料上使塑料金屬化。這種方法除了使塑料表面具有金屬質(zhì)感的裝飾作用外，還可以利用圖層的導(dǎo)電性，作為使塑料手機(jī)殼具有屏蔽性能的方法。

② 金屬噴涂

金屬噴涂是用熔融金屬的高速粒子流噴在基體表面，以產(chǎn)生覆層的材料保護(hù)技術(shù)。包括電弧噴涂，等離子噴涂、火焰噴涂和高速氧燃料噴涂。

優(yōu)點(diǎn)

1）顏色豐富；

2）液體環(huán)境中加工，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的表面處理；

3）工藝成熟、可量產(chǎn)；

4）有獨(dú)特的透明度，光澤度高。

缺點(diǎn)

1）成本過高

2）熔融狀態(tài)下的金屬顆粒和高溫焰流會對聚合物基體材料表面產(chǎn)生破壞，由于熱噴涂的加熱溫度較高，所制得得金屬涂層由于氧化和較大孔隙率很難滿足使用要求。

因此，在聚合物基材料表面一般采用冷噴涂的方法進(jìn)行金屬層涂覆，冷噴涂技術(shù)僅需要很少量的熱量輸入，加熱溫度低，顆粒飛行速度高，有效防止了熱噴涂時(shí)的熱影響，減少了基體表面三維畸變、涂層氧化、相變等問題。

應(yīng)用舉例 各色手機(jī)外殼

③ 金屬粉復(fù)合法

此方法是在塑料成型過程中添加特殊的金屬顏料，例如金屬粉、色母、造粒料等，使塑料制品實(shí)現(xiàn)珠光、金屬光澤等效果。這種方法可以避免一些噴涂過程，是塑料整體金屬化的方法。

目前有些塑料企業(yè)在開發(fā)這類產(chǎn)品，所生產(chǎn)的塑料顆粒能直接應(yīng)用成型，工藝簡單，降低成本。

應(yīng)用舉例 珠光氣球

其他應(yīng)用

汽車散熱格柵、后視鏡蓋、車門把手和內(nèi)飾、HiFi設(shè)備、咖啡機(jī)外殼

金屬化工藝可以實(shí)現(xiàn)塑料外觀金屬質(zhì)感，與此同時(shí)金屬化工藝得到的塑料制品在導(dǎo)電性、磁性、導(dǎo)熱性等方面展現(xiàn)優(yōu)勢。就目前現(xiàn)狀而言，金屬化的塑料種類還是很少的，*多的是ABS，其次是PP，再者是PSF、PC、PTFE等。所以，塑料金屬化的發(fā)展還需要繼續(xù)努力。