1 引言
塑料制品電鍍以后,被賦于了復(fù)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(yīng)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(jìn)行電鍍的;龍頭把手、淋浴噴頭之類的各種室內(nèi)衛(wèi)生設(shè)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(zhì)量,如外觀質(zhì)量,鍍層結(jié)合強(qiáng)度,熱性能,鍍層耐腐蝕性等均與塑料制品的設(shè)計(jì)、注塑成形工藝參數(shù)的選擇密切相關(guān)。
2 電鍍用塑料制品的設(shè)計(jì)原則[1]電鍍塑料制品除滿足塑件本身的功能要求外,還應(yīng)利于注塑成形(幾乎只有注塑成形的塑料制品才能進(jìn)行電鍍)和電鍍。
2.1 塑料制品的壁厚設(shè)計(jì)[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(yīng)在2.3mm3.0mm范圍內(nèi),最大壁厚不超過3.8mm,這是由于注塑成形時(shí)的冷卻以及較厚的截面在冷卻后會(huì)出現(xiàn)縮痕的緣故。最小壁厚應(yīng)不小于1.9mm,原因是較薄截面強(qiáng)度差,且在注塑成形時(shí)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(nèi)應(yīng)力增大,降低鍍層結(jié)合強(qiáng)度。盡可能地避免厚度變化,否則冷卻不均勻時(shí)就會(huì)發(fā)生制品的收縮和變形。壁厚不得不變時(shí),則應(yīng)使變化盡可能小,其間的過渡盡量平緩。同時(shí),在設(shè)計(jì)模具時(shí)澆口位置應(yīng)選在制品的大截面處,以利于大截面處的保壓補(bǔ)縮和減小小截面上的內(nèi)應(yīng)力以及聚合物分子在此處的取向。因內(nèi)應(yīng)力和取向會(huì)降低鍍層結(jié)合強(qiáng)度。為避免電鍍塑件產(chǎn)生嚴(yán)重的熱循環(huán)問題,在設(shè)計(jì)制品時(shí)一定要避免重量和面積之比過大,否則在注塑成形時(shí)產(chǎn)生不允許的收縮。如圖1所示,不能把塑料把手設(shè)計(jì)成實(shí)心的。
2.2 加強(qiáng)筋加強(qiáng)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(qiáng)度和高剛度的要求。在許多情況下,使用交聯(lián)的加強(qiáng)筋,以防止大而平的表面在注塑成形后產(chǎn)生彎曲和變形。加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)設(shè)計(jì)為交叉點(diǎn)處支承壁厚的50%60%。可以用許多小的加強(qiáng)筋來代替一條大的加強(qiáng)筋,以保持這一壁厚關(guān)系,并避免在此加強(qiáng)筋支承壁背面產(chǎn)生可見的縮痕。加強(qiáng)筋和支承壁相交處應(yīng)設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膱A弧,以避免應(yīng)力集中。還應(yīng)設(shè)計(jì)至少有1°的脫模斜度,以易于制品的脫模。加強(qiáng)筋與壁厚的關(guān)系,支承壁的加強(qiáng)筋如圖2所示。
2.3 凸臺(tái)凸臺(tái)是制品表面的凸出物。用來連接和支承有關(guān)部件,凸臺(tái)可以是實(shí)心的,也可以是空心的。關(guān)于加強(qiáng)筋壁厚的推薦值同樣適用于凸臺(tái)。為了提高凸臺(tái)的強(qiáng)度,應(yīng)采用加強(qiáng)筋,而不宜使凸臺(tái)壁厚超過上述的推薦值。凸臺(tái)高度不應(yīng)超過凸臺(tái)直徑的兩倍,并在過渡處設(shè)計(jì)圓角及不小于1°的脫模斜度,圖3所示。
2.4 邊緣增強(qiáng)對(duì)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(qiáng)度。這樣可以保證邊緣具有足夠的剛度,減少或消除變形對(duì)壁很薄時(shí)尤其適用。圖3所示。
2.5 圓角 脫模斜度制品內(nèi)、外平面的相交處的圓角都應(yīng)盡可能大些,這樣可以改善注塑成形時(shí)熔體的流動(dòng)狀態(tài),減少零件在承受負(fù)載時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中的可能性。設(shè)計(jì)制品時(shí)必須使其所有內(nèi)、外表面都具有脫模斜度,這樣才能在制品脫模時(shí)不致因粘滯和摩擦而損傷表面。且脫模時(shí)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(jī)硅噴霧,它會(huì)粘在制品上,降低鍍層結(jié)合強(qiáng)度。若脫模實(shí)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(duì)塑件電鍍結(jié)合強(qiáng)度的影響
3.1 干燥在注塑成形時(shí),對(duì)塑料經(jīng)過充分干燥是非常重要的,尤其是吸水性強(qiáng)的塑料。塑料在注塑機(jī)料筒內(nèi)加熱熔化時(shí),塑料吸收的水分轉(zhuǎn)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(kuò)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(xiàn)并成為鍍層的氣泡,有時(shí)這些氣泡僅在熱循試驗(yàn)后出現(xiàn)。
3.2 注塑溫度 注塑壓力 注塑速度
注塑成形時(shí),應(yīng)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?yàn)橐瑰儗荧@得良好結(jié)合強(qiáng)度的先決條件是,形成無內(nèi)應(yīng)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(huì)使它與凝固溫度之間的溫度域增寬,聚合物分子松馳的時(shí)間長(zhǎng),有助于解除聚合物分子的取向效應(yīng)。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(shí),制品內(nèi)應(yīng)力增大,而且導(dǎo)致熔體在流動(dòng)中的切應(yīng)力和剪切速率提高,加劇聚合物分子的取向。塑料制品的內(nèi)應(yīng)力和聚合物分子取向會(huì)損害塑料電鍍前的酸洗效果,這既減小了鍍層的結(jié)合強(qiáng)度,也降低了鍍層的交變強(qiáng)度。從圖4中可以看出塑料溫度在260℃左右,鍍層結(jié)合強(qiáng)度最好,繼續(xù)升溫,結(jié)合強(qiáng)度提高很小,且過高的溫度將導(dǎo)致塑料降解而變色,損壞表面外觀質(zhì)量。
4 結(jié)束語
塑料電鍍?cè)谏a(chǎn)上大規(guī)模的應(yīng)用才有30多年的歷史,塑料電鍍目前正處在大力開發(fā)和推廣應(yīng)用的階段。一旦聚烯烴類等廉價(jià)塑料的預(yù)處理工藝和鍍層性能等方面取得重大突破,或者導(dǎo)電塑料在成本和性能上取得重大突破,塑料電鍍又將出現(xiàn)一個(gè)新的飛躍。隨著汽車工業(yè)的塑料化和全塑型汽車的出現(xiàn),塑料電鍍將有更加廣闊的前景。
