آماده سازی و فعال سازی سطوح پلاستیک ABS برای آبکاری الکتریکی

مقدمه

پلاستیکها به دلایل گوناگون به ویژه سبکی وزن مناسب بودن هزینه آسان بودن ساخت اشکال پیچیده به وسیله ساخت قالب و دیگر قابلیتهائی که به لحاظ مهندسی دارای اهمیت است، از سالهای 1950 در بسیاری از کاربردهای صنعتی جایگزین فلزات شده اند. موارد استفاده از پلاستیکها در صنعت بسیار مختلف و متنوع است و در این میان می توان به صنایع مربوط به باطریهای خورشیدی اتومبیل سازی پزشکی ورزشی هواپیما سازی اپتیک صنعت بسته بندی فیلمهای هنری گرافیک صنعت ارتباطات و کامپیوتر اشاره کرد (1-6) این عوامل به پیشرفت سریع فرایندهای تکمیلی تزئین و پرداخت سطوح پلاستیکی منجر شد و بدین ترتیب آبکاری از آغاز سال 1960 به سرعت رو به توسعه و پیشرفت نهاد. به دنبال گسترش این فرایندها روش آبکاری فلز به شیوه الکترولس به منظور دست یابی به یک لایه ضخیم فلزی به روی پلاستیک ناگهان به موفقیت تجاری چشمگیری دست یافت پایه های پلاستیکی که می توانند برای این نوع آۀبکاری استفاده شوند شامل ABS (آکریلونیترویل – بوتادین – استایرن) ABS / پلی کربنات پلی فنیلن اکساید پلی سولفون پلی استر نایلون PBT ترکیبهای پلی کربنات PET, PVC پلی اورتان و برخی کریستالهای پلیمری که تفاوتهائی در مرحله آماده سازی دارند است به هر حال متداول ترین پلاستیک در کاربردهای تزئینی ABS است.

مواد غیر هادی به دلیل نداشتن خاصیت رسانائی نیازمند فعال کردن سطوح هستند تا در سطح آنها مکانهای فعال تولید شود. این مکانهای فعال بیشتر از طریق نشاندن فلزات واسطه روی آنها تامین می شود. استفاده از نیکل، مس، نقره، کبالت بیشتر رایج است. از نیکل جهت فعال کردن سرامیکها و پلاستیکها برای آبکاری استفاده می شود که این آبکاریها در ساخت وسایل مکانیکی و تزئینی و الکترونیکی مانند روکشهای الکترومغناطیس استفاده می شود. بسیاری از پلاستیکها قابلیت قبول پوشش فلزی را ندارند. اما ABS این قابلیت را به خوبی دارد. قیمت پائین و ضریب انبساط حرارتی کمی دارند آسان شکل می گیرند و چسبندگی خوبی بی خود و پوشش ایجاد می کنند. عموما فرآیندهای زیر را در فعال کردن پلاستیکها انجام می دهند. (8-10)

 

آماده سازی و شستن و پاک کردن چربی و ذرات آلوده دیگر :

از طریق پاک کننده های قلیائی یا محلول شوینده های ظرف شوئی و یا پودرهای رختشوئی این شستشوی اولیه را انجام می دهند. جهت سهولت شستشو و پاک کردن چربیها موجود شستشو را در دمای 60 درجه سلسیوس انجام می دهند و می توان از محلولهای سود با غلظت 10 درصد استفاده کرد. غوطه ور کردن در محلولهائی مانند دی متیل فرم آمید که بیشتر برای پلی سولفون و ABS استفاده می شوند نیز می تواند انجام گیرد. این محلولها باعث یکنواخت شدن سطح شده و چسبندگی را زیاد می کند.

 

اچ کردن

برای به عمل آوری سطوح پلاستیک و نرم و ملایم سازی آنها انجام می گیرد و برای دو هدف زیر بیشتر استفاده می شود:

الف) تبدیل سطح آب گریز به آب دوست

ب) برای ایجاد مکانهای باندی روی پلاستیکها با پوششهای فلزی مانند مس و نیکل

 

انواع اچ کردن

اچ کردن به دو صورت شیمیائی و فیزیکی انجام می گیرد. در اچ کردن فیزیکی عمل ایچ کردن توسط لیزر را انجام می دهند و با این طریق سطح را برای پذیرش پوشش آماده می کنند. اما در اچ کردن شیمیائی به کمک محلولهائی که اکسنده قوی هستند استفاده می کنند. بیشتر از محلول (سولفوریک اسید غلیظ و اشباع از کرمیک اسید) استفاده می کنند.

برای ABS این محلول اچ شامل محلول (سوفلوریک – کرم ) یا محلول کرم (IV) اکسید با غلظت معین که سطح را خوب آماده می کند. عمل اچ کردن در دمای 60 تا 72 درجه سانتیگراد به مدت 4 تا 10 دقیقه انجام می گیرد. برای پلاستیکهای دیگر این عمل با شرایط مختلف زمانی و دمائی انجام می گیرد واکنش زیر در سطح انجام می گیرد:

پس از این عمل ممکن است محلول خاصیت اچ کردن خود را از دست بدهد که با اضافه کردن  جبران می شود و نیز اگر  تولید شده بیشتر از 40 گرم برلیتر باشد بایستی مقدار اضافی ان از حمام خارج شود. به دو روش زیر این عمل انجام می گیرد.

الف) دکانته کردن محلول و اضافه کردن مقدار مورد نیاز، این عمل زمانی که مقدار ماده کم باشد ایجاد اشکال می کند.

ب) جدا کردن  به کمک الکترولیز با کاتد مس یا فولاد زنگ نزن

بعد از انجام اچ شدن واکنش زیر روی ABS انجام می شود. این واکنش را بوتادین انجام می دهد (11).

همان طور که در شکل (2) دیده می شود در این نوع اچ کردن زمان عامل مهمی است که هر چه بیشتر باشد اچ شدن بیشتر و برجستگیها و فر رفتگیهای ایجاد شده در روی سطح پلاستیک هم بیشتر می شود.

 

خنثی سازی

بعد از انجام اچ کردن قطعه را در آب شسته و در داخل خنثی کننده قرار می دهد زیرا  به صورت سم عمل می کند و باید از سطح برداشته شود. خنثی کننده محلولی از قبیل سدیم بی سولفیت است. این مرحله شامل دمای 21 تا 44 درجه سانتیگراد است که به مدت 1 تا 3 دقیقه اجرا می شود. ممکن است هم زده شود و پس از آن دوباره شسته می شود.

 

فعال کردن

فعال کننده ها نمکهای فلزهای گرانبها یا کاتالیز گرهای فلزی گرانبها هستند مانند: Au، Pt، Pd، اخیرا فعال کردن از طریق دو مرحله زیر انجام می گیرد:

الف) استفاده از محلول  با غلظت معین، که  جذب سطح می شود.

ب) استفاده از محلول  با غلظت معین.

وقتی که قطعه به ترتیب در محلول فوق غوطه ور می شود باقی مانده  واکنش زیر را روی سطح انجام می دهد:

اتمهای پالادیم تولید شده مکانهائی را روی سطح نمونه اشغال می کنند که برای ایجاد پوشش طی مرحله الکترولس به کار می روند. می توان محلول فوق را به صورت یک جا با غلظتهای معین استفاده کرد یعنی  در این حالت آنچه روی سطح می ماند کلئوید پالادیم – قلع است که سطح را فعال می کند و میزان پایداری آن به غلظت کلرید و یون  بستگی دارد. یک نوع محلول دیگر که امروزه برای فعال کردن به کار می رود شامل :  است که از سدیم کلرید تا حد اشباع استفاده می کنند. این محلول رنگ قطعه را به صورت قهوه ای در می آورد. به طور کل رنگ به نوع اکتیواتور بستگی دارد. هدف از فعال کردن، ایجاد مکانهای کاتالیستی روی سطح پلاستیک است که در شرایط عادی در دمای 27 تا 35 درجه سانتیگراد در مدت 2 تا 5 دقیقه انجام می گیرد. واکنش کاتالیستی فوق به چند عامل بستگی دارد این عوامل به ترتیب اولویت عبارتند از:

-

- زمان

-

- دما

- یون

- یون

این عوامل به ترتیب اهمیت روی جذب پالادیم به سطح تاثیر گذاشته و فعال سازی را تسریع می کنند. به طور کلی هر چه غلظت پالادیم کلرید و قلع (II) کلید و دما بیشتر باشد فعال سازی بهتر انجام می گیرد. این عوامل روی پلاستیکها و سرامیکها قابل اجرا هستند. همانطوری که در شکل (3) دیده می شود در مرحله فعال سازی مکانیزم کار در سه مرحله انجام کاتالیست شستشو و شتاب دهی به ترتیب موجب تکمیل فعال سازی می شود.

 

شتاب دهندگی

بعد از فعال شدن و آبکشی فلز پالادیم در روی سطح با هیدرواکسید قلع کلوئید می شود. در این حالت بایستی  قبل از انجام کار کاتالیستی پاک شود و شتاب دهندگی بیشتر برای همین منظور انجام می گیرد. این عمل قلع اضافی را قبل از اینکه عمل کاتالیستی پالادیم از بین برود پاک می کند (این عمل سریع انجام می گیرد و ممکن است و در محلول رقیق هیدروکلریک اسید هم شسته شود) قلع اضافی سرعت الکترولس حمام را کم می کند و به عنوان بازدارنده عمل می کند. بزرگترین مسئله در شتاب دهندگی تاثیر ناخالصیهای فلزی است که باید محلول شتاب دهنده عاری از آنها باشد. پس از انجام فعال سازی عمل الکترولس انجام می شود و فیلم نازک فلزی چسبان که معمولا مس و یا نیکل است روی پلاستیک نشانده می شود. درعمل الکترولس مکانهای پالادیم نقش کاتالیتیکی انجام داده و فلز را روی سطح قرار می­دهند که بعدا خود فلز به عنوان اتوکاتالیست عمل الکترولس را انجام می دهد (12-14) گونه های جذب شده در سطح کاتالیستی در مراحل مختلف فعال سازی در شکل (4) نشان داده شده است.

 

عملیات الکترولس:

با انجام الکترولس ترکیبی از فلز دلخواه را روی پلاستیک می نشانند و به این ترتیب پلاستیک هادی می شود.

محمد رضا ابراهیمی