چالش های پوشش دهی قطعات پلاستیکی

آبکاری بر روی قطعات پلاستیکی تکنیکی است که از زمان جنگ جهانی دوم تاکنون، محبوبیت زیادی داشته است. کاربردهای آبکاری روی پلاستیک ها شامل نیمه هادی ها، ساخت خودرو، لوازم الکترونیکی مصرفی و تولید وسایل لوله کشی است. پوشش دهی قطعات پلاستیکی علاوه بر ایجاد رسانایی برای قطعات پلاستیکی، استحکام این قطعات را افزایش می دهد و از آنها در برابر سایش و شرایط محیطی محافظت می کند.

با این حال، به دلیل ویژگی های منحصر به فرد پلاستیک، بسیاری از تولیدکنندگان با چالش های آبکاری قطعات پلاستیکی مواجه می شوند.

چالش های آبکاری قطعات پلاستیکی

پلاستیک به دلیل ترکیب شیمیایی و ویژگی هایش چالش های منحصر به فردی را برای کاربردهای پوشش دهی فلزات ایجاد می کند. بیشتر پلاستیک ها در یکی از دو دسته قرار می گیرند:

ترموپلاستیک ها: ترموپلاستیک ها مانند پلی وینیل کلراید (PVC) و اکریلیک، پلیمرهایی هستند که وقتی در معرض گرما قرار می گیرند انعطاف پذیر می شوند و در دماهای سردتر جامد می شوند و این روند برای آنها می تواند بارها تکرار شود.

ترموسِت ها: بر خلاف ترموپلاستیک ها، ترموسِت ها هنگامی که در معرض گرما قرار بگیرند به طور دائم سخت می شوند. این پلاستیک ها به لطف ساختار پیوند کووالانسی شان، دوام بیشتری دارند. به عنوان مثال رزین اپوکسی، پلی اورتان و لاستیک ولکانیزه در این دسته قرار دارند.

از آنجایی که هر نوع پلاستیک به طور متفاوتی به گرما پاسخ می دهد، روش پوشش دهی هر کدام باید متفاوت باشد. به عنوان مثال، ترموسِت ها بیشتر برای روش هایی که شامل گرمای زیاد هستند، مانند آبکاری مناسب هستند. اگرچه برخی از ترموپلاستیک ها را می توان آبکاری کرد.

علاوه بر این، پلاستیک یک ماده عایق است، بنابراین مانند فلز، الکتریسیته را هدایت نمی کند. در نتیجه مثلا در روش آبکاری الکتریکی، یون های تولید شده در طول آبکاری به سطح پلاستیکی نمی چسبند. بنابراین قبل از اینکه قطعه تحت آبکاری سنتی قرار گیرد، باید یک لایه رسانا از طریق فرآیندهای تخصصی روی سطح پلاستیک اعمال شود.

همچنین متخلخل بودن سطح پلاستیک، می تواند باعث تضعیف لایه‌ی ایجاد شده شود و بر کیفیت آبکاری الکتریکی تأثیر منفی بگذارد. ساختار سطح یک قطعه بسته به چگالی و استحکام کششی آن، می‌تواند الگوهای شبکه‌ای مختلفی، از جمله مربع، ستاره یا شش ضلعی داشته باشد. با افزایش تراکم ساختار سطح، استحکام قطعه نیز افزایش می یابد. قطعاتی که فضای متراکم‌تری دارند، در طول فرآیند آبکاری با احتمال کمتری دچار اعوجاج می‌شوند.

اثر تخلخل پلاستیک بر آبکاری

به زبان ساده، تخلخل وجود عیوب میکروسکوپی بر روی یک سطح است. دو نوع تخلخل در قطعات آبکاری شده رایج است:

 

میکرو تخلخل: همچنین به عنوان تخلخل زیرسطحی شناخته می شود، ریز تخلخل زمانی رخ می دهد که عیوب در مراحل ریخته گری وجود داشته باشند.

ماکرو تخلخل: همچنین به عنوان منافذ سطحی شناخته می شود، ماکرو تخلخل ها ترک ها و شکاف های بزرگی هستند که در قسمت بیرونی محصول قابل مشاهده هستند.

علل دیگر وجود تخلخل در سطح می تواند شامل موارد زیر باشد:

مواد پایه‌ی بی کیفیت

فرآیندهای قالب گیری ناقص

انقباض داخلی

حفره های به جا مانده توسط گازها

در حالی که تخلخل می تواند انواع مختلفی از پوشش های فلزی را تحت تاثیر قرار دهد، طلا به ویژه حساس تر است. خطر اصلی تخلخل نفوذ خوردگی است که زمانی رخ می دهد که مواد خورنده از منافذ عمیق عبور می کنند تا سطح پایه را آلوده کنند. تخلخل بالا همچنین می تواند بر شکل پذیری و استحکام محصول تأثیر منفی بگذارد.

برخی از راه‌های کاهش یا جلوگیری از اثرات نامطلوب تخلخل عبارتند از:

استفاده از زیرلایه: در حالی که استفاده از یک لایه‌ی محافظ زیر پوشش ایجاد شده، از ایجاد تخلخل جلوگیری نمی کند اما می تواند از نفوذ خوردگی و آسیب رساندن به قسمت پلاستیکی جلوگیری کند.

صاف کردن بستر سطح: با از بین بردن ناصافی ها و ناهمواری های سطحی بوسیله‌ی پرداخت سطح، خطر تخلخل را به میزان قابل توجهی می توان کاهش داد.

اشباع خلاء: با استفاده از روش اشباع خلاء برای بستن منافذ سطح در ریخته گری فلز، می توان به طور موثری تخلخل میکرو و ماکرو را از بین برد.

روش اشباع خلاء برای آبکاری پلاستیک

روش اشباع خلاء، که به آن "آب بندی متخلخل" یا "آب بندی فلز متخلخل" نیز گفته می شود، با استفاده از فشار خلاء تخلخل سطحی را کاهش می دهد و پوشش دهی پلاستیک را بهبود می بخشد. این فرآیند هوایی که در قطعات ریخته‌گری به محض جامد شدن پلاستیک داغ محبوس می‌شود را حذف می کند و به شما امکان می دهد مشکلات تخلخل را بدون تغییر ظاهر یا ساختار محصول برطرف کنید.

آماده سازی سطح با بخار شویی:

بخارشویی یک تکنیک پیشرفته برای آماده سازی سطح است که برای ایجاد سطوح صاف و تمیز استفاده می شود.

این فرآیند شامل ترکیب مواد ساینده، هوای فشرده، مواد شوینده و آب برای ایجاد یک ترکیب تحت فشار است که برای از بین بردن عیوب سطحی به کار می رود. قبل از شروع فرآیند بخارشویی، قسمت های اضافی متصل به قطعه مانند مجموعه های چرخان و قطعات متحرک باید جدا شوند. گذاشتن این قطعات ظریف در جای خود می تواند باعث قفل شدن و آسیب دیدن آنها در طول فرآیند شود.

نکته کلیدی دیگر نوع ترکیبی است که استفاده می شود. مواد ساینده مختلفی برای بخارشویی موجود هستند، از جمله:

شیشه خرد شده

مهره های شیشه ای

اکسید آلومینیوم

سدیم بیکربنات

گارنت

ماسه های معدنی

به طور کلی به منظور جلوگیری از آسیب سطحی، بهتر است از ترکیب نرم تری استفاده شود.

در حالی که بلاست خشک یک روش محبوب برای صاف کردن سطوح است، بخار شویی، سطح یکنواخت‌تری را ایجاد می‌کند. همچنین روش بخار شویی برای آماده سازی سطح قطعات پلاستیکی مناسب تر است زیرا سطح پلاستیک را ذوب و آن را مهر و موم می کند.

با این حال، توجه به این نکته مهم است که بخار شویی چگالی پلاستیک را تغییر نمی دهد، فقط می تواند تخلخل سطحی قطعه را کاهش دهد. برای رفع مشکلات چگالی، باید از روشی استفاده کرد که ترکیب پلاستیک را تغییر دهد.

سایر چالش های آبکاری قطعات پلاستیکی

همانطور که قبلا ذکر شد، پلاستیک نارسانا است. این ویژگی چالش مهمی را برای فرآیند آبکاری الکتریکی ایجاد می کند، که به یک سطح رسانا برای چسبیدن پوشش فلزی نیاز دارد.

در پوشش دهی پلاستیک به روش آبکاری الکتریکی، لازم است قبل از انجام آبکاری یک لایه رسانا از یون های کاتالیزوری روی سطح پلاستیک اعمال شود، در غیر این صورت، این فرآیند ناموفق خواهد بود زیرا فلز نمی تواند به عایق ها بچسبد. به عنوان مثال قطعه پلاستیکی در محلول کلرید قلع غوطه ور می شود تا یون های کاتالیزوری قلع، سطح پلاستیک را فعال کنند. آبکاری غیرالکتریکی نیز به یک فیلم رسانا نیاز دارد، اما جایگزین عالی برای آبکاری الکتریکی است.

ملاحظات در هنگام آبکاری بر روی پلاستیک

برای اطمینان از نتیجه خوب، باید محصولات پلاستیکی را با در نظر گرفتن فرآیندهای آبکاری طراحی کنید. برخی از ملاحظات کلیدی برای طراحی محصول و مراحل آبکاری عبارتند از:

تنوع حداقلی: قطعاتی که شامل لبه‌های تیز، منحنی‌ها و گوشه‌ها است، می‌تواند بر محصول نهایی تأثیر منفی بگذارد.

استفاده از قالب ریخته گری با کیفیت: در قالب هایی که کیفیت مناسبی ندارند عواملی مانند سیلیکون می توانند به سطوح پلاستیکی بچسبند و باعث تخلخل شود و در فرایند پوشش دهی اختلال ایجاد کند. قالب مورد استفاده باید سطح صاف و صیقلی داشته باشد و برای تخلیه سریع و آسان قطعه مناسب باشد.

تمیزی سطح: آلودگی سطح می تواند چسبندگی پوشش ایجاد شده را کاهش دهد و باعث نقص سطح شود. پاک کردن تمام نواحی که در معرض حمام شیمیایی قرار دارند، از جمله تجهیزات مرتبط با قالب ها و قفسه ها، هنگام پوشش دهی ضروری است.

تاب خوردگی و شکستن: مواد غیر رسانا مانند ترموپلاستیک ها در طول فرآیند آبکاری به دلیل قرار گرفتن در معرض دماهای شدید یا جریان الکتریکی مستعد تاب برداشتن و شکستن هستند به همین دلیل دمای فرایند به طور مرتب باید مورد بررسی قرار گیرد.

شستشوی استون: استون یک حلال صنعتی است که از آن برای شستشوی سطوح در حین آماده سازی سطح استفاده می شود. اطمینان از اینکه قطعه عاری از عیوب و آلودگی های سطحی است، می تواند فرآیند آبکاری را بهبود بخشد و پوششی یکنواخت و بادوام را تضمین کند.

بخار شویی: قبل از استفاده از لایه رسانا، با استفاده از فرایند بخار شویی سطحی صاف و یکنواخت ایجاد می‌شود، بنابراین احتمال ایجاد عیوب سطحی کاهش می‌یابد.

روش های آبکاری روی پلاستیک

قبل از اعمال پوشش نهایی فلزی روی یک قطعه پلاستیکی، سطح آن با استفاده از یک لایه پایه فلزی مانند نیکل آماده می شود. روش های مختلفی برای اعمال موفقیت آمیز پوشش های فلزی بر روی سطوح پلاستیکی وجود دارد:

اچینگ: اچینگ یک فرآیند آماده‌سازی است که سطح پلاستیک را زبر می‌کند و از نظر شیمیایی خیس می‌کند. این به کاتالیزور اجازه می‌دهد تا در پلاستیک جذب شود، بنابراین می‌توان قطعه را با استفاده از محلول‌های آبکاری الکترولس یا الکترولیتی مانند مس یا نیکل آبکاری کرد.

آبکاری الکترولس: آبکاری الکترولس یک فرآیند کاملا شیمیایی است که باعث کاهش کاتالیستی یون های نیکل در سطح قطعه می شود و بدون نیاز به جریان الکتریکی پوشش نازکی از فلز روی سطح قطعه ایجاد می کند. این روش برای کاهش تخلخل و افزایش مقاومت در برابر خوردگی مؤثر است، زیرا محصولات نهایی معمولاً سخت‌تر از آنهایی هستند که از طریق آبکاری الکتریکی پوشش داده می‌شوند. همچنین عموماً برای محصولاتی که طراحی پیچیده یا نامنظم دارند مؤثرتر است.

متداول ترین روش های مورد استفاده در پوشش دهی پلاستیک، آبکاری الکترولس و اچینگ است. هر دو معمولاً به عنوان مرحله قبل از پوشش دهی پلاستیک با فلزاتی مانند طلا یا نقره عمل می کنند. همچنین فرایند اچینگ معمولاً قبل از آبکاری الکترولس، برای ایجاد پوشش های فلزی روی پلاستیک انجام می‌شود.