表面處理之塑料化學鍍鎳工藝的研究

1、表面處理之塑料化學鍍鎳工藝的研究塑料的廣泛應(yīng)用,為人們的生活帶來了極大的便利.但由于塑料本身耐磨性能差,不導電、易變形,其應(yīng)用受到了一定的限制.為了滿足特殊情況下對塑料性能的要求,采用化學鍍的方法,在塑料表面鍍上一層金屬,改善塑料的性能以及加工特性,使塑料的應(yīng)用范圍更加廣泛,同時也拓寬了化學鍍的研究領(lǐng)域,具有一定的實用價值. 化學鍍是利用強還原劑在非金屬表面進行氧化還原反應(yīng),使金屬離子沉積在非金屬鍍件上的過程.塑料經(jīng)過預(yù)處理及敏化、活化處理后,使塑料表面具有催化活性中心.這樣鎳離子經(jīng)過催化活性中心的活化才能被還原劑還原而沉積在塑料表面,形成鍍層.要使化學鍍鎳能夠持續(xù)進行,所用還原劑的氧化還原電

2、位必須比金屬的氧化還原電位更低.還原劑的氧化還原電位值越負表明它的還原能力越強.因為0H3PO3 H3PO2=-0.50V,0Ni2+ Ni=-0.25V,所以可以選用次亞磷酸鈉作還原劑來進行塑料化學鍍鎳.塑料化學鍍鎳在催化劑條件下所發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為:Ni2+2eNi,H3PO2+H2OH3PO3+2H+2e,總反應(yīng):Ni2+H3PO2+H2O=Ni+H3PO3+2H+. 以上氧化還原反應(yīng)在塑料表面上進行,還原劑次亞磷酸鈉被氧化,鎳離子被還原.金屬鎳在塑料表面上不斷析出,形成金屬鎳鍍層. 鍍件的預(yù)處理 鍍件的預(yù)處理包括化學除油和化學粗化.塑料進行化學鍍以前,由于其表面存在油污及其它雜質(zhì),影

3、響到鍍層的質(zhì)量,所以必須對鍍件進行化學除油,即分別用堿液和酸液除去塑料表面的油污.然后進行粗化處理,粗化處理的實質(zhì)是一種腐蝕作用.鍍件表面經(jīng)過腐蝕,變得微觀粗糙,使非金屬表面親水化,這樣就增大了鍍件與鍍層的接觸面積,更便于鍍件表面活性中心的沉積.化學除油時所用的溶液為1molL的氫氧化鈉溶液及1:1的鹽酸溶液,將塑料分別放入堿液和酸液中煮沸并水洗干凈.粗化處理液是將15gCrO3溶解于430mL濃硫酸,配成500mL溶液混合均勻.將塑料放入6070的粗化液中,粗化處理50min即可,最后用蒸餾水沖洗干凈,烘干并稱重. 鍍件的敏化及活化處理 塑料在進行化學鍍時,其表面必須具有催化活性中心,這樣在

4、化學鍍鎳過程中,才能起到催化作用,以加速鎳離子在塑料表面的沉積.要使塑料表面具有催化活性中心,必須對其進行敏化和活化處理.所謂敏化,就是使非金屬表面吸附一些易氧化的物質(zhì),在此后的活化處理時,該物質(zhì)被氧化,塑料表面就形成活化層,即結(jié)晶核心. 敏化溶液:取5gSnCl2溶解于20mL濃鹽酸中,然后加入蒸餾水稀釋至500mL.為防止Sn2+被氧化成Sn4+,溶液中需放入一塊錫條. 活化溶液:稱取PdCl20.125g溶解于1.25mL 濃鹽酸,加蒸餾水稀釋至500mL.敏化處理是將預(yù)處理過的塑料放入敏化液中,并在25的恒溫槽中恒溫,攪拌20min,然后水洗干凈.再進行活化處理,將鍍件放入活化劑中,室

5、溫下浸泡5min,水洗干凈即可. 塑料化學鍍鎳 化學鍍鎳液的配制鍍鎳液(A):分別稱取NiCl215g,NaAc25g.用去離子水配制成250mL溶液.鍍鎳液(B):稱取NaH2PO2·H2O5g溶解于250mL去離子水中即可. 將經(jīng)過活化處理的塑料置于一定溫度的鍍鎳容器中,先倒入鍍鎳液(A)30mL,再倒入鍍鎳液(B)30mL,鍍鎳反應(yīng)即開始.鍍鎳過程中每隔10min攪拌一次,反應(yīng)1h結(jié)束.取出鍍件,經(jīng)水洗后烘干稱重. pH值的影響 實驗結(jié)果表明,鍍鎳溶液的PH值對鎳的沉積速度影響較大.隨著鍍液pH的增加,H2PO-2的還原 能力增強,因此鎳在塑料表面的沉積速度加大,這可由表1中看

6、出.隨著pH值的升高,鍍液容易分解,出現(xiàn)混濁,從而降低了次亞磷酸鈉的還原能力,使鍍層質(zhì)量先增加后降低.實驗發(fā)現(xiàn),溶液的pH值過高時,鍍層變得灰暗、粗糙,鍍層結(jié)構(gòu)松散,鍍層與塑料之間結(jié)合力較弱,且鍍層夾帶著鍍液的沉淀物共沉積,從而影響了鍍層的質(zhì)量.實驗結(jié)果表明,塑料化學鍍鎳的最佳pH值應(yīng)控制在5.1為宜.(pH用PHSJ-4APH計測定).表135時不同pH值時鍍件的實驗結(jié)果pH值3.5194.0715.0875.9157.0147.3787.608鍍件質(zhì)量wg1.50201.53251.74431.61871.71391.59261.7144鍍件增重wg0.00080.00140.00590.

7、00470.00310.00180.0010增重百分比(%)0.0530.0910.340.290.180.110.058鍍層不均勻較好好較好灰白灰色暗灰溫度的影響 塑料化學鍍鎳過程中,溫度是非常重要的影響因素.在敏化、活化、化學鍍鎳過程中,溫度都必須嚴格控制.經(jīng)多次實驗可知敏化、活化過程溫度應(yīng)控制在25為宜.溫度低時,敏化、活化效果不好,鍍層質(zhì)量差且不均勻.提高溫度,有利于反應(yīng)的進行,鎳的沉積速度加快.由表2可知,若溫度過高,鍍層質(zhì)量反而下降.這是由于化學鍍鎳過程中,溫度過高,鍍液的揮發(fā)性增加,鍍液不穩(wěn)定,容易分解而出現(xiàn)渾濁.這時鍍層變得粗糙,出現(xiàn)針孔和皺褶,鎳與塑料間結(jié)合力變小.根據(jù)實驗結(jié)

8、果,確定塑料化學鍍鎳的溫度控制在35為宜. 表2pH=5.13時不同溫度下塑料鍍件的實驗結(jié)果溫度()3035404550607080鍍件質(zhì)量(g)1.63191.32371.75611.51301.82491.35641.55651.7406鍍件增重(g)0.00310.01110.00940.00450.00640.00650.00780.0142增重百分比0.19%0.84%0.54%0.30%0.35%0.48%0.50%0.82%鍍層不均勻好較好較好較好灰色灰暗皺褶 其它因素的影響 實驗中發(fā)現(xiàn),若鍍液中還原劑次亞磷酸鈉的濃度提高,則鍍液的還原能力增強,鎳在塑料表面的沉積速度加大.但會使塑料鍍層的結(jié)構(gòu)松散,鍍層與塑料之間的結(jié)合力變?nèi)?另外由于受到空氣中氧氣的作用,鍍液不穩(wěn)定,容易分解,出現(xiàn)混濁,不利于化學鍍鎳的進行,實驗中應(yīng)注意鍍液的保護,防止氧化. 另外,鍍鎳的時間也是影響鍍層質(zhì)量的因素之一.實驗發(fā)現(xiàn),若鍍鎳時間過長,則塑料鍍件表面不光滑,且