پروژه و مقاله های رشته های مکانیک-ساخت و تولید و ماشین افزار

پروژه , تحقیق و مقاله های رشته مکانیک - ساخت و تولید و ماشین افزار

آبکاری پلاستیکها

آبکاری پلاستیکها

 

مقدمه:

به دلیل اینکه پلاستیکها ماهیتاً نارسانا هستند، آبکاری آنها هنگامی امکان پذیر است که بتوان از طریق فرایند خاصی یک لایه فلزی رسانا روی آنها رسوب داد.

در این پروژه درباره تئوری وعملی مراحل مختلف و شرایط کاری محلولهای مورد استفاده دراین فرایند ، همچنین روشهای آزمایش تعیین دوام پوشش بحث می شود.

 

موارد مصرف پلاستیکهای آبکاری شده:

n      اتومبیل                                  

n      وسایل دریایی

n      وسایل شخصی                   

n      وسایل خانگی

n      قطعات الکترونیک

n      وسایل تزیینی

 

مزایای پلاستیکها:

n      امکان ساخت قطعات با اشکال پیچیده

n      عدم نیاز به عملیات ثانویه

n      آزادی در طراحی قطعات

n      انعطاف پذیری

n      هزینه کمتر

n      وزن کمتر

 

ملاحظات عمومی:

جنس پلاستیک باید برای آبکاری مناسب باشد.پلاستیکهای مناسب برای آبکاری میتوانند از یک یا چند پلیمر ساخته شوند وباید طوری باشند که بتوان یک یا چند عنصرآنها را اچ نمود تا بتوان چسبندگی مناسبی بین پوشش و قطعه پلاستیکی بوجود آورد.متداولترین پلاستیک مورد استفاده برای آبکاری اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن(ABS) می باشد .درهنگام اچینگ، ذرات لاستیک بوتادین که در سطح قطعه پخش شده اند،خورده میشوندوحفره های ریزی در سطح باقی می ماند.  این نقاط از نظر شیمیایی فعال است ومکانهای مناسبی برای جذب کاتالیست و رسوب فلز می باشد.

 

پلاستیکهای مناسب برای آبکاری:

n      آلیاژABS

n      پلی سولفون

n      نایلون

n      پلی کربنات

n      پلی استر

n      پلی اتراترکتون(polyetheretherketone)

n      پلی پروپیلن

n      پلی آریل اتر

n      پلی فنیلن اکسید

n      PTFE

n      پلی اتریمید

 

محاسن A.B.S:

n      هزینه پایین

n      چسبندگی بالا

n      کیفیت سطح خوب

n      پایداری ابعادی

n      تولید آسان

 

شرایط قالبگیری:

به لحاظ طبیعت پلاستیکها و همچنین شرایط تزریق،قطعات تولید شده ازنظرساختار وترکیب شیمیایی هموژن نیستند.

این حالت میتواند بر یکنواختی اچ شدن سطح اثر بگذارد،درنتیجه چسبندگی پوشش در بعضی نقاط مناسب نخواهد بود.

 

برای حل این مشکل باید موارد زیردرموقع قالبگیری رعایت شود:

n      خشک کردن رزین قبل از تزریق

n      کنترل درجه حرارت قالب

n      کنترل فشار وزمان تزریق

n      عدم استفاده ازترکیبات جداکننده قطعه ازقالب

 

مراحل آبکاری:

n      آماده سازی

n      اچ کردن

n      خنثی کردن(حساس کردن)

n      کاتالیز کردن(فعال سازی)

n      شتاب دهی

n      پوشش الکترولس

n      ایجاد یک لایه نازک ضربه ای به روش الکترولیتی

n      آبکاری مورد نظر

 

آماده سازی:

آماده سازی اولیه یک مرحله اختیاری است که قبل ازاچ کردن انجام میشود که میتواند مشکل چسبندگی ضعیف پوشش را از بین ببرد.

محلول اماده سازی اولیه میتواند ترکیبی از اسید کرمیک واسید سولفوریک ویا محلولی که شامل مقداری حلال است، باشد.

 

محلولهای آماده سازی:

n      اسید کرمیک واسید سولفوریک:

اسید کرومیک  ……..........………….. 30gr/L

اسید سولفوریک ……………..……….. 300ml/L

درجه حرارت˚c…..……………………….. 30

زمان………………………........دقیقه 1-2

n      حلال آلی

حلال آلی..................................100-125ml/L

درجه حرارت....................................40-45˚ c

زمان..............................................2-2.5دقیقه

 

اچ کردن:

مرحله اچ ، نقش حیاتی در چسبندگی پوشش فلزی به پلاستیک دارد.

فرمولاسیون این محلولها می تواند 60% اسید کرمیک در آب تا 10%کرمیک یا 50%اسید سولفوریک وبقیه آب باشد.  

        

محلولهای اچ کننده:

n      محلول اسید کرمیک

این محلول ذرات لاستیک بوتادین موجود در سطح را می خورد.

n      محلول اسید کرمیک+اسید سولفوریک

n      محلول اسید کرمیک+اسید سولفوریک+اسید فسفریک

خنثی سازی (حساس کردن):

n      هدف اصلی مرحلۀ خنثی سا زی،از بین بردن اثرات خطرناک یونهای کرم شش ظرفیتی باقیما نده بر روی قطعه می با شد.

 

n      بعد از شستشوی کامل باید اسید کرمیک باقیمانده از روی سطح قطعه به طریق شیمیایی پاک شود. برای این کار از خنثی کننده استفاده می شود.

 

خنثی کننده های مختلف:

n      نمک های اسیدی مختلف

n      محلولهای قلیایی

n      سورفکتانتهای یونی

n      عوامل کمپلکس کننده

n      عوامل احیا کننده

 

کاتالیز کردن (فعال سازی):

در این مرحله مقدار کمی پالادیم بصورت شیمیایی روی سطح پلاستیک رسوب میکند. پالادیم یا به روش قدیمی دو مرحله ای ویا به روش مطمئن تر یک مرحله ای روی سطح رسوب داده میشود.

بعد از کاتالیز کردن رنگ سطح پلاستیک اندکی تیره تر میشود در صورتی که سطح پلاستیک تغییر رنگ ندهد، فرایند به درستی انجام نگرفته است. نتیجۀ این حالت، چسبندگی ضعیف پوشش یا ایجاد نقاط فاقد پوشش در سطح پلاستیک است.

 

سیستم های کاتالیست:

n      سیستم کاتالیست فعلی

 

کمپلکسهای قلع/ پالادیم

 

و

 

کلوئیدهای قلع/پالادیم

n      سیستم کاتالیست قدیمی

 

مرحله اول : Sncl2/Hcl

مرحله دوم : Pdcl2/Hcl

 

واکنش سطحی

 

Sn+2 + Pd+2       Sn+4 + Pd

 

شتاب دهی:

در این مرحله هیدروکسید قلع موجود درسطح پلاستیک توسط محلول اسید کلریدریک ویا محلول یک نمک اسیدی برداشته میشود تا جوانه های فلزی پالادیم که کاتالیست واقعی برای پوشش دهی الکترولس میباشد، ظاهر گردد.

این مرحله در سیکل پیش ازآبکاری بسیارمهم است.شتاب دادن ناکافی، پالادیم رابه صورت صحیح فعال نمی سازد وشتاب دادن بیش ازحد، سبب پاک شدن پالادیم از سطح پلاستیک می شود.

 

پوشش الکترولس:

ازپوشش مس یا نیکل الکترولس برای هادی کردن پلاستیک وآماده سازی آنها برای آبکاری استفاده می شود. ضخامت لایۀ الکترولس حدود 0.25 تا 0.5 میکرون می باشد.

توجه: قطعاتی که پوشش مس الکترولس داده می شوند، مقاومت بهتری در مقابل خوردگی دارند.

اجزای ترکیبات الکترولس:

1-نمک فلز                                 -2 پایدار کننده

3-عامل احیا کننده                         -4  سیستم بافر PH

5-عامل کمپلکس کننده

 

پوشش ضربه ای:

بعد از پوشش الکترولس پوشش نازکی ازمس یا نیکل از طریق یک محلول ضربه ای روی پلاستیک اضافه می شود وضخا مت رسوب فلزی سطح به 2.5 تا 4 میکرون افزایش می یابد.

محلولهایی که برای اولین مرحله آبکاری مورد استفاده قرار میگیرند، به محلولهای ضربه ای موسومند.

این پوشش امکان آبکاری قطعۀ پلاستیکی به روشهای معمول را آسان می کند.

 

بررسی ضرایب انبساط حرارتی:

ضرایب انبساط حرارتی پلاستیک و پوششهای فلزی آبکاری اختلاف زیادی دارند. با تغییر درجه حرارت، انبساط خطی پلاستیک ABS در حدود شش برابر لایۀ آبکاری می باشد. اگر قطعه درعمل تحت تغییرات حرارتی شدیدی قرار گیرد، پیشنهاد می شود که ضخامت لایۀ مس حداقل 15 میکرون باشد تا بتواند تنشهای حاصل را جذب کند.

ضرایب انبساط حرارتی

                                         - 6

(inches/inch/ F)*10

 

پلاستیکABS          از 39 تا 53

 

مس            9.2

 

نیکل             7.2

 

کرم             14.6

انجمن آبکاران پلاستیک آمریکا، ضخامت لازم هر لایه برای یک کارکرد معین را طبق جدول مقابل تعین کرده است.

شرایط کارکرد

بسیار شدید               SC4

 

شدید                       SC3

 

متوسط                    SC2

 

ضعیف                     SC1

 

بسیار ضعیف             SC0

 

بررسی شرایط کارکرد:

n      SC4: در این شرایط قطعه در معرض عوامل خورنده، سایش و خراشیدگی قرار دارد. مثل اجزای خارجی اتومبیل، قایق و...

n      SC3: در این شرایط قطعه در معرض باران، شبنم، تمیز کننده های قوی یا محلولهای نمکی قرار دارد. مثل تجهیزات بیمارستانی، دوچرخه و...

n      SC2: در اینجا قطعه در محیطهایی که غلظت رطوبت بالایی دارند مانند حمام یا آشپزخانه مورد استفاده قرار می گیرد.

n      SC1: در این شرایط قطعه در محیط گرم و خشک بوده و پوشش تحت فرسایش بسیارکم قرار می گیرد.

n      SC0: در این حالت، قطعه در محیطهای داخل اتاق و محیط گرم وخشک مورد استفاده قرار می گیرد وپوشش تحت سایش بسیار کم است.

     

آزمایشهای کنترل کیفیت:

n      چسبندگی

 

n      مقاومت خوردگی

 

n      سیکل حرارتی

 

چسبندگی:

برای اندازه گیری چسبندگی پوشش، نواری از پلاستیک آبکاری شده به عرض یک اینچ بریده میشود، سپس پوشش فلزی با سرعت یکنواخت وبا زاویۀ 90 درجه از روی پلاستیک کنده میشود وهمزمان با آن نیروی لازم برای کندن اندازه گیری میگردد.

مقدار چسبندگی پوشش آبکاری در شرایط ایده آل تا 20 پوند بر اینچ هم میرسد.

 

مقاومت خوردگی:

به دلیل آنکه مادۀ پایه، پلاستیک میباشد، بنابراین آزمایش خوردگی تنها برای تعیین مقاومت پوشش فلزی انجام میگیرد . معمولا از آزمایش (ASTM-B-368)CASSبرای اندازه گیری مقاومت خوردگی استفاده میشود.

درآزمایش CASS، قطعه در محیط مه کلراید مس واسید استیک قرار میگیرد وخوردگی در آن تسریع میشود.

با توجه به شرایط کارکرد، دوام هریک از پوششها از1 تا 16ساعت متغییر است.

 

سیکل حرارتی:

به دلیل اختلاف زیاد میان انبساط حرارتی فلزات وپلاستیکها، لازم است آزمایشهای حرارتی نیز، برای تعیین چگونگی چسبندگی پوشش انجام گیرد.

با توجه به شرایط کارکرد قطعه مناسبترین سیکل حرارتی معمولا بین حد پایین C) ˚ 40 (- وحد بالای (˚ C 85( میباشد.

حد بالای دما باید 5.6 درجه سانتیگراد کمتر از درجه حرارتی باشد که پلاستیک مورد آزمایش در آن تاب برمی دارد.

 

منابع:

n      Electro Plating Plastics (ASTM-B 727-83)

n      [ترجمۀ :محسن محمد علی ]       آبکاری پلاستیکها

n      مجلۀ صنایع پلاستیک -182

n      www.asiaep.com