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)合強度,熱性能,鍍層耐腐蝕性等均與塑料制品的設(shè)計、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行電鍍)和電鍍。

2.1　塑料制品的壁厚設(shè)計[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的冷卻以及較厚的截面在冷卻后會出現(xiàn)縮痕的緣故。最小壁厚應(yīng)不小于1.9mm,原因是較薄截面強度差,且在注塑成形時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)合強度。盡可能地避免厚度變化,否則冷卻不均勻時就會發(fā)生制品的收縮和變形。壁厚不得不變時,則應(yīng)使變化盡可能小,其間的過渡盡量平緩。同時,在設(shè)計模具時澆口位置應(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)力和取向會降低鍍層結(jié)合強度。為避免電鍍塑件產(chǎn)生嚴重的熱循環(huán)問題,在設(shè)計制品時一定要避免重量和面積之比過大,否則在注塑成形時產(chǎn)生不允許的收縮。如圖1所示,不能把塑料把手設(shè)計成實心的。

2.2　加強筋加強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,并滿足高強度和高剛度的要求。在許多情況下,使用交聯(lián)的加強筋,以防止大而平的表面在注塑成形后產(chǎn)生彎曲和變形。加強筋的厚度應(yīng)設(shè)計為交叉點處支承壁厚的50%60%�？梢杂迷S多小的加強筋來代替一條大的加強筋,以保持這一壁厚關(guān)系,并避免在此加強筋支承壁背面產(chǎn)生可見的縮痕。加強筋和支承壁相交處應(yīng)設(shè)計適當?shù)膱A弧,以避免應(yīng)力集中。還應(yīng)設(shè)計至少有1°的脫模斜度,以易于制品的脫模。加強筋與壁厚的關(guān)系,支承壁的加強筋如圖2所示。

2.3　凸臺凸臺是制品表面的凸出物。用來連接和支承有關(guān)部件,凸臺可以是實心的,也可以是空心的。關(guān)于加強筋壁厚的推薦值同樣適用于凸臺。為了提高凸臺的強度,應(yīng)采用加強筋,而不宜使凸臺壁厚超過上述的推薦值。凸臺高度不應(yīng)超過凸臺直徑的兩倍,并在過渡處設(shè)計圓角及不小于1°的脫模斜度,圖3所示。

2.4　邊緣增強對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度。這樣可以保證邊緣具有足夠的剛度,減少或消除變形對壁很薄時尤其適用。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熔體的流動狀態(tài),減少零件在承受負載時產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中的可能性。設(shè)計制品時必須使其所有內(nèi)、外表面都具有脫模斜度,這樣才能在制品脫模時不致因粘滯和摩擦而損傷表面。且脫模時與一般塑料制品不同,電鍍塑料不允許使用脫模劑,特別是有機硅噴霧,它會粘在制品上,降低鍍層結(jié)合強度。若脫模實在困難也只能使用滑石粉或肥皂水作脫模劑。

3　注塑成形工藝對塑件電鍍結(jié)合強度的影響

3.1　干燥在注塑成形時,對塑料經(jīng)過充分干燥是非常重要的,尤其是吸水性強的塑料。塑料在注塑機料筒內(nèi)加熱熔化時,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,有時這些氣泡僅在熱循試驗后出現(xiàn)。

3.2　注塑溫度　注塑壓力　注塑速度

注塑成形時,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。因為要使鍍層獲得良好結(jié)合強度的先決條件是,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使它與凝固溫度之間的溫度域增寬,聚合物分子松馳的時間長,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,制品內(nèi)應(yīng)力增大,而且導(dǎo)致熔體在流動中的切應(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損害塑料電鍍前的酸洗效果,這既減小了鍍層的結(jié)合強度,也降低了鍍層的交變強度。從圖4中可以看出塑料溫度在260℃左右,鍍層結(jié)合強度最好,繼續(xù)升溫,結(jié)合強度提高很小,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

塑料電鍍在生產(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。