UV + PVD vacuümcoaten voor plastic producten: een uitgebreide gids voor de selectie van behandelingsmiddelen, UV-verf samenstelling en spuitproces

In industrieën zoals consumentenelektronica, huishoudelijke apparaten en auto-interieurs groeit de vraag naar gemetalliseerde decoratie van plastic producten. Het gecombineerde proces van UV-coating en PVD (Physical Vapor Deposition) vacuümcoaten is de belangrijkste oplossing geworden voor metallisatie van het plastic oppervlak vanwege de voordelen van milieuvriendelijkheid, hoge efficiëntie en sterke metallic textuur. De kern van dit proces ligt in het selecteren van behandelingsmiddelen op basis van de kenmerken van plastic materialen, het nauwkeurig reguleren van de samenstelling van UV-metallic verf en het strikt volgen van gestandaardiseerde spuitprocedures. Alleen door de synergie van deze drie elementen kan een sterke hechting tussen de coating en het substraat, een perfecte metallic uitstraling en uitstekende duurzaamheid worden bereikt.

I. Behandelingsmiddelen en hun chemische namen voor verschillende plastic materialen

Verschillen in oppervlaktepolariteit en kristalliniteit van plastic materialen beïnvloeden direct de hechting van PVD-coatings. Gerichte voorbehandelingsmiddelen zijn vereist om de oppervlakte-eigenschappen te verbeteren. Op basis van de moeilijkheidsgraad van de hechting kunnen kunststoffen in twee categorieën worden verdeeld: gemakkelijk hechtende substraten en moeilijk hechtende substraten. De selectie van behandelingsmiddelen en hun chemische samenstellingen zijn als volgt:

(I) Gemakkelijk hechtende substraten: geen speciale behandelingsmiddelen vereist

ABS, PC en ABS+PC-legeringen zijn de meest gebruikte gemakkelijk hechtende kunststoffen voor PVD-coating. Deze materialen hebben een matige oppervlaktepolariteit en de polaire groepen in hun moleculaire structuren (zoals nitrilgroepen in ABS en carbonaatgroepen in PC) kunnen een goede binding vormen met conventionele coatings op basis van oplosmiddelen. In de daadwerkelijke productie is alleen ethanol of isopropanol nodig voor oppervlaktereiniging om olie, stof te verwijderen en zijn geen extra speciale behandelingsmiddelen vereist. Regelmatige UV-primerformuleringen kunnen een stabiele hechting bereiken.

(II) Moeilijk hechtende substraten: speciale behandelingsmiddelen en hun chemische samenstellingen

Materialen zoals PP, PET, PA (nylon) en glasvezelversterkte PC vereisen oppervlaktemodificatie met speciale behandelingsmiddelen (primers) om de hechting van PVD-coatings te garanderen vanwege hun lage oppervlaktespanning, hoge kristalliniteit of inerte groepen.

1. PP (polypropyleen): Als een typische niet-polaire kunststof met een extreem lage oppervlaktepolariteit, vereist het het gebruik van speciaal gechloreerd PP-polymeer behandelingsmiddel (chemische naam: gechloreerde polypropyleen harsoplossing). De chemische samenstelling neemt gechloreerd polypropyleen als de kernfilmvormende stof, aangevuld met gemengde oplosmiddelen zoals ethylacetaat en tolueen. Het verbetert de polariteit en ruwheid van het PP-oppervlak om een verbindingsbrug te bouwen tussen de primer en het substraat. Dit behandelingsmiddel verschijnt als een heldere, transparante, lichtgele vloeistof met een dichtheid van 0,87 g/cm³ en een vlampunt van ongeveer 6,3℃, geschikt voor vacuümplating voorbehandeling van behuizingen van huishoudelijke apparaten, plastic onderdelen van IT-producten, enz.

2. PET (polyethyleentereftalaat): Met een glad oppervlak en hoge kristalliniteit, vereist het polyurethaan-gebaseerde hechting bevorderaar (chemische naam: polyester-gemodificeerde polyurethaanhars behandelingsmiddel). De belangrijkste component is een polyester-gemodificeerde polyurethaan prepolymeer, gecombineerd met ketonoplosmiddelen (zoals aceton), die een reactieve film op het PET-oppervlak kan vormen om de hechtsterkte van de daaropvolgende UV-primer te versterken.

3. PA (nylon): Vanwege de aanwezigheid van amidebindingen in de moleculaire structuur, is het gevoelig voor waterabsorptie, wat leidt tot verminderde hechting van de coating. Het vereist epoxy-gemodificeerd polyamide behandelingsmiddel (chemische naam: epoxy-getermineerde polyamide harsoplossing). De epoxygroepen in dit behandelingsmiddel kunnen chemisch reageren met de aminogroepen op het PA-oppervlak om chemische bindingen te vormen, terwijl het ook een vochtwerend effect heeft om de stabiliteit van de coating te garanderen.

4. Glasvezelversterkte PC: De toevoeging van glasvezel vermindert de hechting van het oppervlak van het materiaal, wat vereist silaan-koppelingsmiddel-gemodificeerd acryl behandelingsmiddel (chemische naam: γ-Aminopropyltriethoxysilaan-gemodificeerde acrylhars behandelingsmiddel). De alkoxygroepen van het silaan-koppelingsmiddel hydrolyseren en binden met de hydroxylgroepen op het glasvezeloppervlak, terwijl de acrylhars compatibel is met de UV-primer, waardoor een stabiel "substraat-behandelingsmiddel-primer" bindingssysteem ontstaat.

II. Kernsamenstelling van UV-verf voor verschillende metallic kleuren

De kern van UV-metallic verf is het bereiken van een metallic textuur door de georiënteerde rangschikking van metallic pigmenten, gecombineerd met een UV-uithardend harsysteem om de mechanische eigenschappen en weersbestendigheid van de coating te garanderen. Het verschil in samenstelling tussen verschillende metallic kleuren ligt voornamelijk in het type en de verhouding van metallic pigmenten, terwijl het harsysteem voornamelijk gebaseerd is op acrylaten. De specifieke samenstellingen zijn als volgt:

(I) Zilveren UV-verf

Zilveren UV-verf is de meest gebruikte metallic coating, met kerncomponenten van vlokvormig aluminiumpoeder (pigment) en acrylaat oligomeren/monomeren (bindmiddel). Het aluminiumpoeder heeft een deeltjesgrootte van 10-30μm en een vlokvormige structuur, die 8,6%-12% van het vaste gehalte uitmaakt. Het vormt een zilveren metallic glans door licht te reflecteren door middel van georiënteerde rangschikking. Het harsysteem omvat polyurethaanacrylaat oligomeren en trimethylolpropaantriacrylaat (TMPTA) monomeren, gecombineerd met acylfosfineoxide (TPO)-gebaseerde foto-initiatoren (om het afschermende effect van metallic pigmenten op UV-licht met korte golflengte op te lossen), aangevuld met additieven zoals egalisatiemiddelen en antioxidanten. Het oplosmiddel is een zeer vluchtig keton- of esteroplosmiddel, met een constructie vast gehalte van ongeveer 38% en een viscositeit van 15 mPa.s (25℃).

(II) Gouden UV-verf

Het pigment van gouden UV-verf is koper-zink legering poeder (algemeen bekend als goudpoeder), en het bindmiddel is vergelijkbaar met dat van zilveren UV-verf. De kleur van het goudpoeder wordt bepaald door de koper-zinkverhouding: een zinkgehalte van 8%-12% resulteert in een roodachtige goudkleur, 20%-30% zinkgehalte resulteert in een groenachtige goudkleur, en de tussenliggende verhouding geeft een roodachtig-groene goudkleur. In praktische formuleringen heeft het goudpoeder een deeltjesgrootte van 800 mesh en is het oppervlak bedekt met een oppervlakteactieve stof om de compatibiliteit met de hars te verbeteren, wat 10%-15% van het vaste gehalte uitmaakt. Het harsysteem gebruikt hoogtransparante acryl/polyurethaanhars om ervoor te zorgen dat de metallic glans van het goudpoeder niet wordt verduisterd, en UV-absorbers worden toegevoegd om de weersbestendigheid te verbeteren en verkleuring na langdurig gebruik te voorkomen.

(III) Gunmetal UV-verf

Gunmetal (donkergrijze metallic kleur) UV-verf gebruikt composiet pigmenten van nikkelpoeder en grafietpoeder, met een chemische samenstelling van nikkelpoeder (deeltjesgrootte 20-40μm) en grafietpoeder (deeltjesgrootte 5-10μm) in een massaverhouding van ongeveer 3:1, met een totaal gehalte van 12%-18% van het vaste gehalte. Het harsysteem selecteert epoxyacrylaat oligomeren, die zowel hardheid als hechting hebben. De foto-initiator is een composietsysteem van acetofenon en TPO om diepe uitharding van de coating te garanderen. Deze formulering vormt een kalm gunmetal-effect door de metallic reflectie van nikkelpoeder en de lichtabsorptie van grafietpoeder, geschikt voor hoogwaardige decoratieve onderdelen.

III. UV-spuitproces voor UV + PVD vacuümcoaten

UV-spuiten is een belangrijke schakel die de voorbehandeling van kunststof en PVD-coating verbindt. Strikte controle van constructieparameters en processtappen is vereist om de coatingkwaliteit en de daaropvolgende coatingeffecten te garanderen. Het complete proces omvat vier fasen: voorbehandeling, spuiten, egaliseren en uitharden, zoals hieronder in detail beschreven:

(I) Voorbehandelingsfase

1. Substraat reiniging: Een ultrasone reiniger wordt gebruikt met ethanol of isopropanol als reinigingsmedium om olie, stof en resten van lossingsmiddelen van het kunststof oppervlak te verwijderen. De reinigingstijd is 3-5 minuten en de temperatuur wordt geregeld op ongeveer 40℃.

2. Behandelingsmiddel coating: Voor moeilijk hechtende substraten wordt een speciaal behandelingsmiddel gespoten met behulp van een elektrostatisch spuitpistool met een coatinghoeveelheid van 8-10 g/㎡ en een laagdikte van 3-5μm. Na het spuiten wordt infrarooddrogen uitgevoerd bij 50-60℃ gedurende 3-5 minuten om volledige verdamping van het oplosmiddel te garanderen.

(II) UV-primer spuiten

1. Coating parameters: Een speciale PVD UV-primer wordt geselecteerd met een vast gehalte van 40%-55%, een viscositeit van 10-12s (NK-2# beker, 25℃) en oplosmiddelen die voornamelijk bestaan uit ketonen en esters.

2. Spuitbewerking: Een heen en weer gaand spuitpistool wordt gebruikt met een spuitdruk van 0,3-0,5 MPa en een afstand van 15-20 cm van het werkstuk. Breng gelijkmatig 1-2 lagen aan met een coatinghoeveelheid van 40-50 g/㎡ en een doellaagdikte van 15-25μm.

3. Egalisatiebehandeling: Plaats het werkstuk na het spuiten in een egalisatieruimte gedurende 5-8 minuten bij kamertemperatuur, of infrarood egalisatie bij 60℃ gedurende 3 minuten om spuitsporen te elimineren en een gladde coating te garanderen.

4. UV-uitharding: Een kwiklamp uithardingsmachine wordt gebruikt met een uithardingsenergie van 400-800mj/cm². Na het uitharden bereikt de coatinghardheid boven 2H zonder te plakken.

(III) UV-middenlaag spuiten (optioneel)

Voor producten die een hoge oppervlakte ruwheid vereisen, is een extra UV-middenlaagproces nodig. De middenlaag heeft een vast gehalte van 15%-30% en gebruikt zeer vluchtige oplosmiddelen. Na het spuiten is de laagdikte 5-8μm. Na infrarooddrogen bij 50-70℃ gedurende 3-5 minuten, wordt UV-uitharding uitgevoerd bij een energie van 300-500mj/cm² om kleine defecten op te vullen en de oppervlakte vlakheid te verbeteren.

(IV) UV-metallic verf spuiten

1. Coating voorbereiding: Roer de UV-metallic verf voor gebruik grondig om een ​​gelijkmatige verdeling van metallic pigmenten te garanderen. Een kleine hoeveelheid anti-bezinkingsmiddel kan worden toegevoegd om pigmentbezinking te voorkomen.

2. Spuitparameters: Er wordt laagdrukspuiten toegepast met een druk van 0,2-0,3 MPa en een coatinghoeveelheid van 15-20 g/㎡. Breng 2-3 dunne lagen aan om doorzakken te voorkomen.

3. Egaliseren en uitharden: Na het spuiten, egaliseer gedurende 3-5 minuten en voer vervolgens UV-uitharding uit met een energie van 500-800mj/cm² om volledige uitharding van de coating en een goede georiënteerde rangschikking van metallic pigmenten te garanderen.

(V) UV-toplaag spuiten (beschermende coating)

Als de uiteindelijke beschermende coating moet de UV-toplaag slijtvastheid, chemische bestendigheid en glans hebben. Een hoogtransparante UV-blanke lak wordt geselecteerd met een vast gehalte van 45%-60% en een laagdikte van 15-40μm. Na het spuiten wordt infrarood egalisatie uitgevoerd bij 60℃ gedurende 5-8 minuten, gevolgd door UV-uitharding bij een energie van 600-1200mj/cm². De uitgeharde toplaag kan de RCA-slijtagetest voor meer dan 300 cycli doorstaan ​​en voldoen aan de eisen van de kookwaterbestendigheidstest (80℃, 60 minuten) en de vochtigheidsbestendigheidstest (80℃, 96 uur, 95% relatieve vochtigheid).