UV + PVD Vacuum Coating για Πλαστικά Προϊόντα: Ένας Ολοκληρωμένος Οδηγός για την Επιλογή Παράγοντα Επεξεργασίας, τη Σύνθεση UV Χρώματος και τη Διαδικασία Ψεκασμού

Σε βιομηχανίες όπως τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, οι οικιακές συσκευές και τα εσωτερικά αυτοκινήτων, η ζήτηση για μεταλλικό διακοσμητικό των πλαστικών προϊόντων αυξάνεται συνεχώς. Η συνδυασμένη διαδικασία UV επίστρωσης και PVD (Physical Vapor Deposition) vacuum coating έχει γίνει η κύρια λύση για τη μεταλλοποίηση της πλαστικής επιφάνειας λόγω των πλεονεκτημάτων της φιλικότητας προς το περιβάλλον, της υψηλής απόδοσης και της ισχυρής μεταλλικής υφής. Ο πυρήνας αυτής της διαδικασίας έγκειται στην επιλογή παραγόντων επεξεργασίας με βάση τα χαρακτηριστικά των πλαστικών υλικών, στη ρύθμιση με ακρίβεια της σύνθεσης του UV μεταλλικού χρώματος και στην αυστηρή τήρηση των τυποποιημένων διαδικασιών ψεκασμού. Μόνο μέσω της συνέργειας αυτών των τριών στοιχείων μπορεί να επιτευχθεί ισχυρή πρόσφυση μεταξύ της επίστρωσης και του υποστρώματος, μια τέλεια μεταλλική εμφάνιση και εξαιρετική ανθεκτικότητα.

I. Παράγοντες Επεξεργασίας και οι Χημικές τους Ονομασίες για Διαφορετικά Πλαστικά Υλικά

Οι διαφορές στην πολικότητα της επιφάνειας και στην κρυσταλλικότητα των πλαστικών υλικών επηρεάζουν άμεσα την πρόσφυση των επιστρώσεων PVD. Απαιτούνται στοχευμένοι παράγοντες προεπεξεργασίας για τη βελτίωση των ιδιοτήτων της επιφάνειας. Με βάση τη δυσκολία της πρόσφυσης, τα πλαστικά μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: υποστρώματα που προσκολλώνται εύκολα και υποστρώματα που προσκολλώνται δύσκολα. Η επιλογή των παραγόντων επεξεργασίας και οι χημικές τους συνθέσεις είναι οι εξής:

(I) Υποστρώματα που προσκολλώνται εύκολα: Δεν απαιτούνται ειδικοί παράγοντες επεξεργασίας

Τα κράματα ABS, PC και ABS+PC είναι τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα πλαστικά που προσκολλώνται εύκολα για επίστρωση PVD. Αυτά τα υλικά έχουν μέτρια πολικότητα επιφάνειας και οι πολικές ομάδες στις μοριακές τους δομές (όπως οι νιτριλικές ομάδες στο ABS και οι ανθρακικές ομάδες στο PC) μπορούν να σχηματίσουν καλό δεσμό με τις συμβατικές επιστρώσεις με βάση διαλύτη. Στην πραγματική παραγωγή, απαιτείται μόνο αιθανόλη ή ισοπροπανόλη για τον καθαρισμό της επιφάνειας για την απομάκρυνση λαδιού, σκόνης και δεν απαιτούνται πρόσθετοι ειδικοί παράγοντες επεξεργασίας. Οι κανονικές συνθέσεις UV primer μπορούν να επιτύχουν σταθερή πρόσφυση.

(II) Υποστρώματα που προσκολλώνται δύσκολα: Ειδικοί παράγοντες επεξεργασίας και οι χημικές τους συνθέσεις

Υλικά όπως PP, PET, PA (νάιλον) και PC ενισχυμένο με ίνες γυαλιού απαιτούν τροποποίηση επιφάνειας με ειδικούς παράγοντες επεξεργασίας (Primers) για να εξασφαλιστεί η πρόσφυση της επίστρωσης PVD λόγω της χαμηλής επιφανειακής τάσης, της υψηλής κρυσταλλικότητας ή των αδρανών ομάδων.

1. PP (Πολυπροπυλένιο): Ως ένα τυπικό μη πολικό πλαστικό με εξαιρετικά χαμηλή πολικότητα επιφάνειας, απαιτεί τη χρήση ειδικού χλωριωμένου PP πολυμερούς παράγοντα επεξεργασίας (χημική ονομασία: Χλωριωμένη Ρητίνη Πολυπροπυλενίου). Η χημική του σύνθεση λαμβάνει χλωριωμένο πολυπροπυλένιο ως την κύρια ουσία σχηματισμού φιλμ, συμπληρωμένο από μικτά διαλυτικά όπως οξικό αιθυλεστέρα και τολουόλιο. Βελτιώνει την πολικότητα και την τραχύτητα της επιφάνειας PP για να δημιουργήσει μια γέφυρα σύνδεσης μεταξύ του primer και του υποστρώματος. Αυτός ο παράγοντας επεξεργασίας εμφανίζεται ως ένα διαυγές, διαφανές, ελαφρώς κίτρινο υγρό με πυκνότητα 0,87g/cm³ και σημείο ανάφλεξης περίπου 6,3℃, κατάλληλο για προεπεξεργασία vacuum plating των περιβλημάτων οικιακών συσκευών, πλαστικών εξαρτημάτων προϊόντων IT κ.λπ.

2. PET (Τερεφθαλικό Πολυαιθυλένιο): Με λεία επιφάνεια και υψηλή κρυσταλλικότητα, απαιτεί προωθητή πρόσφυσης με βάση πολυουρεθάνη (χημική ονομασία: Παράγοντας Επεξεργασίας Ρητίνης Πολυουρεθάνης Τροποποιημένης με Πολυεστέρα). Το κύριο συστατικό του είναι ένα προπολυμερές πολυουρεθάνης τροποποιημένο με πολυεστέρα, σε συνδυασμό με κετονικά διαλυτικά (όπως ακετόνη), τα οποία μπορούν να σχηματίσουν μια αντιδραστική μεμβράνη στην επιφάνεια PET για να ενισχύσουν την αντοχή πρόσφυσης του επακόλουθου UV primer.

3. PA (Νάιλον): Λόγω της παρουσίας δεσμών αμιδίου στη μοριακή του δομή, είναι επιρρεπές στην απορρόφηση νερού, οδηγώντας σε μειωμένη πρόσφυση της επίστρωσης. Απαιτεί παράγοντα επεξεργασίας πολυαμιδίου τροποποιημένου με εποξυ (χημική ονομασία: Διάλυμα Ρητίνης Πολυαμιδίου Τερματισμένου με Εποξυ). Οι εποξυ ομάδες σε αυτόν τον παράγοντα επεξεργασίας μπορούν να αντιδράσουν χημικά με τις αμινομάδες στην επιφάνεια PA για να σχηματίσουν χημικό δεσμό, ενώ έχουν επίσης ένα υδατοστεγές αποτέλεσμα για να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα της επίστρωσης.

4. PC ενισχυμένο με ίνες γυαλιού: Η προσθήκη ινών γυαλιού μειώνει την πρόσφυση της επιφάνειας του υλικού, απαιτώντας παράγοντα επεξεργασίας ακρυλικού τροποποιημένου με παράγοντα σύζευξης σιλανίου (χημική ονομασία: Παράγοντας Επεξεργασίας Ρητίνης Ακρυλικού Τροποποιημένου με γ-Αμινοπροπυλτριαιθοξυσιλάνιο). Οι αλκοξυ ομάδες του παράγοντα σύζευξης σιλανίου υδρολύονται και συνδέονται με τις υδροξυλικές ομάδες στην επιφάνεια της ίνας γυαλιού, ενώ η ακρυλική ρητίνη είναι συμβατή με το UV primer, σχηματίζοντας ένα σταθερό σύστημα σύνδεσης "υποστρώματος-παράγοντα επεξεργασίας-primer".

II. Βασική Σύνθεση UV Χρώματος για Διαφορετικά Μεταλλικά Χρώματα

Ο πυρήνας του UV μεταλλικού χρώματος είναι να επιτύχει μια μεταλλική υφή μέσω της προσανατολισμένης διάταξης των μεταλλικών χρωστικών, σε συνδυασμό με ένα σύστημα ρητίνης που ωριμάζει με UV για να εξασφαλίσει τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή στις καιρικές συνθήκες της επίστρωσης. Η διαφορά στη σύνθεση μεταξύ διαφορετικών μεταλλικών χρωμάτων έγκειται κυρίως στον τύπο και την αναλογία των μεταλλικών χρωστικών, ενώ το σύστημα ρητίνης βασίζεται κυρίως σε ακρυλικά. Οι συγκεκριμένες συνθέσεις είναι οι εξής:

(I) Ασημί UV Χρώμα

Το ασημί UV χρώμα είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μεταλλική επίστρωση, με βασικά συστατικά νιφάδες σκόνης αλουμινίου (χρωστική) και ολιγομερή/μονομερή ακρυλικού (συνδετικό). Η σκόνη αλουμινίου έχει μέγεθος σωματιδίων 10-30μm και δομή νιφάδων, αντιπροσωπεύοντας το 8,6%-12% της περιεκτικότητας σε στερεά. Σχηματίζει μια ασημένια μεταλλική λάμψη αντανακλώντας το φως μέσω προσανατολισμένης διάταξης. Το σύστημα ρητίνης περιλαμβάνει ολιγομερή ακρυλικού πολυουρεθάνης και μονομερή τριμεθυλολοπροπάνης τριακρυλικού (TMPTA), σε συνδυασμό με φωτοεκκινητές με βάση το οξείδιο ακυλοφωσφίνης (TPO) (για την επίλυση του φαινομένου σκίασης των μεταλλικών χρωστικών στο UV φως μικρού μήκους κύματος), συμπληρωμένο από πρόσθετα όπως παράγοντες εξομάλυνσης και αντιοξειδωτικά. Ο διαλύτης είναι ένα κετόνιο ή εστέρας υψηλής πτητικότητας, με περιεκτικότητα σε στερεά κατασκευής περίπου 38% και ιξώδες 15mPa.s (25℃).

(II) Χρυσό UV Χρώμα

Η χρωστική του χρυσού UV χρώματος είναι σκόνη κράματος χαλκού-ψευδαργύρου (κοινώς γνωστή ως χρυσή σκόνη) και το συνδετικό είναι παρόμοιο με αυτό του ασημένιου UV χρώματος. Το χρώμα της χρυσής σκόνης καθορίζεται από την αναλογία χαλκού-ψευδαργύρου: περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο 8%-12% έχει ως αποτέλεσμα ένα κοκκινωπό χρυσό χρώμα, περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο 20%-30% έχει ως αποτέλεσμα ένα πρασινωπό χρυσό χρώμα και η ενδιάμεση αναλογία δίνει ένα κοκκινωπό-πράσινο χρυσό χρώμα. Σε πρακτικές συνθέσεις, η χρυσή σκόνη έχει μέγεθος σωματιδίων 800 mesh και είναι επικαλυμμένη στην επιφάνεια με ένα επιφανειοδραστικό για να βελτιώσει τη συμβατότητα με τη ρητίνη, αντιπροσωπεύοντας το 10%-15% της περιεκτικότητας σε στερεά. Το σύστημα ρητίνης χρησιμοποιεί ακρυλική/πολυουρεθανική ρητίνη υψηλής διαφάνειας για να εξασφαλίσει ότι η μεταλλική λάμψη της χρυσής σκόνης δεν θα επισκιαστεί και προστίθενται απορροφητές UV για να βελτιώσουν την αντοχή στις καιρικές συνθήκες και να αποφύγουν τον αποχρωματισμό μετά από μακροχρόνια χρήση.

(III) Gunmetal UV Χρώμα

Το Gunmetal (σκούρο γκρι μεταλλικό χρώμα) UV χρώμα χρησιμοποιεί σύνθετες χρωστικές σκόνης νικελίου και σκόνης γραφίτη, με χημική σύνθεση σκόνης νικελίου (μέγεθος σωματιδίων 20-40μm) και σκόνης γραφίτη (μέγεθος σωματιδίων 5-10μm) σε αναλογία μάζας περίπου 3:1, με συνολική περιεκτικότητα 12%-18% της περιεκτικότητας σε στερεά. Το σύστημα ρητίνης επιλέγει ολιγομερή εποξυ ακρυλικού, τα οποία έχουν τόσο σκληρότητα όσο και πρόσφυση. Ο φωτοεκκινητής είναι ένα σύνθετο σύστημα ακετοφαινόνης και TPO για να εξασφαλίσει τη βαθιά σκλήρυνση της επίστρωσης. Αυτή η σύνθεση σχηματίζει ένα ήρεμο gunmetal εφέ μέσω της μεταλλικής αντανάκλασης της σκόνης νικελίου και της απορρόφησης φωτός της σκόνης γραφίτη, κατάλληλο για διακοσμητικά εξαρτήματα υψηλής ποιότητας.

III. Διαδικασία Ψεκασμού UV για UV + PVD Vacuum Coating

Ο ψεκασμός UV είναι ένας βασικός σύνδεσμος που συνδέει την προεπεξεργασία πλαστικού και την επίστρωση PVD. Απαιτείται αυστηρός έλεγχος των παραμέτρων κατασκευής και των σταδίων της διαδικασίας για να εξασφαλιστεί η ποιότητα της επίστρωσης και τα επακόλουθα αποτελέσματα της επίστρωσης. Η πλήρης διαδικασία περιλαμβάνει τέσσερα στάδια: προεπεξεργασία, ψεκασμός, εξομάλυνση και σκλήρυνση, όπως αναλυτικά παρακάτω:

(I) Στάδιο Προεπεξεργασίας

1. Καθαρισμός Υποστρώματος: Ένα υπερηχητικό καθαριστικό χρησιμοποιείται με αιθανόλη ή ισοπροπανόλη ως μέσο καθαρισμού για την απομάκρυνση λαδιού, σκόνης και υπολειμμάτων παράγοντα αποδέσμευσης από την πλαστική επιφάνεια. Ο χρόνος καθαρισμού είναι 3-5 λεπτά και η θερμοκρασία ελέγχεται στους περίπου 40℃.

2. Επίστρωση Παράγοντα Επεξεργασίας: Για υποστρώματα που προσκολλώνται δύσκολα, ένας ειδικός παράγοντας επεξεργασίας ψεκάζεται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτροστατικό πιστόλι ψεκασμού με ποσότητα επίστρωσης 8-10g/㎡ και πάχος φιλμ 3-5μm. Μετά τον ψεκασμό, πραγματοποιείται υπέρυθρη ξήρανση στους 50-60℃ για 3-5 λεπτά για να εξασφαλιστεί η πλήρης εξάτμιση του διαλύτη.

(II) Ψεκασμός UV Primer

1. Παράμετροι Επίστρωσης: Επιλέγεται ένα ειδικό PVD UV primer με περιεκτικότητα σε στερεά 40%-55%, ιξώδες 10-12s (φλιτζάνι NK-2#, 25℃) και διαλύτες που αποτελούνται κυρίως από κετόνες και εστέρες.

2. Λειτουργία Ψεκασμού: Ένα πιστόλι ψεκασμού παλινδρομικής κίνησης χρησιμοποιείται με πίεση ψεκασμού 0,3-0,5MPa και απόσταση 15-20cm από το τεμάχιο εργασίας. Εφαρμόστε ομοιόμορφα 1-2 στρώσεις με ποσότητα επίστρωσης 40-50g/㎡ και στόχο πάχος φιλμ 15-25μm.

3. Επεξεργασία Εξομάλυνσης: Μετά τον ψεκασμό, τοποθετήστε το τεμάχιο εργασίας σε ένα δωμάτιο εξομάλυνσης για 5-8 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου ή υπέρυθρη εξομάλυνση στους 60℃ για 3 λεπτά για να εξαλείψετε τα σημάδια ψεκασμού και να εξασφαλίσετε μια λεία επίστρωση.

4. UV Σκλήρυνση: Μια μηχανή σκλήρυνσης με λάμπα υδραργύρου χρησιμοποιείται με ενέργεια σκλήρυνσης 400-800mj/cm². Μετά τη σκλήρυνση, η σκληρότητα της επίστρωσης φτάνει πάνω από 2H χωρίς να κολλάει.

(III) Ψεκασμός UV Mid-Coat (Προαιρετικό)

Για προϊόντα που απαιτούν υψηλή τραχύτητα επιφάνειας, απαιτείται μια πρόσθετη διαδικασία UV mid-coat. Το mid-coat έχει περιεκτικότητα σε στερεά 15%-30% και χρησιμοποιεί διαλύτες υψηλής πτητικότητας. Μετά τον ψεκασμό, το πάχος του φιλμ είναι 5-8μm. Μετά την υπέρυθρη ξήρανση στους 50-70℃ για 3-5 λεπτά, πραγματοποιείται UV σκλήρυνση με ενέργεια 300-500mj/cm² για να γεμίσουν μικρά ελαττώματα και να βελτιωθεί η επιπεδότητα της επιφάνειας.

(IV) Ψεκασμός UV Μεταλλικού Χρώματος

1. Προετοιμασία Επίστρωσης: Ανακατέψτε καλά το UV μεταλλικό χρώμα πριν από τη χρήση για να εξασφαλίσετε την ομοιόμορφη διασπορά των μεταλλικών χρωστικών. Μια μικρή ποσότητα αντι-κατασταλακτικού παράγοντα μπορεί να προστεθεί για να αποτρέψει την καθίζηση της χρωστικής.

2. Παράμετροι Ψεκασμού: Υιοθετείται ψεκασμός χαμηλής πίεσης με πίεση 0,2-0,3MPa και ποσότητα επίστρωσης 15-20g/㎡. Εφαρμόστε 2-3 λεπτές στρώσεις για να αποφύγετε την καθίζηση.

3. Εξομάλυνση και Σκλήρυνση: Μετά τον ψεκασμό, εξομαλύνετε για 3-5 λεπτά, στη συνέχεια πραγματοποιήστε UV σκλήρυνση με ενέργεια 500-800mj/cm² για να εξασφαλίσετε την πλήρη σκλήρυνση της επίστρωσης και την καλή προσανατολισμένη διάταξη των μεταλλικών χρωστικών.

(V) Ψεκασμός UV Top-Coat (Προστατευτική Επίστρωση)

Ως η τελική προστατευτική επίστρωση, το UV top-coat πρέπει να έχει αντοχή στην τριβή, χημική αντοχή και γυαλάδα. Επιλέγεται ένα UV διαφανές top-coat υψηλής διαφάνειας με περιεκτικότητα σε στερεά 45%-60% και πάχος φιλμ 15-40μm. Μετά τον ψεκασμό, πραγματοποιείται υπέρυθρη εξομάλυνση στους 60℃ για 5-8 λεπτά, ακολουθούμενη από UV σκλήρυνση με ενέργεια 600-1200mj/cm². Το σκληρυμένο top-coat μπορεί να περάσει τη δοκιμή φθοράς RCA για περισσότερους από 300 κύκλους και να πληροί τις απαιτήσεις της δοκιμής αντοχής σε βραστό νερό (80℃, 60 λεπτά) και της δοκιμής αντοχής στην υγρασία (80℃, 96 ώρες, 95% σχετική υγρασία).