UV + Pelapisan Vakum PVD untuk Produk Plastik: Panduan Komprehensif untuk Pemilihan Agen Perawatan, Komposisi Cat UV, dan Proses Penyemprotan

Dalam industri seperti elektronik konsumen, peralatan rumah tangga, dan interior otomotif, permintaan akan dekorasi metalisasi produk plastik semakin meningkat. Proses gabungan pelapisan UV dan pelapisan vakum PVD (Physical Vapor Deposition) telah menjadi solusi utama untuk metalisasi permukaan plastik karena keunggulannya dalam hal ramah lingkungan, efisiensi tinggi, dan tekstur metalik yang kuat. Inti dari proses ini terletak pada pemilihan agen perawatan berdasarkan karakteristik bahan plastik, pengaturan komposisi cat metalik UV secara tepat, dan mengikuti prosedur penyemprotan standar secara ketat. Hanya melalui sinergi ketiga elemen ini, daya rekat yang kuat antara lapisan dan substrat, tampilan metalik yang sempurna, dan daya tahan yang sangat baik dapat dicapai.

I. Agen Perawatan dan Nama Kimianya untuk Bahan Plastik yang Berbeda

Perbedaan polaritas permukaan dan kristalinitas bahan plastik secara langsung memengaruhi daya rekat lapisan PVD. Agen pra-perawatan yang ditargetkan diperlukan untuk meningkatkan sifat permukaan. Berdasarkan kesulitan daya rekat, plastik dapat dibagi menjadi dua kategori: substrat yang mudah menempel dan substrat yang sulit menempel. Pemilihan agen perawatan dan komposisi kimianya adalah sebagai berikut:

(I) Substrat yang Mudah Melekat: Tidak Memerlukan Agen Perawatan Khusus

Paduan ABS, PC, dan ABS+PC adalah plastik yang paling umum digunakan yang mudah melekat untuk pelapisan PVD. Bahan-bahan ini memiliki polaritas permukaan sedang, dan gugus polar dalam struktur molekulnya (seperti gugus nitril dalam ABS dan gugus karbonat dalam PC) dapat membentuk ikatan yang baik dengan lapisan berbasis pelarut konvensional. Dalam produksi aktual, hanya etanol atau isopropanol yang dibutuhkan untuk pembersihan permukaan untuk menghilangkan minyak, debu, dan tidak ada agen perawatan khusus tambahan yang diperlukan. Formulasi primer UV reguler dapat mencapai daya rekat yang stabil.

(II) Substrat yang Sulit Melekat: Agen Perawatan Khusus dan Komposisi Kimianya

Bahan seperti PP, PET, PA (nilon), dan PC yang diperkuat serat kaca memerlukan modifikasi permukaan dengan agen perawatan khusus (Primer) untuk memastikan daya rekat lapisan PVD karena tegangan permukaan yang rendah, kristalinitas tinggi, atau gugus inertnya.

1. PP (Polipropilena): Sebagai plastik non-polar tipikal dengan polaritas permukaan yang sangat rendah, ia memerlukan penggunaan agen perawatan polimer PP terklorinasi khusus (nama kimia: Larutan Resin Polipropilena Terklorinasi). Komposisi kimianya menggunakan polipropilena terklorinasi sebagai zat pembentuk film inti, dilengkapi dengan pelarut campuran seperti etil asetat dan toluena. Ini meningkatkan polaritas dan kekasaran permukaan PP untuk membangun jembatan ikatan antara primer dan substrat. Agen perawatan ini tampak sebagai cairan bening, transparan, sedikit kekuningan dengan kerapatan 0,87g/cm³ dan titik nyala sekitar 6,3℃, cocok untuk pra-perawatan pelapisan vakum casing peralatan rumah tangga, bagian plastik produk IT, dll.

2. PET (Polietilena Tereftalat): Dengan permukaan yang halus dan kristalinitas tinggi, ia membutuhkan promotor daya rekat berbasis poliuretan (nama kimia: Agen Perawatan Resin Poliuretan Termodifikasi Poliester). Komponen utamanya adalah prepolimer poliuretan termodifikasi poliester, dikombinasikan dengan pelarut keton (seperti aseton), yang dapat membentuk film reaktif pada permukaan PET untuk meningkatkan kekuatan daya rekat primer UV selanjutnya.

3. PA (Nilon): Karena adanya ikatan amida dalam struktur molekulnya, ia rentan terhadap penyerapan air, yang menyebabkan penurunan daya rekat lapisan. Ia membutuhkan agen perawatan poliamida termodifikasi epoksi (nama kimia: Larutan Resin Poliamida Berujung Epoksi). Gugus epoksi dalam agen perawatan ini dapat bereaksi secara kimia dengan gugus amino pada permukaan PA untuk membentuk ikatan kimia, sekaligus memiliki efek tahan lembab untuk memastikan stabilitas lapisan.

4. PC yang Diperkuat Serat Kaca: Penambahan serat kaca mengurangi daya rekat permukaan bahan, membutuhkan agen perawatan akrilik termodifikasi agen penggandeng silan (nama kimia: Agen Perawatan Resin Akrilik Termodifikasi γ-Aminopropil trietoksisilan). Gugus alkoksi dari agen penggandeng silan terhidrolisis dan berikatan dengan gugus hidroksil pada permukaan serat kaca, sementara resin akrilik kompatibel dengan primer UV, membentuk sistem ikatan "substrat-agen perawatan-primer" yang stabil.

II. Komposisi Inti Cat UV untuk Warna Metalik yang Berbeda

Inti dari cat metalik UV adalah untuk mencapai tekstur metalik melalui pengaturan pigmen metalik yang terarah, dikombinasikan dengan sistem resin yang dapat disembuhkan UV untuk memastikan sifat mekanik dan ketahanan cuaca dari lapisan. Perbedaan komposisi antara warna metalik yang berbeda terutama terletak pada jenis dan proporsi pigmen metalik, sementara sistem resin terutama didasarkan pada akrilat. Komposisi spesifiknya adalah sebagai berikut:

(I) Cat UV Perak

Cat UV perak adalah lapisan metalik yang paling banyak digunakan, dengan komponen inti bubuk aluminium bersisik (pigmen) dan oligomer/monomer akrilat (pengikat). Bubuk aluminium memiliki ukuran partikel 10-30μm dan struktur bersisik, menyumbang 8,6%-12% dari kandungan padat. Ia membentuk kilau metalik perak dengan memantulkan cahaya melalui pengaturan terarah. Sistem resin mencakup oligomer akrilat poliuretan dan monomer trimetilolpropana triakrilat (TMPTA), dikombinasikan dengan fotoinisiator berbasis oksida asilfosfin (TPO) (untuk mengatasi efek perisai pigmen metalik pada cahaya UV gelombang pendek), dilengkapi dengan aditif seperti agen perata dan antioksidan. Pelarutnya adalah pelarut keton atau ester dengan volatilitas tinggi, dengan kandungan padat konstruksi sekitar 38% dan viskositas 15mPa.s (25℃).

(II) Cat UV Emas

Pigmen cat UV emas adalah bubuk paduan tembaga-seng (umumnya dikenal sebagai bubuk emas), dan pengikatnya mirip dengan cat UV perak. Warna bubuk emas ditentukan oleh rasio tembaga-seng: kandungan seng 8%-12% menghasilkan warna emas kemerahan, kandungan seng 20%-30% menghasilkan warna emas kehijauan, dan rasio menengah memberikan warna emas kemerahan-hijau. Dalam formulasi praktis, bubuk emas memiliki ukuran partikel 800 mesh dan dilapisi permukaan dengan surfaktan untuk meningkatkan kompatibilitas dengan resin, menyumbang 10%-15% dari kandungan padat. Sistem resin menggunakan resin akrilik/poliuretan transparan tinggi untuk memastikan bahwa kilau metalik bubuk emas tidak terhalang, dan penyerap UV ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan cuaca dan menghindari perubahan warna setelah penggunaan jangka panjang.

(III) Cat UV Gunmetal

Cat UV gunmetal (warna metalik abu-abu gelap) menggunakan pigmen komposit bubuk nikel dan bubuk grafit, dengan komposisi kimia bubuk nikel (ukuran partikel 20-40μm) dan bubuk grafit (ukuran partikel 5-10μm) pada rasio massa sekitar 3:1, dengan total kandungan 12%-18% dari kandungan padat. Sistem resin memilih oligomer akrilat epoksi, yang memiliki kekerasan dan daya rekat. Fotoinisiator adalah sistem komposit aseto fenon dan TPO untuk memastikan penyembuhan lapisan yang dalam. Formulasi ini membentuk efek gunmetal yang tenang melalui refleksi metalik bubuk nikel dan penyerapan cahaya bubuk grafit, cocok untuk bagian dekoratif kelas atas.

III. Proses Penyemprotan UV untuk Pelapisan Vakum UV + PVD

Penyemprotan UV adalah mata rantai kunci yang menghubungkan pra-perawatan plastik dan pelapisan PVD. Kontrol ketat terhadap parameter konstruksi dan langkah-langkah proses diperlukan untuk memastikan kualitas lapisan dan efek pelapisan selanjutnya. Proses lengkapnya mencakup empat tahap: pra-perawatan, penyemprotan, perataan, dan penyembuhan, seperti yang dijelaskan secara rinci di bawah ini:

(I) Tahap Pra-Perawatan

1. Pembersihan Substrat: Pembersih ultrasonik digunakan dengan etanol atau isopropanol sebagai media pembersih untuk menghilangkan minyak, debu, dan residu pelepas cetakan dari permukaan plastik. Waktu pembersihan adalah 3-5 menit, dan suhu dikontrol pada sekitar 40℃.

2. Pelapisan Agen Perawatan: Untuk substrat yang sulit melekat, agen perawatan khusus disemprotkan menggunakan pistol semprot elektrostatik dengan jumlah pelapisan 8-10g/㎡ dan ketebalan film 3-5μm. Setelah penyemprotan, pengeringan inframerah dilakukan pada suhu 50-60℃ selama 3-5 menit untuk memastikan penguapan pelarut yang lengkap.

(II) Penyemprotan Primer UV

1. Parameter Pelapisan: Primer UV PVD khusus dipilih dengan kandungan padat 40%-55%, viskositas 10-12s (cangkir NK-2#, 25℃), dan pelarut yang terutama terdiri dari keton dan ester.

2. Operasi Penyemprotan: Pistol semprot bolak-balik digunakan dengan tekanan penyemprotan 0,3-0,5MPa dan jarak 15-20cm dari benda kerja. Oleskan secara merata 1-2 lapis dengan jumlah pelapisan 40-50g/㎡ dan ketebalan film target 15-25μm.

3. Perawatan Perataan: Setelah penyemprotan, tempatkan benda kerja di ruang perataan selama 5-8 menit pada suhu kamar, atau perataan inframerah pada suhu 60℃ selama 3 menit untuk menghilangkan tanda penyemprotan dan memastikan lapisan yang halus.

4. Penyembuhan UV: Mesin penyembuhan lampu merkuri digunakan dengan energi penyembuhan 400-800mj/cm². Setelah penyembuhan, kekerasan lapisan mencapai di atas 2H tanpa menempel.

(III) Penyemprotan Lapisan Tengah UV (Opsional)

Untuk produk yang membutuhkan kekasaran permukaan tinggi, proses lapisan tengah UV tambahan diperlukan. Lapisan tengah memiliki kandungan padat 15%-30% dan menggunakan pelarut dengan volatilitas tinggi. Setelah penyemprotan, ketebalan film adalah 5-8μm. Setelah pengeringan inframerah pada suhu 50-70℃ selama 3-5 menit, penyembuhan UV dilakukan pada energi 300-500mj/cm² untuk mengisi cacat kecil dan meningkatkan kerataan permukaan.

(IV) Penyemprotan Cat Metalik UV

1. Persiapan Pelapisan: Aduk cat metalik UV sepenuhnya sebelum digunakan untuk memastikan dispersi pigmen metalik yang seragam. Sejumlah kecil agen anti-endapan dapat ditambahkan untuk mencegah pengendapan pigmen.

2. Parameter Penyemprotan: Penyemprotan tekanan rendah diadopsi dengan tekanan 0,2-0,3MPa dan jumlah pelapisan 15-20g/㎡. Oleskan 2-3 lapis tipis untuk menghindari kendur.

3. Perataan dan Penyembuhan: Setelah penyemprotan, ratakan selama 3-5 menit, kemudian lakukan penyembuhan UV dengan energi 500-800mj/cm² untuk memastikan penyembuhan lapisan yang lengkap dan pengaturan pigmen metalik yang terarah dengan baik.

(V) Penyemprotan Lapisan Atas UV (Lapisan Pelindung)

Sebagai lapisan pelindung akhir, lapisan atas UV harus memiliki ketahanan aus, ketahanan kimia, dan kilau. Lapisan bening UV transparan tinggi dipilih dengan kandungan padat 45%-60% dan ketebalan film 15-40μm. Setelah penyemprotan, perataan inframerah dilakukan pada suhu 60℃ selama 5-8 menit, diikuti oleh penyembuhan UV pada energi 600-1200mj/cm². Lapisan atas yang disembuhkan dapat lulus uji keausan RCA selama lebih dari 300 siklus, dan memenuhi persyaratan uji ketahanan air mendidih (80℃, 60 menit) dan uji ketahanan kelembaban (80℃, 96 jam, kelembaban relatif 95%).