UV + پوشش خلاء PVD برای محصولات پلاستیکی: راهنمای جامع انتخاب عامل تیمار، ترکیب رنگ UV و فرآیند اسپری

در صنایعی مانند لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی و فضای داخلی خودرو، تقاضا برای تزئین فلزی محصولات پلاستیکی به طور فزاینده ای در حال افزایش است. فرآیند ترکیبی پوشش UV و پوشش خلاء PVD (رسوب فیزیکی بخار) به دلیل مزایای آن از نظر سازگاری با محیط زیست، راندمان بالا و بافت فلزی قوی، به راه حل اصلی برای متالیزاسیون سطح پلاستیک تبدیل شده است. هسته اصلی این فرآیند در انتخاب عوامل تیمار بر اساس ویژگی های مواد پلاستیکی، تنظیم دقیق ترکیب رنگ فلزی UV و پیروی دقیق از روش های اسپری استاندارد شده نهفته است. تنها از طریق هم افزایی این سه عنصر می توان به چسبندگی قوی بین پوشش و بستر، ظاهری فلزی عالی و دوام عالی دست یافت.

I. عوامل تیمار و نام های شیمیایی آنها برای مواد پلاستیکی مختلف

تفاوت در قطبیت سطح و تبلور مواد پلاستیکی مستقیماً بر چسبندگی پوشش های PVD تأثیر می گذارد. برای بهبود خواص سطح به عوامل پیش تیمار هدفمند نیاز است. بر اساس دشواری چسبندگی، پلاستیک ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: بسترهای به راحتی چسبنده و بسترهای دشوار چسبنده. انتخاب عوامل تیمار و ترکیبات شیمیایی آنها به شرح زیر است:

(I) بسترهای به راحتی چسبنده: بدون نیاز به عوامل تیمار ویژه

آلیاژهای ABS، PC و ABS+PC رایج ترین پلاستیک های به راحتی چسبنده برای پوشش PVD هستند. این مواد دارای قطبیت سطحی متوسطی هستند و گروه های قطبی در ساختارهای مولکولی آنها (مانند گروه های نیتریل در ABS و گروه های کربنات در PC) می توانند پیوند خوبی با پوشش های مبتنی بر حلال معمولی ایجاد کنند. در تولید واقعی، فقط اتانول یا ایزوپروپانول برای تمیز کردن سطح برای از بین بردن روغن، گرد و غبار و هیچ عامل تیمار ویژه اضافی مورد نیاز نیست. فرمولاسیون های پرایمر UV معمولی می توانند به چسبندگی پایدار دست یابند.

(II) بسترهای دشوار چسبنده: عوامل تیمار ویژه و ترکیبات شیمیایی آنها

موادی مانند PP، PET، PA (نایلون) و PC تقویت شده با الیاف شیشه به دلیل کشش سطحی کم، تبلور بالا یا گروه های بی اثر، نیاز به اصلاح سطح با عوامل تیمار ویژه (پرایمرها) برای اطمینان از چسبندگی پوشش PVD دارند.

1. PP (پلی پروپیلن): به عنوان یک پلاستیک غیر قطبی معمولی با قطبیت سطحی بسیار کم، نیاز به استفاده از عامل تیمار پلیمر PP کلردار ویژه (نام شیمیایی: محلول رزین پلی پروپیلن کلردار). ترکیب شیمیایی آن پلی پروپیلن کلردار را به عنوان ماده اصلی فیلم ساز در نظر می گیرد که با حلال های مخلوط مانند اتیل استات و تولوئن تکمیل می شود. قطبیت و زبری سطح PP را برای ایجاد یک پل پیوندی بین پرایمر و بستر بهبود می بخشد. این عامل تیمار به صورت یک مایع شفاف، شفاف و کمی زرد رنگ با چگالی 0.87 گرم بر سانتی متر مکعب و نقطه اشتعال تقریباً 6.3 درجه سانتیگراد ظاهر می شود که برای پیش تیمار آبکاری خلاء محفظه های لوازم خانگی، قطعات پلاستیکی محصولات IT و غیره مناسب است.

2. PET (پلی اتیلن ترفتالات): با سطح صاف و تبلور بالا، نیاز به افزودنی چسبندگی بر پایه پلی اورتان (نام شیمیایی: عامل تیمار رزین پلی اورتان اصلاح شده با پلی استر). جزء اصلی آن یک پلیمر پلی اورتان اصلاح شده با پلی استر است که با حلال های کتون (مانند استون) ترکیب شده است که می تواند یک فیلم واکنشی روی سطح PET ایجاد کند تا استحکام چسبندگی پرایمر UV بعدی را افزایش دهد.

3. PA (نایلون): به دلیل وجود پیوندهای آمیدی در ساختار مولکولی آن، مستعد جذب آب است که منجر به کاهش چسبندگی پوشش می شود. نیاز به عامل تیمار پلی آمید اصلاح شده با اپوکسی (نام شیمیایی: محلول رزین پلی آمید خاتمه یافته با اپوکسی). گروه های اپوکسی در این عامل تیمار می توانند با گروه های آمینه روی سطح PA واکنش شیمیایی نشان دهند تا پیوند شیمیایی ایجاد کنند، در حالی که اثر ضد رطوبت نیز برای اطمینان از پایداری پوشش دارند.

4. PC تقویت شده با الیاف شیشه: افزودن الیاف شیشه چسبندگی سطح مواد را کاهش می دهد و نیاز به عامل تیمار اکریلیک اصلاح شده با عامل اتصال سیلان (نام شیمیایی: عامل تیمار رزین اکریلیک اصلاح شده با γ-آمینوپروپیل تری اتوکسی سیلان). گروه های آلکوکسی عامل اتصال سیلان هیدرولیز می شوند و با گروه های هیدروکسیل روی سطح الیاف شیشه پیوند می خورند، در حالی که رزین اکریلیک با پرایمر UV سازگار است و یک سیستم پیوندی پایدار "بستر-عامل تیمار-پرایمر" را تشکیل می دهد.

II. ترکیب اصلی رنگ UV برای رنگ های فلزی مختلف

هسته اصلی رنگ فلزی UV دستیابی به بافت فلزی از طریق آرایش جهت دار رنگدانه های فلزی است که با یک سیستم رزین قابل درمان با UV ترکیب شده است تا از خواص مکانیکی و مقاومت در برابر آب و هوای پوشش اطمینان حاصل شود. تفاوت در ترکیب بین رنگ های فلزی مختلف عمدتاً در نوع و نسبت رنگدانه های فلزی نهفته است، در حالی که سیستم رزین عمدتاً بر اساس اکریلات ها است. ترکیبات خاص به شرح زیر است:

(I) رنگ UV نقره ای

رنگ UV نقره ای پرکاربردترین پوشش فلزی است که اجزای اصلی آن عبارتند از پودر آلومینیوم پولکی (رنگدانه) و اولیگومرها/مونومرهای اکریلات (چسب). پودر آلومینیوم دارای اندازه ذرات 10-30 میکرومتر و ساختار پولکی است که 8.6٪ -12٪ از محتوای جامد را تشکیل می دهد. با انعکاس نور از طریق آرایش جهت دار، درخشندگی فلزی نقره ای ایجاد می کند. سیستم رزین شامل اولیگومرهای اکریلات پلی اورتان و مونومرهای تری اکریلات تری متیلول پروپان (TMPTA) است که با فوتواستارترهای مبتنی بر اکسید آسیل فسفین (برای حل اثر محافظتی رنگدانه های فلزی بر روی نور UV با طول موج کوتاه)، تکمیل شده با افزودنی هایی مانند عوامل تراز کننده و آنتی اکسیدان ها. حلال یک حلال کتون یا استر با فراریت بالا است که دارای محتوای جامد ساختمانی تقریباً 38٪ و ویسکوزیته 15mPa.s (25 درجه سانتیگراد) است.

(II) رنگ UV طلایی

رنگدانه رنگ UV طلایی پودر آلیاژ مس و روی (معمولاً به عنوان پودر طلا شناخته می شود) و چسب آن مشابه رنگ UV نقره ای است. رنگ پودر طلا با نسبت مس و روی تعیین می شود: محتوای روی 8٪ -12٪ منجر به رنگ طلایی مایل به قرمز، محتوای روی 20٪ -30٪ منجر به رنگ طلایی مایل به سبز می شود و نسبت متوسط ​​رنگ طلایی مایل به قرمز-سبز را می دهد. در فرمولاسیون های عملی، پودر طلا دارای اندازه ذرات 800 مش است و با یک سورفکتانت پوشش داده می شود تا سازگاری با رزین را بهبود بخشد و 10٪ -15٪ از محتوای جامد را تشکیل می دهد. سیستم رزین از رزین اکریلیک/پلی اورتان با شفافیت بالا استفاده می کند تا اطمینان حاصل شود که درخشندگی فلزی پودر طلا مبهم نیست و جاذب های UV برای بهبود مقاومت در برابر آب و هوا و جلوگیری از تغییر رنگ پس از استفاده طولانی مدت اضافه می شوند.

(III) رنگ UV فلز تفنگی

رنگ UV فلز تفنگی (رنگ فلزی خاکستری تیره) از رنگدانه های کامپوزیت پودر نیکل و پودر گرافیت استفاده می کند که دارای ترکیب شیمیایی پودر نیکل (اندازه ذرات 20-40 میکرومتر) و پودر گرافیت (اندازه ذرات 5-10 میکرومتر) با نسبت جرمی تقریباً 3:1 است که کل محتوای آن 12٪ -18٪ از محتوای جامد است. سیستم رزین اولیگومرهای اکریلات اپوکسی را انتخاب می کند که هم سختی و هم چسبندگی دارند. فوتواستارتر یک سیستم کامپوزیت از استوفنون و TPO است تا از پخت عمیق پوشش اطمینان حاصل شود. این فرمولاسیون یک اثر فلز تفنگی آرام را از طریق انعکاس فلزی پودر نیکل و جذب نور پودر گرافیت ایجاد می کند که برای قطعات تزئینی سطح بالا مناسب است.

III. فرآیند اسپری UV برای پوشش خلاء UV + PVD

اسپری UV یک پیوند کلیدی است که پیش تیمار پلاستیک و پوشش PVD را به هم متصل می کند. کنترل دقیق پارامترهای ساخت و مراحل فرآیند برای اطمینان از کیفیت پوشش و اثرات پوشش بعدی مورد نیاز است. این فرآیند کامل شامل چهار مرحله است: پیش تیمار، اسپری، تراز کردن و پخت که در زیر به تفصیل آمده است:

(I) مرحله پیش تیمار

1. تمیز کردن بستر: از یک تمیز کننده اولتراسونیک با اتانول یا ایزوپروپانول به عنوان محیط تمیز کننده برای از بین بردن روغن، گرد و غبار و باقیمانده های عامل آزاد کننده قالب از سطح پلاستیک استفاده می شود. زمان تمیز کردن 3-5 دقیقه و دما در حدود 40 درجه سانتیگراد کنترل می شود.

2. پوشش عامل تیمار: برای بسترهای دشوار چسبنده، یک عامل تیمار ویژه با استفاده از یک تفنگ اسپری الکترواستاتیک با مقدار پوشش 8-10 گرم بر㎡ و ضخامت فیلم 3-5 میکرومتر اسپری می شود. پس از اسپری، خشک کردن مادون قرمز در دمای 50-60 درجه سانتیگراد به مدت 3-5 دقیقه انجام می شود تا از تبخیر کامل حلال اطمینان حاصل شود.

(II) اسپری پرایمر UV

1. پارامترهای پوشش: یک پرایمر UV PVD ویژه با محتوای جامد 40٪ -55٪، ویسکوزیته 10-12 ثانیه (فنجان NK-2#، 25 درجه سانتیگراد) و حلال هایی که عمدتاً از کتون ها و استرها تشکیل شده اند، انتخاب می شود.

2. عملیات اسپری: از یک تفنگ اسپری رفت و برگشتی با فشار اسپری 0.3-0.5 مگاپاسکال و فاصله 15-20 سانتی متری از قطعه کار استفاده می شود. 1-2 لایه به طور یکنواخت با مقدار پوشش 40-50 گرم بر㎡ و ضخامت فیلم هدف 15-25 میکرومتر اعمال کنید.

3. تیمار تراز کردن: پس از اسپری، قطعه کار را به مدت 5-8 دقیقه در دمای اتاق در یک اتاق تراز قرار دهید، یا تراز مادون قرمز را در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 3 دقیقه انجام دهید تا علائم اسپری از بین برود و از پوشش صاف اطمینان حاصل شود.

4. پخت UV: از یک دستگاه پخت لامپ جیوه با انرژی پخت 400-800mj/cm² استفاده می شود. پس از پخت، سختی پوشش به بالای 2H می رسد بدون اینکه چسبنده شود.

(III) اسپری میانی UV (اختیاری)

برای محصولاتی که به زبری سطح بالایی نیاز دارند، به یک فرآیند میانی UV اضافی نیاز است. لایه میانی دارای محتوای جامد 15٪ -30٪ است و از حلال های با فراریت بالا استفاده می کند. پس از اسپری، ضخامت فیلم 5-8 میکرومتر است. پس از خشک شدن مادون قرمز در دمای 50-70 درجه سانتیگراد به مدت 3-5 دقیقه، پخت UV با انرژی 300-500mj/cm² انجام می شود تا عیوب کوچک را پر کرده و صافی سطح را بهبود بخشد.

(IV) اسپری رنگ فلزی UV

1. آماده سازی پوشش: رنگ فلزی UV را قبل از استفاده کاملاً هم بزنید تا از پراکندگی یکنواخت رنگدانه های فلزی اطمینان حاصل شود. می توان مقدار کمی عامل ضد رسوب اضافه کرد تا از رسوب رنگدانه جلوگیری شود.

2. پارامترهای اسپری: اسپری کم فشار با فشار 0.2-0.3 مگاپاسکال و مقدار پوشش 15-20 گرم بر㎡ اتخاذ شده است. 2-3 لایه نازک اعمال کنید تا از افتادگی جلوگیری شود.

3. تراز کردن و پخت: پس از اسپری، به مدت 3-5 دقیقه تراز کنید، سپس پخت UV را با انرژی 500-800mj/cm² انجام دهید تا از پخت کامل پوشش و آرایش جهت دار خوب رنگدانه های فلزی اطمینان حاصل شود.

(V) اسپری لایه رویی UV (پوشش محافظ)

به عنوان پوشش محافظ نهایی، لایه رویی UV باید مقاومت در برابر سایش، مقاومت شیمیایی و درخشندگی داشته باشد. یک پوشش شفاف UV با شفافیت بالا با محتوای جامد 45٪ -60٪ و ضخامت فیلم 15-40 میکرومتر انتخاب می شود. پس از اسپری، تراز کردن مادون قرمز در دمای 60 درجه سانتیگراد به مدت 5-8 دقیقه انجام می شود، و به دنبال آن پخت UV با انرژی 600-1200mj/cm² انجام می شود. لایه رویی پخته شده می تواند آزمایش سایش RCA را برای بیش از 300 چرخه پشت سر بگذارد و الزامات آزمایش مقاومت در برابر آب جوش (80 درجه سانتیگراد، 60 دقیقه) و آزمایش مقاومت در برابر رطوبت (80 درجه سانتیگراد، 96 ساعت، 95٪ رطوبت نسبی) را برآورده کند.