آبکاری پلاستیک و کاربردهای آن

برای اولین بار آبکاری پلاستیک (plastic plating) در سال 1960 در آمریکا شمالی و اروپا در صنعت خودرو مورد استفاده قرار گرفت؛ اما چون ایجاد پیوند قوی بین پوشش پلاستیک و فلز دشوار بود، زیاد مورد استقبال قرار نگرفت. البته بعد ها این مشکل از طریق اجرای عملیات سطحی بر روی یک پلیمر ترموپلاستیک به نام اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن که به اختصار(ABS) می نامند و مبتنی بر اسید کرومیک است، برطرف شد. امروزه هم  بیشتر از 90% این فرایند با ABS است اما سایر رزین ها مثل فنولیک، تفلون، پلی استال، اوره فرمالدئید، پلی اتر سولفون و غیره به طور موثر قابل استفاده هستند.

صنعت خودرو سازی اولین صنعتی بود که به طور وسیع از این فرایند استفاده کرد. افزایش قیمت سوخت چالش جدیدی بود که در سال 1970 خودروسازان با آن مواجه بودند. اتومبیل های اولیه به دلیل وزن بالا، مصرف سوخت بالایی داشتند که منجر به تصمیم خودرو سازان برای استفاده از پلاستیک به دلیل وزن کمتر در بیشتر قطعات خودرو شد. در آن دوره پلاستیک ها را با فلزات آبکاری می کردند که به دلیل جذابیت ظاهری که داشت مشتریان زیادی را به خود جذب می کرد. به دلیل مزیت های فراوان این ماده حتی امروزه هم در صنایع مختلف مثل لوله کشی، دکمه لباس ها، وسایل الکتریکی خانگی و غیره مورد استفاده قرار میگیرد.

آبکاری پلاستیک چیست؟

فرآیند آبکاری پلاستیک، به معنی حرکت یون های نامحلول از فلز به سطح پلاستیک است. زمانی که یون های فلز روی سطح قرار میگیرند سطح جدیدی خواهیم داشت که خاصیت هر دوماده را داراست؛ و سطح خارجی می تواند مثل فلز عمل کند. همچنین در صنایع مختلف با اهداف محافظت خوردگی و پوشش، افزایش سختی سطح، بهبود هدایت الکتریکی و ارتقا جذابیت ظاهری محصولات مورد استفاده است.

در صنعت به طور معمول آبکاری مس روی پلاستیک استفاده می شود، به خصوص زمانی که رسانایی الکتریکی مورد نیاز باشد البته بقیه فلزات مثل نقره، نیکل، کروم و طلا نیز قابل استفاده هستند. در بعضی موارد لایه های چندگانه فلزات مختلف نیز قابل استفاده است. مهم ترین دلیل اضافه کردن فلزات به پلاستیک بحث زیبایی شناسی است. پوشش فلزی مثل طلا و نقره، سطح را به طور قابل توجهی درخشان می کند همچنین باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی و استحکام پلاستیک در بعضی موارد می شود.

مراحل فرآیند آبکاری پلاستیک

برای شروع فرایند، آماده سازی سطح مرحله حیاتی است؛ پلاستیک به دلیل نداشتن هدایت الکتریکی، فاقد چسبندگی لازم است به همین دلیل در این مرحله از یک فلز برای ایجاد این چسبندگی کمک می گیرند. برای آماده سازی سطح، مواد به صورت شیمیایی و در حمام های شیمیایی تمیز می شوند و قبل از شروع فرایند یک لایه، روی پلاستیک اعمال می شود. این کار ضخامت لازم و چسبندگی مناسب را ایجاد می کند، به همین دلیل یک لایه مس الکترولیتی خالص روی سطح پلاستیک قرار می گیرد. بنابر اندازه، شکل و عملکرد قطعه مورد نظر، لایه مسی می تواند آخرین لایه یا لایه ای باشد که زیر بقیه لایه های فلزی قرار می گیرد. پس از پوشش دهی با مس، از فلزاتی چون نیکل، نقره، مس و طلا برای ادامه کار می توان استفاده کرد.

قبل از شروع فرایند باید پلاستیک قالب گیری شود تا فشار وارده بر قطعه کاهش بیابد و کیفیت قطعه بالا برود. از آنجایی که این ماده یک ترکیب غیر فلزی است برای ایجاد خاصیت چسبندگی در آن از طریق آبکاری الکترولس (بدون جریان الکتریکی) باید آن را فلزی کنیم، این فرایند شامل مراحل زیر است:

تمیزکردن

برای شروع کار سطح باید کاملا تمیز باشد و هیج اثر انگشت و آلودگی روی آن وجود نداشته باشد. این کار با یک تمیز کننده قلیایی ملایم انجام می شود؛ در بعضی موارد خیس کردن کامل سطح با اسید کرومیک ضروری است.

غوطه ور کردن

فرو بردن قطعه در حلال به منظور بهبود سطح قبل از مرحله حکاکی انجام می شود.

حکاکی

معمولا شامل محلول کروم تری اکساید یا اسید سولفوریک به منظور افزایش سطح لایه است؛ همچنین جذب مایعات را برای قطعه راحت تر می کند. در این مرحله معمولا سوراخ های ریزی که اتصال با فلز رسوب شده را راحت تر می کند، ایجاد می شود.

تهویه

مرحله اختیاری بعد از حکاکی است که لایه ها را نرم می کند، که می تواند باعث جذب یکنواخت در مرحله فعال سازی شود. معمولا در لایه های خاصی از پلاستیک مثل پلی کربنات و پلی پروپیلن وجود دارد.

خنثی کردن

بعد از مرحله حکاکی قطعات باید از هر نوع اسید اضافی و مواد خارجی پاک شود، خنثی سازی می تواند با سدیم بی سولفات و یا محصولات مشابه آن انجام شود.

پیش فعال سازی

محصولی است که به منظور آسان سازی جذب در مرحله فعال سازی استفاده می شود. این محصول به خوبی با رزین هایی مانند پلی پروپیلن و پلی فنیل اکسید کار می کند.

فعال سازی

این مرحله شامل یک فلز مایع گرانبها مثل طلا، پالادیوم یا پلاتین با غلظت کم است که به عنوان کاتالیزور در طول آبکاری استفاده می شود.

شتاب دهنده

 در مرحله قبل هیدروکسید قلع را به کاتالیزور اضافه می کنند تا کاتالیزور نقش خود را به خوبی ایفا کند؛ حال در این مرحله لازم است با شتاب دهنده این هیدروکسید قلع اضافی را حذف کنیم.

فروبردن در حمام

بعد از مرحله شستشو، قطعات را در حمام الکترولس به منظور ایجاد رسوب فلزی غوطه ور می کنند.

شکل بالا به صورت شماتیک این فرایند را نشان می دهد.

کاربرد آبکاری پلاستیک در صنعت

امروزه این فرایند در صنایع خودروسازی، دکمه لباس ها، لوله کشی و الکتریکی مانند وسایل الکتریکی خانگی مورد استفاده قرار می گیرد که در ادامه به بررسی چند مورد می پردازیم.

آبکاری پلاستیک در صنعت خودروسازی

استفاده از این فرایند در صنعت خودرو به زمان های گذشته برمیگردد و حتی امروزه هم مورد توجه خودروسازان است. توانایی ذوب و شکل پذیری بسیار خوب پلاستیک مهندسان را به استفاده از آن در توسعه وسایل نقلیه تشویق می کند. همچنین تولیدکنندگان قطعات پس از فروش هم به طور گسترده از این فرایند استفاده می کنند.

لوله کشی

لوله کشی با پلاستیک به دلیل قیمت پایین تر گزینه مناسب تری نسبت به محصولات فلزی است، به همین دلیل در این مورد هم به طور گسترده قابل استفاده است.

آبکاری پلاستیک درصنایع الکتریکی

این فرایند به طور منظم در محصولات و تجهیزات جانبی الکتریکی استفاده می شود.

آبکاری پلاستیک با نیکل و نیکل-کروم برای افزایش زیبایی ظاهری تزئینات پلاستیکی در تلفن های همراه، رایانه ها، سوئیچ ها و دکمه ها در لوازم خانگی الکترونیکی و لوازم الکتریکی استفاده می شود.

مزایای و معایب

با آبکاری می توان پلاستیک را که یک نارسانا الکتریکی است به یک سطح با رسانایی الکتریکی تبدیل کرد. از این فرایند در ساخت اتومبیل، هواپیما و دیگر محصولات که نیاز به یک سطح با رسانایی الکتریکی دارند استفاده کنیم. پوشش فلزی می تواند نورهای مخرب را از سطح پلاستیک بازتاب داده و همچنین از آن در برابر گازهای مخرب و خوردگی محافظت کند. باعث جذابیت ظاهری و افزایش کیفیت می شود و زمانی که ظاهر زیباتر مدنظر ما باشد انتخاب می شود. از معایب این فرآیند نیز می توان به چسبندگی ضعیف در طول مرحله حکاکی به دلیل غلظت زیاد کروم در طول انجام آن اشاره کرد.

جمع بندی

در فرایند آبکاری پلاستیک یون های فلز روی سطح پلاستیک قرار می گیرند و ما سطح جدیدی داریم که خاصیت هر دو ماده را داراست. در این فرایند از فلزات مختلفی مثل مس، طلا، نیکل و نقره می توانیم استفاده کنیم. قبل از شروع سطح را از هرگونه آلودگی پاک کنیم و سپس در حمام شیمیایی شستشو داده و بعد لایه فلزی که معمولا از جنس مس است را روی پلاستیک قرار دهیم. این فرایند در صنایع مختلف با اهداف محافظت خوردگی و پوشش، افزایش سختی سطح، بهبود هدایت الکتریکی و ارتقا جذابیت ظاهری محصولات مورد استفاده است.