Metallisierung von Kunststoffen - mueller

Anleitung zur Metallisierung von Kunststoffen der Firma
General Electric Plastics B.V.
Sehr geehrte Damen und Herren,
in der Anlage erhalten Sie eine Anleitung zur Metallisierung von Kunststoffen.
Für weitere Informationen und Anfragen stehen Ihnen gerne zur Verfügung.
Deutschland
Dr. D. Müller GmbH
Zeppelinring 18
D- 26197 Ahlhorn
Tel.: +49 (0) 44 35 / 97 10 10
Fax: +49 (0) 44 35 / 97 10 11
[email protected]
www.mueller-ahlhorn.com
Twitter: muellerahlhorn
Großbritannien
Dr. D. Mueller (UK) Limited
Tel.: +44 (0) 13 84 48 28 06
Fax: +44 (0) 13 84 48 28 08
[email protected]
Brasilien
Dr. D. Mueller GmbH
Tel.: +55 19 / 32 46 32 16
Fax: +55 19 / 32 16 62 29
[email protected]
g
GE Plastics
DE /10/2001
Metallisierung
von Kunststoffen
Inhalt
Titelseite
Inhalt
............................. 1
................................. 2
1 Einleitung
............................. 3
2 Vakuum Metallisierung . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2.1 Schutz des Aluminiums . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1 Plasil / Glipoxan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2 Grundierungslacksysteme . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Elamet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1 Technologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Vorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . . . 3
2.3.1 Reinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) . . 4
2.3.2 Glimmentladung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3.3 Plasil / Glipoxan als Adhäsionsverbesserer . 6
2.4 SiOx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.5 PE-CVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . 7
g GE Plastics
Metallisierung von Kunststoffen Inhalt Seite 2
3 Indirekte Metallisierung
.............. 8
3.1 Heißfolienprägung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
5 Lackieren
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.1 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . . . 11
3.2 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . . . 8
Adressen
4 Plattierung
............................ 9
4.1 Nicht-selektive elektrolose Galvanisierung . 9
4.1.1 Ätzmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.2 Chemisch gebundene Plattierung . . . . . . . . 10
4.1.3 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . 10
4.2 Selektive elektrolose Plattierung . . . . . . . . . . 10
4.2.1 Materialien und Anwendungen . . . . . . . . . . 10
4.3 Elektroplattierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1
Einleitung
Eine Metallisierung von Kunststoffen kann entweder
aus ästhetischen oder funktionalen Gründen zweckmäßig sein. Durch die Metallisierung werden die
spezifischen Eigenschaften von Kunststoffen, geringes
Gewicht, Flexibilität bei der Konstruktion und ökonomische Produktion, durch die üblicherweise mit
Metallen verbundenen Eigenschaften ergänzt. Dazu
gehören hohe Reflexion, Abriebfestigkeit, elektrische
Leitfähigkeit und dekorative Oberflächenstrukturen.
1.1
Technologien
Die Prozesse können in vier Gruppen aufgeteilt werden:
Vakuum-Metallisierung (siehe Kapitel 2)
Die Metallschicht wird durch physikalisches
Verdampfen, Vakuum-Metallisierung oder durch
Sputtern aufgetragen. Die technischen Ausdrücke
sind “Physical Vapour Deposition” für die StandardVakuum-Metallisierung von Aluminium und PE-CVD,
“Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition”
für das Sputtern. Mit dem Sputterprozeß können die
unterschiedlichsten Metalle und Legierungen
aufgetragen werden.
In dieser Broschüre werden die zur Metallisierung von
Kunststoffen geeigneten Prozesse vorgestellt und
diskutiert. Jeder Prozeß wird zusammen mit typischen
Anwendungen und den dafür geeigneten Materialien
von GE Plastics präsentiert.
g GE Plastics
Metallisierung von Kunststoffen 1 Einleitung Seite 3
1.2
Indirekte Metallisierung (siehe Kapitel 3)
Indirektes Auftragen einer Metallschicht durch die
Verwendung eines vormetallisierten Materials. Die
Metallisierung der Trägerschicht erfolgt meistens
durch Vakuum-Metallisierung. Die Trägerschicht
wird dann auf eine geeignete Oberfläche durch
Heißfolienprägung, eine Einlegeschicht oder direkt
in der Form aufgebracht.
Plattieren (siehe Kapitel 4)
Nach einer chemischen Vorbehandlung des Kunststoffes
werden elektrostatisch und ladungslos verschiedene
Metallschichten aufgebracht. Die Adhäsion ist chemisch
und mechanisch. Mit geeigneten Chemikalien wird
dann in einem kontinuierlichem Prozeß Metall auf dem
Kunststoff abgelagert.
Lackieren (siehe Kapitel 5)
Durch Vermengen von Metallpartikeln mit Lack
können Lackierungen mit metallähnlichen Eigenschaften erzeugt werden.
Materialien und Anwendungen
Grundsätzlich können alle Kunststoffarten metallisiert
werden. Der Erfolg des Prozesses hängt von den
Ansprüchen an das Endprodukt, der korrekten Auswahl
von Materialien und Technologie und einer genauen
Kontrolle des eigentlichen Metallisierungsvorganges ab.
Typische Anwendungen für metallisierte Kunststoffkomponenten, bei denen die Oberfläche in funktionaler
und ästhetischer Hinsicht verbessert werden soll, sind
Kosmetikbehälter, Bad- und Sanitäreinrichtungen,
Haushaltsgeräte und Schmuck.
Metallisierungen, um die Funktionalität von Kunststoffen zu verbessern, sind noch weiter verbreitet. Dazu
gehören Spiegel, CDs, Türgriffe und elektronische
Bauteile. Bei der letzten Kategorie wird die Metallisierung häufig verwendet, um die elektromagnetische
Verträglichkeit (EMV) der Komponenten zu
beeinflussen.
1.3
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Eine steigende Anzahl von Kunststoffkomponenten
wird im Zusammenhang mit EMV, oder um elektromagnetische Einstrahlung (EME) zu verhindern,
metallisiert. EMV beschreibt die Verträglichkeit
von Sendern und/oder Empfängern von elektromagnetischer Strahlung. Die Störfestigkeit gegenüber
elektromagnetischer Strahlung einer elektronischen
Komponente ist für die einwandfreie Funktion extrem
wichtig. Genauso wichtig ist es allerdings auch zu
verhindern, daß eine elektronische Komponente
durch ihre Emission eine andere stört.
Die Europäische Gemeinschaft hat eine Direktive
erlassen, in der die Menge der erlaubten elektromagnetischen Strahlung, die maximal emittiert
werden darf bzw. störungsfrei empfangen werden
muß, festgelegt ist. Dieses sind die “Richtlinien
zur Anwendung in der Gemeinschaft, Direktive
89/336/EEC vom 3. Mai 1989 über die Annäherung
der Gesetze der Mitgliedsstaaten im Zusammenhang
mit der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)”.
g GE Plastics
2
Metallisierung von Kunststoffen 1 Einleitung Seite 4
Vakuum Metallisierung
Vakuum Metallisierung ist die physikalische Auftragung
eines verdampften Materials auf einem Substrat.
Meistens wird dabei Aluminium verwendet. In einem
Hochvakuum wird Aluminium aufgeheizt und so verdampft. Der Dampf verteilt sich in der Kammer und
kondensiert auf den kalten Oberflächen. Dieser Vorgang findet in der ganzen Kammer statt, so daß alles in
der Kammer mit einer Aluminiumschicht bedampft ist.
2.1
Schutz des Aluminiums
Aufgrund der reaktiven Eigenschaften von Aluminium
mit Feuchtigkeit und der geringen Schichtdicke muß
die Aluminiumschicht gegen Umwelteinflüsse geschützt
werden. Im wesentlichen werden zwei Verfahren zum
Schutz des Aluminiums verwendet.
2.1.1 Plasil / Glipoxan
Dieses Verfahren findet noch im Vakuum statt und ist
daher voll in den Bedampfungsprozeß integriert. Unter
kontrollierten Bedingungen wird ein Monomer auf
Silikonbasis, wie zum Beispiel Plasil, in die Vakuumkammer eingelassen. (Plasil ist eine polymerisierte Lage
von Protec, einem Handelsnamen des Vakuumanlagenherstellers Balzers. Es besteht aus dem flüssigen Monomer Hexamethyldisiloxan (HMDSO). Leybold verfügt
über ein ähnliches Material Namens Glipoxan.)
Durch die Erzeugung eines Plasmas aus Gaspartikeln,
die teilweise ionisiert und angeregt sind, beginnt
das Monomer als Polymerbeschichtung auszufällen.
Das erforderliche Plasma wird durch eine Hoch-
spannungsentladung und ein entsprechendes Gas
erzeugt. Der Prozeß wird Glimmentladung genannt.
In den meisten Fällen wird normale Luft verwendet.
2.1.2 Grundierungslacksysteme
Bei diesem Verfahren wird ein Lacksystem für die
Grundierung und den Decklack verwendet. Bei vielen
Anwendungen ist ein Primer erforderlich, bevor die
Formteile in die Vakuumkammer eingebracht werden.
Wenn eine hochglänzende und hochreflektierende
Aluminiumschicht erforderlich ist und der Kunststoff
matt, rauh oder gar mineral- oder glasfaserverstärkt ist,
so muß ein Primer verwendet werden, um die Oberflächenqualität, insbesondere den Glanz, zu verbessern.
Selbst die Glanzeigenschaften von Lichtreflektoren aus
dem Polycarbonat Lexan®, mit einem hohen natürlichen
Glanz, können durch die Verwendung einer Grundierung verbessert werden. Ob eine Grundierung erforderlich ist, wird im wesentlichen durch die Anforderungen
g GE Plastics
Mit dem Elamet Prozeß läßt sich eine selektive Metallisierung (durch Maskierung) sowie eine ein- oder
zweiseitige Metallisierung realisieren. Vorsichtiges
Füllen der Vakuumkammer ist erforderlich, um
Abschattungen oder Ablagerungen in unerwünschten
Bereichen zu verhindern.
Stärkere Schichtdicken können schlechte Adhäsion
verursachen, daher ist ein Ätzen der Oberfläche oder
eine Glimmentladung auf der Oberfläche als Vorbehandlung erforderlich.
2.3
Vorbehandlung
Folgende Vorbehandlungen zur Verbesserung
der Adhäsion werden hier vorgestellt: Reinigen,
Glimmentladung und Plasil/Glipoxan.
2.3.1 Reinigung
Um eine optimale Adhäsion und Glätte des Metallfilms
zu erreichen, muß die Oberfläche des Substrates sauber
und trocken sein. Eine Reinigung mit einem Tuch und
Lösungsmitteln ist ungünstig, da die meisten Kunststoffe
des Benutzers und die Oberflächenqualität der Form
bestimmt. Bei Materialien, bei denen die Adhäsion
des aufgedampften Aluminiums problematisch ist,
können Grundierungen Abhilfe schaffen. Es ist auf
die chemische Kompatibilität zwischen Grundierung
und Kunststoff zu achten, und es muß sichergestellt
sein, daß das Lösungsmittel der Grundierung vollständig verdampft ist, bevor das Kunststoffsubstrat in
der Vakuumkammer plaziert wird.
2.2
Elamet
Ein Prozeß mit dem besonders starke Schichten erzeugt
werden können, ist der sogenannte Elamet Prozeß.
Dabei handelt es sich um einen Vakuummetallisierungsprozeß, der von der GfO/Degussa entwickelt und
lizensiert wurde, bei dem das Aluminium in dickeren
Lagen von 2.5 µm bis 5 µm aufgebracht wird. Es wird
häufig zur Abschirmung im EMV Bereich von
Kunststoffgehäusen in elektronischen Geräten, wie
Telephonen und Computern verwendet.
Metallisierung von Kunststoffen 2 Vakuum Metallisierung Seite 5
anfällig gegen Kratzer sind, die nach dem Vakuummetallisierungsprozeß sichtbar sind. Hochdruckreinigen ist eine Möglichkeit, fügt dem Formteil aber
Feuchtigkeit hinzu, wodurch wieder die Pumpzeit in
der Vakuumkammer verlängert wird. Die beste Lösung
ist es, die Formteile sauber zu halten und direkt nach
dem Produktionsprozeß zu metallisieren oder Teile bis
zur Metallisierung in sauberen Behältern zu lagern.
2.3.2 Glimmentladung
Die Glimmentladung findet in einer Vakuumkammer
bei niedrigem Gasdruck statt. Als Gas kann Sauerstoff,
Luft oder ein inertes Gas wie Argon oder Stickstoff
verwendet werden.
Durch das Anlegen eines Hochfrequenzwechselstrom
es (AC) wird eine Gasentladung gezündet. Dadurch
wird das Gas in dem Gefäß in einen ionisierten Zustand
gebracht und wird jetzt als Plasma bezeichnet.
Chemische Radikale, neutrale und elektrisch geladene
Partikel (Ionen und Elektronen) und UV Strahlung
reagieren jetzt mit der Oberfläche. Flüchtige Reaktions-
produkte werden durch die Vakuumpumpe abgesaugt.
Von GE Plastics durchgeführte Tests zeigen bei allen
mit Glimmentladung behandelten Kunststoffen eine
erhöhte Oberflächenenergie.
2.3.3 Plasil / Glipoxan als Adhäsionsverbesserer
Um die Adhäsion und die Widerstandsfähigkeit gegen
Umwelteinflüsse, mit Schwitzwasser oder Natriumhydroxid getestet, zu verbessern, kann ein Plasma
Polymerisationssubsystem in den Vakuummetallisierungsprozeß integriert werden.
Ein Monomer wird in der Gasphase in die Vakuumkammer eingebracht, durch eine Glimmentladung
polymerisiert und auf dem Substrat abgelagert. Dieser
Prozeß findet vor der Metallisierung mit Aluminium
statt.
g GE Plastics
2.4
Derartig dünne Polymerfilme können auch mit einem
durch Mikrowellen angeregten Plasma erzeugt werden.
Dies bietet den Vorteil, daß die Filamente und das
Aluminium nicht nach jedem Produktionsprozeß
durch die Polymerisationsschicht verunreinigt sind.
Eine regelmäßige Reinigung der Quellen kann somit
entfallen.
Da die Aluminiumschicht nur unzureichend gegen
Korrosion und Abnutzung geschützt ist, ist eine
Schutzschicht erforderlich. Ein derartiger Überzug
kann entweder in der Vakuumkammer direkt nach
dem Metallisierungsprozeß vorgenommen werden
oder außerhalb der Vakuumkammer durch eine
Klarlackschicht.
Die erste Methode in der Vakuumkammer bietet
mehrere Vorteile, zum einen kann keine Kontamination
des Substrates zwischen den Prozessen stattfinden und
zum anderen ist es ein umweltfreundlicher Prozeß, da
keine Lösungsmittel erforderlich sind.
Metallisierung von Kunststoffen 2 Vakuum Metallisierung Seite 6
SiOx
Eine Siliziumoxidschicht kann ebenfalls auf Plasil/
Glipoxan zum Schutz vor Abnutzung aufgebracht werden.
Die Schicht wird durch ein normales Vakuumverfahren
aufgetragen. Dazu wird ein kleiner Behälter, ein sogenanntes Molybdänschiffchen mit einer kleinen Menge
Sauerstoff in die Kammer eingesetzt. Im Vakuum wird das
Molybdänschiffchen aufgeheizt, SiO verdampft, setzt sich
auf dem kalten Substrat ab und wird teilweise zu SiOx
oxidiert. Die Abriebfestigkeit einer solchen 50- 80 nm
(0.05- 0.08 µm) dünnen Schutzschicht ist nur begrenzt.
Ein wesentlich besserer Schutz kann durch Siliconhardcoat erreicht werden, wie weiter unten beschrieben.
Bemerkungen
Die Lackierung einer Schutzschicht, die außerhalb der
Vakuumkammer erfolgt, kann mit normalen Werkzeugen zur Spritzlackierung in einer Lackierkammer
durchgeführt werden. Ebenfalls können spezielle Arten
der Auftragung, wie z.B. Rotationslackierung zur CDProduktion, verwendet werden. Diese Lackierungen
werden direkt nach dem Aufbringen des Aluminium
aufgetragen.
Lichtreflektoren aus dem Polycarbonat Lexan werden
oft direkt nach der Aluminium-Metallisierung mit
einem Siliconhardcoat überzogen. Dadurch wird eine
im hohen Maße abriebfeste Oberfläche erzeugt, und
der Reflektor kann mit einem Tuch gereinigt werden,
ohne die Reflexion zu beeinflussen.
Bei diesem Prozeß ist ein besonders gutes Vakuum
erforderlich, möglichst unter 10 - 5 mbar, um
sicherzustellen, daß kein Sauerstoff im Vakuum
vorhanden ist, der sehr schnell mit dem Aluminium
zu unerwünschten Oxiden reagieren würde.
Die Adhäsion von Aluminium auf den meisten Kunststoffen läßt sich durch eine Vorbehandlung mit einer
Glimmentladung erhöhen. Üblicherweise wird diese
in der Vakuumkammer durchgeführt. Die Art des
verwendeten Gases und die Intensität der Behandlung
beeinflussen das Ergebnis.
Supec® PPS kann auch metallisiert werden. Die
chemische Struktur dieses Materials macht eine
entsprechende Vorbehandlung durch einen Lack
vor der Auftragung des Aluminiums erforderlich.
2.5
PE-CVD
Sputtern oder Plasma Enhanced Chemical Vapour
Deposition (PE-CVD) sind ebenfalls Prozesse, die im
Vakuum erfolgen. Durch Hochspannung wird ein elektrisches Feld zwischen dem geerdeten Probenhalter und
einer negativen Elektrode erzeugt. Die Metallelektrode
wird auch als Target bezeichnet und dient als Metalloder Legierungsdonator. Üblicherweise wird Argon
verwendet, um eine ionisierte Gaswolke zu erzeugen.
Die positiv ionisierten Gasatome werden vom negativ
geladenen Metalltarget angezogen und beschleunigt.
Beim Auftreffen auf das Target ist ihre Energie so hoch,
daß durch den Energieübertrag Metallionen ausgeschlagen werden und in die Gasphase übergehen. Diese
Metallionen werden vom geerdeten Substratträger
angezogen und bedecken so die Probe mit dem Metall
des Targets.
g GE Plastics
2.6
Materialien und Anwendungen
BEISPIELE
Kfs Lampenreflektoren:
Hinten: Cycolac® ABS, Type G360CS
Nebel: Ultem® Polyetherimid, Type 1000
Vorne: Ultem 1000, Noryl® modifieziertes PPO ®,
Typen HH 195 und HH180, und Supec G620.
Compact Discs: Lexan OQ 1020 L
Computer Chassis: Noryl SE1 GFN1,
Noryl SE1 GFN2
Diese Materialien von GE Plastics können alle vakuummetallisiert werden. Die wichtigste Voraussetzung ist
dabei eine saubere Oberfläche, frei von Entformungshilfsmitteln, Kontaminationen oder Abbauprodukten.
Wenn der Vakuum-metallisierungsprozeß gut kontrolliert wird, werden hervorragende Ergebnisse erzielt.
Eine verbesserte Technologie stellt das sogenannte
“High rate” Sputtering dar, bei dem der Vorgang
durch elektromagnetische Felder kontrolliert wird
und so eine bessere Ablagerung erreicht werden kann.
Bemerkungen
Beim Sputtern sollte die Oberfläche so rein wie möglich
sein. Jegliche Kontamination, Abbauprodukte, innere
und äußere Entformungshilfen stören die Adhäsion. Die
günstigste Lösung ist ein optimaler Herstellungsprozeß
ohne übermäßige Spannungen und Orientierungen,
Verzicht auf Chemikalien zur Entformung, saubere
Arbeitsumgebung (Handschuhe), kurze Lagerzeit sowie
gute Wartung und Pflege der Sputterausrüstung.
Metallisierung von Kunststoffen 2 Vakuum Metallisierung Seite 7
3
Indirekte Metallisierung
Indirekte Metallisierung beginnt mit einem Vakuumprozeß, um eine Trägermetallschicht zu erzeugen. Dieser
Film wird dann durch Heißfolienprägung, Inserts oder
durch einen entsprechenden Formungsprozeß auf eine
geeignete Oberfläche aufgebracht. Metallfolien und
Laminate werden ebenfalls verwendet.
3.1
Heißfolienprägung
Bei der Heißfolienprägung werden üblicherweise Metalle
wie hochglänzendes Chrom, mattes Chrom, gebürstetes
Chrom in Innen- und Außenqualität, sowie Aluminium
(hauptsächlich für Innenanwendungen) verwendet.
Die Heißfolienprägung ist eine trockene Technik zur
Metallisierung und druckt ein permanentes, qualitativ
hochwertiges Bild auf die Oberfläche eines Formteils.
Dies kann durch einen erhitzten Farbstoff oder eine
Rolle mit entsprechendem Andruck geschehen.
Eine Maskierung ist nicht erforderlich, und das Teil
kann direkt nach der Prägung weiterverarbeitet werden.
Durch den Druck ist allerdings die Verwendung von speziellen Haltevorrichtungen für das Formteil erforderlich.
Für viele Materialien, z.B. wie Cycoloy, Cycolac und
Lexan sind Standardfolien erhältlich, trotzdem ist es
empfehlenswert, jeden Typ und jede neue Anwendung
auf Kompatibilität und Schmelzpunkt zu testen.
Heißfolienprägung hat mehrere Vorteile gegenüber
anderen Verfahren zur dekorativen Metallisierung.
Sie ermöglicht schnelle Produktionszyklen, erfordert
weder einen Schutzlack noch eine andere Form der
Nachbehandlung. Sie bietet gute Adhäsion, ist gegen
mehrere Korrosionstests beständig, erlaubt eine hohe
Reproduzierbarkeit und ist relativ preiswert.
g GE Plastics
Die einzelnen Lagen, aus denen eine typische Folie
besteht, sind der Träger, üblicherweise eine Polyesterfolie; die Abziehschicht, die den Träger vom eigentlichen Coating trennt; die Metallschicht mit ihrer
Schutzschicht; eine heißschmelzende Adhäsionsschicht.
Es gibt im wesentlichen zwei Arten der Auftragung
der Folie:
(a) Bei der Heißfolienprägung wird die Folie durch
einen beheizten Bronze-, Stahl- oder Silikonstempel
auf die Kunststoffoberfläche gepreßt. Durch die
Form des Stempels lassen sich Teilabdrücke oder
speziell geformte Abdrücke erzielen.
Metallisierung von Kunststoffen 3 Indirekte Metallisierung Seite 8
Die Form sollte im Bereich der zu bedruckenden Fläche
poliert sein, um eine möglichst gute Oberflächenqualität zu erhalten. Bei der Konstruktion muß der hohe
Druck, der durch diese Technik auf die Komponente
ausgeübt wird, berücksichtigt werden, eventuell kann
auch eine lokale Unterstützung der Oberfläche
erforderlich sein.
Die empfohlenen Drücke für den Stempel variieren
je nach Art des Dekors von 1.5 bis 7.5 N/mm2.
Die Temperaturen während der Prägung liegen
zwischen 150 und 230°C und die Andruckzeiten
zwischen 0.5 und 1.5 Sekunden.
3.2
Materialien und Anwendungen
(b) Beim Heißfolienrollen wird die Folie durch eine
beheizte Silikonrolle kontinuierlich auf das Substrat
übertragen.
Um gute Ergebnisse zu erzielen, sollten die Komponenten speziell für diesen Prozeß konstruiert werden.
Zum Beispiel ist die zu bedruckende Fläche möglichst
eben zu gestalten.
Heißfolienprägung wird in der Kfz-Industrie für
Namensschilder im Innen- und Außenbereich,
Verzierungen für Armaturenbretter und für
Beleuchtungen verwendet. Sie wird ebenfalls häufig
für Audio- und Videogeräte, sowie für Schalttafeln
zur EMV Isolation eingesetzt.
4
Plattierung
Die Plattierung kann in elektrolose Techniken und die
Elektro- oder Chromplattierung unterteilt werden. Beim
elektrolosen Verfahren fließt kein Strom während des
galvanischen Prozesses. Bei der Elektroplattierung wird
Ladung verwendet, um die elektrolytische Ablagerung
eines Metalls aus einem gelösten Metallsalz zu beeinflussen. Die elektrolosen Techniken können noch in
nicht-selektive (beidseitige) und selektive (einseitige)
Plattierung getrennt werden.
4.1
Nicht-selektive elektrolose Galvanisierung
Bei diesem Verfahren wird ein nicht leitender Kunststoff
mit einem kontinuierlichen Metallfilm überzogen.
Vor diesem Prozeß wird die Oberfläche geätzt, um
Mikro-Kavitäten zu erzeugen, die dem Metallfilm den
erforderlichen Halt bieten.
g GE Plastics
Das Quellen mit Lösungsmitteln ist ein Beispiel für
ein Vorätzverfahren. Dieses Verfahren ist sehr zweischneidig, da auf der einen Seite ein Quellen und
eine Penetration der Oberfläche gewünscht wird,
andererseits muß der Kunststoff dem chemischen
Angriff des Lösungsmittels widerstehen und seine
Eigenschaften beibehalten. Sind die Verarbeitungsbedingten Eigenspannungen im Bauteil zu hoch,
werden diese durch den Ätzprozeß frei und verursachen Spannungsrisse.
Das Ätzen kann auf verschiedene Arten erfolgen.
Wenn der Kunststoff sensitiv gegen Oxidation ist
(Polybutadien ist besonders empfindlich) kann ein
starkes Oxidationsmittel verwendet werden. Häufig
werden Chromsäure oder Permanganatlösung
verwendet, wobei die meisten Galvanisierer Chromsäure aufgrund der besseren Effektivität und des
günstigeren Preises vorziehen. Permanganatlösungen sind allerdings umweltfreundlicher.
Ein Palladium-Zinn-Kolloid wird als Katalysator oder
als Vorstufe des eigentlichen elektrolosen Galvanisierungsprozesses, auf die Oberfläche aufgebracht und
dient als “Keim” für den eigentlichen Metallfilm.
Der Katalysatorkeim startet jetzt die autokatalytische
Ablagerung der gelösten Kupfer- oder Nickelionen.
Bemerkungen
Ein Vorätzen kann bei bestimmten Verarbeitungsbedingungen erforderlich sein. Insbesondere beim
Ätzen von Polybutadien, wie bei Cycoloy, Cycolac
und Noryl, wird die Notwendigkeit für ein Vorätzen
durch die Polybutadien-Konzentration an der
Oberfläche bestimmt. Durch ein Vorätzen wird der
eigentliche Ätzungsprozeß effektiver. In den meisten
Fällen bekommt der Plattierer die notwendigen
Informationen vom Chemikalienlieferanten.
Metallisierung von Kunststoffen 4 Plattierung Seite 9
Für thermoplastische Polyester wie Lexan und Valox
gibt es ein alternatives Ätzverfahren, das alkalische
Ätzen mit Natriumhydroxid.
4.1.1 Ätzmechanismen
Durch das Ätzen wird die Oberflächenstruktur geändert, es werden Mikro-Kavitäten, Rauheit, erzeugt.
Chromsäure und Permanganatlösung sind sehr starke
Oxidationsmittel und können zum Ätzen verwendet
werden. Bei Materialien, die Polybutadien enthalten,
wird durch diese Oxidationsmittel das Polybutadiengummi aus der Oberflächenmorphologie entfernt.
Dadurch entstehen dann die Mikro-Kavitäten.
Da die Polybutadien Einlagerungen in der Oberfläche
kugelförmig sind, führt der Ätzungsprozeß zu einer
Oberfläche mit kugelförmigen Mikro-Kavitäten, in
denen sich der Metallfilm hervorragend mechanisch
verankern kann.
4.1.3 Materialien und Anwendungen
Bei Materialien, die kein Polybutadien enthalten, wird
die Oberfläche wesentlich stärker aufgerauht.
Normalerweise ist die Haftung bei dieser Art der Ätzung
geringer als beim Vorhandensein von Polybutadien.
Mechanische Adhäsion stellt aber nur einen Teil der
Gesamthaftung des Metallfilms auf dem Kunststoff dar.
Nach einem Alterungsprozeß können möglicherweise
auch Wasserstoffbrücken zur Gesamtadhäsion beitragen.
4.1.2 Chemisch gebundene Plattierung
Für das Polyetherimid Ultem gibt es ein besonderes
Verfahren zur Ätzung. Hierbei wird der Imidring
des Ultem Moleküls durch eine Permanganatätzung
geöffnet, so daß sich dort Kupferionen einlagern
können. Dadurch kann eine extrem hohe Adhäsion
erreicht werden.
Wenn nur eine Abschirmung gegen elektromagnetische
Einstrahlung gefordert ist, ist eine elektrolos aufgebrachte 1 - 2 µm starke Kupferschicht mit einer 0.5 µm
starken elektrolosen Nickeldeckschicht bereits ausreichend.
Mit dem Chromsäure- und dem Permanganatätzverfahren lassen sich Polymere, die Polybutadien
enthalten, also Cycolac, Cycoloy und Noryl plattieren.
Lexan und Valox können mit Chromsäure oder
alkalischer Ätzung plattiert werden. Für Ultem gibt
es spezielle Ätzverfahren.
Es gibt eine Vielzahl von Materialtypen, die speziell
für die Plattierung entwickelt wurden. Dazu gehören
Cycolac G105 und EP. Cycoloy C1000a bietet ebenfalls
gute mechanische Eigenschaften in Verbindung mit
guter Adhäsion. Noryl PN 235 ist ebenfalls gut plattierbar.
Die Eignung eines bestimmten Typs zur Plattierung
ergibt sich aus den Anforderungen an das Endprodukt
und aus dem gewählten Plattierungsprozeß. Bitte
wenden Sie sich direkt an Ihre GE Plastics Niederlassung, um exakte Angaben für Ihre Anwendung zu
erhalten.
g GE Plastics
BEISPIELE
Kosmetikverpackungen:
EP, G105
Wasserhähne und Duschköpfe:
EP, G105
Mobiltelefone:
Lexan SP1210R, Cycoloy C2950
Steckergehäuse:
Lexan 920, Valox 420 SEO
Aufgrund der Aggressivität der bei der Plattierung
verwendeten Chemikalien können innere Spannungen
freigesetzt werden, die dann zu Spannungsrißbildung
führen. Jegliche Oberflächenverunreinigung, inklusive
externe und interne Entformungsadditive, kann zu
schlechten Ergebnissen bei der Plattierung führen.
Da der Plattierungsprozeß in wäßriger Lösung stattfindet, können Oberflächenverunreinigungen zu
Benetzungsproblemen führen und eine effektive
Plattierung verhindern. Der Plattierungsprozeß ist
extrem empfindlich und deswegen können auch schon
geringe Konzentrationen einer Kontamination zu
Problemen führen.
Metallisierung von Kunststoffen 4 Plattierung Seite 10
4.2
Selektive elektrolose Plattierung
Bei diesem Prozeß können bestimmte Flächen der
Komponente unplattiert bleiben, daher der Name
“Selektiv”. Im Unterschied zur nicht-selektiven
Plattierung wird bei diesem Verfahren das Ätzen und
das Auftragen des Katalysators durch das Aufbringen
eines Lackes oder Primers, der den Katalysator enthält,
ersetzt. Durch Maskierung kann der Primer jetzt selektiv
aufgebracht werden. In Bereichen ohne Primer ist kein
Katalysator vorhanden, so daß kein Keim für den
Plattierungsprozeß vorhanden ist und sich kein Metall
ablagern wird, wie bereits beim nicht-selektiven
Verfahren beschrieben.
4.2.1 Materialien und Anwendungen
Diese Technologie hat ein weites Anwendungsspektrum.
Durch die Eigenschaften des Primers im Hinblick
auf die Adhäsion auf dem Kunststoffsubstrat wird die
Verwendbarkeit dieses Verfahrens bestimmt. Die
Industrie kann für die meisten Materialien geeignete
Primer herstellen, so daß nahzu jedes Material plattiert
4.3
werden kann. Selektive elektrolose Plattierung wird
hauptsächlich zur Abschirmung im EMV Bereich
verwendet.
Die meisten Materialien von GE Plastics, insbesondere
Lexan und Cycoloy, sind für diesen Prozeß geeignet.
Die Hersteller der Primer bieten viele verschiedene
Produkte an.
Durch den Wunsch nach guter Adhäsion, die häufig
durch einen chemischen Prozeß mit der Oberfläche
erreicht wird, besteht bei zu aggressiven Chemikalien
die Gefahr, daß die Oberfläche zu stark geschädigt wird.
Zusammen mit hohen Spannungen und Dehnungen
kann die zusätzliche Belastung des Polymers durch
die Chemie des Lackes das Formteil schädigen. Das
schwächste Glied in der Kette ist die Adhäsion der
Grundierung. Alle Arten von internen und externen
Entformungsadditiven, Abbauprodukten und anderen
Kontaminationen können eine gute Adhäsion verhindern. Es ist daher zwingend erforderlich, ein optimal
geformtes Teil mit guter Oberflächenqualität zu haben,
um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
g GE Plastics
5
Bei der Elektroplattierung wird eine leitende Schicht
auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht. Diese leitende
Schicht wird jetzt zur weiteren elektrolytischen Ablagerung von bestimmten Metallen in definierter Stärke
verwendet, zum Beispiel bei der Chromplattierung.
Analog zum elektrolosen Verfahren kann eine elektrolos
aufgebrachte Schicht Kupfer oder Nickel dazu verwendet werden, den Prozeß fortzusetzen. Durch eine an die
jetzt leitende Oberfläche angelegte Spannung werden
weitere Ionen mit kontrollierbarer Schichtdicke auf
dem Substrat abgelagert. Je nach den Anforderungen
lassen sich nahezu alle Metalle elektroplattieren, am
häufigsten werden Chrom, Nickel und Gold verwendet.
Metallisierung von Kunststoffen 4 Plattierung Seite 11
Lackieren
Wie bereits zuvor erwähnt, ist eine leitende Schicht zur
EMV Isolation erforderlich. Metalle sind gute Leiter und
es ist daher naheliegend, Metallpartikel mit Lack zu
mischen. Die Qualität der Abschirmung wird durch die
Trockenkonzentration des Metalls und die Art der
Metallpartikel bestimmt.
5.1
Elektroplattierung
Materialien und Anwendungen
Siehe 4.2 Selektive elektrolose Plattierung.
Adressen
Informationen bezüglich des Metallisierung von Kunststoffen finden Sie im Internet unter:
· Weitere
www.geplastics.com/resins/techsolution/technifacts.html
· Besuchen Sie GE Plastics im Internet unter: www.geplastics.com/resins
GE Plastics in Europa
Firmenzentrale (Europa)
General Electric Plastics B.V.
1 Plasticslaan, PO Box 117
NL-4600 AC Bergen op Zoom
Niederlande
Tel. (31) (164) 29 29 11
Fax (31) (164) 29 29 40
Vertriebsniederlassung
Benelux-Staaten
General Electric Plastics B.V.
Gagelboslaan 4
NL-4623 AD Bergen op Zoom
Niederlande
Tel. (31) (164) 29 11 92
Fax (31) (164) 29 17 25
Deutschland
General Electric Plastics GmbH
Eisenstraße 5
D-65428 Rüsselsheim
Deutschland
Tel. (49) (6142) 6010
Fax (49) (6142) 65746
Vertriebzentrale (Europa)
General Electric Plastics B.V.
Gagelboslaan 4
NL-4623 AD Bergen op Zoom
Niederlande
Tel. (31) (164) 29 23 91
Fax (31) (164) 29 17 25
Großbritannien
GE Plastics Limited
Old Hall Road, Sale
Cheshire M33 2HG
Großbritannien
Tel. (44) (161) 905 50 00
Fax (44) (161) 905 51 19
Frankreich
General Electric Plastics France S.à.R.L.
Z.I. St. Guénault B.P. 67
F-91002 Evry-Cedex
Frankreich
Tel. (33) (1) 60 79 69 00
Fax (33) (1) 60 77 56 53
g GE Plastics
Italien
General Electric Plastics Italia S.p.A.
Viale Brianza, 181
I-20092 Cinisello Balsamo (Milano)
Italien
Tel. (39) (02) 61 83 41
Fax (39) (02) 61 83 42 11
Rußland
General Electric International A/O
Kosmodamianskaia Nab, 52
Building 1
113054 Moscow, Rußland
Tel. (7) (095) 935 7312
Fax (7) (095) 935 7317
Spanien
General Electric Plastics Ibérica S.A
Avenida Diagonal, 652-656
Edificio D. Planta 3
SP-08034 Barcelona,
Spanien
Tel. (34) (93) 252 16 00
Fax (34) (93) 280 26 19
Schweden
GE Plastics Limited
Box 1242, Skeppsbron 44
S-11182 Stockholm,
Schweden
Tel. (46) (8) 402 40 24
Fax (46) (8) 723 12 92
Metallisierung von Kunststoffen Adressen Seite 12
Türkei
GE Plastics Turkey
Dudullu Organize Sanayi Bolgesi
2.Cadde No 173
81250 Umraniye, Istanbul, Türkei
Tel. (90) (216) 365 1565 (pbx)
Tel. (90) (216) 365 4959 (pbx)
Fax (90) (216) 365 0115
Brazilien
GE Plastics South America S.A.
Av. Nações Unidas, 12995 20° andar - Cep 04578.000
São Paulo - SP, Brazilien
Tel. (55) 11 5505 2800
Fax (55) 11 5505 1757
GE Plastics in Südafrika
GE Plastics in America
Zentrale (weltweit)
GE Plastics United States
1 Plastics Avenue
Pittsfield, MA 01201, USA
Tel. (1) (413) 448 7110
Fax (1) (413) 448 7493
Kanada
GE Plastics Canada Ltd.
2300 Meadowvale Boulevard
Mississauga, Ontario L5N 5P9, Kanada
Tel. (1) (905) 858 5774
Fax (1) (905) 858 5798
Mexiko
GE Plastics - Mexico S.A. de C.V.
Av. Prolongacion Reforma #490, 4o. piso
Colonia Santa Fe
01207 Mexiko, D.F.
Tel. (11) 525 257 6060
Fax (11) 525 257 6070
GE Plastics Südafrika
General Electric South Africa (Pty) Ltd.
15th floor Sandton Office Tower
Sandton 2146
Johannesburg, Südafrika
Tel. (27) 11 784 2108
Fax (27) 11 784 2216
GE Plastics in Indien
GE Plastics India Ltd.
405-B, Sector 20
Udyog Vihar Phase - III
Gurgaon, Haryana - 122 016, Indien
Tel. (91) 124 341 801 to 806
Fax (91) 124 341 817 or 815
GE Plastics im Pazifik-Raum
Firmenzentrale (Pazifik)
GE Plastics Pacific Pte. Ltd.
240 Tanjong Pagar Road
GE Tower #09-00, Singapore 0208
Tel. (65) 326 3301
Fax (65) 326 3303/(65) 326 3290
Australien
GE Plastics Australia
175 Hammond Road
Dandenong, Victoria 3175, Australien
Tel. (61) 3 794 4201
Fax (61) 3 794 8563
China
GE Plastics China
Beijing, 3rd floor, CITIC Bldg. No.19
Jian Guo Men Wai Avenue
Beijing 100004, China
Tel. (86) (21) 270 6789
Fax (86) (1) 512 7345
Hong Kong
GE Plastics Hong Kong Ltd.
Room 1088 - Tower 1
The Gateway, Tshimshatsui
Kowloon, Hong Kong
Tel. (852) 2629 0827
Fax (852) 2629 0800
Japan
GE Plastics Japan Ltd.
Nihombashi Hamacho Park Building
2-35-4, Nihombashi-Hamacho
Chuo-ku, Tokyo 103, Japan
Tel. (81) 3 5695 4888
Fax (81) 3 5695 4859
Thailand
GE Plastics Thailand
21st Floor
Thaniya Plaza Building
52 Silom Road
Bangkok 10500, Thailand
Tel. (66) (2) 231 2323
Fax (66) (2) 231 2322
Korea
GE Plastics Korea Co. Ltd.
231-8 Nonhyun-Dong
Kangnam-Ku
Seoul 135-010, Korea
Tel. (82) 2 510 6250/1
Fax (82) 2 510 66 66/7
Singapur
GE Plastics Singapore Pte Ltd.
c/o 23 Benoi Road, Singapur 2262
Tel. 65 846 3290
Fax 65 861 3063
Taiwan
GE Plastics Taiwan
9/F 37 Min Chuan East Road Sec 3
Taipei 10462
Taiwan, China
Tel. (886) 2 509 2124/6
Fax (886) 2 509 1625
g GE Plastics
Metallisierung von Kunststoffen Adressen Seite 13
HAFTUNGSAUSSCHLUSS: DIE MATERIALIEN UND PRODUKTE, DIE DAS GESCHÄFTSFELD DES BEREICHS GE PLASTICS DER
GENERAL ELECTRIC COMPANY, USA, IHRER NIEDERLASSUNGEN ODER TOCHTERUNTERNEHMEN (GEP) AUSMACHEN,
WERDEN ZU DEN ALLGEMEINEN GESCHÄFTSBEDINGUNGEN DER GEP VERKAUFT, WELCHE DEM JEWEILIGEN ANGEBOT
ODER SONSTIGEM VERTRAGSWERK ANGEHEFTET SIND, AUF DER RÜCKSEITE VON AUFTRAGSBESTÄTIGUNGEN UND
RECHNUNGEN ABGEDRUCKT SIND ODER AUF ANFRAGE ANGEFORDERT WERDEN KÖNNEN. OBWOHL ALLE HIER
WIEDERGEGEBENEN ANGABEN NACH BESTEM WISSEN UND GEWISSEN GEMACHT WURDEN, ÜBERNIMMT GEP KEINE
GEWÄHRLEISTUNG ODER HAFTUNG, WEDER AUSDRÜCKLICH NOCH IMPLIZIT, DAFÜR, DASS (I) DIE HIER BESCHRIEBENEN
ERGEBNISSE UNTER ENDNUTZERBIDINGUNGEN TATSÄCHLICH ERREICHT WERDEN, NOCH FÜR (II) DIE WIRKSAMKEIT
UND SICHERHEIT JEDWEDEN ENTWURFS, DER MATERIALIEN, PRODUKTE ODER EMPFEHLUNGEN DER GEP EINSCHLIESST.
ÜBER DIE IN DEN ALLGEMEINEN GESCHÄFTSBEDINGUNGEN DER GEP FESTLEGTEN ANSPRÜCHE HINAUS, ÜBERNEHMEN
DIE GEP UND IHRE VERTRETER KEINE HAFTUNG FÜR ALLE AUS JEDWEDEM EINSATZ IHRER HIER BESCHRIEBENEN
MATERIALIEN UND PRODUKTE ENTSTEHENDEN SCHÄDEN. Jeder Anwender übernimmt die volle Haftbarkeit für seine eigene
Entscheidung über die Eignung von Materialien, Produkten, Empfehlungen oder Hinweisen der GEP für den gegebenen Zweck. Jeder
Anwender hat von sich aus Test und Analysen zur Bestimmung der Eignung und Sicherheit der Materialien oder Produkte unter den
tatsächlichen Einsatzbedingungen festzulegen und durchzuführen. Keine hier, in anderen Dokumenten oder mündlich gegebenen
Empfehlungen oder Hinweise sollen als Ergänzung, Änderung, Ersatz oder Aufhebung der in den Allgemeinen Geschäftsbedingungen
der GEP oder diesem Haftungausschluss festgelegten Bedingungen verstanden werden, es sei denn, eine solche Modifikation sei
schriftlich und mit Unterschrift eines gesetzlichen Vertreters der GEP niedergelegt. Keine hier gemachte Aussage bezüglich eines
möglichen Einsatzes jedweden Materials, Produkts oder Entwurfs darf als Lizenz angesehen oder ausgelegt werden, das patentrechtlich
und urheberrechtlich geschützte geistige Eigentum der General Electric Company, ihrer Niederlassungen oder Tochtergesellschaften
widerrechtlich einzusetzen oder diese Materialien, Produkte oder Entwürfe unter Umgehung irgendeines Patent- oder
Urheberrechtsschutzes einzusetzen.
* Die Firma steht in keiner Verbindung mit der englischen Firma ähnlichen Namens.
Lexan®, Noryl®, Noryl EF®, Noryl GTX®, Noryl® Xtra, Valox®, Ultem®, Xenoy®, Cycolac®, Cycoloy®, Enduran®, Cytra®, Gelon® und Geloy®
sind eingetragene Warenzeichen von General Electric Co., USA.
Metallisierung von Kunststoffen Deu/10/2001 AD