木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍銅及其性能

陳暉，孫宇，李健*，郭艷玲

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

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【工藝開(kāi)發(fā)】

木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍銅及其性能

陳暉，孫宇，李健*，郭艷玲

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

對(duì)采用選擇性激光燒結(jié)法制備的木塑復(fù)合材料依次進(jìn)行滲蠟、打磨、堿性高錳酸鉀溶液粗化和銀氨溶液活化后再化學(xué)鍍銅?；瘜W(xué)鍍銅配方和工藝條件為：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甲醛15 mL/L，酒石酸鉀鈉15 g/L，乙二胺四乙酸二鈉20 g/L，亞鐵氰化鉀0.01 g/L，NaOH適量，pH 11.5 ～ 12.0，裝載量3 dm2/L，溫度50 °C，時(shí)間20 min。所得銅鍍層均勻、致密，有金屬質(zhì)感，厚度為2.49 μm，結(jié)合力為1級(jí)，表面電阻為0.597 Ω。

木塑復(fù)合材料；銀氨溶液活化；化學(xué)鍍銅；表面電阻；結(jié)合力

First-author's address: College of Mechanical and Electrical Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040，China

木材表面化學(xué)鍍的研究始于20世紀(jì)80年代［1］，王立娟［2-3］、黃金田［4-5］等研究了木材單板和刨花板化學(xué)鍍鎳工藝參數(shù)對(duì)鍍層性能和電磁屏蔽性能的影響。以塑料為基材的化學(xué)鍍由于其鍍層結(jié)合力較強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)也被廣泛應(yīng)用［6-7］。而有關(guān)木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍的研究鮮有報(bào)道。本文先采用激光燒結(jié)法制備木塑復(fù)合材料，再在滲蠟處理的基礎(chǔ)上，利用銀氨活化法對(duì)所得木塑復(fù)合材料進(jìn)行化學(xué)鍍銅，使木塑材料具有金屬質(zhì)感，增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性。本文將選擇性激光燒結(jié)技術(shù)與化學(xué)鍍技術(shù)相結(jié)合，該法可用以加工任意復(fù)雜程度的模具，并大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)電鑄法制備金屬模具的工藝流程，拓寬了木塑復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

1　木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍銅工藝

1. 1 木塑復(fù)合材料的制備

以160目木粉、240目PES（聚酯）熱熔膠粉末、偶聯(lián)劑、降黏劑等物質(zhì)為主原料，采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制得直徑100 mm、厚度3 mm的圓形木塑復(fù)合材料薄片。

1. 2 化學(xué)鍍銅預(yù)處理

采用選擇性激光燒結(jié)法制備的木塑復(fù)合材料內(nèi)部呈多孔狀態(tài)，本身強(qiáng)度不高，表面光潔度較低。另外，木塑復(fù)合材料為非金屬，不具有催化活性，因此必須對(duì)其表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方可進(jìn)行化學(xué)鍍銅，主要流程為：滲蠟→打磨→水洗→粗化→水洗→活化→水洗→干燥。

1. 2. 1 滲蠟

滲蠟的目的是對(duì)基體內(nèi)部的孔隙進(jìn)行填充，以提高基體的表面光潔度和機(jī)械強(qiáng)度。具體為：將基材緩慢浸入黏度為2 ～ 3 Pa·s的70 °C石蠟中直到基材完全浸沒(méi)，待基材表面沒(méi)有氣泡冒出后取出，置于空氣中冷卻至室溫，使用240目砂紙將滲蠟處理的基材表面進(jìn)行打磨，以提高表面光潔度并除去表面雜質(zhì)。

1. 2. 2 粗化

高錳酸鉀5 g/L，NaOH 20 g/L，溫度50 °C，時(shí)間10 min。

1. 2. 3 活化

在潔凈的燒杯中加入3.00 g/L硝酸銀溶液300 mL，緩慢加入氨水并振蕩至溶液澄清，即得活化用銀氨溶液。在室溫（約24 °C）下對(duì)基材活化10 min。銀氨溶液要隨配隨用，應(yīng)避免受強(qiáng)光照射而分解。

1. 3 化學(xué)鍍銅

采用分析純?cè)噭┖驼麴s水配制化學(xué)鍍銅液，具體配方和工藝條件為：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）甲醛15 mL/L，酒石酸鉀鈉15 g/L，乙二胺四乙酸二鈉20 g/L，亞鐵氰化鉀0.01 g/L，NaOH適量，pH 11.5 ～ 12.0，裝載量3 dm2/L，溫度50 °C，時(shí)間20 min。

化學(xué)鍍銅完畢，充分水洗鍍片10 min，置于恒溫烘箱中50 °C干燥1 h。

2　木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍銅層的性能

2. 1 化學(xué)鍍銅層的外觀和厚度

圖1所示為木塑復(fù)合材料滲蠟處理前和化學(xué)鍍銅后的照片。從圖1可以看出，通過(guò)化學(xué)鍍銅可在木塑材料表面沉積得到一層均勻、致密的銅鍍層，賦予其光潔和金屬質(zhì)感的外觀。采用稱重法測(cè)得鍍層厚度約為2.49 μm。

圖1 木塑復(fù)合材料化學(xué)鍍銅前、后的照片F(xiàn)igure 1 Photos of wood-plastic composite before and after electroless copper plating

2. 2 化學(xué)鍍銅層的結(jié)合力

參照GB/T 4893.4-2013《家具表面漆膜理化性能試驗(yàn) 第4部分 附著力交叉切割測(cè)定法》，采用交叉切割法表征化學(xué)鍍銅層的結(jié)合力。先用硬質(zhì)鋼劃刀分別在試樣表面3個(gè)不同的區(qū)域刻劃相距2 mm的平行切割線6條，并與切割線呈90°方向同樣切割6條平行線形成網(wǎng)格圖形，每次刻劃給予足夠壓力，一次即穿過(guò)鍍層并切割到基材，使用軟毛刷沿網(wǎng)格對(duì)角線前后輕掃幾次，通過(guò)3倍手把式放大鏡觀察切割區(qū)域鍍層脫落情況，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可知，切割交叉處有少許鍍層脫落，受影響面積在5%以內(nèi)，根據(jù)GB/T 4893.4-2013可知，鍍層的結(jié)合力為1級(jí)，可以滿足應(yīng)用領(lǐng)域的結(jié)合力要求。

2. 3 化學(xué)鍍銅層的導(dǎo)電性

采用四探針?lè)▽?duì)鍍銅件3個(gè)不同位置分別測(cè)10次，取平均值，得到銅鍍層的表面電阻為0.597 Ω，導(dǎo)電性良好。

圖2 交叉切割測(cè)試樣照片F(xiàn)igure 2 Photos of cross-cut test samples

3　結(jié)語(yǔ)

先對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行銀氨溶液活化，再化學(xué)鍍銅20 min，所得銅鍍層均勻、致密，有金屬質(zhì)感，厚度達(dá)到2.49 μm，表面電阻為0.597 Ω，結(jié)合力為1級(jí)。可見(jiàn)采用化學(xué)鍍可增加木塑制件裝飾性，賦予木塑材料導(dǎo)電性能，從而擴(kuò)展了木塑復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

［1］ GEIMER R L， CLEMONS C M， WOOD J E Jr. Density range of compression molded polypropylene wood composites ［J］. Wood and Fiber Science， 1993， 25 （2）: 163-169.

［2］ 王立娟， 李堅(jiān)， 劉一星. 楊木單板表面化學(xué)鍍鍍前活化工藝［J］. 林業(yè)科技， 2004， 29 （3）: 46-48.

［3］ 王立娟， 李堅(jiān)， 劉一星. 楊木單板表面化學(xué)鍍鎳的工藝條件對(duì)鍍層性能的影響［J］. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2004， 32 （3）: 37-39.

［4］ 黃金田. 鍍液組成對(duì)木材化學(xué)鍍鎳金屬沉積速率的影響［J］. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2005， 26 （1）: 57-62.

［5］ 黃金田， 趙廣杰. 化學(xué)鍍鎳單板的導(dǎo)電性和電磁屏蔽效能［J］. 林產(chǎn)工業(yè)， 2006， 33 （1）: 14-17.

［6］ YEN P C. Improved ABS plastic activating treatment for electroless copper plating ［J］. Polymer， 1995， 36 （17）: 3399-3400.

［7］ 秦建芳， 姚陳忠， 曹新錄. ABS塑料化學(xué)鍍銅的研究［J］. 化學(xué)研究與應(yīng)用， 2012， 24 （12）: 1810-1813.

［ 編輯：周新莉 ］

Electroless copper plating on wood-plastic composite and properties of coating

CHEN Hui， SUN Yu， LI Jian*，GUO Yan-ling

Electroless copper plating was conducted on wood-plastic composite prepared by selective laser sintering after pretreatments of wax infiltration， polishing， roughening in alkaline potassium permanganate bath and activation with silver ammonia solution successively. The bath composition and process conditions for electroless copper plating are as follows: CuSO4·5H2O 15 g/L， 37wt% methanol 15 mL/L， potassium sodium tartrate 15 g/L， disodium ethylenediaminetetraacetate 20 g/L， potassium ferrocyanide 0.01 g/L， NaOH as required， temperature 50 °C， pH 11.5-12.0， loading capacity 3 dm2/L， and time 20 min. The copper coating obtained is uniform， compact and metallic with a thickness of 2.49 μm， a 1-grade adhesion strength， and a surface resistance of 0.597 ?.

wood-plastic composite； silver ammonia activation； electroless copper plating； surface resistance； adhesion

TQ153.14； TB332

A

1004 - 227X （2016） 16 - 0850 - 03

2016-05-13

2016-08-08

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2572015BB05）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51075067）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助課題（博導(dǎo)類）（20130062110006）；中國(guó)博士后基金項(xiàng)目（2015M571382）。

陳暉（1974-），女，副教授，黑龍江哈爾濱人，主要從事先進(jìn)制造技術(shù)等方面的研究。

李健，講師，（E-mail） lijian499@163.com。