浅谈聚苯硫醚玻璃纤维镀覆

                                       刘京飞

摘要：聚苯硫醚是工程塑料之一，具有重量轻、化学性好、耐温性好等特点，但同时存在材料亲水性差、耐酸性好，镀层不易沉积特点。本文对聚苯硫醚化学镀过程的粗化、去应力等过程进行了相关正交试验，得到包括结合力、外观、焊接等良好的镀覆层。在军用连接器要求高耐腐蚀、低重量背景下，采用聚苯硫醚具备代替金属铝合金或者其他金属进行化学沉积，具有大幅度提高耐腐蚀性能、降低产品重量意义。

关键词：聚苯硫醚；粗化；镀覆

中图分类号：文献标志码：文章编号：

   军用电连接器是航空航天飞行器信息传递的纽带，以集群形式组合于其中。它的轻重直接关系到整体型号结构重量的增减。而重量不仅是决定飞行器性能的重要技术参数之一，又是提高其载重设计的前提。据火箭专家测算，卫星重量每增加1kg，其发射费用增加万元左右。近年来，军用电连接器在高密度、小型化等方面有了很大的发展，但在减重、抗腐蚀方面效果并不十分明显。其根本在于占连接器总重量近50%的铝合金壳体材料没有更新。铝合金对于金属电镀是阴极性镀层，耐环境性能差，选择比重比铝合金小，耐腐蚀性比铝合金优良的新型材料替代铝合金，成为连接器生产厂商乃至材料供应商研究的重要课题。

1PPS电镀过程简述

1.1   苯基硫醚PPS电镀机理研究

苯基硫醚PPS由于本身不导电，无法直接进行电镀或者化学镀。故需要在其表面预先形成一层“活性”物质，形成化学镀铜或者化学镀镍“引子”。当活性物质均匀的镶嵌在PPS件表面时，才可以继续进行化学镀覆，形成镀覆层。因此在这过程中，需要寻找一种与化学镀镍或化学镀铜反应的“活性”物质且“活性”物质需要具备较低污染性和工艺可操作性，不能污染化学溶液和自身溶液稳定高等特点。

在满足苯基硫醚PPS表面可沉积化学镀镍或化学镀铜镀覆基础上，还需要镀覆层金属指标良好，如结合力、外观、导电能力等，其中最为关键的是镀层结合力，这直接决定镀层是否合格。

1.2  苯基硫醚PPS镀层结合力研究

苯基硫醚PPS镀层结合力的机理为:在苯基硫醚表面镀覆一层金属材料，由于金属和苯基硫醚为两种截然不同的材料，两者之间不存在分子间吸引力和氢键。其结合力仅有一种力----依靠镀层和与基体的“咬合”力，而金属与金属之间电镀结合力具有三种力----“咬合力”、分子间吸引力、氢键，故一般来讲苯基硫醚电镀结合力要远低于金属镀覆的结合力。因此苯基硫醚电镀结合力要表现优越，则要在“咬合”力上进行充分研究，满足苯基硫醚PPS表面有足够的“咬合力”[1-2]。

要拥有一个优越的“咬合”力，微观具体上表现为PPS表面具有众多的均匀凹陷、不变形孔洞且孔洞不能“上大下小”，不能“上下一样大小”，需要满足“上小下大”特点，这样才能保障镀层与基体拉扯时抗拉力最大，镀层结合力最好。

在PPS表面形成一个均匀、不变形的孔洞的基础为材料应力去除、材料粗化均匀、材料亲水性、材料耐温性或耐化学腐蚀性四个方面良好（材料耐温性或耐化学腐蚀性为材料本身的特性）。

1.3  粗化机理研究

苯基硫醚PPS粗化是基于以下机理：PPS是非极性的，它是疏水物质。粗化的目的是增大制件的微观粗糙并形成“上小下大”的凹坑以及亲水能力，以此提高制件与镀层的结合力和润湿性，这样才能接受金属的吸附，实现金属化。

一般要形成一个微观粗糙并形成“上小下大”的凹坑，一种方法常常难以一次做到位，行业内多用物理和化学方法相结合，物理方法如喷砂，先在塑料表面形成凹坑，再利用化学方法把凹坑扩大，形成“上小下大”凹坑。在这其中化学粗化起到关键作用，它是决定凹坑好坏的关键因素[3-4]。

1.4  工艺路线研究

在进行基础研究技术上，笔者采用以下的工艺路线进行镀覆。

工艺路线：自检—除油—喷砂—去应力—粗化—活化—浸钯—解胶—镀化学镍或者化学铜—烘干—检验。

2聚苯硫醚电镀名词解释

2.1  聚苯硫醚材料

聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，化学简称PPS，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，聚苯硫醚是一种结晶性的聚合物质量要求。在125℃时发生结晶放热，玻璃化温度为150℃，熔点281℃.

PPS的优良特性如下:  

1、耐化学性能好；2、蠕变量低；3、吸水率低；

4、尺寸稳定性好；5、弹性模量高；6、阻燃。

PPS的不足之处如下:

1、价格较高。

2、韧性差、性脆、中粘度不稳定。

2.2  粗化

粗化主要目的是使工件表面亲水，使材料表面形成对镀层有啮合作用的粗糙面。因此，粗化效果直接关系到后续镀层结合力的强度。粗化不好，镀层结合力强度达不到要求，粗化过头，表面腐蚀严重，影响工件表面光洁度。

2.3  活化

经过粗化的工件表面形成了较多的可以使镀层啮合的“沟槽”，但是该类粗化表面并不能获得较完美的镀层结合力与外观，同时，由于添加玻璃纤维的缘故，在粗化过程该物质并不能完全溶解，因此需进行进一步的修饰，我们称之为活化。

2.4  浸钯

将活化后的塑料制品浸入含有催化活性的贵金属化合物的溶液中进行再处理，使塑料表面生成一层具有催化活性的贵金属层，作为化学镀的氧化还原反应催化剂。

2.5  化学镀

在前处理完毕后的金属表面沉积一层金属，起到功能性作用。

3实验过程探讨

    笔者对各工序的研究内容进行归纳总结，其中最关键是粗化工序，因此笔者对粗化工序进行深入研究。

3.1  粗化研究过程

粗化分类如下表所示，具体过程如下表1所示,研究显示，使用铬酸（30g/L）+硫酸（100g/L）+氢氟酸(（200g/L）)+磷酸(10g/L）,粗化时间30分钟，温度50～70℃。

表1  粗化工艺

序号	工艺 方法	配方	温度 ℃	浓度g/L	粗化效果
1	有机 溶剂	二乙基钾酰胺+表面活性剂	常温	100	无明显改善
2		二甲基钾酰胺+表面活性剂	常温	200	无明显改善
3		二乙基钾酰胺+二甲基钾酰胺+表面活性剂	常温	100+200	无明显改善
4	无机 酸类	铬酸+硫酸	50～70	30+500	不亲水
5		铬酸+硫酸	50～70	30+300	不亲水
6		铬酸+硫酸	50～70	30+200	不亲水
7		铬酸+硫酸	50～70	30+100	表面均匀出现浅蓝色
8		铬酸+硫酸+氢氟酸	50～70	30+100+50	表面均匀出现浅蓝色
9		铬酸+硫酸+氢氟酸	50～70	30+100+100	表面均匀出现浅蓝色色膜
10		铬酸+硫酸+氢氟酸	50～70	30+100+200	表面均匀出现浅蓝色膜
11		铬酸+硫酸+氢氟酸+磷酸	50～70	30+100+200+100	表面均匀出现浅蓝色膜
12	商品粗化液	商品粗化剂A	50～70	50	改善
13		商品粗化剂B	50～70	100	不亲水
14		商品粗化剂C	50～70	150	改善
15		商品粗化剂D	50～70	200	改善

3. 2镀层环境试验

按本工艺：自检—除油—喷砂--去应力—粗化—活化—浸钯—解胶—镀化学镍—烘干—检验。制备镀聚苯硫醚样件，其中化学镀镍层厚度为12～15微米，进行相关的环境试验，包含外观、厚度、结合力、硝酸浸泡、盐雾、温度冲击测试，结果均合格。

4结束语

非金属材料代替金属材料一直是业内的一个期望，在现有的塑料电镀技术领域，仅有ABS、PC等几种较为成熟塑料电镀应用于市场，本公司在聚苯硫醚电镀上进行系统的应用研究，2022年已完成小批量的生产，生产出满足结合力、外观、厚度、耐盐雾、可焊接等使用性能，取得了不错的应用，随着随聚苯硫醚电镀技术不断成熟，在以后用于连接器金属电镀是完全可能的。

参考文献：

[1] 陈亚.现代实用电镀技术[M].北京:国防工业出版社,2004:268-276.

[2]非金属材料化学镀镍工艺与镀层性能研究[J]. 李鹏,黄英,黄涛.应用化工,2003,(05):1-5

    [3] 伍学高 .塑料电镀技术[M].成都:四川科技技术出版社,1982:27-34.

[4] 胡文彬 .难镀基体的化学镀镍技术[M].北京:化学工业出版社,2003:110-119.

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