Влияние колебаний температуры на процесс металлизации пластмасс

06.06.2015

Колебания температуры является основной причиной разрушения металлических покрытий пластмасс, особенно в деталях автомобилей, которые часто подвергаются значительным колебаниям температуры за относительно короткое время. Если адгезия между металлом и полимером недостаточна, то термические напряжения приводят к появлению пузырей. Кроме того полимер может разрушиться, не отделяясь от металлопокрытия, в результате на металлическом слое появляется складка, и сам металл в конечном счете разрушается.
Металлы и полимеры имеют разные коэффициенты линейного термического расширения; типичные значения составляют: для меди 1,7*10-5 К-1, для АБС-пластика 9,0*10-5, т. е. у полимера примерно в 5 раз выше. Различное расширение приводит к возникновению напряжений в изделиях при их эксплуатации и служит основной причиной разрушения покрытия. Предлагались различные испытания с циклическим изменением температуры для оценки поведения металлопокрытий. Ниже приведен типичный цикл для АБС-пластика:
1) выдержка в течение 1 ч при 93 °C;
2) охлаждение на воздухе при 20 °C в течение 30 мин;
3) выдержка при -40 °C в течение 1 ч;
4) прогревание на воздухе при 20 °C в течение 30 мин.
Цикл повторяется определенное число раз (обычно 3—10), а затем изделие осматривают. Температура 93 °C выбрана потому, что она немного ниже температуры стеклования АБС-пластика, а -40 °C — это, вероятно, самая низкая температура, воздействию которой могут подвергаться автомобили в населенных областях земного шара.
При помощи термических циклов покрытия оценивают примерно так же, как при определении сопротивления отслаиванию. Преимущество термических циклов состоит в том, что их можно применять к любой детали независимо от формы, в то время как метод испытания на сопротивление отслаиванию пригоден лишь для плоских отливок. Поэтому термические циклы пригодны для контроля качества, а метод Жаке более полезен при научно-исследовательской работе.
Наиболее важным фактором, определяющим сопротивление разрушению покрытий при термических циклах, является адгезия между металлом и полимером, которая также измеряется при испытании на отслаивание. Прочность при отслаивании 8 Н/см достаточна для обеспечения удовлетворительного поведения во время термических циклов при обычных условиях. На плохо протравленных отливках получаются легко отслаиваемые покрытия, иногда пузырящиеся уже на стадии осаждения.
Свойства металлического слоя также важны. Хромовый слой очень хрупок, а слой никеля склонен к разрушению уже при низких деформациях. Типичные значения относительного удлинения при разрыве для светлого никеля 0,5%, а для светлой меди 40%. Поэтому медь часто используют в качестве подложки, обеспечивающей контакт с пластмассами. Возможно также осаждение в качестве подложки полусветлого никеля, который является более пористой и более пластичной формой металла. По-видимому, тенденцию к разрушению покрытия при термических циклах можно значительно ослабить, если металл в контакте с АБС-пластиком будет достаточно вязким и сможет компенсировать термические напряжения и деформации посредством умеренного течения.
Предлагались более фундаментальные решения проблемы разрушения металлических покрытий при термических циклах. В дополнение к усовершенствованию процесса электроосаждения были разработаны модифицированные полимеры с более низкими коэффициентами теплового расширения. Вестон показал, что можно достигнуть значительного увеличения стойкости к термическим циклам путем наполнения АБС-пластика волокнами неорганического титаната. Волокна представляли собой «кристаллические усы» диаметром меньше 1 мкм и соотношением длина/диаметр около 40. Введение 6 % (об.) волокон, статистически распределенных в полимере, приводило к уменьшению коэффициента линейного расширения последнего в 2 раза. Изменение свойств композиции происходит вследствие низкого коэффициента расширения и высокого модуля Юнга кристаллов титаната.