DE2216499A1 - Verfahren zum aufbringen einer metallschicht auf kunststoffkoerper - Google Patents

Verfahren zum aufbringen einer metallschicht auf kunststoffkoerper

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DE2216499A1 DE2216499A DE2216499A DE2216499A1 DE 2216499 A1 DE2216499 A1 DE 2216499A1 DE 2216499 A DE2216499 A DE 2216499A DE 2216499 A DE2216499 A DE 2216499A DE 2216499 A1 DE2216499 A1 DE 2216499A1
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Description

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ES/rn
Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Verfahren zum Aufbringen einer .Metallschicht auf Kunststoff-· körper
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen
einer Metallschicht auf Kunststoffkörper, die aus Kunststoffmatrix mit Füllstoff bestehen, wobei der Füllstoff aus löslichen, in Kunststoff unlöslichen Pulverkörnern besteht und der, Kunststoff nach mindestens teilweiser Aushärtung an der Oberfläche mechanisch oder chemisch abgetragen wird, bis die Pulverkörner zumindest teilweise frei sind·und durch ein Lösungsmittel aus der Kunststoffmatrix herausgelöst sind, und anschliessend der Kunstststoffkörper zur stromlosen Beschichtung in ein Metallbad getaucht wird«,
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Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kunststoffkörper mit oder ohne Faserverstärkung, durch Eintauchen in eine Lösung zur Aktivierung der Oberfläche und nachfolgendes Tauchen in ein Metallbad beschichtet wird, wobei das Kunstharz fein verteilte Beimengungen eines Füllstoffes aufweist, die an der freien Oberfläche auf ehmischem Wege herausgelöst werden, so dass die Aushöhlungen an der freien Oberfläche durch den Metallbelag ausgefüllt werden.
Die Problematik dieses bekannten Verfahrens ist darin zu sehen, dass mit diesem nur Schichten bis zu JO um Dicke auf Kunststoff aufgebracht werden können. Bei grösseren Dicken der Metallschicht kann die Haftung der aufgebrachten metallischen Ueberzüge an den Kunststoffplatten nicht mehr gewährleistet werden und die mechanisch-technologischen Eigenschaften des Kunststoffes werden in Mitleidenschaft gezogen. Ferner führt das Aufbringen solcher Metallschichten zu Spannungen in derselben und zu Blasenbildungen, die örtlich ein Abplatzen oder Abblättern der Metallschicht zur Folge haben.
Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe, die Haftfestigkeit der Metallschicht auf einen Kunststoffkörper zu verbessern, und ausserdem bei Metallschichten von grösSerer Dicke als 30 um bis zu beliebiger Stärke eine gute Haftung zu gewährleisten bzw. ein Abblättern der Metallschicht zu verhindern.
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass dem Kunststoff in nicht ausgehärtetem Zustand ein fein verteiltes · Katalysatorsalz in inaktiven Zustand beigemengt -wird, und dieses während der Aushärtung des Kunststoffes aktiviert und zu Metall reduziert wird. .
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei dieser direkten Metallabscheidung dicke Metallschichten auf dem Kunststoffkörper unter Beibehaltung ihrer mechanisch-technologischen Eigenschaften aufgebracht werden können, und gleichzeitig die notwendige Haftung an der Oberfläche der aufgebrachten metallischen Ueberzüge gewährleistet werden kann. Die Haftfestigkeit, die nach dem obigen "Verfahren erreicht wird, liegt wesentlich» höher als die gemäss DIN-Norm 40 802 vorgeschriebere. Das Haftvermögen der Metallschicht an der Kunststoffschicht gegen Abziehen liegt über der in obiger Norm angegebenen KraftgrÖsse von 3,2 kp bei 1 Zoll (2,54 cm) Streifenbreite' der Probe. Es werden Werte für das Haftvermögen um 25 kp bei entsprechender Streifenbreite erreicht.
Als weiterer Vorteil ist anzuführen, dass der Katalysator an der Oberfläche des Kunststoffes, also an den G-renzflächen des Kunststoffkörpers in einer höheren Konzentration angereichert wird, als in den zwischenliegenden Schichten, und dadurch eine aktive Oberflächenschicht entsteht. Diese Schicht initiiert
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nachfolgend eine weitere chemische Metallreduktion während des autokatalytischen Metallabscheidungsbades.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbelspiel kann vorgesehen sein, dass die lösliche Substanz in einem Kupferbad gelöst wird. Dies hat den Vorteil, dass die Verkupferung der Oberfläche erst dann einsetzt, wenn die von der Oberfläche her zugänglichen Körner der Substanz vollständig aus dem Kunststoff herausgelöst sind, was die Haftfestigkeit und Duktilität der abgeschiedenen Metallschicht wesentlich erhöht.
Um die Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen klarer darzustellen, dient folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung.
Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch einen Kunststofformkörper, dessen Oberfläche mit einer Metallschicht belegt ist. Dabei bedeutet 1 eine Nickelschicht, die auf der Kupferschicht 2 galvanisch aufgetragen worden ist. Diese Kupferschicht 2 ist in das Kunstharz 3» welches die Kohlenstoffasern 4 umschliesst, förmlich eingewachsen. Als unterstützendes Merkmal sind dabei die bereits bekannten Aushöhlungen 5 oder lunkerähnlicheη Gebilde zu nennen, die durch das Herauslösen des Füllstoffes 6 an der interimsweise freien Oberfläche des Kunststoffgrundkörpers entstehen. Unter dieser Randzone sind die eingeschlossenen
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Pulverkörner des Füllstoffes 6 noch erkennbar. Zwisckeri; ciie*' ' sen, und zunehmend gegen die KupferSchicht 2, sind die be* : reits aus dem Metallsalz reduzierten Metallteiiehen 7 int Kunstharz > eingebettet, deren Anwesenheit als Katalysator für die Abscheidung des Metalles im stromlosen JMetailbad wirkt, ohne dass der Kunststoffgrundkörper 3,4 durch dieses in einer seiner Eigenschaften geschädigt wird. :
Die dem Kunstharz 3 zuzugebende, oder die, der auf den faserverstärkten Kunststoff körper 3 u. M^aufgebraehtoßKunststoffmischung 3»beizumischende Katalysatorbeimengung 7* Soll öus , ' , feinst verteiltem Gemisch von 1 bis 5G Gewichtteilen des als ., Katalysator wirkenden Metallsalzes mit 99 bis 5Q Gewichtstei^ ien einer Trägersubstanz bestehen. Dabei kann vortei|ha£t als iräge-rsubstanz deö Metallsalzes; der Füllstoff. 6 g^gtilt werdenj;· wobei allein auf die Löslichkeit der Träger subs tanz:-irii a;Utö%.'. katalytischem Metallbad Rücksieht zu nehmen ist. ' .- ';
Das■ "Metalisaΐζ-Trägergemisch kann durch Vermählen der beiden festen Bestandteile hergestellt werden oder dui*ch Mahieri der'r in. einem flüchtigen. Medium dispergier ten Substanzen 'und;. '_&&->■ schl, iessendes Abdampfen des flucht igen, Med iums, geb ildei werden. ■'■"-.■ ;'■■-■;-.," ' ' ■" . "'■-'-: ; -. ■;: ?'■;"■';" ■: *■
Ferner ist durch Tränken der Trägersubstanz mit einer Metall-
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salzlösung undi darauffolgendem Verdampfen des Lösungsmittels
und Pulverisieren des getrockneten Gemisches eine kleine Korn· grösse für die Mischung erreichbar, ■
Als Katalysator eignen sich die Salze von Metallen der achten Gruppe und der Gruppe IB des periodischen Systemes, wobei die Metalle vorzugsweise an organische Anionen gebunden sind.
Der Vorteil liegt darin, dass diese Metallsalze im üblichen
Bereich der Aushärtungstemperatur des Kunststoffes reduzier*, bar sind, und der Kunststoff von den organischen Anionen in
keiner Weise angegriffen oder geschädigt wird.
Aminopolykarbonsäuren, Oxykarbonsäüre und ähnliche sind aXs
Trägersubstanzen des Metallsalzgerriisches verwendbar.
Füllstoffe in Pulverform aus Weinsäure, Citronensäure, Hydroxyäthylendiamintetraessigsäure und AethylendiamintetraeSsigsäure und Kaliumtartarat haben sich bewährt und werden in Was* ser, Natron- oder Kalilauge chemisch herausgelöst..
Welters eignen sich in Kali- oder Natronlauge lösliche pulverförmige Füllstoffe wie Aethylenglykol-bis-aminoäthyläther~te<traessigsäure, ljS-Diaminocyklohexantetraessigsaure, Aethylendiamintetraessigsäure, Diäthylentriamintetraessigsaure, Hydro-
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xyäthylendiamintr!essigsaure und Aethylendiamin-di-(o-hydroxy phenyl)essigsäure. . '
Folgende Beispiele können zum metallischen Beschichten einer grossen Zahl von Thermoplasten und wärmeaushärtbaren Kunstharzen "benutzt werden.
Beispiel I:
Ein Kunststoff bestehend aus
Epoxyharz 100 g
Härter 20 g
Aceton 20 g .
wird in flüssigem Zustand mit 50 g pulverförmiger Weinsäure als Füllstoff vermengt. Anschliessend werden 5 g Silbersalz, z.B. Silberlactat in feinverteilter Form beigegeben und die so vermischte Kunststoffmasse auf einem 30 χ 200 χ 5 mm grossem, nicht metallischen Formteil gleichmässig aufgetragen, so dass eine Schicht von annähernd 20 um Dicke entsteht. Der Formteil.. wird,zur Aushärtung der Kunststoffschicht während einer halben Stunde auf 120° C erhitzt, wobei das Metallsalz, also Silber-' lactat zum reinen Metall in pulvrigem Zustand, also Silber,
reduziert wird. v \ ■= \
'1
Danach wird die Oberfläche durch chemische Aetzung mit Chrom-
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INSPECTED
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säure behandelt, um die im Bereich der Oberfläche liegenden Pulverkörner des Füllstoffes und des Metalles freizulegen. Der Formteil wird in Wasser gespült und zur stromlosen Verkupferung in ein Kupferbad der nachstehenden Zusammensetzung eingebracht:
Kupfersulfat 7,5 g/l
Aethylendiamintetraessigsäure 15*0 g/l
Kalilauge 20,0 g/l
Natriumzyanid 0,4 g/l
Formaldehyd 20 ml/1
In diesem Kupferbad wird der Grossteil des alkalilöslichen Salzes aus dem Kunstharz ausgelöst, wobei das nunmehr verbleibende Metall (Silber) die Kupferabscheidung nochmals anregt, also als Katalysator an der Verkupferung teilnimmt.
Als .zusätzliche Schutzschicht wird eine Nickelschicht auf das verkupferte Formteil in einem galvanischen Nickelbad, bestehend aus
Nickelsulfat 300,0 g/l
Nickelchlorid 60,0 g/l
Borsäure · 40,0 g/l
aufgebracht, wobei eine beliebige Dicke erreichbar ist, nachdemim Kupferbad bereits eine Kupferschicht von 30 um innert
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kürzester Zeit aufgetragen wurde, ohne den Kunststoffgründkörper in seiner Struktur; oder einer seiner Eigenschaft^ zu" verändern.
Beispiel II: ■
Ein Kunststoff bestehend aus
.Polyesterharz 100 g
Härter 20 g .
Aceton _ 20 g ,
wird in flüssigem Zustand mit 10 g pulverförmiger Aethylendiamintetraessigsaure vermengt und mit 1 g Metallsalz, z.B. Goldacetat versetzt. Diese vermengte Kunststoffmasse wird auf einem nicht metallischen Formteil, aus glasfaserverstärktem Kunststoff gleichmässig aufgetragen, so dass sich eine Schicht von annähernd 20 .um Dicke bildet. Zur Aushärtung der Kunst-Stoffschicht wird der Formteil während einer halben Stunde auf 100° C erhitzt. Danach wird die Oberfläche mit Schleifpapier behandelt, um die im Bereich dieser Schicht liegenden Pulverkörner des Füllstoffes und des Metalles freizulegen. Zur autokatalytlschen Verkupferung, wie in Beispiel I be~ schrieben, wird der Formteil, bzw. Kunst st off körper in ein Kupferbad der nachstehenden Zusammensetzung gebracht:
Kupfersulfat 7,5 g/l '
Aethylendiamintetraessigsäure 15,0 g/l _
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Kalilauge . 20,0 g/l
Natriumzyanid 0,4 g/l
Formaldehyd 20 ml/l
Die durch die zusätzliche Reduzierung im Kupferbad initiierte katalytische Wirkung des Metalles, ermöglicht es innert kürzester Frist eine grosser als 30 um starke Kupferschicht grosser Dichte an dem Kunststoffkörper abzuscheiden. Eine Verstärkung dieser Kupferschicht kann im Anschluss in einer Galvanikanlage erfolgen.
Beispiel III:
Eine Kunststoffmasse wird aus
Epoxydharz 100 g
Härter 20 g
Aceton 20 g
im flüssigem Zustand angemischt.
Diese Kunststoffmasse wird auf einen nicht metallischen Formteil aus glas faserverstärktem Kunststoff gleichmassig aufgetragen, so dass sie eine annähernd 20 um dicke Schicht bildet. Zur teilweisen Aushärtung des Kunstharzes wird der Formteil während einer halben Stunde auf 90 C erhitzt, bis ein gelierter Zustand der aufgetragenen Kunststoffmasse erreicht ist. Die Oberfläche dieser Kunststoffschicht,an der die Metall-
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schicht aufgebracht werden soll, wird mit einem Pulvergemisch .; von 20 g pulverförmiger Weinsäure mit 2 g E iseneitrat ^eIstäubt'. Bei l80° C wird der so behandelte Formteil während 4 Stunden vollkommen ausgehärtet. Anschliessend wird die nunmehr ausgehärtete Oberfläche mit Schleifpapier behandelt* um die im Bereich der Oberfläche liegenden Pulverkörner freizulegen, und nach Abspülen mit Wasser, der Formteil zur stromlosen Nickelbeschichtung in ein alkalisches Nickelbad der nachstehenden Zusammensetzung, eingebracht: . ,
Nickelchlorid 30 g/l
Natrlumhypophosphit 10,0 g/l '-'>-■
Natriumeitrat 100,0 g/l ■
Ammoniumehlorid 50 g/l ·-.'..
Ammoniak zum- Einstellen des. ph-Wertes zwischen 8 - 10'.
In, einem galvanischen Nickelbad folgender Zusammensetzung
Nicke!sulfat 300 g/l
Nickelchlorid 6©-· g/l
Borsäure . te g/i
wird eine dicke Nickel schicht von 15 mm" aufgetragen.

Claims (13)

- 12 - 32/72 D Patent ansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen einer Metallschicht auf Kunst Stoffkörper, die aus Kunststoffmatrix mit Füllstoff bestehen, wobei der Füllstoff aus löslichen, in Kunststoff unlöslichen Pulverkörnern besteht und der Kunststoff nach mindestens teilweiser Aushärtung an der Oberfläche mechanisch oder chemisch abgetragen wird, bis die Pulverkörner zumindest teilweise frei sind und durch ein Lösungsmittel aus der Kunststoffmatrix herausgelöst sind, und anschliessend der Kunststoffkörper zur stromlosen Beschichtung in ein Metallbad getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoff in nicht ausgehärtetem Zustand ein fein verteiltes Katalysatorsalz in inaktiven Zustand beigemengt wird, und dieses während der Aushärtung des Kunststoffes aktiviert und zu Metall reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorsalz an der Oberfläche des Kunststoffes in einer höheren Konzentration angereichert ist als in den zwischenliegenden Schichten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
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die zu Metall reduzierten Metallsalzpulverkörner der Oberflächenschicht nachfolgend eine weitere chemische Metallreduktion während des autokatalytischen Metällab-l scheidungsbades initiieren.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lösliche Füll- und Trägersubstanz in einem Kupferbad gelöst wird. .
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der autokatalytisch metallisierte Kunst stoff körper· in ein galvanisches Bad gebracht wird, um einen zweiten metallischen Ueberzug aufzubringen. .
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, dass das Katalysatorsalz ein Salz von Metallen der achten Gruppe und der Gruppe IB des periodischen Systemes ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle an organische Anionen gebunden sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Epoxyharz ist.
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Uli: _
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9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyesterharz ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Aminopolykarbonsäure oder deren Salz die Trägersubstanz oder der Füllstoff ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägersubstanz oder der Füllstoff aus Oxykarbonsäure oder deren Salz gebildet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörper vor dem mechanischen oder chemischen Abtragen der Oberflächenschicht aus Kunstharz vollständig ausgehärtet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffkörüer nach der stromlosen Verkupferung
oder Vernickelung vollständig ausgehärtet wird.
Aktiengesellschaft
Brown, Boveri & Cie.
3098 39/0783
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