Nghiên cứu phương pháp mạ ma kim loại lên nền nhựa

Nội dung text: Nghiên cứu phương pháp mạ ma kim loại lên nền nhựa

1. Bài báo khoa học NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP MẠ MA KIM LOẠI LÊN NỀN NHỰA Học viên cao học: Huỳnh Trung Dũng – Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Dưới sự hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Trọng Bá TÓM TẮT Mạ hoa kim loại lên nền nhựa khác với mạ kim loại lên toàn bề mặt nhựa ở chỗ phải qua công đoạn che lại những chỗ không cần mạ. Nhằm tạo ra những điểm nhấn cho sản phẩm hay trang trí làm nổi bậc hoa văn, logo thương hiệu, Phủ kim loại lên nhựa được thực hiện bằng nhiều phương pháp vật lý, cơ học hoặc hóa học. Trong thực tế phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất là mạ hóa học – điện hóa. Mạ hóa học trước nhằm tạo ra một lớp kim loại mỏng dẫn điện và bám lên bề mặt nhựa. Thông thường người ta sử dụng kim loại đồng hoặc niken cho công đoạn mạ hóa học. Tiếp theo mạ điện hóa tăng cường các lớp kim loại khác trên nền lớp mạ này. Nghiên cứu mạ hoa kim loại lên nhựa dựa vào lý thuyết về độ bám dính kim loại lên nhựa, cơ chế mạ hóa học đồng lên bề mặt nhựa, các phương pháp kiểm tra lớp mạ. Nội dung nghiên cứu cũng chỉ ra phương pháp tạo hoa văn, làm thực nghiệm mạ hình ngôi sao lên nhựa epoxi: mạ hai lớp kim loại Cu-Cr và ba lớp kim loại Cu-Ni-Cr. Kết quả kiểm tra lớp mạ của hai mẫu sản phẩm cho thấy sản phẩm mạ hai lớp dễ bị mòn lớp crôm để lộ lớp đồng hơn mạ ba lớp. Tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của mạ hoa kim loại lên nền nhựa rất lớn. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm phương pháp tạo hoa văn theo hướng công nghiệp để có thể sản xuất hàng loạt. ABSTRACT Plating plastic background with metal is different from plating all plastic surfaces with metal. The difference is that the places not plated are covered. In order to create highlights of products or decorate for highlighting patterns, brand logo Plating plastics with metal is done by many physical, mechanical or chemical methods. In fact, the method most widely used is chemical – electrochemical one. Chemical plating is firstly done to create a thin layer of conductive metal that sticks to 1
2. Bài báo khoa học plastic surface. Normally, copper or nickel is used for process of chemical plating. Next, electrochemical plating is done to enhance other metal layers on this plating layer. Research on plating metal flowers on plastics based on the theory of metal adhesion to plastic, the mechanisms of copper plating chemically on plastic surface, the methods of coating inspection. Research content also indicates methods of creating patterns, experimentally plating star formation on the epoxy plastics: plating two metal layers Cu – Cr and three layers of Cu-Cr-Ni. The result of testing coating of two samples is that the two payer product is easier to reveal chrome – plated copper layer than three layer one. The effectiveness and applicability of the metal-plated plastic are very large. However, more research is needed to approach towards creating industrial motifs for mass production. GIỚI THIỆU Ở Việt Nam, mạ hoá học lên nền nhựa còn mới mẻ, đặc biệt là mạ hoa kim loại lên nền nhựa. Các trung tâm - viện nghiên cứu ít quan tâm đến mạ hoá học lên nền nhựa do còn nhiều nguyên nhân khác nhau. Tài liệu và những hiểu biết về mạ hoá học lên nền nhựa còn ít và hạn chế. Đặc biệt, hiện nay mạ hoa kim loại lên nhựa được sử dụng nhiều trong ngành ô tô, điện tử, viễn thông và logo thương hiệu. Để có được những ứng dụng rộng rãi là do nhựa dễ gia công chế tạo, nhẹ và rẻ hơn kim loại. Việc tạo một lớp màng kim loại phủ lên toàn bộ bề mặt nhựa thì dễ hơn việc phủ một phần kim loại lên bề mặt nhựa. Chính vì vậy để có thể mở rộng khả năng ứng dụng của mạ kim loại lên nền nhựa cần phải nghiên cứu thêm các phương pháp mạ kim loại lên nền nhựa. Vì vậy đề tài này nghiên cứu phương pháp tạo lớp phủ kim loại lên một phần bề mặt nhựa. CHUẨN BỊ MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM Chuẩn bị mẫu Trong khuôn khổ của đề tài, các mẫu là nhựa Epoxi (Compozit epoxy – sợi thủy tinh) đã được chọn cho nghiên cứu mạ hoa kim loại (đặc điểm của nhựa epoxi là chất dẻo 2
3. Bài báo khoa học nhiệt rắn, có tính phân cực cao nên tạo độ bám kim loại tốt). Các mẫu nghiên cứu ở dạng tấm có kính thước 40x40 mm; hoa văn sẽ mạ là ngôi sao năm cánh (Hình 1). Ký hiệu mẫu M2 là mẫu mạ hai lớp đồng – crôm; mẫu M3 là mẫu mạ ba lớp đồng – niken – crôm trong quá trình làm thí nghiệm. Hình 1 mẫu nhựa epoxy cho thí nghiệm Quy trình được ứng dụng rộng rãi nhất cho chất lượng lớp mạ tốt, tính ổn định sản phẩm và thiết bị cho quy trình tương đối đơn giản đó là quy trình mạ hóa học – điện hóa. Tuy nhiên các bước còn phải phụ thuộc vào loại vật liệu nhựa nào được mạ (Bảng 1). Bảng 1 Quy trình mạ hóa học – điện hóa Quy trình mạ trang trí bảo vệ trên nền nhựa TT Bước công nghệ Ghi chú 1 Rửa sơ bộ 2 Xử lý dung môi Có thể có hoặc không 3 Xử lý bề mặt trước khi mạ Hóa học, vật lý 4 Trung hòa Nếu xâm thực hóa học 5 Tiền hoạt hóa (nhạy hóa) 6 Hoạt hóa 7 Tăng tốc 8 Mạ hóa học 9 Mạ điện hóa tăng cường: - Đồng 3
4. Bài báo khoa học - Niken - Crôm 10 Mạ bốc bay hợp kim cứng Có thể có hoặc không Kiểm tra độ bám dính Phương pháp gạch khía theo tiêu chuẩn TCVN 4392 – 1986 dùng mũi nhọn có r = 0,1 mm, vạch lên bề mặt mẫu thử các đường song song, vuông góc, cách nhau 1 mm. (Hình 2) Hình 2 Phương pháp gạch khía mẫu mạ kiểm tra độ bám Kiểm tra độ dày lớp mạ Hiện nay có nhiều loại máy đo độ dày các lớp mạ, sơn, phủ bán trên thị trường khá hiện đại, tiện lợi và chính xác. Máy DIGITAL METER CM – 8823(Hình 3): Nguyên tắc hoạt động của máy là cảm ứng từ / dòng xoáy. Máy có đầu dò NF dùng để đo độ dày của lớp phủ không từ tính như: kim loại màu, crôm, cao su, sơn, véc ni, 4
5. Bài báo khoa học Hình 3 Máy đo độ dày lớp mạ DIGITAL METER CM – 8823 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kiểm tra độ bám dính Hình 4 Mẫu M2 và M3 đã gạch khía để kiểm tra độ bám 5
6. Bài báo khoa học Qua quan sát dưới kính lúp, cả hai mẫu M2 và M3 đều không thấy lớp mạ bị bong vênh tại các đỉnh góc vuông (Hình 4). Vì vậy, có thể kết luận cả hai mẫu đạt yêu cầu về độ bám. Kiểm tra độ dày lớp mạ: Tính toán độ dày trên lý thuyết: Lớp mạ hóa học có độ dày 0,3μm Lớp mạ đồng tăng cường thời gian mạ là 30 phút, tốc độ 1μm/phút. Vậy độ dày lớp mạ đồng là 30μm. Lớp mạ niken thời gian mạ là 8 phút, tốc độ 0,8μm/phút. Do đó độ dày lớp mạ niken là 6,4 μm. Lớp mạ crôm thời gian mạ là 10 phút, tốc độ 0,2μm/phút. Độ dày lớp mạ điện hóa niken là 2μm. Mẫu M2 có mạ hóa học, mạ điện hóa đồng tăng cường và mạ điện hóa crôm. Nên độ dày của M2 theo lý thuyết là 32,3μm. Mẫu M3 có mạ hóa học, mạ điện hóa đồng tăng cường, mạ điện hóa niken và mạ điện hóa crôm. M3 có độ dày là 38,7μm. Đo độ dày mẫu bằng máy: Cách đo như sau: dùng bút lông chấm 5 điểm ở giữa hình ngôi sao (Hình 5), đo ở mỗi điểm 6 lần. Dùng máy đo độ dày lớp mạ DIGITAL METER CM – 8823. Đo lấy kết quả trung bình của 5 điểm (Bảng 2). Bảng 2 Độ dày của mẫu M2 và M3 Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 TB M-2 (μm) 30,7 29,4 28,8 31,4 30,2 30,1 M-3 (μm) 36,0 37,2 36,7 36,2 36,4 36,5 6
7. Bài báo khoa học Hình 5 điểm được đánh ngẫu nhiên mẫu M2 và M3 dùng để đo độ dày Đánh giá về tính trang trí: Hình dáng ngôi sao ở hai mẫu sắc xảo, các đỉnh nhọn rỏ nét. Sau khi đánh bóng bằng giấy nhám P1200 thời gian 30 giây. Nhận thấy cả hai mẫu đều đạt độ bóng, tuy nhiên mẫu M2 dễ bị mòn lớp crôm ở giữa và để lộ lớp đồng ra do lớp crôm mỏng (2μm) và ở sau là lớp đồng đỏ (hình 6). Hình 4.5 Sau khi đánh bóng M2 bị mòn lớp Crôm để lộ ra lớp đồng so với M3 7
8. Bài báo khoa học KẾT LUẬN Đề tài đã nghiên cứu bằng thực nghiệm mạ hoa kim loại lên nền nhựa. Để có được lớp mạ kim loại bám dính lên bề mặt nhựa cần phải tạo ra một số vi rãnh để kim loại bám vào. Các vi rãnh được tạo ra trong luận văn này bằng phương pháp xâm thực, sau đó mạ hóa học kết hợp với mạ điện hóa. Để tạo ra các hoa văn trang trí hay logo, tác giả đã làm thực nghiệm tạo hoa văn sau công đoạn mạ điện hóa đồng tăng cường, dùng băng keo dán lên che đi phần ngôi sao sau đó rửa đi lớp đồng thừa và tháo bỏ lớp băng keo cuối cùng mạ điện hóa theo hai mẫu: M2 chỉ có lớp crôm và M3 gồm niken + crôm. Qua kiểm tra nhận thấy M2 và M3 đều đạt độ bám. M2 ít tốn kém hơn do bỏ qua công đoạn mạ một lớp niken, tuy nhiên do lớp mạ crôm mỏng (2μm) nên sau đánh bóng bị mòn để lộ lớp đồng bên trong. Đối với mẫu M3 được mạ lót thêm lớp niken nên sau khi đánh bóng không để lộ ra lớp đồng. Qua thực nghiệm, nhận thấy nếu mạ hoa kim loại với 2 lớp đồng và crôm lên bề mặt nhựa chỉ phù hợp cho các sản phẩm ít chạm tay vào hay ít lau chùi, dùng cho trang trí với giá thành rẻ, không cao cấp. Đối với những chi tiết, sản phẩm thường xuyên chạm tay vào như núm điều chỉnh, những ký hiệu, ký tự trong bàn phím hay trong điện thoại, thì cần mạ 3 lớp đồng – niken – crôm. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Hoàng Trọng Bá (1995): Giáo trình Vật liệu phi kim loại – Trường ĐHSPKT - TpHCM 2. Nguyễn Khương (2009): Mạ điện (tập 1) - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 3. Nguyễn Khương (2009): Mạ điện (tập 2) - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 4. Nguyễn Khương (2009): Mạ hóa học (tập 3) - Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 5. Mai Thanh Tùng (2008): Kỹ thuật mạ lên nền nhựa - Nhà xuất bản Bách khoa – Hà Nội. 6. Trần Minh Hoàng (2005): Kiểm tra đo đạt trong mạ điện – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 8
9. Bài báo khoa học 7. “Plating on plastic II”, technical papers – Society of plastics engineer, Connecticut section. 8. American Society of Electroplated Plastics, Standards and Guidelines for ElectroplatedPlastics, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J. 070623. 9. Ý kiến của cán bộ hướng dẫn khoa học Học viên thực hiện PGS.TS HOÀNG TRỌNG BÁ HUỲNH TRUNG DŨNG 9
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.