[发明专利]一种在塑料衬底上沉积金属或硬质装饰膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及的制备方法，属于装饰材料技术领域。

背景技术

塑料是一种价格低廉、化学稳定性能好、耐腐蚀性能好、刚性和可加工性好的轻质材料。基于以上优势，在很多领域金属材料已经逐渐被塑料所替代。但是，与金属材料相比塑料表面一般都不具有金属光泽，使得塑料制品的装饰性能不太尽如人意。为了改善塑料制品的这种局限性，人们做了许多工作对塑料表面进行改性。通过在塑料制品表面覆盖一层金属膜或者硬质膜既可以提高塑料制品的表面耐磨性能，又能改善塑料制品的外观，提高其观赏性能。目前一般采用酸处理或者单体处理等方法使塑料表面呈现凹凸状况，同时在表面附着极性基团，使塑料表面具有导电性，从而可以采用湿法电镀的方法在塑料表面沉积金属膜。这种方法必须对塑料表面进行改性，工艺较复杂、能耗高、同时还有很强的污染性。另外，干镀法(溅射法、气相法等)也是目前发展起来的一种较为简单的在塑料表面沉积金属膜的方法。干镀法不要求塑料表面必须导电，而且不会产生污染废气物，薄膜厚度容易控制。但是干镀法也有一些不足，例如薄膜附着力和耐磨性不是很好。为了解决干镀法存在的一些问题，人们将塑料表面改性的方法引入到了干镀法。中国公开专利CN 1504499A公开了一种采用芳烃类化合物、油脂、醇类和氧化剂进行表面改性，然后经1000V电火花处理，再经丙烯酸聚氨酯涂敷过镀层，最后经干镀法制备金属膜的方法。该法提高了金属膜的附着力，但是工序还是比较复杂，不利于工业生产。美国专利3801368公开了一种首先溅射塑料材料表面以掺入金、铂等材料，然后再电镀金属膜的方法。中国专利CN 1481448A公开了一种首先采用等离子体处理塑料表面，接着使用有机溶液浸泡塑料，然后采用钯(Pd)做催化剂进行无电镀制备金属膜方法。而氮化物、碳化合物、氧化物和金刚石等硬质膜不能采用湿法电镀的方法来制备，只能采用干镀法制备。

本发明从提高塑料制品品味的角度出发，提出了应用射频磁控溅射技术在塑料表面沉积金属或硬质装饰膜的方法。该法首先使用氮、氩、氧、氦气其中的一种或数种等离子体对塑料表面进行预轰击前处理，然后沉积金属或硬质装饰膜，两个步骤可以连续进行，简化了沉积工艺，大幅提高了生产效率，所制备的金属膜附着力好。旨在简化现有金属膜沉积工艺，同时提出在塑料表面沉积硬质膜的方法。

发明内容

本发明征对当前在塑料表面制备金属膜的工艺较复杂，提出了采用氮、氩、氧、氦气其中的一种或数种等离子体对塑料表面进行预轰击前处理，然后使用射频磁控溅射技术沉积金属或硬质装饰膜的方法。

本发明所针对的塑料衬底材料包括ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的三元共聚物)、PMMA有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)、PE塑料(聚乙烯)和PP塑料(聚丙烯)等；所针对的金属装饰膜包括铬、镍、钛、钨、铝、不锈钢、硬质合金以及金、银、铱、铂、铑等贵金属；硬质装饰膜包括氮化钛、氮铝钛、氮化钨、氮化钨钛、碳化钨、碳化钛、碳氮化钛、碳化硅、类金刚石、钨类金刚石、氮化铝、氮化硅、氧化铝、一氧化钛、二氧化钛等，以及EMI膜、抗静电膜、防幅射膜等。

所针对的金属装饰膜呈光亮金属色，硬质装饰膜呈金黄色、黑色、蓝色、银灰色、灰黑色等。

本发明所使用的铬、镍和钛等金属靶材相对密度高于90％，所采用的氮化钛、碳化钛、碳氮化钛等陶瓷靶材相对密度高于90％，靶材纯度均不低于95％。

本发明首先采用去离子水、无水乙醇等超声清洗塑料衬底，氮、氩、氧、氦气其中的一种或数种等离子体对塑料表面进行预轰击前处理，以提高金属及硬质装饰膜的附着力；等离子体处理条件为：工作气体为氮气、氩气、氧气、氦气或其混合气体，流量为0.1～200sccm(标准毫升每分钟)，工作压强为0.1～100Pa，处理时间0.1～20分钟。

本发明中塑料衬底经等离子体轰击处理后直接传递到溅射室沉积金属或者硬质装饰膜；处理后的衬底不暴露大气，可以提高薄膜的附着力。

本发明中射频磁控溅射过程中工作气体为氩气、氮气、氦气、乙炔、甲烷或其中两种或多种的混合气体，气体流量为0.1～200sccm(标准毫升每分钟)，工作压强为0.1～10Pa，衬底温度为低温或室温或低于80℃。

薄膜制备过程中，根据膜层厚度以及镀制前后过程分别施加不同强度的偏压，以提高金属及硬质装饰膜与塑料的结合力，从而防止脱膜。

附图说明

附图为等离子体处理和磁控溅射系统示意图，其中1、样品传递装置；2、样品库；3、等离子体处理腔体；4、高真空插板阀；5、样品；6、挡板；7、溅射室；8、磁控靶枪；9、等离子体处理器。