آبکاری قطعات پلاستيكي 2

زبرسازي (اچ كردن)

در فصل معرفي پلاستيك هاي ABS  اين نكته اشاره شد كه ذرات بوتادين موجود در سطح پلاستيك ABS بايستي خورده شود و سطح پلاستيك داراي حفره هاي ميكروسكوپي شود تا اين حفرات بتواند جايگاهي براي ادامة فرآيند آبكاري باشد. بنابراين مرحلة زبرسازي براي خورده شدن ذرات بوتادين در سطح پلاستيك استفاده مي شود شايد بتوان اين مرحله را  مهمترين مرحلة آبكاري پلاستيك ها يا قلب آبكاري نامگذاري كرد.

5-1 روش هاي زبرسازي

زبرسازي به 3 روش صورت مي گيرد.

1- روش مكانيكي: در اين روش با پرتاب شن هاي دانه ريز به سطح قطعه پلاستيكي (سند بلاست) حفره هاي بسيار ريزي در سطح قعطه ايجاد مي شود البته اين روش عموميت ندارد.

2- روش استفاده از ليزر به اين صورت مي باشد كه با برخورد اشعه ليزر به سطح پلاستيك باعث ايجاد خلل و خرج در سطح قطعه مي شود كه البته اين روش بسيار تخصصي مي باشد و در ايران استفاده اي ندارد.

3- روش شيميايي:اين روش كه مهمترين و كاربردي ترين روش آبكاري پلاستيك ها مي باشد بر پايه خورده شدن ذرات بوتادين توسط اسيدهاي موجود در وان زبرسازي استوار مي باشد.

5-2 اسيدشويي (پيش زبرسازي)

 براي پيشگيري از انتقال مواد چربي گير قليايي به محلول زبرسازي اسيدي و كاهش اسيدیته و افزايش عمر مفيد محلول وان زبرسازي بهتر است قبل از زبرسازي از اين مرحله استفاده شود. البته ناگفته نماند كه مرحله پيش زبرسازي يك مرحله اختياري است كه مي تواند مشكل چسبندگي ضعيف پوشش را كه ناشي از اچ شدن غير يكنواخت است از بين ببرد همچنين اين مرحله باعث مي شود قليايي بودن سطح قطعه از بين برود و قطعه حالت خنثي پيدا كند.

5-2-1 تركيب ها پيشنهادي محلول پيش زبرسازي

محلول آماده سازي اوليه مي تواند تركيبي از اسيد كروميك و اسيد سولفوريك و يا محلولي كه شامل مقداري حلال است، باشد.

1- محلول معرفي شده براساس استاندارد Astm

2- محلول بر پايه حلال آلي

اين نوع تركيب محولي از يك حلال آلي در آب مقطر مي باشد. حلال آلي مي تواند استن و يا کتونهاي ديگر مثل 1 و 4 پنتادي اُن[1] باشد

تركيب و شرايط كاري محلول عبارت است:

توجه 1: محلولهاي حاوي حلالهاي فرار بايد كاملاً تهويه شوند اين محلولها نبايد با فلزات تماس داشته باشند. اين مواد يونهاي فلزي را در خود كليد[2] مي كنند. تانكهايي از جنس پلي پروييلن آنيل شده براي نگهداري اين محلولها مناسب است.

توجه 2: قطعات بعد از قرار گرفتن در اين محولها بايد چند مرتبه با آب داغ شستشو شود چون اين تركيبات سطح قطعات پلاستيكي از نرم و متورم مي كنند بنابراين زمان غوطه وري در اين محلولها و همچنين زمان انتقال به وان شستشو بايد كنترل شود.

بهتر است پس از مرحلة پيش زبرسازي قطعات شستشو داده شوند.[6]

5-3 زبرسازي

همانطور كه گفته شد اين مرحله زبرسازي است كه لایه را به سطح قطعه «گره» ميزند، به اين تركيب كه با ريز ساختن ميكروسكوپي سطح قطعه، يعني ايجاد خلل و فرج براي قرار گرفتن فلز روكش درون آنها در سطح قطعه، چسبندگي فلز به پليمر را به اندازة قابل قبول مي رساند. محلول زبرسازي نه تنها جزء لاستيكي را حل مي نمايد بلكه ماده شبكه را نيز به آرامي نرم نموده و در خود حل مي كند بنابراين هر قدر مدت ماندن قطعه در محلول بيشتر گردد و يا اينكه دماي محلول افزايش  يابد، سطح اصلي بيشتر خورده مي شود زبرسازي بيش از اندازه، كه همة سطح اصلي را مي خورد، قطعاتي با كيفيت پايين تري توليد مي نمايد، و معمولاً لاية آب دادة ضخيم تري براي پوشاندن سطح بيش از اندازه زبر قطعه مي طلبد. اگر زبرسازي كاملاً از اندازه بيرون گردد، توليد قطعاتي با روكش نرم و براق پس از آبكاري تقريباً ناممكن مي شود. زبرسازي كمتر از اندازه كه بيشتر سطح قطعه، زبر نشده باقي مي ماند، ممكن است موجب بروز اشكال در مرحلة آبكاري شيميايي گردد ولي كيفيت قطعه در عمل قابل قبول خواهد بود.[7]

زبرسازي خوب هنگامي است كه %50 سطح قطعه نرم باقي بماند نحوه عمليات زبرسازي را در شكل(4) ملاحظه مي كنيد.

جزءهای بوتادین (لاستیکی) در ABS (بزرگنمایی 10000)

ABS  زبر نشده

ABS  زبر شده

ABS  آبکاری شده

شکل (4)

5-4 محلول هاي زبركننده

مرحله اچ نقش حياتي در چسبندگي پوشش فلزي به پلاستيك دارد محلولهاي اچ كننده بيشتر شامل سه جزء اسيد كروميك اسيد سولفوريك اسید فسفریک و آب هستند فرمولاسيون اين محلولها مي تواند بيش از %60 اسيدكرميك در آب تا 10% كرميك، 50% اسيدسولفوريك و بقيه آب متغير باشد.

همانگونه كه در نمودار (اسلايد شماره 9) نشان داده شده، سيستم اسيد سولفوريك، اسيد كرميك، يك سيستم با حلاليت محدود است. محدوده مؤثر تركيب محلولهاي "اچ" كننده پلاستيك در نزديكي منحني حلاليت مي باشد. محلولهاي رقيقتر هر چه از منحني حلاليت دورتر مي شوند، به سرعت فعاليت خود را از دست مي دهند. محلولهاي غليظ تر فعال هستند ولي انيدريد كرميك اضافي آنها رسوب مي كنند. وجود كرم سه ظرفيتي در اين محلولها سبب افزايش حلاليت اسيد كرميك در آب يا مخلوط آب و اسيد سولفوريك مي شود. محلولهاي قوي اسيد كرميك، ذرات لاستيك موجود در زمينه را اكسيد مي كنند، حال آنكه محلولهاي قوي اسيد سولفوريك بيشتر روي آكريلونيتريل- استايرن در اطراف ذرات لاستيك اثر مي گذارند. انيدريد كرميك در محلول اسيدي به صورت:  در مي آيد. يون  در يك محلول اسيدي، اكسيد كننده بسيار قوي است. در اثر اكسيد شدن پلاستيك به وسيله اسيد كرميك، در محلول، كرم سه ظرفيتي تشكيل مي شود. وجود كرم سه ظرفيتي سبب كاهش سرعت "اچ" كنندگي محلول مي شود.

بعلاوه مداركي در دست است كه نشان مي دهد تركيبات حاصل از اكسيداسيون پلاستيك تأثير نامطلوبي در قدرت محلول "اچ" دارد. براي حفظ قدرت محلول، بايد غلظت كرم سه ظرفيتي را از طريق دور ريختن قسمتي از محلول و جايگزيني آن با محلول تازه يا از طريق اكسيداسيون مجدد و يا با افزايش غلظت اسيد كرميك كنترل كرد. تأثير غلظت كرم سه ظرفيتي در قدرت "اچ" كنندگي محلول بستگي به غلظت اسيد كرميك دارد. به طور كلي هر چه غلظت اسيد كرميك بيشتر باشد، تحمل محلول نسبت به كرم سه ظرفيتي بيشتر است. حداكثر غلظت مجاز كرم سه ظرفيتي در محلول "اچ" كننده با غلظت 370 گرم در ليتر اسيد كرميك، 22 گرم در ليتر و براي محلول 1200 گرم در ليتر اسيد كرميك، 90 گرم در ليتر، توصيه شده است.

در صورتي كه سطح پلاستيك به طرز صحيحي "اچ" شود، شفافيت خود را از دست داده و در اثر شستشوهاي بعدي كاملاً خيس مي شود.

محلولهاي "اچ" يا فقط شامل اسيد كرميك با غلظت 1200-975 گرم در ليتر مي باشند و يا تركيبي از اسيد كرميك و اسيد سولفوريك هستند. فرمولاسيون يك نمونه از محلول اسيد كرميك- اسيد سولفوريك عبارت از 370 گرم در ليتر اسيد كرميك و تقريباً 20% حجمي اسيد سولفوريك است. زمان غوطه وري معمولاً حدود 10-5 دقيقه و دماي محول 65 درجه سانيگراد مي باشد. "اچ" كردن بيش از حد سبب مي شود كه پوشش نهايي داراي ظاهر يخي و يا مات گردد. "اچ" كردن كمتر از حد لازم سبب چسبندگي ضعيف و تاول زدن پوشش خواهد شد.

شکل شماره ( 5و6) سطح يك قطعه پلاستيك A.B.S را قبل و بعد از "اچ" كردن با بزرگنمايي 500 نشان 
مي دهد. تأثير "اچ" كردن در سطح قطعه كاملاً مشخص است.

شکل (5)

بعد از اچ کردن                قبل از اچ کردن

بزرگنمایی 500

شکل (6)             

لازم به ذكر است كه در اثر "اچ" شدن، ذرات بوتادين در سطح پلاستيك اكسيد و حل شده اند. [6]

5-5 تركيب محلول هاي زبركننده برحسب استاندارد Astm

1- محلول اسيد كروميك

اين محلول ذرات لاستيك بوتادين موجود در سطح را مي خورد.

2- محلول اسيد كرميك- اسيد سولفوريك

3- محلول اسيد كرميك- اسيد سولفوريك- اسيد فسفريك

قابل ذكر است كه محلولهايي كه شامل اسيد فسفريك مي باشند در عمل رضايتبخش تو بوده اند. به طوري كه در نتايج ثابت شده است كه اسيد فسفريك ضربات هماهنگ تر و آهسته تري را بر پلاستيك وارد
مي كند اين تركيب از محلول كه از سال 1963 به كار گرفته شد مناسب ترين تركيب براي زبرسازي پلاستكي هاي ABS مي باشد.

در نمودار زير مي توان چند تيپ از تركيب محلول هاي اچ كننده  که شامل اسید فسفریک می باشد را مشاهده نمود شکل (7) که می توان درصد اخطلات  مواد را با یکدیگر از آن استخراج نمود .[2]

نمودار درصد اختلاط اسید سولفوریک – فسفرک – کرومیک و آب

شکل (7)

بایستی توجه داشت که میزان درصد  اسید کرومیک در این نمودار به شرح زیر است.

مقدار اسید کرومیک مجاز در تیپ 1 و 2 معادل          g/l    16-5

مقدار اسید کرومیک مجاز در تیپ 3 و 4 معادل   g/l           300

5-6 تركيب محلول هاي اچ كننده تجربي براي پليمرهاي ABS

هنگام تهيه محلول و هنگام افزودن مواد به محلول لازم است شخص به لباس و عينك ایمن مجهز باشد.

استاندارهاي اندازه گيري به قرار زيرين است:[7]

5-7- تركيل محللول هاي زبر كننده تجربي براي كوپليمرهاي pp

محلول فوق به مقدار بسيار كمي آب احتياج دارد (هر ليتر حدود 198 سي سي) ضمن آنكه در جاي اسيد فسفريك با چگالي 70/1 مي توان ا ز اسيد فسفريكهاي با چگالي 75/1 و 390 سي سي در ليتر (و هر ليتري 230 سي سي آب) وي ا با چگالي 50/1 ، 615 سي سي در ليتر (بدون آب) استفاده نمود.

براي تهيه محلول مقدار آب لازم در مخزن ريخته و سپس مقدار اسيد كرميك لازم را به آن افزوده وكاملاً هم زده و تا همة آن حمل شود (در صورتي كه از اسيد فسفريك با چگالي 50/1 استفاده مي شود كه آب لازم نيست اسيد كرميك را مي بايست در اسيد فسفريك حل نمود) پس از آن اسيد فسفريك به آن افزوده و خوب هم زده مي شود هنگامي كه محلول خوب همگون شد اسيد سولفوريك در حالي كه محلول با هوا يا به وسيله اي ديگر به شدت همزده مي شود به آرامي به آن افزوده مي گردد لازم است پس از آماده شدن محلول و پيش از استفاده از آن و به مدت 8 ساعت با هوا همزده شود.

مقداري از اسيد كرميك ممكن است شكرك بزند اين طبيعي است و بعدها در حين كار از نو حل مي شود.

در شرايط زير مي توان از محلول استفاده نمود:

دما 75-85 درجه سانتيگراد (80 درجه سانتيگراد بهترين است).

مدت 15-30 دقيقه (15 دقيقه نمونه وار است)

محلول را مي توان با اندازه گيري چگالي آن با بومه سنج و مقدار اسيد كرميك كنترل نمود چگالي را بهتر است همه روز اندازه گرفت تا مطمئن شد كه به اندازة لازم در استانداردهاي اندازه گيري مي باشد اگر چگالي محلول از اين مقدار بيشتر شود آنرا مي توان با افزودن آب كاهش داد اگر چگالي آن پايين تر از مقدار لازم بود مي توان با افزودن مقدار متناسبي از اسيد سولفوريك (يعني به ازاء هر ليتر اسيد فسفريك با چگالي 70/1 و 917 سي سي اسيد سولفوريك با چگالي 84/1 ) آنرا تقويت نمود.[7]

و اما استانداردهاي اندازه گيري به اين ترتيب پيشنهاد مي شود:

5-8- کرم گيري

اين مرحله معمولاً پس از هر تانكي كه داراي اسيد كرميك باشد قرار داده مي شود و هدف از آن تنها صرفه جويي در مصرف اسيد كرميك مي باشد به اين ترتيب كه اسيد كرميكي كه از تانك زيرسازي به هر ترتيبي همراه با قطعه بيرون مي آيد ود ر اين تانك كه نخست داراي آب است گرفته شده و محلولي كه به اين ترتيب به دست مي آيد و براي جبران كمبود تانك زيرسازي كه با تبخير يا به هر طريق ديگري خالي مي شود بكار مي رود به بيان ديگر اين محلول و يك محلول شستشوست و با اين تفاوت كه اين محلول سرريز نداشته و دور ريخته نمي شود.

هر اندازه كه اين محلول رقيق تر باشد به همان نسبت مقدار موادي كه با شستشوي پس از آن هدر مي رود كمتر است بدين منظور بايستي سعي شود كه هر چه ممكن است مقدار اسيد كرميك كمتري همراه با قطعه وارد اين محلول شود.

پس از مرحلة کرم گيري لازم است قطعات شستشو داده شده و براي مرحلة بعدي كه خنثي سازي است آماده شود.