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0510-88276101真空鍍膜，讓塑料表面金屬化
發(fā)布時間：2020-05-12瀏覽次數(shù)：載入中...來源：http://www.airmate.cc/
真空鍍膜的運(yùn)作原理：物理相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)技術(shù)表示在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體（或等離子體）過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。
真空鍍膜方法
真空鍍膜常用的方法有真空蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射鍍膜和離子鍍膜3種。圖1為3種常見真空鍍膜法的原理示意圖。
真空蒸發(fā)鍍膜在真空環(huán)境下加熱鍍膜材料，使它在極短時間內(nèi)蒸發(fā)，蒸發(fā)了的鍍膜材料分子沉積在塑料表面上形成鍍膜層。此法簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高，是薄膜真空制備中較為使用的技術(shù)，但薄膜與基體結(jié)合較差，工藝重復(fù)性不好，只能蒸發(fā)鋁這樣的低熔點(diǎn)金屬。
磁控濺射鍍膜是在真空中充入惰性氣體，并在塑料基體和金屬靶之間加上高壓直流電，由輝光放電產(chǎn)生的電子激發(fā)惰性氣體，產(chǎn)生等離子體，等離子體將金屬靶材的原子擊出，沉積在塑料基體上。由于濺射原子能量比蒸發(fā)原子能量高1～2個數(shù)量級，高能量的濺射原子沉積在基體時轉(zhuǎn)換的能量多，甚至可發(fā)生部分注入現(xiàn)象，同時濺射成膜過程中，基體始終在等離子區(qū)中被清洗，因此濺射鍍膜與塑料表面的附著力要比蒸發(fā)鍍膜好，膜層致密、均勻，如配合適當(dāng)?shù)墓ぜD(zhuǎn)動，可在復(fù)雜表面上獲得較均勻的鍍層離子鍍膜是蒸發(fā)工藝與濺射技術(shù)的結(jié)合，它是在鍍膜的同時采用荷能離子轟擊工件表面和膜層，使得鍍膜層和基體結(jié)合力好，不易脫落。由于金屬原子的能量低于蒸鍍時的能量，即使是耐熱性較差的塑料，在其表面也可生成穩(wěn)定性良好的金屬薄膜
塑料作為鍍膜基體材料的特殊性
性塑料的種類很多，并非所有的都可以進(jìn)行真空鍍膜，有的與金屬層的結(jié)合力很差，沒有實用價值，有的與金屬鍍層的某些物理性質(zhì)如膨脹系數(shù)相差過大，在高溫差環(huán)境中難以保證其使用性能，所以真空鍍膜時，與金屬、玻璃等無機(jī)物相比，作為基體材料的塑料具有一定的特殊性。
基體耐熱性較差
使沉積溫度受到制約塑料屬于高分子有機(jī)物，耐熱性較差，特別是光學(xué)塑料，一般要在35～45℃的溫度下進(jìn)行鍍膜。而真空鍍膜時，不論采用什么方法，基體都受到熱的影響，如蒸發(fā)源的輻射熱，高能量的濺射原子撞擊基體的動能以及鍍膜材料原子的凝聚能等，都會引起基體的溫度升高。控制基體溫度在允許的范圍內(nèi)，使真空鍍膜時的沉積溫度受到制約。
與金屬鍍層間的附著性差
塑料與金屬鍍層間的附著性差首先是由于塑料的表面能一般都比較低，表面極性差;其次塑料易帶靜電，表面容易吸附灰塵，同時塑料零件又軟，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易得到真正清潔的表面，而塑料表面的清潔度是影響塑料與金屬鍍層間附著力的重要因素。第三，即使保持了塑料表面的清潔，由于塑料與金屬的膨脹系數(shù)相差一個數(shù)量級，在成膜過程中或成膜后，溫度變化會產(chǎn)生熱應(yīng)力，應(yīng)力過大將會使鍍層開裂甚至脫落。此外，由于沉積過程中金屬膜結(jié)構(gòu)受到工藝等因素的影響致使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力很大時，膜料沉積到塑料表面后，內(nèi)應(yīng)力會轉(zhuǎn)移到金屬鍍層上來，從而降低鍍層的穩(wěn)定性，甚至使鍍層開裂、起皺。為解決金屬鍍層與塑料基體的結(jié)合問題，保證鍍層與塑料表面具有良好結(jié)合力，真空鍍膜時，采用在塑料表面涂上與鍍膜金屬有親和力的底涂層，或者對塑料表面進(jìn)行電暈放電活化處理。
真空環(huán)境下易放氣
塑料材料中含有空氣、殘留溶劑、水分、增塑劑等，在真空條件下上述一種或多種成分放出，都會使真空度下降，延長抽真空時間，影響整個鍍膜效果，嚴(yán)重的甚至使真空鍍膜操作難于進(jìn)行。而且不同種類、不同生產(chǎn)廠家制造的塑料材料，含氣量是不一致的，即使同一種塑料，其放氣特性在每次蒸鍍時也可能有差別，這將給塑料真空鍍膜造成極大困難。為了在塑料表面獲得理想的鍍膜層，常用的方法是選擇適當(dāng)?shù)耐苛蠈⑺芰媳砻娣忾]，減少真空狀態(tài)下的放氣量，或者采用雙室真空裝置，提高抽氣效率。目前，離子轟擊以及真空加熱烘烤這2種除氣方法的應(yīng)用也已經(jīng)相當(dāng)普遍。
塑料鍍膜的應(yīng)用
裝飾功能的應(yīng)用
裝飾薄膜的典型應(yīng)用是金銀絲，利用聚酯薄膜鍍鋁后加工而成的金銀絲已成為紡織品不可缺少的裝飾材料，在日常生活用品、手工藝品、舞臺藝術(shù)用品等各方面的應(yīng)用很受歡迎。另外，裝飾性塑料鍍膜還應(yīng)用于儀器、機(jī)械、汽車、玩具、燈具及家用電器等領(lǐng)域，有很高的經(jīng)濟(jì)價值及實用性。
阻隔功能的應(yīng)用
為了提高商品的流通周期與貨架壽命，商品包裝的作用日益重要，尤其對于食品、藥品、化妝品、洗滌品等保質(zhì)要求較高的商品，采用高阻隔性能包裝材料包裝往往是有效的手段。常用的高阻隔包裝膜通常采用真空蒸鍍或真空濺射的方法在塑料薄膜上鍍一層鋁。
近來人們不僅要求商品包裝膜具有耐熱性和高阻隔性，而且要求有良好的透明度和優(yōu)良的可微波性。制取高阻隔性透明薄膜方法之一就是在塑料薄膜上真空鍍SiOx，鍍氧化硅膜的無機(jī)層致密，具有高阻隔性，同時耐高溫、透明、微波透過性能良好，又有類似玻璃容器的保鮮保香作用?？梢杂糜谡翦兊脑铣齋iOx外，還有Al2O3，MgO，TiO2，Gd2O3，Y2O3等。
電磁功能的應(yīng)用
現(xiàn)在，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及低成本方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板應(yīng)用于電子儀器上，外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾;而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其他電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們在塑料表面真空鍍上金屬膜。經(jīng)過表面金屬化處理之后，完全絕緣的塑料表面具有金屬那樣反射、吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，能夠起到屏蔽電磁波干擾的作用。塑料真空鍍膜層的電磁功能還用于生產(chǎn)電容器，電磁屏蔽包裝膜，具有高導(dǎo)電性能的透明導(dǎo)電膜，磁性薄膜，鍍銅的柔性印刷電路板，硒整流器等。如在電力工業(yè)中，由塑料真空鍍金屬薄膜卷繞成的薄膜式電容器是一種重要的元器件，經(jīng)過真空鍍膜處理的聚酯、雙軸向拉伸聚丙烯等塑料薄膜可作為電容器的電極使用。透明導(dǎo)電塑料薄膜具有透明導(dǎo)電性，用于生產(chǎn)太陽能電池及電致變色器件的透明電極。磁性薄膜在磁記錄和磁光存儲技術(shù)方面已有著很廣的應(yīng)用。
光、熱功能的應(yīng)用
金屬化鏡面塑料比基體塑料不但具有精度感、重量感，表現(xiàn)出富麗堂皇的裝飾性，而且在機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、吸水率等方面都更優(yōu)越。利用塑料真空鍍膜層的光、熱功能可以生產(chǎn)民用鏡、車燈、手電筒的反光罩、道路標(biāo)志、眼鏡、透鏡、天體望遠(yuǎn)鏡、干涉濾光器、太陽光的調(diào)節(jié)膜等。如在塑料鏡片表面鍍上一層銀和鉻，可以反射強(qiáng)光和有害光線。若在聚酯基片上鍍一薄層鋁制成太陽光調(diào)節(jié)膜，則可以分濾日光以及節(jié)約夏季房間制冷費(fèi)用。在農(nóng)業(yè)方面也可利用塑料真空鍍膜層的光、熱功能生產(chǎn)半透明的遮陽節(jié)能膜，作為果園、養(yǎng)殖場的保溫、防寒膜，其應(yīng)用已相當(dāng)普遍。目前，真空鍍膜法除了鍍制光學(xué)膜、電學(xué)膜、磁性膜，以及各式各樣新穎、艷麗的裝飾膜外，正在向獲得更多的附加功能的方向發(fā)展
顏色形成
在高真空并且高溫的爐內(nèi)，加入不同的氣體，結(jié)合散發(fā)的離子就能形成不同的顏色，然后發(fā)生變化的離子沉積在產(chǎn)品的表層，形成致密膜層。如加入N2，鍍出來的顏色是金色；加入C?H?，顏色就是黑色；加入O2，顏色就會是七彩和藍(lán)色；如加入N2和C?H? ，顏色就會是玫瑰金色等等，所以顏色是各種氣體與離子相互交叉產(chǎn)生的效果。
PVD鍍膜目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色，淺金黃色，咖啡色，古銅色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通過控制鍍膜過程中的相關(guān)參數(shù)，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對顏色進(jìn)行測量，使顏色得以量化，以確定鍍出的顏色是否滿足要求。
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真空鍍膜方法
真空鍍膜常用的方法有真空蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射鍍膜和離子鍍膜3種。圖1為3種常見真空鍍膜法的原理示意圖。
真空蒸發(fā)鍍膜在真空環(huán)境下加熱鍍膜材料，使它在極短時間內(nèi)蒸發(fā)，蒸發(fā)了的鍍膜材料分子沉積在塑料表面上形成鍍膜層。此法簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高，是薄膜真空制備中較為使用的技術(shù)，但薄膜與基體結(jié)合較差，工藝重復(fù)性不好，只能蒸發(fā)鋁這樣的低熔點(diǎn)金屬。
磁控濺射鍍膜是在真空中充入惰性氣體，并在塑料基體和金屬靶之間加上高壓直流電，由輝光放電產(chǎn)生的電子激發(fā)惰性氣體，產(chǎn)生等離子體，等離子體將金屬靶材的原子擊出，沉積在塑料基體上。由于濺射原子能量比蒸發(fā)原子能量高1～2個數(shù)量級，高能量的濺射原子沉積在基體時轉(zhuǎn)換的能量多，甚至可發(fā)生部分注入現(xiàn)象，同時濺射成膜過程中，基體始終在等離子區(qū)中被清洗，因此濺射鍍膜與塑料表面的附著力要比蒸發(fā)鍍膜好，膜層致密、均勻，如配合適當(dāng)?shù)墓ぜD(zhuǎn)動，可在復(fù)雜表面上獲得較均勻的鍍層離子鍍膜是蒸發(fā)工藝與濺射技術(shù)的結(jié)合，它是在鍍膜的同時采用荷能離子轟擊工件表面和膜層，使得鍍膜層和基體結(jié)合力好，不易脫落。由于金屬原子的能量低于蒸鍍時的能量，即使是耐熱性較差的塑料，在其表面也可生成穩(wěn)定性良好的金屬薄膜
塑料作為鍍膜基體材料的特殊性
性塑料的種類很多，并非所有的都可以進(jìn)行真空鍍膜，有的與金屬層的結(jié)合力很差，沒有實用價值，有的與金屬鍍層的某些物理性質(zhì)如膨脹系數(shù)相差過大，在高溫差環(huán)境中難以保證其使用性能，所以真空鍍膜時，與金屬、玻璃等無機(jī)物相比，作為基體材料的塑料具有一定的特殊性。
基體耐熱性較差
使沉積溫度受到制約塑料屬于高分子有機(jī)物，耐熱性較差，特別是光學(xué)塑料，一般要在35～45℃的溫度下進(jìn)行鍍膜。而真空鍍膜時，不論采用什么方法，基體都受到熱的影響，如蒸發(fā)源的輻射熱，高能量的濺射原子撞擊基體的動能以及鍍膜材料原子的凝聚能等，都會引起基體的溫度升高。控制基體溫度在允許的范圍內(nèi)，使真空鍍膜時的沉積溫度受到制約。
與金屬鍍層間的附著性差
塑料與金屬鍍層間的附著性差首先是由于塑料的表面能一般都比較低，表面極性差;其次塑料易帶靜電，表面容易吸附灰塵，同時塑料零件又軟，化學(xué)穩(wěn)定性差，不易得到真正清潔的表面，而塑料表面的清潔度是影響塑料與金屬鍍層間附著力的重要因素。第三，即使保持了塑料表面的清潔，由于塑料與金屬的膨脹系數(shù)相差一個數(shù)量級，在成膜過程中或成膜后，溫度變化會產(chǎn)生熱應(yīng)力，應(yīng)力過大將會使鍍層開裂甚至脫落。此外，由于沉積過程中金屬膜結(jié)構(gòu)受到工藝等因素的影響致使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力很大時，膜料沉積到塑料表面后，內(nèi)應(yīng)力會轉(zhuǎn)移到金屬鍍層上來，從而降低鍍層的穩(wěn)定性，甚至使鍍層開裂、起皺。為解決金屬鍍層與塑料基體的結(jié)合問題，保證鍍層與塑料表面具有良好結(jié)合力，真空鍍膜時，采用在塑料表面涂上與鍍膜金屬有親和力的底涂層，或者對塑料表面進(jìn)行電暈放電活化處理。
真空環(huán)境下易放氣
塑料材料中含有空氣、殘留溶劑、水分、增塑劑等，在真空條件下上述一種或多種成分放出，都會使真空度下降，延長抽真空時間，影響整個鍍膜效果，嚴(yán)重的甚至使真空鍍膜操作難于進(jìn)行。而且不同種類、不同生產(chǎn)廠家制造的塑料材料，含氣量是不一致的，即使同一種塑料，其放氣特性在每次蒸鍍時也可能有差別，這將給塑料真空鍍膜造成極大困難。為了在塑料表面獲得理想的鍍膜層，常用的方法是選擇適當(dāng)?shù)耐苛蠈⑺芰媳砻娣忾]，減少真空狀態(tài)下的放氣量，或者采用雙室真空裝置，提高抽氣效率。目前，離子轟擊以及真空加熱烘烤這2種除氣方法的應(yīng)用也已經(jīng)相當(dāng)普遍。
塑料鍍膜的應(yīng)用
裝飾功能的應(yīng)用
裝飾薄膜的典型應(yīng)用是金銀絲，利用聚酯薄膜鍍鋁后加工而成的金銀絲已成為紡織品不可缺少的裝飾材料，在日常生活用品、手工藝品、舞臺藝術(shù)用品等各方面的應(yīng)用很受歡迎。另外，裝飾性塑料鍍膜還應(yīng)用于儀器、機(jī)械、汽車、玩具、燈具及家用電器等領(lǐng)域，有很高的經(jīng)濟(jì)價值及實用性。
阻隔功能的應(yīng)用
為了提高商品的流通周期與貨架壽命，商品包裝的作用日益重要，尤其對于食品、藥品、化妝品、洗滌品等保質(zhì)要求較高的商品，采用高阻隔性能包裝材料包裝往往是有效的手段。常用的高阻隔包裝膜通常采用真空蒸鍍或真空濺射的方法在塑料薄膜上鍍一層鋁。
近來人們不僅要求商品包裝膜具有耐熱性和高阻隔性，而且要求有良好的透明度和優(yōu)良的可微波性。制取高阻隔性透明薄膜方法之一就是在塑料薄膜上真空鍍SiOx，鍍氧化硅膜的無機(jī)層致密，具有高阻隔性，同時耐高溫、透明、微波透過性能良好，又有類似玻璃容器的保鮮保香作用?？梢杂糜谡翦兊脑铣齋iOx外，還有Al2O3，MgO，TiO2，Gd2O3，Y2O3等。
電磁功能的應(yīng)用
現(xiàn)在，電子儀器向著“輕、薄、短、小”和多功能、高性能及低成本方向發(fā)展。塑料機(jī)箱、塑料部件或面板應(yīng)用于電子儀器上，外界電磁波很容易穿透外殼或面板，對儀器的正常工作產(chǎn)生有害的干擾;而儀器所產(chǎn)生的電磁波，也非常容易輻射到周圍空間，影響其他電子儀器的正常工作。為了使這種電子儀器能滿足電磁兼容性要求，人們在塑料表面真空鍍上金屬膜。經(jīng)過表面金屬化處理之后，完全絕緣的塑料表面具有金屬那樣反射、吸收、傳導(dǎo)和衰減電磁波的特性，能夠起到屏蔽電磁波干擾的作用。塑料真空鍍膜層的電磁功能還用于生產(chǎn)電容器，電磁屏蔽包裝膜，具有高導(dǎo)電性能的透明導(dǎo)電膜，磁性薄膜，鍍銅的柔性印刷電路板，硒整流器等。如在電力工業(yè)中，由塑料真空鍍金屬薄膜卷繞成的薄膜式電容器是一種重要的元器件，經(jīng)過真空鍍膜處理的聚酯、雙軸向拉伸聚丙烯等塑料薄膜可作為電容器的電極使用。透明導(dǎo)電塑料薄膜具有透明導(dǎo)電性，用于生產(chǎn)太陽能電池及電致變色器件的透明電極。磁性薄膜在磁記錄和磁光存儲技術(shù)方面已有著很廣的應(yīng)用。
光、熱功能的應(yīng)用
金屬化鏡面塑料比基體塑料不但具有精度感、重量感，表現(xiàn)出富麗堂皇的裝飾性，而且在機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、吸水率等方面都更優(yōu)越。利用塑料真空鍍膜層的光、熱功能可以生產(chǎn)民用鏡、車燈、手電筒的反光罩、道路標(biāo)志、眼鏡、透鏡、天體望遠(yuǎn)鏡、干涉濾光器、太陽光的調(diào)節(jié)膜等。如在塑料鏡片表面鍍上一層銀和鉻，可以反射強(qiáng)光和有害光線。若在聚酯基片上鍍一薄層鋁制成太陽光調(diào)節(jié)膜，則可以分濾日光以及節(jié)約夏季房間制冷費(fèi)用。在農(nóng)業(yè)方面也可利用塑料真空鍍膜層的光、熱功能生產(chǎn)半透明的遮陽節(jié)能膜，作為果園、養(yǎng)殖場的保溫、防寒膜，其應(yīng)用已相當(dāng)普遍。目前，真空鍍膜法除了鍍制光學(xué)膜、電學(xué)膜、磁性膜，以及各式各樣新穎、艷麗的裝飾膜外，正在向獲得更多的附加功能的方向發(fā)展
顏色形成
在高真空并且高溫的爐內(nèi)，加入不同的氣體，結(jié)合散發(fā)的離子就能形成不同的顏色，然后發(fā)生變化的離子沉積在產(chǎn)品的表層，形成致密膜層。如加入N2，鍍出來的顏色是金色；加入C?H?，顏色就是黑色；加入O2，顏色就會是七彩和藍(lán)色；如加入N2和C?H? ，顏色就會是玫瑰金色等等，所以顏色是各種氣體與離子相互交叉產(chǎn)生的效果。
PVD鍍膜目前能夠做出的膜層的顏色有深金黃色，淺金黃色，咖啡色，古銅色，灰色，黑色，灰黑色，七彩色等。通過控制鍍膜過程中的相關(guān)參數(shù)，可以控制鍍出的顏色；鍍膜結(jié)束后可以用相關(guān)的儀器對顏色進(jìn)行測量，使顏色得以量化，以確定鍍出的顏色是否滿足要求。
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