木塑復合材料化學鍍銅及其性能

陳暉，孫宇，李健*，郭艷玲

（東北林業大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

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【工藝開發】

木塑復合材料化學鍍銅及其性能

陳暉，孫宇，李健*，郭艷玲

（東北林業大學機電工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

對采用選擇性激光燒結法制備的木塑復合材料依次進行滲蠟、打磨、堿性高錳酸鉀溶液粗化和銀氨溶液活化后再化學鍍銅?；瘜W鍍銅配方和工藝條件為：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（質量分數）甲醛15 mL/L，酒石酸鉀鈉15 g/L，乙二胺四乙酸二鈉20 g/L，亞鐵氰化鉀0.01 g/L，NaOH適量，pH 11.5 ～ 12.0，裝載量3 dm2/L，溫度50 °C，時間20 min。所得銅鍍層均勻、致密，有金屬質感，厚度為2.49 μm，結合力為1級，表面電阻為0.597 Ω。

木塑復合材料；銀氨溶液活化；化學鍍銅；表面電阻；結合力

First-author's address: College of Mechanical and Electrical Engineering， Northeast Forestry University， Harbin 150040，China

木材表面化學鍍的研究始于20世紀80年代［1］，王立娟［2-3］、黃金田［4-5］等研究了木材單板和刨花板化學鍍鎳工藝參數對鍍層性能和電磁屏蔽性能的影響。以塑料為基材的化學鍍由于其鍍層結合力較強、工藝簡單等優點也被廣泛應用［6-7］。而有關木塑復合材料化學鍍的研究鮮有報道。本文先采用激光燒結法制備木塑復合材料，再在滲蠟處理的基礎上，利用銀氨活化法對所得木塑復合材料進行化學鍍銅，使木塑材料具有金屬質感，增強了材料的導電性。本文將選擇性激光燒結技術與化學鍍技術相結合，該法可用以加工任意復雜程度的模具，并大大簡化了傳統電鑄法制備金屬模具的工藝流程，拓寬了木塑復合材料的應用領域。

1　木塑復合材料化學鍍銅工藝

1. 1 木塑復合材料的制備

以160目木粉、240目PES（聚酯）熱熔膠粉末、偶聯劑、降黏劑等物質為主原料，采用選擇性激光燒結技術制得直徑100 mm、厚度3 mm的圓形木塑復合材料薄片。

1. 2 化學鍍銅預處理

采用選擇性激光燒結法制備的木塑復合材料內部呈多孔狀態，本身強度不高，表面光潔度較低。另外，木塑復合材料為非金屬，不具有催化活性，因此必須對其表面進行適當的預處理方可進行化學鍍銅，主要流程為：滲蠟→打磨→水洗→粗化→水洗→活化→水洗→干燥。

1. 2. 1 滲蠟

滲蠟的目的是對基體內部的孔隙進行填充，以提高基體的表面光潔度和機械強度。具體為：將基材緩慢浸入黏度為2 ～ 3 Pa·s的70 °C石蠟中直到基材完全浸沒，待基材表面沒有氣泡冒出后取出，置于空氣中冷卻至室溫，使用240目砂紙將滲蠟處理的基材表面進行打磨，以提高表面光潔度并除去表面雜質。

1. 2. 2 粗化

高錳酸鉀5 g/L，NaOH 20 g/L，溫度50 °C，時間10 min。

1. 2. 3 活化

在潔凈的燒杯中加入3.00 g/L硝酸銀溶液300 mL，緩慢加入氨水并振蕩至溶液澄清，即得活化用銀氨溶液。在室溫（約24 °C）下對基材活化10 min。銀氨溶液要隨配隨用，應避免受強光照射而分解。

1. 3 化學鍍銅

采用分析純試劑和蒸餾水配制化學鍍銅液，具體配方和工藝條件為：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（質量分數）甲醛15 mL/L，酒石酸鉀鈉15 g/L，乙二胺四乙酸二鈉20 g/L，亞鐵氰化鉀0.01 g/L，NaOH適量，pH 11.5 ～ 12.0，裝載量3 dm2/L，溫度50 °C，時間20 min。

化學鍍銅完畢，充分水洗鍍片10 min，置于恒溫烘箱中50 °C干燥1 h。

2　木塑復合材料化學鍍銅層的性能

2. 1 化學鍍銅層的外觀和厚度

圖1所示為木塑復合材料滲蠟處理前和化學鍍銅后的照片。從圖1可以看出，通過化學鍍銅可在木塑材料表面沉積得到一層均勻、致密的銅鍍層，賦予其光潔和金屬質感的外觀。采用稱重法測得鍍層厚度約為2.49 μm。

圖1 木塑復合材料化學鍍銅前、后的照片Figure 1 Photos of wood-plastic composite before and after electroless copper plating

2. 2 化學鍍銅層的結合力

參照GB/T 4893.4-2013《家具表面漆膜理化性能試驗 第4部分 附著力交叉切割測定法》，采用交叉切割法表征化學鍍銅層的結合力。先用硬質鋼劃刀分別在試樣表面3個不同的區域刻劃相距2 mm的平行切割線6條，并與切割線呈90°方向同樣切割6條平行線形成網格圖形，每次刻劃給予足夠壓力，一次即穿過鍍層并切割到基材，使用軟毛刷沿網格對角線前后輕掃幾次，通過3倍手把式放大鏡觀察切割區域鍍層脫落情況，結果見圖2。從圖2可知，切割交叉處有少許鍍層脫落，受影響面積在5%以內，根據GB/T 4893.4-2013可知，鍍層的結合力為1級，可以滿足應用領域的結合力要求。

2. 3 化學鍍銅層的導電性

采用四探針法對鍍銅件3個不同位置分別測10次，取平均值，得到銅鍍層的表面電阻為0.597 Ω，導電性良好。

圖2 交叉切割測試樣照片Figure 2 Photos of cross-cut test samples

3　結語

先對木塑復合材料進行銀氨溶液活化，再化學鍍銅20 min，所得銅鍍層均勻、致密，有金屬質感，厚度達到2.49 μm，表面電阻為0.597 Ω，結合力為1級?？梢姴捎没瘜W鍍可增加木塑制件裝飾性，賦予木塑材料導電性能，從而擴展了木塑復合材料的應用領域。

［1］ GEIMER R L， CLEMONS C M， WOOD J E Jr. Density range of compression molded polypropylene wood composites ［J］. Wood and Fiber Science， 1993， 25 （2）: 163-169.

［2］ 王立娟， 李堅， 劉一星. 楊木單板表面化學鍍鍍前活化工藝［J］. 林業科技， 2004， 29 （3）: 46-48.

［3］ 王立娟， 李堅， 劉一星. 楊木單板表面化學鍍鎳的工藝條件對鍍層性能的影響［J］. 東北林業大學學報， 2004， 32 （3）: 37-39.

［4］ 黃金田. 鍍液組成對木材化學鍍鎳金屬沉積速率的影響［J］. 內蒙古農業大學學報（自然科學版）， 2005， 26 （1）: 57-62.

［5］ 黃金田， 趙廣杰. 化學鍍鎳單板的導電性和電磁屏蔽效能［J］. 林產工業， 2006， 33 （1）: 14-17.

［6］ YEN P C. Improved ABS plastic activating treatment for electroless copper plating ［J］. Polymer， 1995， 36 （17）: 3399-3400.

［7］ 秦建芳， 姚陳忠， 曹新錄. ABS塑料化學鍍銅的研究［J］. 化學研究與應用， 2012， 24 （12）: 1810-1813.

［ 編輯：周新莉 ］

Electroless copper plating on wood-plastic composite and properties of coating

CHEN Hui， SUN Yu， LI Jian*，GUO Yan-ling

Electroless copper plating was conducted on wood-plastic composite prepared by selective laser sintering after pretreatments of wax infiltration， polishing， roughening in alkaline potassium permanganate bath and activation with silver ammonia solution successively. The bath composition and process conditions for electroless copper plating are as follows: CuSO4·5H2O 15 g/L， 37wt% methanol 15 mL/L， potassium sodium tartrate 15 g/L， disodium ethylenediaminetetraacetate 20 g/L， potassium ferrocyanide 0.01 g/L， NaOH as required， temperature 50 °C， pH 11.5-12.0， loading capacity 3 dm2/L， and time 20 min. The copper coating obtained is uniform， compact and metallic with a thickness of 2.49 μm， a 1-grade adhesion strength， and a surface resistance of 0.597 ?.

wood-plastic composite； silver ammonia activation； electroless copper plating； surface resistance； adhesion

TQ153.14； TB332

A

1004 - 227X （2016） 16 - 0850 - 03

2016-05-13

2016-08-08

中央高?；究蒲袠I務費專項資金（2572015BB05）；國家自然科學基金項目（51075067）；高等學校博士學科點專項科研基金資助課題（博導類）（20130062110006）；中國博士后基金項目（2015M571382）。

陳暉（1974-），女，副教授，黑龍江哈爾濱人，主要從事先進制造技術等方面的研究。

李健，講師，（E-mail） lijian499@163.com。