freies Verfahren zur galvanischen Metallisierung von Kunststoffteilen

Allgemeine Informationen

Projektnummer	61805206
Projekttitel laut Förderbescheid	freies Verfahren zur galvanischen Metallisierung von Kunststoffteilen
Akronym	NoChrom2
Projektlaufzeit	01.04.2021 - 30.06.2024
Forschungsschwerpunkt	Werkstoffe - Struktur - Oberflächen
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt
Themengebiet	Chemie
Grundeinheit	Zittauer Institut für Verfahrensentwicklung, Kreislaufwirtschaft, Oberflächentechnik, Naturstofffors
Projektwebseite	https://zirkon.hszg.de/forschung/projekte

Inhaltliche Projektbeschreibung

Das Vorhaben soll die Entwicklung eines Verfahrens zur galvanischen Metallisierung von Kunststoffformteilen, das vollständig ohne Cr(VI)-Verbindungen auskommt, validieren. Die dazu notwendige Oberflächenmodifizierung der Formteile erfolgt durch reaktive Prozesse bereits beim Urformen in der Spritzgießmaschine. Ein funktionelles Polymer (Modifikator) wird auf einen Bereich der Werkzeugoberfläche appliziert, der später im Formteil metallisiert werden soll, z.B. durch Spray-Coating einer wässrigen Lösung. Das Wasser verdampft wegen der erhöhten Temperatur des Werkzeugs schnell. Der Modifikator enthält sowohl reaktive Gruppen zur Kopplung als auch funktionelle Gruppen zur Oberflächenmodifizierung.  Mit einer Verlängerung der Zykluszeiten wird nicht gerechnet. Beim Einspritzen der Schmelze wird der Modifikator unter Ausnutzung der hohen Schmelzetemperatur fest an die Oberfläche gekoppelt. Die Dicke der Modifikatorschicht liegt typischerweise bei einigen zehn Nanometern.

Die Modifikatoren müssen sehr hohe Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit erfüllen und an die Reaktionsmöglichkeiten des Thermoplasts angepasst sein. Im Vorhaben werden Wege für einige typische Thermoplaste demonstriert: Transparentes Polycarbonat (PC) weist bessere mechanische und thermische Eigenschaften als ABS auf. PC-ABS-Blends mit einem hohen Anteil PC sind wegen ihrer besseren Eigenschaften bevorzugt, bisher aber oft nur unzuverlässig galvanisierbar. Polyetheretherketon (PEEK) ist ein Hochleistungsthermoplast. Durch seine außergewöhnlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften wird es u.a. in der Luftfahrtindustrie eingesetzt.

Der Modifikator muß für jeden Thermoplast entsprechend seiner Reaktionsmöglichkeiten entwickelt werden. Für PC, PC-ABS und PEEK eignen sich Aminogruppen als Haftgruppen sehr gut. Die chemischen Reaktionen der Kopplungen sind in Abb. 3 A und B dargestellt. Die restlichen funktionellen Gruppen des Modifikators stehen für die Modifizierung der Oberfläche, z.B. für die Abscheidung einer Metallschicht, zur Verfügung. Es können Komplexe aus Metallen mit den funktionellen Gruppen des Modifikators, in Analogie zu bekannten stabilen Tetramminkomplexen gebildet werden. Dies führt zu einer starken Adhäsion des Metallfilms und damit einer haftfesten Oberfläche, die für Elektronikanwendungen teilweise ausreicht.

Der Lösungsweg sieht als zusätzlichen Haftmechanismus eine mechanische Verankerung vor,

ähnlich wie im Ergebnis der Cr(VI)-Beize.  Hierzu werden mit Modifikator beschichtete Partikel als Opfermaterialien eingesetzt. Als Partikel eignen sich beispielsweise Kreide (CaCO₃), Metalloxide oder Salze. Diese Core-Shell-Partikel werden, wie in Abb. 2 dargestellt, als Suspension auf die Werkzeugoberfläche appliziert. Methoden hierfür sind aus der Drucktechnik von pigmentierten Tinten bekannt. Beim Spritzgießen werden die Partikel nur teilweise umschlossen [na17]. Besonders geeignete Partikel aus gefällter Kreide gibt es in unterschiedlichen Geometrien und in Größen unter 1 µm, also im Bereich wie er auch bei der Beize mit Cr(VI) entsteht. Ein sauer eingestelltes erstes Spülbad des Galvanikprozesses führt zur Auflösung der Kreide, ohne dass zusätzliche Prozessschritte nötig werden. Zurück bleibt eine Kavität, deren innere Oberfläche kovalent gebundene Modifikatormoleküle enthält, s. Abb. 4. Damit dürften auch für Gebrauchsgegenstände hohe Adhäsionen erreichbar sein. Damit ist für alle untersuchten Kunststoffe die chemische Ausrüstung der Oberflächen für die Abscheidung der Metallschichten gleich.

 

 

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Herr Prof. Jens Weber (Projektleitung)
  • Herr Eric Kluge
  • Herr Jens Krusche
  • Herr Dr. Florian Praße

• Fördermittelgeber

  • 03VP08902 - BMBF/VDI,Ptj
  
  
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• Finanzierung

  • 439.117,60 €