Технология вакуумной металлизации

Температурная зависимость интегрального коэффициента черноты экранов слоисто-вакуумной изоляции: 1 - пленка ПЭТ, алюминированная с двух сторон, рифленая, толщиной 5 мкм; 2 - пленка ПЭТ, алюминированная с двух сторон, мятая, толщиной 5 мкм; 3Ї пленка ПЭТ, алюминированная с двух сторон, гладкая, толщиной 5 мкм; 4Ї алюминиевая фольга толщиной 10 мкм; 5 - пленка ПЭТ, медненая с одной стороны, гладкая (толщина покрытия - 0,04 мкм); 6 - пленка ПЭТ, покрытая с одной стороны серебром, гладкая (толщина покрытия - 0,035 мкм)

Длительное время ПЭТ-пленки с полупрозрачным алюминиевым покрытием использовали в качестве солнцезащитных штор и тепловых экранов. Носителем тепловой энергии, проникающей через светопроемы, являются в основном (48%) видимые лучи. Металлизированная дублированная пленка (ПЭТ + алюминиевое покрытие + ПЭТ) отражает 80% падающей радиации и пропускает 13%, что позволяет в значительной мере сократить расходы на кондиционирование воздуха в помещениях. С другой стороны, в зимнее время суток тепловые потоки через те же светопроемы выходят наружу, понижая температуру в помещениях. Алюминиевое покрытие отражает этот тепловой поток обратно, но одновременно снижает освещенность в помещении. Поэтому более перспективным является применение для помещений в северных широтах прозрачных теп-лоотражающих покрытий на основе оксидов или нитридов металлов, а также трехслойных покрытий (металл-оксид-металл), обладающих заданными спектральными характеристиками. До сих пор такие покрытия наносились только на архитектурное стекло. В настоящее время реализация солнце- и теплозащитных покрытий на полимерной пленке стала реальностью.

Теплозащитные свойства алюминиевой пленки используют для создания костюмов космонавтов, пожарников, рабочих горячих цехов. В этом случае металл наносят на полимерную пленку с плохой адгезией, а затем переносят на ткань, из которой изготавливают костюмы. Металлизированная пленка нашла применение и для термоизоляции парников, палаток, в качестве прокладки в одежде.

Применение вакуумной металлизации для создания дорожных знаков позволило не только отказаться от алюминиевой фольги, но и значительно улучшить оптические характеристики готового изделия. Для изготовления дорожных знаков со световозвращающим покрытием используют ПЭТ-пленку с предварительно нанесенным окрашенным или бесцветным лаком. В еще не затвердевший слои лака укладывают монослой шариков из свинцового стекла. После отверждения полученную композицию подвергают металлизации и вакууме. Слой алюминия покрывает полусферическую поверхность шариков, создавая отражающий слой. Ранее в качестве отражающего слоя использовали алюминиевую фольгу.

Сочетание полиграфической печати с последующей металлизацией и нанесением клеевого слоя способствовало широкому внедрению красочных самоприклеивающихся этикеток. Такие этикетки не боятся атмосферных воздействий и механического истирания, так как полиграфические краски и металл наносят с тыльной стороны прозрачной полимерной пленки.

Из металлизированных дублированных полимерных материалов, нарезанных на ленты и нити, изготавливают различные елочные украшения, декоративные элементы и ткани с металлизированной нитью (люрекс, метанит).

Для декорирования, маркировки и нанесения рисунка на изделия из пластмасс, бумаги, картона, кожи применяют метод горячего тиснения. Материалом для нанесения изображения этим методом является специальная переводная фольга. Она представляет собой ПЭТ-пленку, на которую последовательно с одной стороны нанесены воско-смоляной, лаковый, алюминиевый и клеящий (грунтовочный) слои, причем алюминиевый слой нанесен испарением в вакууме. Тиснение производят со стороны ПЭТ-пленки. Под действием нагрева и давления первый слой плавится и испаряется, в результате чего все остальные слои отделяются от пленки и приклеиваются к поверхности изделия, на которое наносится оттиск. Фольгу для тиснения изготавливали под цвет серебра (бесцветный лак), золота или других цветов (окрашенные лаки). Сейчас ведутся работы по нанесению цветных покрытий вакуумными методами, исключая окрашенный лак и повышая стойкость рисунка.

Совершенствование техники испарения и распыления, разработка новых технологических процессов существенно расширили диапазон применения вакуумных покрытий на полимерных материалах. Начались работы по получению пленок с металлическим покрытием, обладающим экранирующими свойствами при производстве электронных устройств. Считается, что наиболее эффективное экранирование осуществляется с помощью биметаллических покрытий, сочетающих покрытие из хорошо проводящего металла с металлом, обладающим сильно выраженными магнитными свойствами. В этом плане можно считать перспективным применение металлизированных полимерных пленок для экранирования плоских кабелей, радио- и телефонной аппаратуры. Представляют интерес защитные смотровые экраны и маски для персонала, обслуживающего СВЧ - аппаратуру.

Для регистрации мягкого рентгеновского излучения рекомендуют использовать металлизированную полимерную пленку в качестве входных окон счетчиков излучения. Такие окна исключают фоновое УФ-излучение, снижают газопроницаемость основы и защищают от разрушающего действия УФ- и видимых солнечных лучей в космосе.

Наиболее широкое распространение вакуумные покрытия получили для декоративной отделки изделий из полимерных материалов. При этом существенное значение имеет возможность использования пластмасс вторичной переработки, поскольку дефекты окраски изделии после литья не влияют на качество металлического покрытия. Декоративный эффект на поверхности будет обусловлен материалом, фактурой поверхности, наличием грунтовочного лакового покрытия, видом покрываемого материала, а также способом его нанесения; Разнообразное сочетание поверхностной отделки изделия и способов нанесения покрытия позволяет получить блестящие изделия с высоким коэффициентом отражения: матовые, под серебро, никель, бронзу, латунь, золото, черненное золото, перламутр и т.д. Наибольший интерес представляет сочетание гладких и структурированных поверхностей, дающих интересный декоративный эффект после нанесения вакуумных покрытий.

Если раньше различные цветовые эффекты получали только в результате применения окрашенных лаковых защитных покрытий, то освоение методов электродугового и магнетронного реактивного распыления позволяет создавать цветовые декоративные эффекты путем нанесения химических соединений. Японские фирмы для тех же целей широко применяют ионно-термический метод, представляющий комбинацию термического испарения в вакууме с процессом ионизации паров путем подачи инертного газа совместно с химически активным в пространство между испарителем и подложкой и созданием в этой области плазмы. Образующиеся при этом карбиды и нитриды различных металлов позволяют получить покрытия с широким цветовым спектром: В2С - красный, СгС - красно-желтый, Y2C, LaO2 - желтый, ТiN - желтая бронза, ZrN - светло-желтый с зеленым оттенком, Мg3N - желто-зеленый, НrN - желто-коричневый, NBC - светло-коричневый, ТаС - золотисто-коричневый, WNЇ коричневый, UС, ZrС, WС, ВеN2, ТаN, Сr2N - различные оттенки серого, МnN - черный. Однако осаждение таких покрытий осуществлялось на подложки, нагретые до 200°С и выше. Современные достижения в области вакуумной техники позволяет надеяться, что в ближайшем будущем появиться возможность получения подобных покрытий и на полимерных материалах. Ограничения на некоторые из этих покрытий могут быть наложены экономическими соображениями и дефицитностью отдельных металлов.

Получение декоративных эффектов на полимерных пленочных материалах связано с высоким классом чистоты поверхности таких пленок, как ПЭТ, ПП, ПК, ПХВ, целлофан, возможностью наносить вакуумное покрытие на предварительно покрытую лаком поверхность пленки, а также сочетанием красочной полиграфической печати на прозрачной пленке с последующей металлизацией.

В области нанесения вакуумных покрытий на жесткие полимерные материалы помимо достаточно подробно описанных защитно-декоративных покрытий можно отметить антистатические покрытия на элементы транспортировки и упаковки электронных приборов, взрыво- и пожароопасных материалов, отражающие покрытия на пластмассовые корпуса рефлекторов и т.д.

Производительность труда рабочих в значительной степени зависит от условий труда: микроклимата, освещенности, загазованности помещения, шума и т.д.

Микроклимат производственных помещений зависит от температуры и относительной влажности (замеряется соответственно термометром или термографом и гигрографом). Нормативы температуры, влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне установлены ГОСТом.

Загрязненность воздуха в зависимости от условий производства может быть вызвана наличием токсичных (ядовитых) газов, паров, пыли и др. К токсичным веществам относятся: хлор, пары бензина и бензола, углекислый газ и др. Их содержание в воздухе определяют с помощью универсального газоанализатора (УГ).

Нетоксичными веществами являются абразивная пыль, угольная, алюминиевая и другие вещества, содержание которых определяют, пропуская через фильтр определенный объём исследуемого воздуха. При анализе воздуха отбирают не менее двух проб на уровне дыхания человека.

При чрезмерных шумах на предприятии устанавливают звукоизоляцию, кожухи, кабины, отражающие экраны, глушители и другие устройства. Вибрация снижается при использовании амортизаторов, смазочных материалов и реактивных гасителей пульсации.

При создании предприятий и организации работ на них необходимо учитывать факторы, снижающие и предупреждающие травматизм. При разработке технологических процессов и расстановке оборудования не должны допускаться встречные потоки и возвратные движения людей и грузов. Возле рабочих мест необходимо предусматривать площади для деталей и материалов. Полы должны иметь ровную нескользкую поверхность, без выбоин и порогов.

Для предупреждения поражения электрическим током все оборудование должно быть заземлено. Электроустановки, электрооборудование и проводку разрешается ремонтировать только после отключения их от сети.

К управлению вакуумной камерой допускают лиц, имеющих опыт работы на данном оборудовании.

- при работе установки необходимо соблюдать общеобязательные правила техники безопасности;

- участок вакуумной металлизации должен соответствовать требованиям «Санитарных норм и правил»;

- к работе на установке допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, обученные работе на установке, изучившие настоящие техническое описание и инструкцию по эксплуатации, прошедшие общий (вводный) инструктаж по технике безопасности, а также инструктаж на рабочем месте;

- указанные лица должны быть обеспечены спецодеждой;

- помещение должно быть обеспечено огнетушителями;

- помещение должно иметь систему приточной вентиляции;

- вблизи работающей установке не должны находиться посторонние лица;

- при обнаружении неисправности работу на установке прекратить и произвести наладку оборудования силами квалифицированных специалистов;

- к обслуживанию установки допускаются лица, прошедшие специальное обучение и имеющие квалификационную группу по электробезопасности не ниже третьей.

Покрытия на полимерных материалах качественно изменяют их свойства. Даже небольшая толщина металлического слоя придает полимерам электропроводность и металлический блеск, защищает от воздействия УФ- и ИК- излучений, атмосферного старения. Вакуумная металлизация полимерных пленок позволяет создать совершено уникальный материал, сочетающий легкость и гибкость основы и свойства, присущие металлу.

В данном курсовом проекте рассмотрен процесс вакуумной металлизации, свойства полимерных материалов после нанесения металлических покрытий. Был выбран оптимальный режим вакуумной металлизации алюминия на лавсановую пленку, а также разработан технологический процесс вакуумной металлизации полимерных пленок.

В процессе выполнения курсового проекта мы убедились в том, что полимерные материалы с металлическим покрытием обладают уникальными свойствами, что обусловливает их широкое применение в различных отраслях промышленности.

1. Ю.В. Липин, А.В. Рогачев, С.С. Сидорский, В.В. Харитонов. Технология вакуумной металлизации полимерных материалов. ЇГомель: Гомельский отдел. Белорус. инж. технологич. академии, 1994. Ї206 с.

2. А.В. Белый, Г.Д. Карпенко, Н.К. Мышкин. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев. ЇМ.: Машиностроение, 1991. Ї 208 с.