Технология вакуумной металлизации

Понятие и основные этапы вакуумной металлизации как процесса формирования покрытий путем испарения металлов в вакууме и конденсации их на поверхности полимеров. Главные условия эффективного применения данной методики. Свойства полимерных материалов.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 12.03.2016
Размер файла 178,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Самой обширной областью применения металлизированных пленок является упаковка. Технико-экономические показатели пленочных упаковочных материалов существенно выше, чем классических многослойных материалов ПВДХ - целлофан, алюминиевая фольга-полиэтилен, прежде всего, за счет уменьшения толщины алюминиевого слоя. Кроме того, гибкая пленочная упаковка выдерживает многократные перегибы и смятие без нарушения целостности алюминиевого слоя. Упаковка на основе алюминиевой фольги при смятии приводит к появлению в фольге трещин и возрастанию проницаемости газами в 100 - 200 раз. Характерно, что в зарубежной литературе зависимость проницаемости алюминированной пленки рассматривается не от толщины покрытия, а от оптической плотности. На рис. 1 представлен пример этой зависимости. В соответствии с таким подходом различают слабо металлизированные (оптическая плотность менее 2,5) и сильно металлизированные (оптическая плотность более 2,5) полимерные пленки. Слабо металлизированные пленки используют для упаковки пищи со сроком хранения не более 30 суток, сильно металлизированные - для упаковки гидроскопических сухих продуктов, смесей и других продуктов, которые требуют хранения их 12 месяцев и более.

Зависимость проницаемости по кислороду алюминированной ПЭТ-пленки от оптической плотности покрытия

Газопроницаемость во многом определяется состоянием поверхности пленки. Загрязнение или наличие красителя существенно повышает газопроницаемость. Так, полиграфическая печать (40% поверхности покрыто краской) приводит к увеличению газопроницаемости после металлизации в 7,5 раза. Поэтому при создании красочной упаковки на многослойном материале часто рисунок наносят на прозрачную ПП - пленку с внутренней стороны, которую затем соединяют с металлизированной ПЭТ-пленкой. Создание красочного упаковочного материала без повышения газопроницаемости возможно при нанесении рисунка непосредственно на металлический слой с помощью установок для флексографической печати. Широкое распространение микроволновой техники в быту потребовало создания упаковки, прозрачной для СВЧ-излучения, что стимулировало поиски принципиально новых покрытий и, соответственно, новых средств их получения. Такие покрытия уже появились в США и Японии, но доля их в общем объеме производства упаковки пока не велика из-за достаточно высокой себестоимости.

Вакуумная металлизация формованных жестких изделий из полистирола распространена при декоративной отделке упаковки для кондитерских изделий, соков, желе и т.д.

Следующая по объему область применения металлизированных пленок - изготовление конденсаторов. Для этой цели используют металлизированные с одной или двух сторон ПП-, ПК- и ПЭТ - пленки. Покрытием служат алюминий и цинк. Несмотря на ряд преимуществ цинка (низкая температура испарения, простота конструкции испарительных устройств и т.д.), для изготовления конденсаторов пред - почтительней использовать алюминий вследствие его высокой проводимости и коррозионной стойкости.

Еще одна область достаточно широкого применения металлизированных пленок - создание различных тепловых экранов. В работе Першина и Михальченко исследован контактный и радиационный теплопереносы в слоисто-вакуумных изоляциях на основе металлизированной пленки. Показано, что пленка с двухсторонним алюминиевым покрытием, выпускаемая на установках с раздельной металлизацией каждой стороны, имеет среднюю степень черноты на 15 - 20% выше, чем при односторонней металлизации. Это объясняется нарушением покрытия вследствие механических повреждений металлического слоя при металлизации второй стороны. Поэтому при создании тепловых экранов необходимо использовать специализированные установки для двухсторонней металлизации. |

Для уменьшения контактного теплопереноса пленку подвергали рифлению и смятию. При смятии степень черноты увеличивалась на 10 - 20%, а при рифлении - возрастала в 1,5 - 2,0 раза. На рис. 2 представлена температурная зависимость интегральной степени черноты различных видов слоисто-вакуумной теплоизоляции. Изменение температуры от 100 до 350 К приводит к возрастанию степени черноты в среднем в 1,5 раза. Лучшие результаты дают медное и серебряное покрытия. Следует отметить, что абсолютные величины степени черноты в настоящее время на новом оборудовании получают на 10-20% ниже.

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.

6. Охрана труда и техника безопасности

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.

Указание мер безопасности:

- 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.

Основные выводы по проекту

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.

Литература

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.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.