木塑复合材料化学镀铜及其性能

陈晖，孙宇，李健*，郭艳玲

（东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）



【工艺开发】

木塑复合材料化学镀铜及其性能

陈晖，孙宇，李健*，郭艳玲

（东北林业大学机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

对采用选择性激光烧结法制备的木塑复合材料依次进行渗蜡、打磨、碱性高锰酸钾溶液粗化和银氨溶液活化后再化学镀铜。化学镀铜配方和工艺条件为：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（质量分数）甲醛15 mL/L，酒石酸钾钠15 g/L，乙二胺四乙酸二钠20 g/L，亚铁氰化钾0.01 g/L，NaOH适量，pH 11.5 ～ 12.0，装载量3 dm2/L，温度50 °C，时间20 min。所得铜镀层均匀、致密，有金属质感，厚度为2.49 μm，结合力为1级，表面电阻为0.597 Ω。

木塑复合材料；银氨溶液活化；化学镀铜；表面电阻；结合力

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

木材表面化学镀的研究始于20世纪80年代［1］，王立娟［2-3］、黄金田［4-5］等研究了木材单板和刨花板化学镀镍工艺参数对镀层性能和电磁屏蔽性能的影响。以塑料为基材的化学镀由于其镀层结合力较强、工艺简单等优点也被广泛应用［6-7］。而有关木塑复合材料化学镀的研究鲜有报道。本文先采用激光烧结法制备木塑复合材料，再在渗蜡处理的基础上，利用银氨活化法对所得木塑复合材料进行化学镀铜，使木塑材料具有金属质感，增强了材料的导电性。本文将选择性激光烧结技术与化学镀技术相结合，该法可用以加工任意复杂程度的模具，并大大简化了传统电铸法制备金属模具的工艺流程，拓宽了木塑复合材料的应用领域。

1　木塑复合材料化学镀铜工艺

1. 1 木塑复合材料的制备

以160目木粉、240目PES（聚酯）热熔胶粉末、偶联剂、降黏剂等物质为主原料，采用选择性激光烧结技术制得直径100 mm、厚度3 mm的圆形木塑复合材料薄片。

1. 2 化学镀铜预处理

采用选择性激光烧结法制备的木塑复合材料内部呈多孔状态，本身强度不高，表面光洁度较低。另外，木塑复合材料为非金属，不具有催化活性，因此必须对其表面进行适当的预处理方可进行化学镀铜，主要流程为：渗蜡→打磨→水洗→粗化→水洗→活化→水洗→干燥。

1. 2. 1 渗蜡

渗蜡的目的是对基体内部的孔隙进行填充，以提高基体的表面光洁度和机械强度。具体为：将基材缓慢浸入黏度为2 ～ 3 Pa·s的70 °C石蜡中直到基材完全浸没，待基材表面没有气泡冒出后取出，置于空气中冷却至室温，使用240目砂纸将渗蜡处理的基材表面进行打磨，以提高表面光洁度并除去表面杂质。

1. 2. 2 粗化

高锰酸钾5 g/L，NaOH 20 g/L，温度50 °C，时间10 min。

1. 2. 3 活化

在洁净的烧杯中加入3.00 g/L硝酸银溶液300 mL，缓慢加入氨水并振荡至溶液澄清，即得活化用银氨溶液。在室温（约24 °C）下对基材活化10 min。银氨溶液要随配随用，应避免受强光照射而分解。

1. 3 化学镀铜

采用分析纯试剂和蒸馏水配制化学镀铜液，具体配方和工艺条件为：CuSO4·5H2O 15 g/L，37%（质量分数）甲醛15 mL/L，酒石酸钾钠15 g/L，乙二胺四乙酸二钠20 g/L，亚铁氰化钾0.01 g/L，NaOH适量，pH 11.5 ～ 12.0，装载量3 dm2/L，温度50 °C，时间20 min。

化学镀铜完毕，充分水洗镀片10 min，置于恒温烘箱中50 °C干燥1 h。

2　木塑复合材料化学镀铜层的性能

2. 1 化学镀铜层的外观和厚度

图1所示为木塑复合材料渗蜡处理前和化学镀铜后的照片。从图1可以看出，通过化学镀铜可在木塑材料表面沉积得到一层均匀、致密的铜镀层，赋予其光洁和金属质感的外观。采用称重法测得镀层厚度约为2.49 μm。

图1 木塑复合材料化学镀铜前、后的照片Figure 1 Photos of wood-plastic composite before and after electroless copper plating

2. 2 化学镀铜层的结合力

参照GB/T 4893.4-2013《家具表面漆膜理化性能试验 第4部分 附着力交叉切割测定法》，采用交叉切割法表征化学镀铜层的结合力。先用硬质钢划刀分别在试样表面3个不同的区域刻划相距2 mm的平行切割线6条，并与切割线呈90°方向同样切割6条平行线形成网格图形，每次刻划给予足够压力，一次即穿过镀层并切割到基材，使用软毛刷沿网格对角线前后轻扫几次，通过3倍手把式放大镜观察切割区域镀层脱落情况，结果见图2。从图2可知，切割交叉处有少许镀层脱落，受影响面积在5%以内，根据GB/T 4893.4-2013可知，镀层的结合力为1级，可以满足应用领域的结合力要求。

2. 3 化学镀铜层的导电性

采用四探针法对镀铜件3个不同位置分别测10次，取平均值，得到铜镀层的表面电阻为0.597 Ω，导电性良好。

图2 交叉切割测试样照片Figure 2 Photos of cross-cut test samples

3　结语

先对木塑复合材料进行银氨溶液活化，再化学镀铜20 min，所得铜镀层均匀、致密，有金属质感，厚度达到2.49 μm，表面电阻为0.597 Ω，结合力为1级。可见采用化学镀可增加木塑制件装饰性，赋予木塑材料导电性能，从而扩展了木塑复合材料的应用领域。

［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， 李坚， 刘一星. 杨木单板表面化学镀镀前活化工艺［J］. 林业科技， 2004， 29 （3）: 46-48.

［3］ 王立娟， 李坚， 刘一星. 杨木单板表面化学镀镍的工艺条件对镀层性能的影响［J］. 东北林业大学学报， 2004， 32 （3）: 37-39.

［4］ 黄金田. 镀液组成对木材化学镀镍金属沉积速率的影响［J］. 内蒙古农业大学学报（自然科学版）， 2005， 26 （1）: 57-62.

［5］ 黄金田， 赵广杰. 化学镀镍单板的导电性和电磁屏蔽效能［J］. 林产工业， 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， 姚陈忠， 曹新录. ABS塑料化学镀铜的研究［J］. 化学研究与应用， 2012， 24 （12）: 1810-1813.

［ 编辑：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 Ω.

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

中央高校基本科研业务费专项资金（2572015BB05）；国家自然科学基金项目（51075067）；高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（博导类）（20130062110006）；中国博士后基金项目（2015M571382）。

陈晖（1974-），女，副教授，黑龙江哈尔滨人，主要从事先进制造技术等方面的研究。

李健，讲师，（E-mail） lijian499@163.com。