本發(fā)明涉及塑料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前，在塑料基材表面上，通過實(shí)施金屬化的工藝不僅可以增加美觀，而且補(bǔ)償塑料的缺點(diǎn)，賦予金屬的性質(zhì)，統(tǒng)一結(jié)合了塑料及金屬的特性。

進(jìn)一步的，在塑料基材表面進(jìn)行金屬化的工藝主要有兩種方式：傳統(tǒng)水電鍍工藝和物理氣相沉積工藝，但是，分別采用這兩種工藝用于實(shí)現(xiàn)塑料基材金屬化均存在缺陷。

其中，傳統(tǒng)水電鍍化學(xué)鎳層具有附著力強(qiáng)、結(jié)合力高、導(dǎo)電性好的性能特點(diǎn)，能夠?yàn)樗苣z表面處理提供一種穩(wěn)定成熟的前處理工藝。然而，傳統(tǒng)水電鍍化學(xué)鎳工藝需要經(jīng)過親水、粗化、中和、鈀水、解膠、化學(xué)鎳電鍍工序，其生產(chǎn)耗水量較大，添加的化學(xué)藥劑種類多，不利于水資源環(huán)境的利用與保護(hù)；而且，尤其是由于該結(jié)構(gòu)中的電鍍六價(jià)鉻層工序的存在，六價(jià)鉻毒性大，容易致癌，污水處理費(fèi)用高的弊端，而且產(chǎn)品不能符合歐盟WEEE和ROHS指令要求，造成出口難，不能真正實(shí)現(xiàn)電鍍的清潔生產(chǎn)。

其中，物理氣相沉積工藝由于缺乏對塑膠基材的處理工序，其所形成的膜層在附著力與結(jié)合力方面不足以滿足要求，這種不足雖然可以通過添加噴漆涂層來彌補(bǔ)，但造成成本高額難以推廣應(yīng)用。若采用噴漆涂層與物理氣相沉積膜層相結(jié)合的替代方案，但這種方案的成本高昂，批量生產(chǎn)受到相應(yīng)限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠毒性較小且各層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力較強(qiáng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其制備方法。

一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，包括：

塑料基層，

物理氣相沉積層，包括第一沉積分層及第二沉積分層，所述第一沉積分層貼合于所述塑料基層上，所述第二沉積分層貼合于所述第一沉積分層遠(yuǎn)離所述塑料基層的側(cè)面上；

第一電鍍層，貼合于所述第二沉積分層遠(yuǎn)離所述第一沉積分層的側(cè)面上；

第二電鍍層，貼合于所述第一電鍍層遠(yuǎn)離所述第二沉積分層的側(cè)面上；及

第三電鍍層，貼合于所述第二電鍍層遠(yuǎn)離所述第一電鍍層的側(cè)面上。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一沉積分層為鈦金屬沉積層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二沉積分層為銅金屬沉積層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一電鍍層為銅金屬電鍍層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二電鍍層包括依次層疊的多層第二電鍍分層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二電鍍分層為光鎳電鍍層、半光鎳電鍍層或珍珠鎳電鍍層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第三電鍍層為三價(jià)鉻電鍍層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述塑膠基材的材質(zhì)為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料、聚碳酸酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金、尼龍、聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍、玻璃纖維增強(qiáng)的聚對苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯和礦粉增強(qiáng)的尼龍中的任意一種。

一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

通過注塑操作，得到塑料基層；

對所述塑料基層進(jìn)行預(yù)處理；

在所述塑料基層上進(jìn)行物理氣相沉積操作，依次形成第一沉積分層及第二沉積分層；

在所述第二沉積分層上進(jìn)行電鍍銅操作，得到第一電鍍層；

在所述第一電鍍層上進(jìn)行電鍍鎳操作，得到第二電鍍層；

在所述第二電鍍層上進(jìn)行電鍍鉻操作，得到第三電鍍層。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)處理操作具體包括如下步驟：

將所述塑料基層進(jìn)行碳?xì)湔婵粘筒僮鳎?/p>

將所述塑料基層進(jìn)行烘烤操作；

將所述塑料基層進(jìn)行等離子清洗操作。

上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通過依次疊加設(shè)置塑料基層、物理氣相沉積層、第一電鍍層、第二電鍍層及第三電鍍層，能夠使得各層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力更強(qiáng)，附著力更好，且制備上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)，毒性較小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

請參閱圖1，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)10包括：塑料基層100、物理氣相沉積層200、第一電鍍層300、第二電鍍層400及第三電鍍層500，塑料基層100、物理氣相沉積層200、第一電鍍層300、第二電鍍層400及第三電鍍層500依次疊加設(shè)置。

請參閱圖1，塑料基層100作為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)10的基底層，起到支撐整體結(jié)構(gòu)的作用。例如，所述塑膠基材的材質(zhì)為烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物合金(PC/ABS)、尼龍(PA6/PA66)、聚苯醚(PPO)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)的尼龍、玻璃纖維增強(qiáng)的聚對苯二甲酸丁二醇酯、玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯和礦粉增強(qiáng)的尼龍中的任意一種；又如，所述塑膠基材的材質(zhì)為烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，不僅具有優(yōu)良的綜合性能，易于加工成型，而且其表面易于侵蝕而獲得較高的鍍層結(jié)合力，當(dāng)采用物理氣相沉積工藝在塑料基層100上形成物理氣相沉積層200上，塑料基層100與物理氣相沉積層200的結(jié)合力較好，無需額外在兩者之間噴射噴漆涂層作為中間層。

請參閱圖1，物理氣相沉積層200包括第一沉積分層210及第二沉積分層220，第一沉積分層210貼合于塑料基層100上，第二沉積分層220貼合于第一沉積分層210遠(yuǎn)離塑料基層100的側(cè)面上，例如，第一沉積分層210及第二沉積分層220采用物理氣相沉積工藝(PVD)在塑料基層100依次形成。可以理解，第一沉積分層具有兩側(cè)面，其一貼合于塑料基層上，另一為遠(yuǎn)離塑料基層的側(cè)面，貼合于第二沉積分層，其余實(shí)施例以此類推。

為了提高所述第一沉積分層與所述塑料基層的結(jié)合力，以及所述第一沉積分層與所述第二沉積分層之間的結(jié)合力，例如，所述第一沉積分層為鈦金屬沉積層，所述鈦金屬沉積層采用物理氣相沉積工藝在所述塑料基層上形成；又如，所述第二沉積分層為銅金屬沉積層，銅金屬沉積層采用物理氣相沉積工藝在所述鈦金屬沉積層上形成；又如，所述第一沉積分層為鉻金屬沉積層，所述鉻金屬沉積層采用物理氣相沉積工藝在所述塑料基層上形成；又如，所述第一沉積分層作為整體金屬結(jié)構(gòu)層的打底層，所述第二沉積分層作為導(dǎo)電層，用于起到導(dǎo)電的作用，如此，能夠提高所述第一沉積分層與所述塑料基層的結(jié)合力，以及所述第一沉積分層與所述第二沉積分層之間的結(jié)合力。

請參閱圖1，第一電鍍層300貼合于第二沉積分層220遠(yuǎn)離第一沉積分層210的側(cè)面上，例如，第一電鍍層300采用電鍍工藝在第二沉積分層220上形成，這樣，第一電鍍層300與第二沉積分層220的結(jié)合力較好。

例如，所述第一電鍍層為銅金屬電鍍層，所述銅金屬電鍍層通過電鍍工藝在所述銅金屬沉積層上形成。

為了進(jìn)一步提高所述第一鍍層與所述物理氣相沉積層的結(jié)合力，例如，所述第一電鍍層為鎳金屬電鍍層與銅金屬電鍍層復(fù)合層，所述鎳金屬電鍍層通過電鍍工藝在第二沉積分層上形成，如，所述鎳金屬電鍍層在所述銅金屬沉積層上形成，在所述鎳金屬電鍍層上繼續(xù)電鍍形成銅金屬電鍍層，所述鎳金屬電鍍層與所述銅金屬電鍍層結(jié)合形成復(fù)合層，如此，通過引入鎳金屬電鍍層能夠進(jìn)一步提高所述第一鍍層與所述物理氣相沉積層的結(jié)合力。又如，所述鎳金屬電鍍層為瓦特鎳層，通過瓦特鎳層能夠提升結(jié)合力。

例如，為進(jìn)一步提高所述沉積層與第一電鍍層的結(jié)合力，所述第一電鍍層為鎳金屬電鍍層與銅金屬電鍍層復(fù)合層，所述鎳金屬電鍍層通過電鍍工藝在所述銅金屬沉積層上形成，所述銅金屬電鍍層通過電鍍工藝在所述鎳金屬電鍍層上形成，兩者的厚度比為1:(25～40)，即鎳金屬電鍍層與銅金屬電鍍層的厚度比為1:25～1:40。

請參閱圖1，第二電鍍層400貼合于第一電鍍層300遠(yuǎn)離第二沉積分層220的側(cè)面上，例如，第二電鍍層400采用電鍍工藝在第一電鍍層300上形成，這樣，第二電鍍層400與第一電鍍層300的結(jié)合力較好。

為了提高所述第二電鍍層的厚度以及硬度，用于提高所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體厚度以及整體硬度，例如，所述第二電鍍層包括依次層疊的多層第二電鍍分層；又如，所述第二電鍍分層為光鎳電鍍層、半光鎳電鍍層或珍珠鎳電鍍層，這樣，能夠提高所述第二電鍍層的厚度以及硬度、結(jié)合力及防腐蝕性能，從而提高所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體厚度以及整體硬度、結(jié)合力及防腐蝕性能。

又如，第二電鍍分層順序?yàn)榘牍怄噷?、光鎳或珍珠鎳層、封口鎳層或裂紋鎳，三者的厚度比為30：(9～16)：(9～16)，如此，能夠提高所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體厚度以及整體硬度、結(jié)合力及防腐蝕性能。

為了進(jìn)一步提高所述第二電鍍層的厚度以及硬度，用于進(jìn)一步提高所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體厚度以及整體硬度，例如，所述第二電鍍層包括六層所述第二電鍍分層，由所述第二沉積分層起始，依次為光鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層、半光鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層及半光鎳電鍍層，六者的厚度比為(1～2.5)：(1.6～3.5)：(0.1～0.15)：(2.1～2.3)：(1.8～3.1)：(1.6～1.8)；又如，所述第二電鍍層包括六層所述第二電鍍分層，由所述第二沉積分層起始，依次為光鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層、半光鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層、珍珠鎳電鍍層及半光鎳電鍍層，六者的厚度比為1.8：3.1：0.12：2.2：2.5：1.7，采用上述厚度比的各第二電鍍分層，一方面可以提高所述第二電鍍層的厚度以及硬度，用于進(jìn)一步提高所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的整體厚度以及整體硬度；另一方面，還能夠優(yōu)化并充分利用各第二電鍍分層的結(jié)構(gòu)和材料特性，能夠極大地增強(qiáng)所述第二電鍍層中各所述第二電鍍分層之間的結(jié)合力。

請參閱圖1，第三電鍍層500貼合于第二電鍍層400遠(yuǎn)離第一電鍍層300的側(cè)面上，例如，第三電鍍層500采用電鍍工藝在第二電鍍層400上形成，這樣，第三電鍍層500與第二電鍍層400的結(jié)合力較好。

為了降低制造所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)的毒性，且增強(qiáng)所述第三電鍍層與所述第二電鍍層之間的結(jié)合力，例如，所述第三電鍍層為三價(jià)鉻電鍍層，所述三價(jià)鉻電鍍層采用物理氣相沉積工藝在所述第二電鍍層上形成，如此，能夠降低制造所述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)的毒性，且增強(qiáng)所述第三電鍍層與所述第二電鍍層之間的結(jié)合力。

上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)10通過依次疊加設(shè)置塑料基層100、物理氣相沉積層200、第一電鍍層300、第二電鍍層400及第三電鍍層500，能夠使得各層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力更強(qiáng)，附著力更好，且制備上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)10時(shí)，毒性較小。

為了更好地理解上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，又一個(gè)例子是，一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法，用于制備上述任一實(shí)施例所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

請參閱圖2，一實(shí)施方式的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

S110：通過注塑操作，得到塑料基層。

S120：對所述塑料基層進(jìn)行預(yù)處理。

為了更好地對所述塑料基層進(jìn)行預(yù)處理，取得較好的清洗效果，例如，所述預(yù)處理操作具體包括如下步驟：將所述塑料基層進(jìn)行碳?xì)湔婵粘筒僮?；將所述塑料基層進(jìn)行烘烤操作；將所述塑料基層進(jìn)行等離子清洗操作，如此，通過上述預(yù)處理過程，能夠更好地去除所述塑料基層表面的雜質(zhì)，便于進(jìn)行后續(xù)的物理氣相沉積操作。

S130：在所述塑料基層上進(jìn)行物理氣相沉積操作，依次形成第一沉積分層及第二沉積分層。

S140：在所述第二沉積分層上進(jìn)行電鍍銅操作，得到第一電鍍層。

例如，所述第一電鍍層通過進(jìn)行電鍍銅或電鍍鎳后，再次進(jìn)行電鍍銅操作得到。

S150：在所述第一電鍍層上進(jìn)行電鍍鎳操作，得到第二電鍍層。

S160：在所述第二電鍍層上進(jìn)行電鍍鉻操作，得到第三電鍍層。

為了進(jìn)一步對上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法進(jìn)行說明，又一個(gè)例子是，一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法，用于制備上述任一實(shí)施例所述的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

例如，一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

S10：注塑操作：提供對應(yīng)的塑料材質(zhì)，將所述塑料材質(zhì)放入至高性能注塑設(shè)備，并且調(diào)試好合適的注塑參數(shù)，進(jìn)行注塑操作，得到塑料基層，并將所述塑料基層靜置一段時(shí)間，備用。

S20：預(yù)處理操作：將所述塑料基層放置于烘烤箱中進(jìn)行烘烤，烘烤箱內(nèi)的溫度為75℃～79℃、80℃或者81℃～85℃，烘烤操作持續(xù)時(shí)間為55分鐘～59分鐘、60分鐘或者61分鐘～65分鐘，用于除去所述塑料基層表面或內(nèi)部的水份，用于在進(jìn)行后續(xù)物理氣相沉積操作時(shí)，避免水份揮發(fā)出來污染真空環(huán)境；接著，將所述塑料基層放置于鍍爐中進(jìn)行中頻離化清洗，用于去除所述塑料基層表面的灰塵等雜質(zhì)，用于提升與后續(xù)形成的第一沉積分層的附著力及結(jié)合力，此時(shí)，完成物理氣相沉積工序預(yù)處理操作；當(dāng)然，在進(jìn)行烘烤操作后，還可以采用如下操作進(jìn)行雜質(zhì)去除操作：將所述塑料基層進(jìn)行碳?xì)湔婵粘筒僮?；將所述塑料基層進(jìn)行烘烤操作；將所述塑料基層進(jìn)行等離子清洗操作。

S30：物理氣相沉積操作：采用物理氣相沉積工藝在所述塑料基層的表面沉積鈦(Ti)或鉻(Cr)作為第一沉積分層，即第一沉積分層作為打底層，用于提高整體的結(jié)合力，接著，在所述第一沉積分層的表面采用物理氣相沉積工藝沉積銅(Cu)作為第二沉積分層，接著，進(jìn)行真空包裝保存，用于避免空氣氧化。

例如，所述第一沉積分層采用鈦(Ti)進(jìn)行沉積，所述第二沉積分層采用銅(Cu)進(jìn)行沉積，進(jìn)行所述第一沉積分層及所述第二沉積分層的物理氣相沉積(PVD)操作的工藝參數(shù)見表1。

表1

通過采用上述工藝參數(shù)進(jìn)行所述物理氣相沉積工藝，能夠得到性能更加優(yōu)異的所述第一沉積分層及所述第二沉積分層，如，各層之間的結(jié)合力和附著力較好。

需要指出的是，在研究中發(fā)現(xiàn)，作為物理氣相沉積工藝的各參數(shù)之間具有關(guān)聯(lián)性，即各參數(shù)之間的變化對物理沉積分層的性能具有至關(guān)重要的影響，例如，上述各參數(shù)為PVD工藝較佳參數(shù)，能夠沉積得到性能較好的所述第一沉積分層及所述第二沉積分層。

例如，上述參數(shù)的選取方法具體包括如下步驟：

A、選取多個(gè)預(yù)設(shè)PVD參數(shù)范圍；

B、對多個(gè)所述預(yù)設(shè)PVD參數(shù)范圍進(jìn)行正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，所述正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)信息見表2，其中，表2列出了六個(gè)因素，三個(gè)水平的正交試驗(yàn)，共18組試驗(yàn)。

表2

C、根據(jù)正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果，其中，所述正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4及表5，并且利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件，尋找出滿足PVD工藝的預(yù)期PVD參數(shù)范圍，如，尋找出滿足PVD取代水鍍后處理工藝的預(yù)期PVD參數(shù)范圍，得到表1中的各預(yù)期PVD參數(shù)范圍。

表3

表4

表5

通過采用上述參數(shù)的選取方法，并結(jié)合SPSS數(shù)據(jù)分析軟件，得到預(yù)期的物理氣相沉積(PVD)操作的工藝參數(shù)，詳見表1，當(dāng)將表1中的各參數(shù)應(yīng)用于物理氣相沉積工藝時(shí)，能夠沉積得到性能較好的所述第一沉積分層及所述第二沉積分層。

d、電鍍操作；

其中，對沉積有所述第一沉積分層及所述第二沉積分層的所述塑料基層進(jìn)行活化處理，接著，進(jìn)行鍍銅操作，或者進(jìn)行鍍銅或鍍鎳后，再進(jìn)行鍍銅操作，形成第一電鍍層，之后，連續(xù)進(jìn)行多次鍍鎳操作，如，所述鍍鎳操作包括光鎳電鍍操作、半光鎳電鍍操作或珍珠鎳電鍍操作，形成第二電鍍層，最后，進(jìn)行三價(jià)鉻電鍍操作，形成第三電鍍層。

上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法的毒性較小，且采用上述復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制備方法制備得到的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，各層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合力和附著力好。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各塊技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。