论文部分内容阅读
聚合物表面金属化在表面保护、微电路和装饰等领域受到了广泛关注。化学镀制备表面金属化聚合物材料具有工艺简单、受基材表面形貌影响小、易于大面积制备等优点。制备流程主要包括改性聚合物表面、活化和化学施镀;改性聚合物是提高聚合物表面和催化剂粒子间的附着力,目前采用的激光、火焰等改性技术能耗较高、工艺复杂,且易恶化聚合物基材表面特性,从而制约了这些技术在挠性线路板和金属微器件等领域的广泛应用。因此,对聚合物基材表面无损伤、低成本区域选择性改性是亟待解决的问题。本文开展无损伤改性-化学镀技术在聚合物柔性基材表面区域金属化研究。主要研究结果如下:(1)采用化学镀镍工艺制备了表面金属化植物纤维无纺布;研究表明,植物纤维无纺布表面含有大量氨基,能同Pd2+发生螯合,形成催化中心,从而有利于金属沉积;化学镀后镍的沉积量为无纺布质量的33%,电磁屏蔽效能在0.11.6 GHz频率范围介于3035 dB之间;无纺布表面对Pd2+吸附过程符合二阶动力学方程,其中饱和吸附量qe为7.99×10-4 mg/g,二阶动力学常数k2为2.02×10-7 g/(h·mg),钯离子在无纺布表面上的吸附符合Freundlich模型,属于多层分子吸附过程;(2)采用褐藻酸钠改性牛皮纸表面结合化学镀铜工艺制备了表面金属化牛皮纸;研究表明,牛皮纸表面形成的褐藻酸钠改性膜在浸入二价金属离子溶液(Sn2+和Pd2+)后,与二价金属离子相互作用,形成凝胶,从而使二价金属离子固定在牛皮纸表面;经过化学镀铜后,牛皮纸表面形成了一层致密、均匀、连续的铜镀层;表面镀铜牛皮纸在0.518GHz频率范围内的电磁屏蔽效能均高于30 dB;(3)采用印刷工艺在聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基材表面全区域印制普通底涂,干燥成膜后浸泡在KH550溶液中,化学施镀后制备了表面金属化PET基材;研究表明,普通底涂结合KH550改性在PET基材表面形成大量的氨基,有利于PET基材表面吸附催化剂离子进而促进化学施镀;化学镀活化能为0.18 eV;随化学镀时间由1 min增加到30 min,镍镀层晶粒由沿(200)晶面取向转变成沿(111)晶面取向,镀层电阻率由12.4Ω·cm降低到0.2Ω·cm,镀层厚度由0.61μm增加到2.58μm;随化学镀液pH值由7增加到11,镀层表面平均镍颗粒尺寸由0.23μm增加到0.92μm,镀层沉积速率由0.073μm/min增加到0.132μm/min,电阻率由6235Ω?cm降低到0.63Ω?cm;随化学镀液温度由20℃增加到100℃,镀层表面平均镍颗粒尺寸由0.24μm增加到1.05μm,镀层电阻率由1110.3Ω?cm降低到0.13Ω?cm;(4)镀层中镍颗粒长大主要包括横向生长和纵向生长,其中横向生长是化学镀反应在镍颗粒表面横向沉积镍原子,颗粒之间伴随着挤压进而合并,镍颗粒长大,镍颗粒横向生长导致镀层致密性提高;纵向生长是化学镀反应在镍颗粒表面纵向沉积镍原子导致颗粒纵向长大,并在镍颗粒表面形成新的镍颗粒,镍颗粒的纵向生长主要引起镀层厚度增加。同时因颗粒间的挤压、大颗粒和大量的颗粒间界,镀层中形成应力,当应力增加到一定程度时,镀层表面形成大量的裂纹;当镀层厚度高于2.6μm时,PET表面的镀镍层因应力导致镀层脱落;提高后处理温度和延长活化时间有利于降低镀层中应力;(5)采用丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等单体通过乳液聚合技术制备的化学镀用底涂乳液成膜后表面含有氨基和羧基,只有底涂改性的聚合物基材表面能吸附Pd2+,从而实现基材表面区域和空洞表面化学镀镍,导电性满足电路要求,再结合光刻工艺可以制备高选择性、高附着力和高精度的镍图案;化学镀镍层刻蚀图案宽度为250μm,图案之间间距为150μm,在120℃的烘箱中进行后处理后,镀层应力降低,96%以上的点阵可通过附着力测试;平网选择性印制底涂改性碳酸钙填充聚乙烯基材表面的化学镀铜层具有良好的挠性和选择性,提高基材表面的粗糙度有利于提高镀层的附着力。