کاربرد ABS در افزایش خواص مکانیکی

دسته: مقالات منتشر شده در 22 دی 1400
نوشته شده توسط Admin بازدید: 851

خواص ABS برای افزایش خواص مکانیکی

پلیمرها به دلیل وزن سبک، هزینه کمتر، کاهش عملیات ثانویه، انعطاف پذیری در طراحی و سهولت در ساخت کاربرد گسترده ای در صنعت دارند. با این حال، خواص مکانیکی من جمله میکروسختی و مقاومت سایشی پلاستیک کاربرد آنها را محدود می کند. در این مقاله، برای بهبود خواص مکانیکی پلاستیک با پوشش نیکل با روش رسوب الکتریکی تلاش شده است؛ بهبود قابل توجهی در مقاومت سایشی و سختی پس از پوشش دهی وجود دارد. در اینجا به بررسی تجربی، تحلیل نتایج و نتیجه گیری پرداخته شده است.

 

قطعات پلاستیکی در مقایسه با فلز از خواصی همچون وزن سبک، مقاومت سایشی و انعطاف پذیری برخوردار هستند. اما در برخی موارد به خواص فلزی نیاز است زیرا برخی قسمت های پلاستیکی را بایستی با فلز پوشاند. خواص پلاستیک ازطریق فرایند متالیزاسیون با رسوب لایۀ فلزی افزایش می یابد؛ پوشش پلاستیکی معمولآ برای اهداف تزئینی یا کاربردی انجام می شود. خواصی همچون افزایش سختی، مقاومت ضربه ای، بازتاب پذیری، مقاومت سایشی و هدایت الکتریکی دامنه کاربرد آنها را افزایش می دهد. بنابراین، پلاتینگ روی پلاستیک توسعه یافته و بطور گسترده در ساخت بردهای مدار چاپی (PCBs)، قطعات خودرو و در کاربردهای محافظ تداخل الکترومغناطیسی (EMI) دخیل است. اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یک پلیمر آمورف و مات با فرمول شیمیایی زیر است:

(C₈H₈)ₓ. (C₄H₆)y. (C₃H₃N)z

 

اکریلونیتریل و استایرن در حضور پلی بوتادین پلیمره شده و در نتیجه، پلیمر ABS تولید می شود که از سه مونومر تشکیل شده و تعادل بین خواص مختلف را فراهم می کند. استایرن مقاومت کوپلیمر را افزایش می دهد؛ مونومر اکریلونیتریل مقاومت حرارتی را ایجاد می کند؛ بوتادین مقاومت ضربه ای را افزایش می دهد. ABS یک پلیمر غیر رسانا است؛ بنابراین، برای استفاده در رسوب الکتریکی بایستی رسانا باشد. ABS را میتوان با قرار دادن جوهر نقره روی سطح آن رسانا کرد. در جدول زیر خواص ABS ارائه شده است.

 

جدول 1:

 Properties of ABS

 

ABS در مقایسه با سایر پلیمرها به دلیل خواص و مزیت هایی همچون هزینه کم، ضریب انبساطی حرارتی پایین، سهولت قالب گیری، چسبندگی خوب فلز به زیرلایه و ظاهر خوب پس از پلاتینگ در صنعت پلاتینگ بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اطلاعات بسیاری کمی از رسوب الکتریکی پلاستیک در دسترس است اما در بسیاری از مقالات به بررسی پلاتینگ پلاستیک به روش الکترولس پرداخته شده است. اکوبال و همکارانش یک مطالعه تطبیقی بر روی مواد ABS با استفاده از سه فرایند مختلف آماده سازی سطح برای رسوب الکترولس مس انجام دادند؛ این سه فرایند عبارتند از: پوشش ABS با خمیر AI، آماده سازی سطح توسط کرومیک اسید و H₂SO₄/H₂O₂ روی ABS. رسوب مس یکنواخت و بهترین رسانایی در نمونه خمیر AI در حمام اسیدی هیدروفلوریک بدست آمد. در تکنیک رسوب مستقیم نیکل بر روی پلیمرها، ریزساختار متالیزاسیون مورد بررسی قرار گرفت. در حین رسوب فلز، دو لایۀ اولیه و ثانویه تشکیل می شود؛ در 60 ثانیه اول، هر دو لایه با سرعت ثابتی منتشر می شوند که به میزان پتانسیل بستگی دارد. مورفولوژی هر دو لایه یکسان است، در حالی که لایه اولیه به دلیل عدم تماس الکتریکی، رسانایی نسبتآ کمی دارد. تانگ و همکارانش فرایند جدیدی را برای فعال سازی سطح پلاستیک ابداع کردند که در آن، یک بیوپلیمر در تثبیت کاتالیزور فلزی ازطریق جذب شیمیایی استفاده می شود. سطح فعال ABS برای رسوب نیکل در محلول پلاتینگ نیکل غوطه ور شد. با این روش، میزان چسبندگی بین لایه و سطح بهبود می یابد. ساختار پیوستۀ لایه با هزینه کم بدست می آید. پلاتینگ الکترولس برای پوشش نیکل بر روی نانولوله های کربنی چند جداره انجام می شود؛ سطح با رسوب شیمیایی بخار آماده می شود. ابتدا، نانوذرات نیکل در سطح فعال شده رسوب می شوند و سپس براساس زمان واکنش لایه، ضخامت آنها افزایش می یابد.مشاهده شده است که در زمان واکنش 15 دقیقه ای، یک لایۀ نازک و ناپیوسته تشکیل می شود و با افزایش زمان واکنش، این لایه با واکنش خود کاتالیزوری رشد کرده و ضخیم می شود. متالیزاسیون مس بر روی مواد ABS که قبلآ دارای رسوب PPy (پلی پیرول) بوده است را میتوان بطور مستقیم با پلاتینگ مس بدست آورد. رسوب پلی پیرول ازطریق یک روش شیمیایی و با استفاده از کلرید آهن (III) بعنوان اکسیدانت حاصل می شود. پوشش های همگن و فشرده (بدون کرک) نیز با ضخامت کنترل شده به دست می آیند. ضخامت پوشش همچنین با افزایش زمان الکترولیز افزایش می یابد. از آنجا که تهویه سطح اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) مشکلات زیست محیطی به دنبال داشت، تیزیرا و سانتینی آن را با استفاده از محلول اسید سولفوریک و اسید نیتریک بجای حمام اسید کرومیک مورد بررسی قرار دادند. آنها در این بررسی به روشی برای تبدیل مواد نارسانا به رسانا با استفاده از خمیرهای لعاب آلومینیوم- کربن سیاه یا آلومینیوم ساده دست یافتند. سطح ABS برای رسوب مس به سطوح  Al-seededتبدیل می شود؛ در مدت زمان رسوب ده دقیقه ای یک لایه مس رسانا بر روی سطح تشکیل شده است. کربن سیاه افزوده شده به خمیر مدت زمان برای رسیدن به حداکثر رسانایی را کاهش داده و قدرت چسبندگی لایۀ رسوب شده را نیز بهبود می بخشد. نیگام و همکارانش به این نتیجه رسیدند که متالیزاسیون پلاستیک با ابزار متداول به دلیل وجود مواد سمّی مانند کروم، پالادیوم و اسید سولفوریک محیط زیست را تهدید می کنند. به همین دلیل و برای جلوگیری از این کار، از روش پاشش حرارتی قوس سیمی برای رسوب مس بر روی اکریلونیتریل بوتادین استایرن استفاده می شود. کاملآ واضح است که نرخ رسوب در این روش بیشتر است؛ این روش ساده و غیر سمّی است و میتوان از آن برای پوشش های ضخیم استفاده کرد. ازطرفی، یک فرایند مناسب برای پلاتینگ الکترولس در ABS که عاری از کاتالیزورهای کروم و پالادیوم است محسوب شده و توسعه نیز یافته است. در این فرایند، پلی اکریلیک اسید در قطعات مختلف پیوند زده می شود؛ با توجه به خواص تبادل یونی پلی اکریلیک اسید (PAA)، استفاده از روش تهویه سطح معمولی حذف شده است. چسبندگی حاصل شده بین سطح ABS و لایه فلزی رضایت بخش بود.

 

پلیمرهای پوشش داده شده با لایه فلزی در مقایسه با پلاستیک های بدون روکش، کاربرد گسترده ای دارند. اکثر فرایندهای متالیزاسیون از روش رسوب الکترولس استفاده می کنند که در آن سطح توسط مواد شیمیایی مانند کروم، پالادیوم و اسید سولفوریک که با محیط زیست ناسازگار هستند، استفاده می کنند. با این حال، روی پلیمر را میتوان با روش های ساده و بدون کاتالیزور کروم و پالادیوم انجام داد. تقاضا برای ABS در صنایع به دلیل وزن سبک، انطاف پذیری و هزینه هم همچنان رو به افزایش است. در کاربردهای گسترده تر ABS، از پوشش نیکل برای افزایش سختی سطح و همچنین افزایش مقاومت سایشی آن استفاده می شود. باتوجه به نتایج حاصل شده میتوان گفت که ریزسختی در بستر پوشش داده شده پس از رسوب نیکل به 316.8 درصد از بستر بدون پوشش می رسد و همچنین کاهش 95.5 درصدی نرخ سایشی ABS نیز پس از پوشش نیکل نسبت به بستر بدون پوشش، مشاهده شده است.