一种高分子材料镀膜工艺的制作方法

1.本发明涉及表面处理技术领域，尤其是一种高分子材料镀膜工艺。


背景技术：

2.高分子材料作为与钢铁和玻璃陶瓷并列的重要基础材料，与人们的日常生活密切相关，高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料，目前，国内外产线实施的高分子材料镀膜工艺多为ncvm工艺和其他常规镀光学膜工艺；
3.ncvm工艺：目前市面上常见的镀膜工艺，其做法通常是在高分子材料(如uv油漆、uv油墨、塑胶片材)表面蒸镀一层铟、锡或铟锡合金(膜厚通常在20-2000nm之间)，然后在蒸镀的金属层表面涂覆一层uv油漆或者一层pu 一层uv对金属层进行保护，利用金属层的高反射率得到具有金属外观效果的涂层体系。该工艺方法只能做有限的金属效果，不能得到光学增亮效果或者光学幻彩效果，且该方法必须在蒸镀金属后加高分子层对蒸镀金属进行保护。
4.高分子材料常规镀光学膜工艺：该方法通常是在高分子材料(如uv油漆、uv油墨、塑胶片材)表面蒸镀/溅射镀一层硅、一氧化硅、硅 一氧化硅混合物、硅 一氧化硅 二氧化硅混合物作为附着力打底层(膜厚通常在1-10nm之间)，然后在硅或硅氧打底层上面蒸镀/溅射镀折射率透明材料(通常是氧化硅、氧化铌、氧化锆、氧化钛等)的复合叠加膜层(折射率膜层厚度范围可以从50nm-2000nm之间)作为光学增反或者增透膜层，然后在光学膜层表面涂覆高分子材料对光学膜层进行保护，利用高低折射率材料的光学搭配得到具有光学增亮效果或者光学幻彩的效果。该工艺方法只能用硅或硅氧混合材料打底，会导致镀光学膜层之前待加工件就已经发黄，且透过率也会下降。该方法打底采用硅或硅氧混合材料打底后，对表面的光学膜层支撑不够，导致所得到的光学膜层耐磨性能不好，所以，根据此状况，需设计一种高分子材料镀膜工艺。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高分子材料镀膜工艺。
6.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
7.一种高分子材料镀膜工艺，包括镀氮氧化硅膜层步骤，在待加工件表面镀氮氧化硅膜层作为后续镀膜层的打底层，所述氮氧化硅膜层中，氧和氮的原子数比例范围为1:20-1:1。
8.优选的，所述氮氧化硅膜层中，所述镀氮氧化硅膜层步骤包括如下子步骤：
9.a1’、向镀膜腔室中通入氩气、氧气和氮气，氧和氮的原子数比例范围为1:20-1:1；
10.a2’、调整真空度为0.1-1.33pa；
11.a3’、打开硅靶电源对待加工件进行镀膜，镀膜的膜层厚度为2nm-200nm，此膜层作
为氮氧化硅膜层与待加工件高分子材料层的界面结合层。
12.优选的，包括镀氮氧化硅膜层步骤后的镀光学膜层步骤，镀光学膜层步骤包括镀低折射率膜层子步骤和镀高折射率膜层子步骤，所述第折射率子步骤包括如下步骤：
13.b1、向镀膜腔室中通入氩气和氮气的混合气体，氩气：氮气为1:8-3:1；
14.b2、打开硅靶电源对待加工件进行镀膜，镀膜的膜层厚度为10nm-200nm氧化硅膜层，此氧化硅膜层膜层作为光学膜层中的低折射率膜层。
15.优选的，所述镀高折射率膜层包括如下步骤：
16.c1、向镀膜腔室中通入氩气和氮气的混合气体，氩气：氮气为1:8-3:1；
17.c2、打开高折射率靶材料硅靶电源对待加工件进行镀膜，镀膜的膜层为厚度10nm-200nm的金属氧化物膜层，此金属氧化物膜层作为光学膜层中的高折射率膜层。
18.优选的，所述镀高折射率膜层包括如下步骤：
19.d1、向镀膜腔室中通入氩气和氮气的混合气体，氩气：氮气为1:8-3:1；
20.d2、调整真空度为0.1-1.33pa；
21.d3、打开硅靶电源对待加工件进行镀膜，镀膜的膜层厚度为2nm-200nm的氮化硅膜层，此氮化硅膜层作为光学膜层中的高折射率膜层。。
22.本发明的优点和积极效果是：
23.1、本发明中，用氮氧化硅膜层做为打底层，氮氧化硅膜层与高分子材料的界面结合力好。
24.2、本发明中，用氮氧化硅作为打底层，氮氧化硅本身膜层致密，对后续膜层的支撑性好。
25.3、本发明中，用氮氧化硅作为打底层，氮氧化硅膜层内应力小，便于增加膜厚；氮氧化硅中既有氮硅键可以和高分子材料的悬键结合，也有氧硅键可以和高分子材料的悬键结合，增加了氮氧化硅膜层与高分子层结合的可能性。
26.4、本发明中，用氮氧化硅膜层作为打底层，不会偏黄，膜层小于20nm则几乎无任何色相，不会改变待加工件的颜色，膜层厚度大于20nm，则打底层本身就可以作为光学膜系设计中的高折射率膜层。
附图说明
27.图1是本发明实施例1的膜层示意图；
28.图2是本发明实施例2/3的膜层示意图；
29.图3是本发明实施例4的膜层示意图；
30.图4是本发明中氮氧化硅膜层与其他膜层的数据对比。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上
或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
34.以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
35.实施例1：
36.待加工件可以是表面涂覆了(包括但不限于喷涂、淋涂、印刷、喷绘、转印)高分子涂料的金属部件(包括但不限于不锈钢、铝合金、镁合金、锌合金、铜合金、钛合金)、表面涂覆了(包括但不限于喷涂、淋涂、印刷、喷绘、转印)高分子涂料的陶瓷(包括但不限于氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、但氧化硅陶瓷)、表面涂覆了(包括但不限于喷涂、淋涂、印刷、喷绘、转印)高分子涂料的塑胶(包括但不限于pc、pet、pmma、pa、pc/abs、pom、pps、pei、pbt等)部件、甚至是塑胶(包括但不限于pc、pet、pmma、pa、pc/abs、pom、pps、pei、pbt等)部件本身。
37.包括清洗干燥步骤、抽真空步骤、轰击步骤、镀氮氧化硅膜层步骤、镀光学膜层步骤和镀保护层步骤；
38.由于待加工件通常会有一些结构盲孔、小的通孔、加强筋沟壑位，在加工的过程中容易有脏污残留，故需要对待加工件进行认真的清洗，清洗干燥方案如下：先用流动水清洗加润湿；再采用除油剂进行超声波加温清洗，除油剂主要成分是表面活性剂，包括但不限于直链烷基苯磺酸钠(las)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(aes)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(aesa)、月桂醇硫酸钠(sds)、月桂酰谷氨酸、壬基酚聚氧乙烯醚(tx-10)、平平加o、硬脂酸甘油单酯、木质素磺酸盐、重烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐(石油磺酸盐)、扩散剂nno、扩散剂mf、烷基聚醚(po-eo共聚物)、脂肪醇聚氧乙烯醚(aeo-3)等，表面活性剂质量比在2％-35％之间，温度控制在40-80℃之间，超声波频率在40khz-170khz之间，清洗时间在1-20min之间；然后在如上相同配方的除油剂中，在40-80℃温度之下，浸泡0.5-5min；接着将待加工件提到热水中漂洗1-3遍，水的温度在40-80℃之间，每一遍漂洗时间0.5-5min；再接着将待加工件转移到di水中进行清洗，di水温度控制再40-80℃，di水电阻率小于18mω
·
cm,清洗时间1-5min，最后将待加工件置于干燥炉中干燥，干燥温度60-100℃，干燥时间15-120min。
39.将待加工件来料进行清洗(如果前制程及运输环境确保干净，可以不清洗)达到pvd前的外观状态，然后转移到pvd镀膜工序进行表面直接pvd镀膜。
40.接着，先准备好遮蔽治具，遮蔽治具尽量采用金属材质(包括但不限于不锈钢、钛合金等)减少镀膜放气，按照设计要求遮蔽住不需要镀膜的地方；将清洗干净的待加工件安装好干净的遮蔽治具，然后对其一起进行清洗(超声波清洗频率在40khz-80khz，电流视超声振子配置情况而定)、烘干(烘烤温度低于150℃，烘烤时间控制在1-3小时)；将清洗、烘干后的装好遮蔽治具的待加工件转移到镀膜挂具上，然后将装好待加工件的挂具装进真空镀膜机的转架上。
41.接着进行抽真空步骤，调整真空度为9.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa；
42.接着进行轰击步骤，对待加工件施加一定的高电压大电流(例如0.5-20kv，2-10a)，充入氩气(例如30-900sccm，真空保持在0.5-5pa)等，对待加工件表面进行粒子轰击处理，轰击时间2min-120min。
43.重新抽真空，调整真空度为9.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa；
44.接着进行轰击步骤，对待加工件施加一定的高电压大电流(例如0.5-20kv，2-10a)，充入氩气(例如30-900sccm，真空保持在0.5-5pa)等，对待加工件表面进行粒子轰击处理，轰击时间2min-120min。
45.重复抽真空步骤和轰击步骤2-20个循环。
46.接着进行如下步骤：
47.1.1、镀氮氧化硅膜层，利用镀膜腔室中残留的氧源(镀膜机炉壁、转架、靶面吸附的水汽、氧气等)和高分子材料中残留的氧源(高分子材料中吸附的水汽、氧气等)作为镀氮氧化硅中氧的来源。通入氩气和氮气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，调整真空度，使得真空度保持在0.1pa，在一些实施例中，调整真空度，使得真空度保持在0.2pa、0.5pa、1.2pa、1.33pa。打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀2nm-200nm左右氮氧化硅膜层作为镀膜层和高分子材料层的界面结合层。
48.1.2、抽真空，将真空度调整到5.0
×
10-3pa，在其他实施例中，也可以使得真空度达到6.0
×
10-7pa，亦或是5.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa之间。
49.1.3、镀光学膜层第一层，采用镀低折射率膜层子步骤，通入氩气和氧气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀20nm-200nm左右氧化硅膜层作为光学膜层设计中的低折射率膜层。
50.1.4、重新抽真空(本底真空达到5.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa；如果以上步骤都是氧化物层，则真空室都是氩气和氧气氛围，不需要重新抽真空；或者是镀膜室采用分区隔气设计，也不需要重新抽真空)。
51.1.5、镀光学膜层第二层，采用镀高折射率膜层子步骤，通入氩气和氮气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，调整真空度，使得真空度保持在0.1pa，在一些实施例中，调整真空度，使得真空度保持在0.2pa、0.5pa、1.2pa、1.33pa。打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀2nm-200nm左右氮化硅膜层作为光学膜层设计中的高折射率膜层，优选2nm、5nm、30nm、100nm、130nm、200nm。
52.1.6、重复以上1.3-1.5步骤循环，直至达到光学膜设计效果。
53.1.7、镀膜完成后，破真空，待炉内真空度达到大气压力时，开门，取出待加工件。
54.以上层膜结构可参考图1。
55.实施例2：
56.在实施例1的基础上增加：
57.1.8、镀保护层步骤(可作为颜色装饰层)：
58.方案一：喷涂/蒸镀af，在待加工件表面喷涂或者蒸镀一层af膜层(包括但不限于端基改性全氟聚醚，膜厚10-50nm)。
59.方案二：喷涂uv保护层，先在镀层表面喷涂一层pu漆作为镀膜的接着层(膜厚5-25um)，然后在pu表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)；或者直接在镀层表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)。
60.方案三：印刷/转印保护层，在镀层表面印刷/转印一层或者多层高分子保护层(包括但不限于pu油墨、uv油墨、uv胶水)。
61.以上层膜结构可参考图2。
62.实施例3：
63.与上述实施例不同的是在重复抽真空步骤和轰击步骤2-20个循环后，进行如下步骤：
64.3.1、镀氮氧化硅膜层，通入氧气作为镀氮氧化硅中氧的来源。通入氩气氧气和氮气混合气体，氩气作为辅助气体存在，氧气：氮气等于1：20到1：1，氧和氮的原子数比例范围为1:20-1:1，在其他实施例中，氧和氮的原子数比例也可以是1：15、1:12、1：8、1:3，调整真空度，使得真空度保持在0.1pa，在一些实施例中，调整真空度，使得真空度保持在0.2pa、0.5pa、1.2pa、1.33pa。打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀2nm-200nm左右氮氧化硅作为镀膜层和高分子材料层的界面结合层。
65.3.2、抽真空，将真空度调整到5.0
×
10-3pa，在其他实施例中，也可以使得真空度达到6.0
×
10-7pa，亦或是5.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa之间。
66.3.3、镀光学膜层第一层，采用镀低折射率膜层子步骤，通入氩气和氧气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀20nm-200nm左右氧化硅膜层作为光学膜层设计中的低折射率膜层。
67.3.4、镀光学膜层第二层，采用高折射率膜层子步骤，通入氩气和氧气混合气体，氩气：氧气等于1：8到3：1，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，打开铌靶靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀20nm-200nm左右氧化铌作为光学膜层设计中的高折射率膜层，优选2nm、5nm、30nm、100nm、130nm、200n。
68.3.5、重复以上3.4-3.5步骤循环，直至达到光学膜设计效果；
69.3.6、镀膜完成后，破真空，待炉内真空度达到大气压力时，开门，取出待加工件。
70.3.7、镀保护层步骤(可作为颜色装饰层)：
71.方案一：喷涂/蒸镀af，在待加工件表面喷涂或者蒸镀一层af膜层(包括但不限于端基改性全氟聚醚，膜厚10-50nm)。
72.方案二：喷涂uv保护层，先在镀层表面喷涂一层pu漆作为镀膜的接着层(膜厚5-25um)，然后在pu表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)；或者直接在镀层表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)。
73.方案三：印刷/转印保护层，在镀层表面印刷/转印一层或者多层高分子保护层(包括但不限于pu油墨、uv油墨、uv胶水)。
74.以上层膜结构可参考图2。
75.实施例4：
76.与上述实施例不同的是在重复抽真空步骤和轰击步骤2-20个循环后，进行如下步骤：
77.4.1、镀氮氧化硅膜层，通入氧气作为镀氮氧化硅中氧的来源。通入氩气氧气和氮气混合气体，氩气作为辅助气体存在，氧气：氮气等于1：20到1：1，氧和氮的原子数比例范围为1:20-1:1，在其他实施例中，氧和氮的原子数比例也可以是1：15、1:12、1：8、1:3，调整真空度，使得真空度保持在0.1pa，在一些实施例中，调整真空度，使得真空度保持在0.2pa、0.5pa、1.2pa、1.33pa。打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀2nm-200nm左右氮氧化硅作为镀膜层和高分子材料层的界面结合层。
78.4.2、抽真空，将真空度调整到5.0
×
10-3pa，在其他实施例中，也可以使得真空度达到6.0
×
10-7pa，亦或是5.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa之间。
79.4.3、镀光学膜层第一层，采用镀低折射率膜层子步骤，通入氩气和氧气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀20nm-200nm左右氧化硅膜层作为光学膜层设计中的低折射率膜层。
80.4.4、重新抽真空(本底真空达到5.0
×
10-3—6.0
×
10-7pa；如果以上步骤都是氧化物层，则真空室都是氩气和氧气氛围，不需要重新抽真空；或者是镀膜室采用分区隔气设计，也不需要重新抽真空)。
81.4.5、镀光学膜层第二层，采用镀高折射率膜层子步骤，通入氩气和氮气混合气体，氩气：氮气之比为1：8，在其他实施例中，氩气与氮气只比也可以为1:5、1:3、1:1、2:1、3:1，调整真空度，使得真空度保持在0.1pa，在一些实施例中，调整真空度，使得真空度保持在0.2pa、0.5pa、1.2pa、1.33pa。打开硅靶电源(靶电源采用中频电源，频率40khz到170khz，靶电压：200—800v，靶电流5-100a)，对待加工件开始进行镀膜；镀2nm-200nm左右氮化硅膜层作为光学膜层设计中的高折射率膜层，优选2nm、5nm、30nm、100nm、130nm、200nm。
82.4.6、重复以上4.3-4.5步骤循环，直至达到光学膜设计效果。
83.4.7、镀铟增亮层：提前在蒸发舟内放入合适的金属铟，打开阻蒸电源，蒸发舟温度升至2000℃以上，在待加工件表面蒸镀一层岛状不连续的金属铟层，膜厚5-200nm。
84.4.8、镀膜完成后，破真空，待炉内真空度达到大气压力时，开门，取出待加工件。
85.4.9、镀保护层步骤(可作为颜色装饰层)：
86.喷涂uv保护层，先在镀层表面喷涂一层pu漆作为镀膜的接着层(膜厚5-25um)，然后在pu表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)；或者直接在镀层表面喷涂uv保护层(膜厚8-30um)。
87.方案二：印刷/转印保护层，在镀层表面印刷/转印一层或者多层高分子保护层(包括但不限于pu油墨、uv油墨、uv胶水)。
88.以上层膜结构可参考图3。
89.需要强调的是，本发明的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。