Несколько лет назад компания Coventya запустила долгосрочный научно-исследовательский проект, направленный на удаление продуктов, содержащих Cr (VI), которые используются при металлизации пластмассовых деталей производителями автомобилей.
Мировая металлообрабатывающая промышленность осознает всю опасность работы с Cr (VI), не только по экологическим соображениям, но и для здоровья людей, которые работают непосредственно с этими технологиями. В связи с инициативами REACH, а также стремлением прогрессивных компаний повысить экологическую безопасность своей деятельности, актуальной задачей для поставщиков химической продукции является исключение из оборота этого опасного вещества. Coventya – одна из таких компаний.
Несколько лет назад компания Coventya запустила долгосрочный научно-исследовательский проект, направленный на удаление продуктов, содержащих Cr (VI), которые используются при металлизации пластмассовых деталей производителями автомобилей (см. вводное фото):
- первый проект был направлен на разработку инновационных процессов трехвалентного хромирования, что привело к созданию широкого ассортимента продукции на основе технологий TRISTAR. Эти технологии с необыкновенным успехом использовались в промышленности в течение пяти лет, заменяя Cr (VI) на Cr (III) при декоративной отделке;
- второй проект – это разработка технологии травления без использования хрома, результатом которой стало создание нового ассортимента продукции под названием SILKEN BOND.
Компания Syncotech (ранее WAFA SPAIN), расположенная в Барселоне (Испания), занимается, среди прочего, нанесением покрытий на пластмассовые детали, ориентируясь при этом на обеспечение безопасности на рабочем месте и защиту окружающей среды. За последние пять лет компания Syncotech с прекрасными результатами внедрила ассортимент процессов TRISTAR от компании Coventya, заменив Cr (VI) на Cr (III) на заключительном этапе процесса декоративной отделки.
В 2017 году после успешного применения декоративного трехвалентного хромирования компании Syncotech и Coventya совместно работали над проектом по индустриализации технологии травления без применения хрома (SILKEN BOND).
Сегодня команда Coventya может утверждать, что проект имеет огромный успех и представляет собой первую производственную линию по нанесению покрытий на пластмассовые детали в Европе, которая соответствует требованиям Европейского регламента REACH, а значит, в процессах не используется Cr (VI). В течение всего года совместной работы основное внимание уделялось важным целям для достижения успеха. Технология травления без использования хрома должна была иметь длительный срок службы и обеспечивать стабильную производительность, а также рабочие параметры, такие как время и температура, сопоставимые с традиционным травлением на основе хромовой кислоты.
Кроме того, критически важно было, чтобы технология SILKEN BOND успешно работала как на АБС-пластике, так и на АБС/ПК с преимуществом в виде низкой концентрации химических реагентов SILKEN BOND. И наконец, процесс должен был быть простым в обслуживании и анализе компонентов. В течение года сотрудничества было решено два основных вопроса, характерных для технологии травления без использования хрома.
Во-первых, разработка дополнительной стадии, которая предотвращает металлизацию подвесок; во-вторых, успешное внедрение окислительной ячейки в состав SILKEN BOND ETCH, которая обеспечивает стабильную работу и длительный срок службы процесса травления. После успеха в компании Syncotech статус процесса SILKEN BOND изменился.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
Процесс SILKEN BOND суммарно содержит 22 стадии, включая 9 технологических стадий и 13 стадий промывки (рисунок 2). Традиционный процесс с использованием хромовой кислоты предполагает всего 19 стадий, включая 7 технологических стадий и 12 стадий промывки. Дальнейшие разработки для введения в состав кондиционирующей добавки SILKEN BOND на стадиях нейтрализации SILKEN BOND позволит сократить общее количество стадий и обеспечит легкую интеграцию в существующую технологическую линию по нанесению покрытий.
Рисунок 2. Процесс COVENTYA, внедренный в компании SYNCOTECH, можно без особых трудностей интегрировать в существующую линию по нанесению покрытий
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА
Как было сказано выше, процесс SILKEN BOND требует использования окислительной ячейки в SILKEN BOND ETCH, которая позволяет получить стабильную и длительно работающую систему.
Использование окислительной ячейки обеспечивает множество преимуществ для процесса SILKEN BOND. Технология работает с очень низкой концентрацией перманганата (0,3 г/л), что почти в 10 раз меньше, чем в конкурирующих технологиях (рисунок 3).
Рисунок 3. Схема окислительной ячейки, иллюстрирующая основной принцип работы и реакции, контролируемые для обеспечения стабильной длительной работы данной технологии
В процессе травления бутадиен окисляется за пределами поверхности пластика. Как при использовании обычных травителей, так и SILKEN BOND имеются продукты распада, обусловленные обоими процессами.
- Травление в Cr/H2SO4.
Cr (VI) → Cr (III)
Данная реакция протекает только во время травления пластмассовой поверхности. Использование пористого цилиндра позволяет поддерживать контролируемые концентрации Cr (III).
- Травление Silken bond
Mn (VII) → Mn (VI) → Mn (IV) и другие значения окисления
Эта реакция протекает непрерывно даже в периоды простоя производственной линии. Добавка C стабилизирует систему, а также создает продукт, который контролируется с помощью окислительной ячейки. Окислительная ячейка должна работать постоянно.
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ПОДВЕСОК
На сегодняшний день, самой большой проблемой, с которой столкнулась команда Syncotech и Coventya Spain, было предотвращение металлизации подвесок. В традиционном процессе предварительного нанесения покрытий шестивалентный хром в результате травления загрязняет покрытие подвесок из ПВХ, что предотвращает абсорбцию палладия в покрытие подвески. В технологии травления без использования хрома такое загрязнение невозможно, поэтому требуются другие способы, чтобы избежать металлизации подвесок.
Компания Coventya разработала способ, чтобы сбалансировать систему и, тем самым, избежать проблем. Недавно разработанная добавка на одной из стадий процесса защищает покрытие подвесок и предотвращает их металлизацию (рисунки 4 и 5).
Рисунок 4. Подвеска без новой добавки.
Рисунок 5. Подвеска с добавкой SILKEN BOND PROTECT.
АДГЕЗИЯ
Все производители автомобильных деталей традиционно используют данные испытаний на тепловой удар и/или испытаний на отслаивание в своих спецификациях для определения характеристик эффективности процесса нанесения покрытий. Стандартные системы травления с шестивалентным хромом обычно хорошо выдерживают эти испытания. При использовании процесса SILKEN BOND поверхность становится более гладкой после применения SILKEN BOND ETCH, хотя полученные значения адгезии находятся на том же уровне, что и в традиционных процессах (рисунок 6).
Рисунок 6. Процесс SILKEN BOND позволяет получить более гладкую поверхность после SILKEN BOND ETCH.
Рисунки 7 и 8 иллюстрируют показатели адгезии 14,6 – 17,2 Н/см для АБС-пластика и 7,2 – 8,0 Н/см для ПК/АБС. Процесс SILKEN BOND прошел несколько испытаний на тепловой удар, утвержденных разными производителями и сегментами отрасли.
Рисунок 7. АБС-пластик, 9 мин, травление Cr/H2SO4.
Рисунок 8. АБС-пластик, 9 мин, SILKEN BOND.
На изображениях представлено сравнение результатов исследований методом растровой электронной микроскопии для детали из АБС-пластика, обработанной в Cr/H2SO4, и после травления в SILKEN BOND. Сравнение результатов испытаний на отслаивание представлено на рисунке 9.
Рисунок 9. Сравнение результатов испытаний на отслаивание.
Испытание на отслаивание под углом 90° выполнялось в соответствии со стандартом ASTM B533-85 (2013). Прочность на отрыв характеризует адгезию металлического слоя к поверхности пластмассы. Детали шириной 2,5 см испытывались в лабораториях производителей оборудования.
ВЫВОДЫ
В результате совместной работы компаний Syncotech и Coventya процесс SILKEN BOND успешно решил следующие задачи:
- функция окислительной ячейки;
- предотвращение металлизации подвесок;
- адгезия;
- определение критически важных стадий процесса для покрытия деталей, изготовленных методом литья с двойным впрыском;
- параметры для всех необходимых стадий процесса;
- длительный ресурс каждой стадии процесса;
- повышенная производительность.
Благодаря успешному партнерству достигнуты следующие результаты:
- процесс SILKEN BOND готов к следующему этапу;
- SILKEN BOND – передовой процесс, который можно с минимальными усилиями интегрировать в существующие линии нанесения покрытий;
- значения адгезии сопоставимы с адгезией деталей после традиционного травления (хром/серная кислота);
- устранена тенденция к металлизации подвесок;
- процесс работает с минимально возможным количеством перманганата (0,3 г/л) по сравнению с другими технологиями травления без использования хрома, представленными на современном рынке.
Стало возможным создание производственной линии по нанесению покрытий на пластмассы, отвечающей требованиям регламента REACH. Стремление обеспечить безопасность персонала и окружающей среды принесло весьма положительные результаты обеим компаниям. Коллективные усилия доказали европейской автомобильной промышленности, что под хорошим руководством инновации могут преодолевать препятствия, с которыми отрасль может столкнуться в будущем.
Первая крупносерийная производственная линия без использования Cr (VI) в Европе стала реальностью. Речь идет не только о REACH.
