ЭЛЕКТРОПРОВОДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГАЛЬВАНОПЛАСТИКИ
ELECTROCONDUCTIVE COMPOSITION FOR GALVANOPLASTY

Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки относятся к области гальванотехники, в частности к способам получения электрохимических композиционных покрытий на основе полимеров и электропроводящих наполнителей для формирования электропроводящего подслоя на диэлектрических моделях и формах при электрохимическом осаждении металлов.
Широко известны и применены в практике различные методы и составы для формирования электропроводящих слоев при модифицировании поверхности модели и форм гальванопластики (Г.А.Садаков. Гальванопластика. М., Машиностроение, 2007, с.38-69). В значительной степени они касаются применения сложных смесевых покрытий, содержащих, в том числе мелкодисперсные драгоценные металлы. Сами составы и способы нанесения покрытий сложны и часто направлены на одноразовое применение. Необходимость использования мелкодисперсных драгметаллов требует поисков альтернативных составов.
Известна композиция на основе полистирола и карбонильного никеля, содержащая диоксид кремния и смесь толуола с бензиловым спиртом в соотношении 6:1 (РФ 2034883). Покрытие однородное, стойкое, прочно прилегает к поверхности, однако обладает электропроводимостью, зачастую недостаточной для стабильного гальванопластического процесса. Электропроводящие стабилизированные композиции на основе полиэтилена и его смесей с другими полимерами также обладают недостаточной для наших целей проводимостью (а.с. СССР 717098). Кроме того, эти композиции сложны по составу, трудоемки в переработке и их нанесение на поверхность сложного профиля проблематично.
Давно известны анизотропные токопроводящие резины на основе силоксановых каучуков и ацетиленовой сажи (а.с. СССР 493101). Для их отверждения требуется облучение кобальтовым источником при повышенных температурах. Однако эти материалы также мало пригодны для нанесения на сложные поверхности. На основе подобных резин могут быть изготовлены только силиконовые формы относительно простой конфигурации и значительной стоимости.
Известная электропроводная композиция на основе бутадиен-стирольного термоэластопласта ДСТ-30, печной сажи ПМЭ-80 и импортной электропроводной сажи «Хезакарб ЭЦ» (РФ 2012575). Хотя композиция специально изобретена для нужд гальванопластики и обладает необходимой электропроводимостью, она сложна в изготовлении и в применении, требует длительного набухания термоэластопласта в смеси растворителей и применения малодоступного импортного компонента. Это лишает применение композиции целесообразности, а возможности ее приготовления остаются нестабильными.
Не отвечает требованиям по технологичности и электропроводности композиция на основе ПВХ (а.с СССР 1332788), а также электропроводные эмали с удельным сопротивлением от 0,1 мк Ом·м до 0,1 к Ом·м марок ХС-928, ХС-5141, АК-562. При использовании эмалей требуется многократное нанесение на поверхности и последующая термообработка. Это значительно увеличивает трудоемкость и снижает стабильность результатов процесса (Гальванические покрытия в машиностроении. Под ред. Шлугера М.А. и Тока Л.Д. М., Машиностроение, 1985, гл.15).
Наиболее близка к заявляемой композиции электропроводящая композиция (патент РФ 2261943), включающая смолу БМК-5 (связующая компонента), углеводородо-сложноэфирный композит, неокисленный сплав меди в качестве электропроводящего наполнителя и органический растворитель. В результате образуется композиция с низким удельным сопротивлением и вязкостью, обеспечивающей равномерный подслой заданной толщины на поверхности формы и модели сложного рельефа. Однако значение удельного сопротивления композиции может значительно увеличиться из-за окисления свежеприготовленного медьсодержащего сплава диффузионным кислородом и примесями в объеме. Длительное хранение электропроводящего неокисленного медьсодержащего сплава с удельной дисперсностью не более 2 мкм, а также композиций содержащих этот сплав технически затруднено. Неизбежно механическое оседание части сплава при экспозиции состава, в том числе и в процессе застывания на поверхностях с переходящей кривизной рельефа. Это влияет не только на изменение тиксотропности, но и на равномерность электропроводящего слоя по поверхности.
Технической задачей настоящей заявки является создание электропроводной композиции с вязкостью, необходимой для обеспечения равномерного нанесения композиции на вертикальные поверхности и удержания на ней благодаря достигаемой тиксотропности, а также постоянной удельной электропроводностью с улучшенной адгезией электропроводной композиции к диэлектрической поверхности.
Поставленная цель достигается тем, что электропроводная композиция, кроме смолы БМК-5 (связующей смолы прототипа), углеводородо-сложноэфирного композита, неокисленного медьсодержащего мелкодисперсного сплава и растворителя дополнительно содержит смолу эпоксидную диановую, полиэтиленполиамин, углерод технический мелкодисперсный, при следующем содержании составляющих компонентов, мас.ч:
смола БМК-5 марка А
- 1-5
неокисленный медьсодержащий мелкодисперсный сплав
- 10-60
углерод технический мелкодисперсный, например ПМЭ-80
- 2-6
сложноэфирный композит, выбранный из растворителей
646 и 648
- 10-20
смола эпоксидная диановая, выбранная из ЭД-20, ЭД-22
- 2-7
полиэтиленполиамин (ПЭПА)
- 1-2
органический растворитель (выбранный из толуола, бутилацетата, этилацетата, бутилового спирта, гептана, октана)
остальное.
В предлагаемой композиции используются следующие составляющие химические продукты:
смола БМК-5 марка А ОСТ 6-01-26-75
растворитель марки 648 ТУ ГОСТ 2388-002-23142474-98
растворитель марки 646 ТУ ГОСТ 18188-72
смола эпоксидная диановая ЭД-20 ГОСТ 10587-84
смола эпоксидная диановая ЭД-22 ГОСТ 10587-84
технический углерод ПМЭ-80 ГОСТ 7885-86
полиэтиленполиамин (ПЭПА) ТУ 2413-214-00203312-02
неокисленный медьсодержащий сплав: размер частиц меньше или равен 2 мкм.
Предлагаемую электропроводную композицию готовят следующим образом.
В открытой технологической емкости смешивают с помощью Z-образной мешалки или вручную смолу БМК-5, сложноэфирный композит, выбранный из растворителя 646 и растворителя 648, углерод технический мелкодисперсный ПМЭ-80, порошковый неокисленный медьсодержащий сплав, в течение 20 минут. Останавливают перемешивание. И экспонируют 20-30 минут, добавляют полиэтиленполиамин (ПЭПА), разведенный в растворителе (бутилацетат), выбранном из указанных в перечислении составляющих композицию компонентов, и заранее помещенный в закрытую емкость. Непосредственно перед нанесением добавляют в полученную смесь смолу эпоксидную, выбранную из ЭД-20 или ЭД-22, и перемешивают 5-10 минут.
Наносят на поверхность модели из диэлектрика, например силиконового композита, и экспонируют до полного отверждения композиции. Модель или форму с нанесенным слоем электропроводной композиции помещают в гальваническую ванну с электролитическим раствором, где производят электроосаждение металлического осадка.
Таким образом, предлагаемый состав композиции обеспечивает следующие ее свойства:
- равномерную и оптимальную для нанесения на поверхность модели или формы вязкость;
- стабильную и постоянную поверхностную электропроводность;
- повышенную адгезию композиции к поверхностям нанесения, в том числе к поверхностям форм и моделей гальванопластики на основе силиконовых и полиуретановых эластомеров, полиэфирных и эпоксидных композиций, а также различных видов специальных восков.
ПРИМЕРЫ ИСПОЛНЕНИЯ
Пример 1.
При приготовлении 100 г композиции в открытой технологической емкости смешивают с помощью Z-образной мешалки или вручную 1 г смолы БМК-5, 10 г сложноэфирного композита (растворитель 646), 4 г углерода технического ПМЭ-80, 60 г порошка неокисленного медьсодержащий сплава, в течение 20 минут. После экспозиции 20-30 минут, добавляют 2 г полиэтиленполиамина (ПЭПА), разводят в 16 г толуола и помещают в закрытую емкость. Непосредственно перед нанесением добавляют 7 г смолы ЭД-20 и перемешивают 5-10 минут. Наносят на поверхность модели из силиконового композита и экспонируют до полного отверждения композиции. Передают модель для гальванопластического наращивания.
Пример 2.
При приготовлении 100 г композиции в открытой технологической емкости смешивают с помощью Z-образной мешалки или вручную 5 г смолы БМК-5, 20 г сложноэфирного композита (смесь 10 г растворителя 646 и 10 г растворителя 648), 6 г углерода технического ПМЭ-80, 50 г порошка неокисленного медьсодержащего сплава в течение 20 минут. После экспозиции в течение 20-30 минут, добавляют 1 г полиэтиленполиамина (ПЭПА), разведенного в смеси из 8 г толуола и 8 г этилацетата, и помещают в закрытую емкость. Непосредственно перед нанесением добавляют 2 г смолы ЭД-22 и перемешивают 5-10 минут. Наносят на поверхность модели из силиконового композита и экспонируют до полного отверждения композиции. Передают модель для гальванопластического наращивания.
Пример 3.
При приготовлении 100 г композиции в открытой технологической емкости смешивают с помощью Z-образной мешалки или вручную 3 г смолы БМК-5, 20 г сложноэфирного композита (смесь 10 г растворителя 646 и 10 г растворителя 648), 3 г углерода технического ПМЭ-80, 50 г порошка неокисленного медьсодержащего сплава в течение 20 минут. После экспозиции 20-30 минут добавляют 1,5 г полиэтиленполиамина (ПЭПА), разводят смесь в 18,5 г бутилацетата и помещают в закрытую емкость. Непосредственно перед нанесением добавляют 4 г смолы ЭД-20 и перемешивают 5-10 минут. Наносят на поверхность модели из силиконового композита и экспонируют до полного отверждения композиции. Передают модель для гальванопластического наращивания.
Пример 4.
При приготовлении 100 г композиции в открытой технологической емкости смешивают с помощью Z-образной мешалки или вручную 2 г смолы БМК-5, 15 г сложноэфирного композита (растворитель 648), 2 г углерода технического ПМЭ-80, 20 г порошка неокисленного медьсодержащего сплава, в течение 20 минут. После экспозиции 20-30 минут добавляют 1,5 г полиэтиленполиамина (ПЭПА), разводят в смеси из 15 г октана и 39,5 г бутанола и помещают в закрытую емкость. Непосредственно перед нанесением добавляют 5 г смолы ЭД-22 и перемешивают 5-10 минут. Наносят на поверхность модели из силиконового композита и экспонируют до полного отверждения композиции. Передают модель для гальванопластического наращивания.
В таблице 1 указан состав заявляемой электропроводной композиции.
В таблице 2 указаны сведения о свойствах электропроводной композиции.
Таблица 2
Свойства электропроводной композиции
№ п/п композиции
Содержание медьсодержащего сплава г/100 г композиции
Электропроводность
Равномерность нанесения
Смачиваемость поверхности
Реологическая характеристика
1
60
++
++
+
вязкотекучая
2
50
++
+
++
вязкотекучая
3
50
++
++
++
вязкотекучая
4
20
-
++
+
текучая
5
50
++
++
+
вязкотекучая
6
60
++
++
+
вязкотекучая
7
40
+
+
+
вязкотекучая
8
15
-
++
++
текучая
9
30
+
+
++
вязкотекучая
10
50
++
++
++
вязкотекучая
11
25
+
+
++
текучая
12
10
-
+
+
текучая
13
60
++
+
+
текучая
14
30
+
-
0
текучая
15
10
-
-
-
текучая
«-« - неудовлетворительно
«0« - малоудовлетворительно
«+« - удовлетворительно
«++« - хорошо
Композиции 13, 14, 15 - композиции прототипа.
Таким образом, предлагаемая для рассмотрения композиция обеспечивает в области гальванотехники следующие преимущества:
- стабильную электропроводность покрытия;
- реологические свойства композиции, регулируемые в широких пределах, позволяют осуществлять равномерное нанесение подслоя на различные по сложности профиля и материалам поверхности нанесения (формы и модели), в первую очередь на основе композиционных материалов с диэлектрическими свойствами;
- необходимая для нанесения и удержания подслоя на основе заявляемой композиции адгезия к диэлектрическим поверхностям.
Получаемый технический результат: разработка и применение в гальванопластике электропроводной композиции, обладающей низким и постоянным удельным сопротивлением, достигаемым за счет дополнительного введения в состав электропроводного наполнителя (технический углерод), обладающего восстановительными свойствами, препятствующими окислению медьсодержащего сплава.
В предлагаемой композиции в качестве связующей компоненты используют смолу БМК-5 в смеси с эпоксидной смолой, выбранной из ЭД-20 и ЭД-22. Введение смолы эпоксидной в сочетании с высоковязкими наполнителями позволяет гибко регулировать реологические свойства композиции в зависимости от специфики и размеров поверхности нанесения.
Введение в композицию углеводородно-сложноэфирного композита (растворитель 646 или 648) в смеси с мелкодисперсными наполнителями и в сочетании с неокисленным мелкодисперсным медьсодержащим сплавом обеспечивает высокое суммарное содержание электропроводящего наполнителя в отвержденной композиции при удобстве сплошного и равномерного нанесения композиции на поверхность.
Снижается удельное сопротивление композиции за счет предотвращения окисления медьсодержащего сплава и дополнительного присутствия электропроводного углерода, что способствует значительному сокращению времени последующего процесса гальванической металлизации.
Введение смолы эпоксидной способствует улучшению адгезии покрытия на основе композиции к диэлектрическим материалам. При этом вязкость композиции можно изменять, регулируя содержание углеводородно-сложноэфирного композита и органического растворителя.
Заявляемая композиция проста в изготовлении. Состав включает доступные серийные компоненты. Композицию изготавливают смешением всех компонентов при комнатной температуре, в определенной последовательности, причем в последнюю очередь добавляют смолу эпоксидную.
Электропроводящую композицию наносят ровным слоем на поверхность модели. После отверждения и удаления летучих компонентов с поверхности модель помещают в гальваническую ванну.
Результаты испытаний показали, что необходимые свойства могут быть получены при условии, что компоненты соединяют в соотношениях, обусловленных приведенными в настоящей заявке пределами.
Только заявленная совокупность компонентов позволяет получить качественное равномерное электропроводящее покрытие необходимой толщины на поверхностях форм и моделей сложного профиля. Время высыхания композиции зависит от скорости улетучивания растворителя и отверждения эпоксидной смолы. Время может быть сокращено с применением вентиляции и последующего незначительного подогрева.
Предлагаемая композиция была разработана, опробована и изготовлена опытной партией в ОАО «Технологическое оснащение» в г.Санкт-Петербурге. Ее опытное использование планируется в гальванопластических производствах в ОАО «Технологическое оснащение» и смежных предприятиях.
Заявитель просит рассмотреть представленные материалы на предмет выдачи патента РФ на изобретение.