塑料也可“以假乱真”,展现金属质感
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金属材料的质感受人喜爱，但是金属材料重，从而限制日常的一些产品应用。塑料质轻，且机械性能同样满足部分产品应用。如何让塑料具有金属材料的金属外观，替代金属材料，降低成本，一直是高分子人的研究课题。现如今日常生活中时常见到一些塑料制品，外观酷似金属，实际是塑料成型制备的，例如汽车、电动车等交通工具上的部件。那么，这些展现金属质感外观的塑料是如何做到“以假乱真”的呢？这归功于塑料金属化工艺！
何为高分子材料金属化？
高分子材料金属化是利用物理或化学手段在高分子材料表面镀上一层金属，使其表面呈现出金属的某些性质，如导电性、磁性、导热性等。金属化后的高分子材料具有金属外观，镀层硬度高，便于焊接，可以代替金属制品，降低成本；同时由于高分子材料一般具有高韧性，耐热性，耐蚀性等，使得金属化的高分子材料比普通金属材料性能更好，并广泛应用于电子、机械、化工设备、航空航天、生物医学等领域。当然，随着技术的发展，现在在塑料树脂中添加金属粉等，同样能够制备出金属化材料。
塑料金属化工艺
塑料金属化现在基本分为两大类，一是塑料表面金属化，另一个是塑料整体金属化。前者又分为干法和湿法等。干法主要包括物理气相沉积和化学气相沉积等；湿法主要包括化学镀、电镀以及化学还原等。
1、干法金属化（干法镀膜）
（1）物理气相沉积
物理气相沉积法简称PVD，主要包括真空蒸发和磁控溅射。它们都要求沉积薄膜的空间要有一定的真空度，所以真空技术是物理气相沉积法的基础。真空蒸发法是指在真空环境下加热镀膜材料，使其在极短时间内蒸发，沉积在塑料表面上形成镀层。此法成膜速率快、效率高，但薄膜与基体结合较差。为此，人们将等离子刻蚀和真空蒸发法结合起来以提高结合力( 也有人将此方法称为离子镀)。真空蒸发法只能蒸发像铝这种低熔点的金属，使其应用受到极大的限制。与之相比，磁控溅射法不需要预处理，结合力较强，且能沉积多种金属。磁控溅射法是用高能离子轰击靶材，使靶材表面原子获得足够能量脱离母材，并按相应的溅射方向飞跃出来，沉积在塑料表面的方法。
（2）化学气相沉积
化学气相沉积法简称CVD，是指把含有沉积元素的反应气体引入反应室，在基体表面发生化学反应，并把固体产物沉积到基体表面的过程。有研究者用此方法在PTFE 上成功沉积了铜。化学气相沉积膜层致密，结合力强，厚度比较均匀，膜层质量稳定，但是影响膜的组成和结构的因素很多( 如气体运动速率、压力分布、温度等)，必须严格控制才能得到理想的膜。同时，传统的化学气相沉积法反应温度通常很高( 900~ 2 000 ℃)，容易导致基体变形和组织变化。
2、湿法镀膜
由于化学镀、电镀以及化学还原等方法都要在溶液中进行，所以被称为湿法镀膜。
（1）化学镀
化学镀是目前使用最广泛的一种塑料金属化加工方法，因为其对工件的材料和形状没有要求，所得镀层质量好，而且设备简单，操作方便。化学镀的一般工艺流程为: 去应力→除油→粗化→活化( 敏化→活化) →施镀( 其中省略清洗，中和步骤) 。
化学镀可镀镍、铜、钴、金、银等金属，目前发展最快的是化学镀镍，因其优异的性能，几乎在所有的工业部门都得到了广泛的应用。化学镀镍的镀液由主盐、还原剂、配位剂、稳定剂、光亮剂、加速剂及缓冲剂等组成。其中，配位剂和稳定剂在一定程度上会抑制反应的进行，加入量要适当，过量可能导致反应难以进行。镀液温度应该严格控制，温度过高将影响镀层和镀液的稳定性,一般碱性镀镍液为50 ℃左右，酸性镀镍液为85~95 ℃左右。pH 值是化学镀镍的另一重要影响因素，要选择适当的缓冲剂，并注意随时调整镀液的pH 值。传统的化学镀工艺不仅繁琐，而且前处理过程容易造成污染。近年来，新型前处理工艺已成为研究热点。
（2）电镀
塑料表面电镀被广泛应用于汽车及电器的零部件及管材的生产中。传统的电镀工艺包括表面除油、粗化、活化、化学镀和电镀等工序。由于在聚合物表面直接电镀十分困难，所以在电镀之前通常先在部件表面进行化学镀。1963年Radovsky和Ronkese发明了非金属上的直接电镀工艺，于20世纪80年代实现工业化，主要应用于印刷电路板孔的金属化工艺。根据采用的导电性物质不同，直接电镀工艺可分为三类：①导电性高分子聚合物体系；②钯/锡（Pd/Sn）体系；③碳离子悬浮液体系。
导电聚合物直接金属化工艺是以高分子导电材料为基础的直接电镀。经常使用的具有导电性的聚合物主要是多炔、聚吡咯、聚硫代苯或聚苯胺，其中聚吡咯的应用最为广泛。钯/锡体系活化工艺可以提高电镀的效率，适合工业化生产。碳粒子悬浮液主要由碳粒子、粘结剂、表面活性剂和水溶性高分子化合物组成。碳粒子悬浮液接触印刷板基板的方法有喷淋、浸渍和涂布等。喷淋或者浸渍后使碳粒子附着于包括孔壁在内的印刷板基板表面上，经过酸处理和微刻蚀处理即可以进行直接电镀。
与传统的电镀工艺相比，直接电镀工艺操作容易，稳定性高，有利于缩短工艺时间，提高产率。
（3）化学还原法
化学还原法制备聚合物金属化表面分为以下几个步骤：首先将含有极性基团的聚合物和能与其形成络合物的金属盐共同溶解在溶剂中制成均匀的溶液，然后将溶液通过蒸发成型得到样品，最后将样品置于还原溶液中，通过化学还原反应在样品表面上形成导电金属层。化学还原法一定程度上解决了表面结合力差，耐久性不佳，镀膜设备造价高，工艺复杂等问题，具有很大的发展空间。
3、其他金属化镀膜方法
（1）金属涂料涂装
采用以银、铜、镍、铝等金属粉末符合的涂料，涂装于塑料上使塑料金属化。这种方法除了使塑料表面具有金属质感的装饰作用外，还可以利用图层的导电性，作为使塑料手机壳具有屏蔽性能的方法。
（2）金属喷涂
这种工艺是将两根独立的金属线送进喷枪，使前端相交，用电弧熔化前端，熔化的金属被气体雾化，以极细的粒子喷到物件表面，即为电弧喷涂。金属热喷涂除了电弧喷涂，还包括等离子喷涂、火焰喷涂和高速氧燃料喷涂。然而这些热喷涂方法产生的熔融状态下的金属颗粒和高温焰流会对聚合物基体材料表面产生破坏，由于热喷涂的加热温度较高，所制得得金属涂层由于氧化和较大孔隙率很难满足使用要求。因此，在聚合物基材料表面一般采用冷喷涂的方法进行金属层涂覆，冷喷涂技术仅需要很少量的热量输入，加热温度低，颗粒飞行速度高，有效防止了热喷涂时的热影响，减少了基体表面三维畸变、涂层氧化、相变等问题。冷喷涂又称为冷气动力喷涂，是一种新的喷涂方法，目前仍处于初期阶段。它不像热喷涂那样依赖于热能，更多依赖于高速和动能，是一种建立在空气动力学原理的喷涂技术。
（3）金属粉复合法
此方法是在塑料成型过程中添加特殊的金属颜料，例如金属粉、色母、造粒料等，使塑料制品实现珠光、金属光泽等效果。这种方法可以避免一些喷涂过程，是塑料整体金属化的方法。目前有些塑料企业在开发这类产品，所生产的塑料颗粒能直接应用成型，工艺简单，降低成本。
前文提到金属化工艺可以实现塑料外观金属质感，与此同时金属化工艺得到的塑料制品在导电性、磁性、导热性等方面展现优势。就目前现状而言，金属化的塑料种类还是很少的，最多的是ABS，其次是PP，再者是PSF、PC、PTFE等。所以，塑料金属化的发展还需要继续努力。
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