Вакуумная металлизация
Вакуумную металлизацию используют для декорирования. Основой процесса является нагревание алюминия до температуры испарения (практически нужны температуры 1500 – 1800 °С). Одним из способов достижения таких температур является помещение кусочка алюминиевой проволоки на вольфрамовое волокно, которое затем нагревают электрическим током. Это возможно только при коротких циклах нагрева, поэтому этот метод используют только для металлизации пластмассовых изделий, получаемых литьем под давлением. Для более длительных циклов, необходимых для пленок, алюминиевую проволоку подают на блок металла, обычно тантала. Тантал нагревают, помещая его в углеродный тигель, через который пропускают ток высокого напряжения. Испарение металла вызывает испускание частиц с поверхности металла во всех направлениях. Эту операцию можно проводить в вакууме, чтобы металлические частицы могли достигнуть металлизируемой поверхности.
Одним из усовершенствований установок для металлизации является использование набрызгивающих систем. Они используют плазму, удерживаемую магнитным полем в специальных симметричных устройствах – магнитронах. Эти системы можно использовать и в уже существующих камерах. Набрызгивающие системы имеют меньшую производительность, но их преимуществом является сильная адгезия между пленочной подложкой и металлизирующим слоем, прекрасная воспроизводимость и гладкая поверхность, особенно в тонком слое, возможность напылять сплавы металлов. При этом методе меньше нагревается подложка. Другой причиной использования такого метода является необходимость применения не только алюминия, но и других металлов и неметаллических материалов. В настоящее время уже используют серебро, золото и цинк, рассматривают вопрос об использовании хрома, никель-хромовых сплавов и нержавеющей стали из-за их стойкости к кислотам и щелочам.
Некоторые пленки необходимо дегазировать перед вакуумной металлизацией, т. к. они содержат влагу, летучие вещества или пластификаторы, которые могут создавать трудности при проведении процесса. Если обычная вакуумизация не полностью удалила их, то выделение летучих продолжается при металлизации и получается тусклое, плохо закрепленное покрытие. Даже если летучие ингредиенты полностью удалены, они могут создавать сложности при вакуумировании и вызывать загрязнение отсасывающей системы.
Примером пленок, требующих дегазации, является целлюлоза и ацетат целлюлозы. Т. к. при дегазации возможно удаление других, в том числе важных компонентов пленки, то решением этой проблемы может быть закрытие поверхности пленки лаком. Нужно, конечно, чтобы лак сам не содержал ничего, препятствующего вакуумированию.
Если необходим эффект цветного металла, то саму пленку окрашивают или покрывают цветным лаком (иногда дублируют цветной пленкой) после металлизации.
Необходимо помнить, что дефекты пленок невозможно скрыть тонким слоем металла, наоборот, дефекты могут быть даже подчеркнуты. Лакирование пленок может помочь скрыть недостатки субстрата, но может добавить и свои, например, такие как «апельсиновая корка» или «рыбий глаз». Также важно правильное натяжение при намотке в рулон и размотке, особенно для тонких пленок, т. к. складки могут привести к неравномерному нанесению алюминия. Впоследствии может наблюдаться растрескивание и образование морщин на слое алюминия при нанесении на металлизированную пленку свариваемого слоя при экструзионном ламинировании полиэтиленом. Сложности возникают из-за высокой температуры расплава полиэтилена при его нанесении на поверхность пленки, гораздо более высокой, чем температура сварки, на которую рассчитана пленка. Такие свариваемые ламинаты нужны, т. к. они дешевле ламинатов, в которых использована алюминиевая фольга.
Другой проблемой использования металлизированных пленок как заменителей алюминиевой фольги являются их более высокая прочность на раздир (это актуально для изделий упаковочного назначения). Одним из возможных решений этой проблемы является использование одноосноориентированной пленки с пониженной прочностью на раздир в одном направлении
Хотя вакуумную металлизацию часто используют только для декорирования, увеличивается и ее использование для повышения барьерных свойств пленки-основы. Такие пленки иногда используют взамен алюминиевой фольги. Барьерные свойства металлизированных пленок (со слоем металла ≈ 500 нм) представлены в таблице в сравнении со свойствами базовых пленок (в скобках).
Таблица. Проницаемость металлизированных пленок
| Пленка | Проницаемость по водяному пару, г/м²
за 24 ч. | Проницаемость по кислороду, см³/м²
за 24 ч. |
Полиэтилентерефталат,
12 мкм | 0,7 (46) | 1,6 (58) |
Полиэтилентерефталат, покрытый ПВДХ,
12 мкм | 0,5 (11) | 0,8 (9) |
Металлизированные пленки меньше, чем алюминиевая фольга теряют барьерные свойства при перегибах.
При ламинировании металлизированные пленки могут быть наилучшей альтернативой фольге, которую необходимо укреплять бумагой. Другим их достоинством является возможность нанесения печати перед металлизацией и ламинированием поверх металла. С другой стороны, если необходимо нанести печать непосредственно на металлизированную поверхность, то не возникает каких-либо особых требований к краскам по сравнению с обычными красками для алюминиевой фольги.
При ламинировании печати прозрачная пленка придает печати глубину и блеск. Для придания эффекта окрашивания под металл можно использовать непрозрачные и полупрозрачные краски.
Уникальный эффект можно получить при вакуумной металлизации вспененных полистирольных пленок. Вместо яркого металлического блеска, получаемого на других полимерных пленках, на полистирольных пленках появляется узор под «мороз» и это прекрасно сочетается с мягкостью и шелковистостью на ощупь. Материал можно подвергнуть тиснению, что дает новые возможности декоративности.
Для вакуумной металлизации пригодны разнообразные полимерные пленки, например, полиэтилентерефталатные (полиэфирные), полистирольные (как обычные, так и ориентированные), полипропиленовые, пленки из непластифицированного ПВХ и целлюлозные.
Полиэтилентерефталатные пленки отличаются высокой прочностью и блеском, а также сохранностью этих свойств после металлизации. Металлизированный ПЭТФ можно ламинировать ПВХ и использовать для декоративной отделки.
Одной из интересных областей применения металлизированных пленок является производство сверхлегких зеркал. Металлизированную пленку натягивают на жесткую подложку таким образом, чтобы пленка не касалась подложки. Помимо низкого веса пленки, из-за очень малого теплосодержания на них не конденсируется влага, т. к. эти пленки быстро приходят в термическое равновесие с атмосферой.
Лакированная ПЭТФ пленка не тускнеет, ее можно подвергать сухой и влажной термической обработке.
Металлизированные полимерные пленки часто используют для так называемого «хромирования» при декорировании деталей велосипедов и мотороллеров. В отличие от обычного хромирования эти пленки сохраняют свой блеск очень продолжительное время.
В добавление к великолепным декоративным свойствам металлизированные полиэфирные пленки устойчивы к влаге, кислороду и УФ-излучению.
Дж. Х. Бристон, Л. Л. Катан
