專業(yè)做尼龍塑料的朋友都在關(guān)注的公眾號——艾邦高分子，戳藍(lán)色字體關(guān)注吧
今天，將由我們主播Amy為大家講解本文主要內(nèi)容，希望大家能喜歡。
美國國家衛(wèi)生基金會NSF于1988年提出了《飲用水系統(tǒng)部件的健康影響》，對水龍頭安全指標(biāo)提出了明確規(guī)定，尤其是鉛元素要求Q≤11ug，2012年又將這一指標(biāo)降低至Q≤5ug。因為含鉛過高，會損害人的神經(jīng)系統(tǒng)、誘發(fā)貧血、引發(fā)高血壓與心律失常、影響兒童正常發(fā)育、并且降低人的免疫力。因此，無論是在歐美還是我國，水龍頭無鉛化已成為一種必然的趨勢。
據(jù)了解，目前市面上的水龍頭大多以鐵、銅、不銹鋼、合金、塑料等作為主要材質(zhì)鑄造。因銅材料在多方面所體現(xiàn)出的優(yōu)越性，如，天然的抗菌性，低成本等。因此,很多廠家以生產(chǎn)銅龍頭為主，并且市面上在售的各大品牌的水龍頭產(chǎn)品，大多數(shù)都是“黃銅龍頭”。
圖1 銅制水龍頭
這種俗稱的黃銅，實際上是由銅和鋅組成的合金，原材料中就含有鉛元素。另外在熔煉過程中，一般都會加入鉛，因為鉛能增加銅水的流動性，還能改善黃銅的切削性能，更便于制作包括水龍頭在內(nèi)的金屬鑄件。此外，銅合金中的鉛元素與空氣接觸時，表面會很快氧化，生成一層保護(hù)膜。但水能使鉛的保護(hù)膜脫落，造成水龍頭中鉛元素的析出，從而對人體造成不同程度的損害。
隨著對于無鉛化的要求越來越高，用于水龍頭的新材料和新工藝不斷涌現(xiàn)，如低鉛銅、不銹鋼、PVC、ABS塑料等等。下面我們先來看看不同材料水龍頭的對比：
表1 不同種類水龍頭的對比
在這些材料中，低鉛銅仍然是目前水龍頭最佳材料，但使用該材料無法做到無鉛化。使用PVC、ABS塑料可以做到無鉛化，但這類材料鋼性不足，不經(jīng)久耐用，只能滿足低端市場需求。如果一種塑料能替代含鉛銅材，并且比PVC更具“鋼”性，不僅可以降低綜合成本而且可以真正做到無鉛化，使水龍頭產(chǎn)品得到NSF認(rèn)證，順利進(jìn)入利潤豐厚的歐美市場。
據(jù)小編了解到，目前，PA10T材料經(jīng)過測試，可以滿足無鉛化的要求、并且剛性強(qiáng)，同時還能保持金屬質(zhì)感，經(jīng)久耐用。
圖2 尼龍材料性能對比
眾所周知，尼龍材料在添加一定量的玻纖之后，材料強(qiáng)度大大增加，并且材料具有更加優(yōu)異的耐熱性，耐化學(xué)腐蝕性。由于尼龍材料中含有酰胺基團(tuán)，吸濕性很大，所以一般不能用于涉水制品中，比如像PA6/PA46，但當(dāng)尼龍分子鏈相對較長，具有足夠低的酰胺鍵密度時，它的吸水率就變得很低，類似“PPO"。而PA10T這款尼龍材料，一個結(jié)構(gòu)單元上，擁有10個亞甲基，并且還有一個苯環(huán)存在，從而使得酰胺鍵密度相對其他尼龍材料而言，低很多，吸水性低。因此，在眾多尼龍材料中，PA10T非常適合用來做水龍頭。此外，相對PVC、ABS等通用塑料而言，材料更具有鋼性。
圖3 銅水龍頭
PA10T材料的性能可以滿足水龍頭的基本要求，但如何保持類似銅水龍頭的金屬質(zhì)感，讓產(chǎn)品看起來高端、時尚、美觀等視覺效果呢？
答：電鍍——讓塑料制品可以擁有良好的金屬質(zhì)感，并改善制品在電、熱及耐腐蝕等方面的性能，提高其表面機(jī)械強(qiáng)度，從而提升制品的附加值。
然而，塑料電鍍是有一定難度的，特別是如何解決材料擁有滿足化學(xué)鍍及電鍍所需要的層結(jié)合力，這一直是企業(yè)的難點。因為，塑料與金屬之間并沒有特別強(qiáng)的粘接力，結(jié)合力太弱，在使用過程中，很容易脫落，從而影響產(chǎn)品的使用性。
這就是為何市場上一些耐高溫的尼龍材料在涉足衛(wèi)浴水龍頭行業(yè)，基本做的都是內(nèi)置件，再外包一個金屬外殼，或者直接做墻體隱藏式的水龍頭，主要原因是這些材料無法解決電鍍問題。目前，市場上最為成熟的是ABS電鍍，但前面已經(jīng)說過了，ABS材料的鋼性不足，無法做得高端。竟然塑料電鍍不容易，不容易在哪，讓我們先從塑料電鍍（常規(guī)的電鍍）的過程開始說起，如圖規(guī)所示：
圖4 塑料電鍍工藝流程
塑料電鍍一般要經(jīng)過導(dǎo)電化處理，化學(xué)鍍層，電氣鍍等過程，其中的核心難點是如何解決鍍層結(jié)合力問題。因此，塑料一般需要做導(dǎo)電化處理，使之能滿足化學(xué)鍍和電氣鍍。為了解決這個問題，我們必須先理解一個概念——“表面微蝕”。
“表面微蝕”？簡單的說，就是通過改變結(jié)合面之間的結(jié)構(gòu)，使塑料表面形成微觀粗糙面，從而增加電鍍面與注塑件的接觸面面積，使制件表面呈親水性，達(dá)到增加鍍層與制件的表面結(jié)合力，從而使材料滿足化學(xué)鍍及電鍍所需要的層結(jié)合力。
但并不是簡單的表面微蝕就能滿足化學(xué)鍍及電鍍所需要的鍍層結(jié)合力。這個與“表面微蝕量”有關(guān)，只有當(dāng)微蝕量控制在一定程度以上，才能確?；瘜W(xué)鍍層具備良好的結(jié)合力。這就是為何很多材料無法做電鍍的原因，主要是電鍍膜與注塑件的接觸面，沒有辦法獲得滿足化學(xué)鍍及電鍍所需要的鍍層結(jié)合力，因此只能望而卻步。為何PA10T材料可以做到呢？不一樣的化學(xué)鍍——化學(xué)鍍銅。
傳統(tǒng)的塑膠電鍍工藝多采用化學(xué)鎳的方法。比如說，ABS通常采用化學(xué)鍍鎳，之后再進(jìn)行其他工藝；而本研究者認(rèn)為，PA10T材料采用化學(xué)厚銅替代化學(xué)鎳在該材料的電鍍工藝過程中更具有其合理性。原因有三：
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其一，銅無須80℃以上的高溫，對基材影響較小；
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其二，銅一般能在30分鐘內(nèi)沉積1微米厚銅層，提供足夠厚度的導(dǎo)電基體，化學(xué)銅層比化學(xué)鎳層具有更好的導(dǎo)電率及與銅加厚鍍層之間結(jié)合力；
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其三：銅的熱膨脹系數(shù)更接近塑料，進(jìn)行化學(xué)鍍銅提高耐溫變能力及耐腐蝕性。
圖5 銅制水龍頭
根據(jù)設(shè)計的思路，研究者對PA10T材料進(jìn)行表面微蝕，并對其進(jìn)行了化學(xué)鍍測試，得出以下的結(jié)論：采用合理的鉻酐及硫酸用量配比，對PA10T材料進(jìn)行有效的微蝕，當(dāng)微蝕量達(dá)到2.5 mg/cm2以上時，化學(xué)鍍銅層具有良好的結(jié)合力，能滿足后續(xù)電鍍工藝要求。PA10T材料通過化學(xué)鍍銅的方式，完美地解決了塑料電鍍的問題，使之擁有類金屬質(zhì)感的表面。這個過程僅需在塑料注塑成型后，通過電鍍即可得到，大大減少了生產(chǎn)工藝，對于衛(wèi)浴企業(yè)而言，無疑是一個革命性的突破。真正讓材料做的無鉛化，工藝方便，并且材料制品擁有類似“鋼”一樣的強(qiáng)度與高端時尚金屬質(zhì)感強(qiáng)的外觀。
圖6 微蝕量與化學(xué)銅層結(jié)合力關(guān)系
圖 7 PA10T微蝕前后表面對比圖
注：硫酸含量對微蝕量影響非常顯著，工作液中硫酸含量應(yīng)控制在100-200ml/L；過高的鉻酐含量會導(dǎo)致水洗困難并對后續(xù)中和劑消耗增大；微蝕溫度應(yīng)控制在60-70℃之間；微蝕時間應(yīng)該根據(jù)化學(xué)鍍層結(jié)合力所要求的微蝕量最終決定
鑒于PA10T材料特殊的物理與化學(xué)性能，結(jié)合本實驗研究表明，衛(wèi)浴企業(yè)現(xiàn)有的工藝和方法，采用PA10T材料在注塑成型后進(jìn)行表面微蝕，使之具備一定的微觀粗糙度，完全能滿足化學(xué)鍍及電鍍的所需要的結(jié)合力。隨著法律法規(guī)越來越嚴(yán)格，相信PA10T材料在解決水龍頭無鉛化并保持類似銅水龍頭一樣金屬質(zhì)感的優(yōu)勢，會讓它在衛(wèi)浴制品上有很大的發(fā)展前景。
文章來源于金發(fā)科技股份有限公司，廣州三孚新材料科技股份有限公司，艾邦高分子整理編輯。
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