An alternative metallization process of advanced polymers: development and applications

La produzione di rivestimenti metallici aderenti di polimeri, in particolare fluoropolimeri, e ancora un problema aperto per molte applicazioni. Molti processi di pre-trattamento e di metallizzazione sono stati proposti, che sono dispendiosi o limitati a pochi polimeri specifici. Al fine di proporre un processo versatile e semplice per affrontare questo problema, questa tesi e focalizzata sulla combinazione del trattamento al plasma a pressione atmosferica e di processi elettrochimici per la metallizzazione di polimeri avanzati. Il trattamento al plasma, in particolare, e stato effettuato per innestare funzionalita azotate che sono note per coordinare con le specie ioniche del palladio nel bagno di attivazione. Dopo il plasma e l'attivazione con il palladio, depositi di rame sono stati di solito eseguiti per via electroless. Anche deposito di argento e stato considerato per applicazioni specifiche. Il manoscritto e organizzato in quattro capitoli: il primo propone una revisione della letteratura per quanto riguarda il plasma atmosferico, metallizzazione elettrochimica e trattamento al plasma applicato alla metallizzazione elettrochimica di polimeri. Nel secondo capitolo, i principi di base delle tecniche di caratterizzazione, utilizzate durante l'attivita di ricerca, sono descritti. Nel terzo capitolo le procedure sperimentali sono definite e nel quarto capitolo sono discussi i risultati. In particolare, la discussione e organizzata secondo i materiali polimerici studiati durante la sperimentazione. Lo stesso modello e seguito per ogni polimero, cioe KETASPIRE® KT-820 PEEK, Halar® 350LC ECTFE e SOLEF® 60512 (placche) o 80000 (schiume) PVDF. In un primo momento, i parametri e risultati di caratterizzazione di trattamento al plasma sono discussi, poi gli esiti di metallizzazione elettrochimica sono descritti e infine le prestazioni del polimero metallizzato per l'applicazione selezionata vengono studiati mediante test specifici. Guardando il quadro generale, si puo dire che il trattamento al plasma atmosferico e un processo adatto per il pretrattamento di materiali polimerici con strutture chimiche varie, ad esempio aromatici (PEEK) e fluorurati (ECTFE e PVDF), al fine di promuovere la metallizzazione elettrochimica. Il trattamento al plasma, soprattutto se eseguito nelle condizioni adatte, e stato utile per aumentare la tensione superficiale dei substrati polimerici, principalmente per un marcato aumento della sua componente polare. Il processo di recupero idrofobo e stato studiato ed e stato trovato essere dipendente dalla temperatura. Un modello e stato proposto che implicava la costruzione di curve master e la determinazione della energia di attivazione per il processo di recupero idrofobo. L'analisi chimica della superficie ha rivelato che il trattamento al plasma conduce l'innesto di gruppi funzionali azotati ed ossigenati; mentre la caratterizzazione morfologica ha sottolineato che la rugosita superficiale dei polimeri non e influenzata dalle condizioni di plasma preferite. Si e constatato che i parametri di plasma devono essere ottimizzati a seconda della struttura chimica e della forma del substrato polimerico, permettendo quindi di ottenere depositi di rame continui ed omogenei con buoni livelli di adesione. La nucleazione di rame e stata riscontrata senza tempo induzione su tutti i polimeri trattati al plasma studiati. Muovendosi verso le applicazioni specifiche, ECTFE rivestito di metallo e stato proposto come specchio concentratore solare flessibile. studi di riflettanza spettrale, effettuati su campioni semplificati, hanno rivelato che buone proprieta riflettenti possono essere ottenute. Inoltre la deposizione di strati di argento ha permesso di migliorare le prestazioni rispetto ai campioni ECTFE rivestiti di rame. Due diverse applicazioni sono state considerate per film di PEEK rivestiti di rame , a seconda dello spessore. Le proprieta termiche e meccaniche di film di spessore 6 micron sono state determinate per quantificare l'effetto di strati di rame sulla conduzione/dissipazione termica e sul modulo elastico apparente. Questa informazione e stata necessaria per convalidare l'applicabilita di questi campioni come diaframmi oscillanti per micro-altoparlanti. I risultati hanno rivelato che la conduzione termica / dissipazione aumenta notevolmente con la metallizzazione e l'effetto sulle proprieta meccaniche puo essere adattato per ottenere un buon compromesso. In secondo luogo l'applicabilita di strisce di PEEK rivestito di rame come interruttori e stata studiata. In questo caso sono stati studiate le risposte elettriche e termiche di interruttori polimero-metallo, rivelando che, modulando la geometria del campione, e possibile controllare la corrente di azionamento e la deformazione termica. Infine schiume PVDF sono state rivestite con successo con uno strato di rame continuo che ha permesso di evitare la generazione di HF, che e occorso durante le prove di resistenza di fiamma su campioni espansi in PVDF non ricoperti di metallo. La prova di resistenza alla fiamma e parte della serie di caratterizzazioni che sono richieste, per nuovi materiali, nel settore aerospaziale.