[發明專利]用于注塑模具的防粘附硬質涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201910082754.9
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109594042B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: 陳君;樂務時
• 申請（專利權）人: 蘇州涂冠鍍膜科技有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明涉及一種用于注塑模具的防粘附硬質涂層及其制備方法，其在模具內腔表面沉積一層由包括硬質金屬/硬質陶瓷相/碳材料三者構成的復合涂層，并對該涂層實施低表面能的表面改性與結構設計，從而在不使用脫模劑、省略涂刷/噴涂脫模劑工序的情況下，解決注塑熱坯料容易粘附以及表面耐磨的問題。該用于注塑模具的防粘附硬質涂層及其制備方法緊密結合金屬表面涂層制備技術、等離子體改性技術等領域，通過構建異質復合的涂層結構，以及對涂層外表面的進一步改性，形成了一種注塑模具表面防止熱坯料粘附的硬質復合涂層，該復合涂層可以使注塑模具表面擁有高耐磨性的同時獲得良好的防粘附性能。

技術領域

本發明涉及一種用于注塑模具的防粘附硬質涂層及其制備方法，屬于金屬表面處理技術領域。

背景技術

隨著塑料工業的迅速發展，以及塑料制品在工業生產、生活等各領域的推廣應用，塑料制品的生產對注塑模具的要求也越來越嚴格。目前注塑模具的使用壽命往往較短，特別是模具表面的尺寸精度和表面粗糙度破壞較快。導致破壞的一個重要原因是熱坯料和模具表面的接觸會產生非常強的粘附現象從而導致高摩擦力，造成模具內腔表面發生破壞。此外，坯料在模具內腔表面的粘附將導致模具再次使用時生產的產品出現缺陷。

使用脫模劑可以減小注塑件表面和模具內腔表面間的粘附力，防止兩者相互粘連，從而提高塑件的表面質量。脫模劑的防粘附效果受化學作用和物理條件的雙重影響，由于成型坯料和成型條件各不相同，脫模劑的選定和用量必須根據具體情況來確定。如果使用不當，往往不能產生良好的防粘附效果。脂肪油類脫模劑的有效工作溫度一般不宜超過150℃，注塑溫度高時不能使用；硅油和金屬皂類脫模劑的工作溫度一般在150～250℃；聚四氟乙烯類脫模劑的工作溫度可達到260℃以上，其工作溫度的區間大，特別在高溫條件下是防粘附效果最好的脫模劑。

從熱力學角度分析，熱坯料在模具表面發生粘附的本質原因是模具材料的表面能過高所致。使用脫模劑防粘附的原理也正是在模具和熱坯料之間形成一層低表面能的薄層，使熱坯料與模具兩者不相親，從而抑制粘附。聚四氟乙烯類脫模劑防粘附效果好的原因除了其熱穩定性高之外，更為主要的是其分子結構中擁有大量的-CF₃基團，該基團的表面能低至僅6.7mJ/m²。如若使用脫模劑來防粘附，需要在注塑生產過程中增加了一道涂刷或噴涂脫模劑的工序，造成人力成本和經濟成本提高。

此外，根據楊氏方程的理論，在降低表面能的同時增加外比表面積，可以進一步降低熱坯料在模具表面發生粘附和可能。因此，在保證模具表面宏觀均勻平整的前提下，提升其微觀尺度的粗糙度，也有利于模具防粘附性能的提高。

基于上述情況，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于注塑模具的防粘附硬質涂層及其制備方法，其在模具內腔表面沉積一層由包括硬質金屬/硬質陶瓷相/碳材料三者構成的復合涂層，并對該涂層實施低表面能的表面改性與結構設計，從而在不使用脫模劑、省略涂刷/噴涂脫模劑工序的情況下，解決注塑熱坯料容易粘附以及表面耐磨的問題。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種用于注塑模具的防粘附硬質涂層，所述防粘附硬質涂層包括直接與模具結合的結合層、設置在所述結合層上的過渡層以及設置在所述過渡層上的硬質防粘附功能層；所述結合層包括金屬鉻層(Cr)，所述過渡層包括氮化鉻層，所述硬質防粘附功能層為包括氮化鉻鎳((Cr,Ni)N)、-CF₃基團表面接枝改性的類金剛石非晶碳(DLC-CF₃)以及-CF₃基團表面接枝改性的碳納米管(CNTs-CF₃)三種物質的復合物層。

進一步地，所述防粘附硬質涂層的厚度為6.5～17μm。

進一步地，所述結合層的厚度為1.5～3μm。

進一步地，所述過渡層的厚度為2～4μm。