Menu

Использование электропроводных полимерных композиций в ювелирной промышленности

М. А. Буланова, Н. А. Катуркин, С, Н. Корчемкин, О. В. Кесарев


В настоящее время известно большое количество способов получения гальванопластических отпечатков. В общем случае суть этих способов сводится к тому, что заранее изготовленную мастер-модель из любого материала помещают в пластичную формующую смесь для получения матрицы, подвергают эту среду давлению или температурному воздействию. После этого извлекают мастер-модель из матрицы, па которой монтируют токоподводы, и наносят на ее рабочую поверхность токопроводящий слой. Затем на матрицу наносят разделительный слой, помещают ее в ванну с электролитом и путем гальванического осаждения металла получают отпечаток, впоследствии отделяемый от матрицы.

Факторами, определяющими производительность, параметры и эффективность каждого из этих способов и качество получаемых отпечатков, являются, прежде всего, материалы, используемые для изготовления матрицы, и методы нанесения токопроводящего слоя.

В мировой промышленности известны способы электрохимического получения рафинированных металлов, которые осаждают на электропроводные полимерные электроды [1].

Рассматривалась возможность использования этого способа для получения гальванопластических отпечатков-изделий в ювелирной промышленности. Установлено, что наиболее ценными свойствами для производства матрицы, с которой снимают гальванопластический отпечаток, обладают электропроводные композиции на основе высокомолекулярного каучука СКТВ-1.

Для придания электропроводности в силиконовые композиции вводились проводящие наполнители: технический углерод АТГ-70 и углеродные волокна углен-9. Технический углерод является традиционным электропроводным наполнителем резин, однако он ухудшает пластоэластические свойства резиновой смеси, что затрудняет ее течение и заполнение ею поверхности мастер-модели для точного копирования. Для устранения этого недостатка в резиновую смесь вводят углеродное волокно (также электропроводный материал), которое снижает вязкость смеси, что обеспечивает получение качественной рабочей поверхности матрицы, точно повторяющей поверхность мастер-модели.

Высокая проводимость вулканизатов (pV=0,1-0,2 Ом.м3) не требует дополнительного нанесения на рабочую поверхность матрицы проводящего слоя или какого-либо восстановления ее проводящих свойств в ходе многократного использования.

Силиконовые каучуки обладают незначительной адгезией к металлам, поэтому в процессе подготовки матрицы к работе в ванне не требуется специального нанесения разделительного слоя.

Поскольку материал матрицы формуется под давлением (10-15 МПа) и при температуре 150°С, то, естественно, материал мастер-модели должен быть таким, чтобы эти факторы на него не влияли. Это может быть металл, сплав металлов, дерево, керамика и т. п.

Токоподводящие контакты изготавливаются по известному способу [2]: латунированную или медную мелкоячеистую сетку прокладывают на электропроводный слой резиновой смеси, непосредственно контактирующий с мастер-моделью, по всей ее поверхности. Далее сетку покрывают резиновой смесью. Формую¬щую смесь вместе с мастер-моделью помещают в пресс-форму, в которой она формуется и вулканизуется в течение 30-60 мин, в зависимости от размеров будущей матрицы. За это время формуется рабочая поверхность матрицы, резине придается необходимое удельное сопротивление, запрессовываются токоподводящие контакты.

По окончании вулканизации изделие извлекают из пресс-формы, а мастер-модель отделяют от матрицы. После этого матрица готова к использованию в гальванопластической ванне.

Экспериментально был установлен оптимальный состав электролита, позволяющий получать медные копии в одну стадию при высоких плотностях тока — 10-15 А/дм2, г/л:

CuSO4∙5H2O............. 250
H2SO4....................... 70
NiSO4∙5H2O............. 7
(NH2)2CS................. 0,015

Электроосаждение производят при температуре электролита в ванне 20°С в течение 4 ч. Гальванопластические отпечатки получаются толщиной 0,4-0,5 мм. Их поверхность, точно соответствовавшая оригиналу, была блестящей, без каких-либо дефектов со стороны матрицы. Отпечатки легко отделялись от поверхности матрицы.

При изготовлении плоских рельефов возникла идея использовать обе стороны матрицы. Опыты показали, что осуществить эту идею можно: было изготовлено несколько матриц с отпечатками с двух сторон (рис.). В этом случае операции по сборке, вулканизации и отделению матриц остались прежними, а производительность процесса получения отпечатков возросла, вместе с тем затраты на изготовление матриц снизились.

Конструкция одно-(а)и двусторонней (б) матриц из электропроводных полимерных композиций на основе каучука СКТВ-1 для получения гальванопластических отпечатков:
1 — металлическая сетка — тока подводящий электрод; 2 — электропроводная резина; 3 — изолирующая резина; 4 — токоподводящие провода; 5 — поверхность осаждения металлов.

В результате исследований была установлена возможность использования электропроводных композиций на основе каучука СКТВ-1 с электропроводными наполнителями — техническим углеродом АТГ-70 и углеродными волокнами углен-9 в качестве материала матриц для гальванопластики. Применение в качестве формующей смеси электропроводной резиновой композиции на основе силоксанового каучука обеспечивает многократное использование матрицы с качественным получением последующих отпечатков.

Электропроводная эластомерная композиция позволила исключить трудоемкие операции по монтажу токопроводов и графитизированию поверхности матрицы, применяемые при традиционных способах изготовления, что способствовало повышению производительности труда. Производительность процесса получения гальванопластических отпечатков значительно увеличивается и за счет повышения плотностей тока, что ускоряет процесс взращивания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент Великобритании № 1.057.625 от 1967 г.

2. Патент США № 3221145 от 1965 г.