Welche Kunststoffe lassen sich metallisieren?
Metallisieren lassen sich nicht nur die klassischen Galvanik-Kunststoffe auf ABS-Basis und in geringem Umfang Polyamid 6, sondern auch technische Hochtemperaturkunststoffe wie PEI, PPS und PEEK sowie 3D-gedruckte Kunststoffteile aus dem SLS- und MJF-Druck und unter bestimmten Voraussetzungen aus dem DLP-Druck. Entscheidend ist die Vorbehandlung: Jeder Kunststoff braucht ein auf ihn abgestimmtes Verfahren, damit die Metallschicht dauerhaft haftet.
Biconex aus Radeberg bei Dresden entwickelt solche Vorbehandlungsverfahren seit 2015 und metallisiert technische Kunststoffe mit Kupfer und Nickel oder Silber. Diese Seite beantwortet die häufigsten Fragen zur Werkstoffauswahl.
Welche Kunststoffe sich metallisieren lassen – auf einen Blick
| Werkstoff | Metallisierbar | Hinweis |
|---|---|---|
| PEI (Polyetherimid) | ja | amorph, für die Vorbehandlung vergleichsweise gut zugänglich |
| PPS (Polyphenylensulfid) | ja | teilkristallin, aggressivere Vorbehandlung nötig |
| PEEK (Polyetheretherketon) | ja | chemisch sehr beständig und anspruchsvoll in der Vorbehandlung; wegen des hohen Werkstoffpreises seltener eingesetzt |
| Faserverstärkte Kunststoffe | ja, abhängig von der Matrix | entscheidend ist der Matrixkunststoff, nicht der Füllstoff |
| CFK mit Epoxidharz-Matrix | nein | Epoxidharz als Matrix ist nicht beschichtbar |
| 3D-gedruckte Teile (SLS, MJF, DLP) | ja, DLP unter bestimmten Voraussetzungen | DLP-Druck bietet Biconex selbst an |
| Polyamid | ja, abhängig von Produkt und Füllstoff | Nischenprodukt, nur bestimmte Kunststoffsorten von bestimmten Herstellern zuverlässig beschichtbar, vorwiegend PA6 mit Silikatpartikeln. Spritzgießbauteile aus Polyamid bei Biconex nur auf spezielle Kundenanfrage; PA12-Druckteile aus SLS und MJF standardmäßig |
| ABS und ABS-Blends | ja | Standardwerkstoff der klassischen Kunststoffgalvanik |
Was darüber entscheidet, ob ein Kunststoff metallisierbar ist
Die verbreiteten Prozesse der Kunststoffgalvanik sind fast ausschließlich für ABS entwickelt. Andere Kunststoffe erfordern andere Vorbehandlungen, und diese beeinflussen wiederum die nachfolgenden Beschichtungsschritte (Quelle: Hofinger et al., „Jenseits von ABS", Galvanotechnik 9/2019, Eugen G. Leuze Verlag).
Zwei Oberflächeneigenschaften sind entscheidend
- Strukturierung der Oberfläche: Die Vorbehandlung erzeugt Strukturen im Mikrometer- oder Submikrometermaßstab, in denen sich die Metallschicht verankert. Ihre Größe liegt je nach Kunststoff zwischen einigen hundert Nanometern und einigen Mikrometern.
- Benetzbarkeit durch Polarität und Oberflächenladung: Sie bestimmt, wie gut wässrige Prozesslösungen die Oberfläche erreichen. Eine gute Benetzung verhindert Luftblasen an hydrophoben Oberflächen, die zu offenen Stellen in der Beschichtung führen.
Amorph oder teilkristallin
Ungeordnete, amorphe Bereiche eines Kunststoffs sind weniger dicht und lassen sich chemisch schneller angreifen. Geordnete, kristalline Bereiche reagieren träger. Verfahrensspezifische Beizschritte sind bei allen Kunststoffen nötig. Der Mechanismus der Strukturierung ist nur bei den amorphen Kunststoffen etwas anders und sie sind chemisch leichter angreifbar. Die teilkristallinen Kunststoffe erfordern dagegen eine aggressivere Behandlung (z. B. aggressivere Oxidation, höhere Konzentrationen der Beize, höhere Temperaturen oder höhere Behandlungszeiten). Bei fast allen Kunststoffen entstehen durch den chemischen Angriff außerdem Nebenprodukte, die durch besondere Verfahrensschritte entfernt werden müssen.
Wärmeausdehnung
Kunststoffe und Metalle dehnen sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich stark aus; die dadurch entstehenden Spannungen können zum Versagen der Grenzfläche führen. Hochtemperaturfeste und faserverstärkte Kunststoffe wie PEI oder PPS haben deutlich niedrigere Ausdehnungskoeffizienten als Standardkunststoffe, die sich fallweise von Metallen kaum noch unterscheiden (Quelle: Galvanotechnik 9/2019). Diese Ähnlichkeit zu Metallen macht sie in Verbindung mit chemisch-galvanischen Beschichtungen zu einem idealen Metallersatz, da die Stabilität der Beschichtung auch bei großen Temperaturwechseln gegeben ist.
PEI, PPS und PEEK im Vergleich
Die Übersicht ordnet die wesentlichen Unterschiede für die Werkstoffauswahl mit typischen Parametern für die genannten Kunststoffe. Ausführlich behandelt die Seite „Metallbeschichtung von PEI, PPS und PEEK" die drei Werkstoffe.
| Kriterium | PPS | PEI | PEEK |
|---|---|---|---|
| Struktur | teilkristallin | amorph | teilkristallin |
| Temperaturformbeständigkeit bei 1,8 MPa [°C] | 260 | 200 | 260 |
| Thermische Ausdehnung [10⁻⁵/K] | 2 | 3 | 3 |
| Wasseraufnahme [%] | 0,02 | 0,9 | 0,5 |
| Zugänglichkeit für die Vorbehandlung | anspruchsvoll, verfahrensspezifisch | vergleichsweise gut | anspruchsvoll, verfahrensspezifisch |
Häufige Fragen
Welche Kunststoffe lassen sich metallisieren?
Neben ABS und ABS-Blends sowie in geringem Umfang auch PA6, den Standardwerkstoffen der Kunststoffgalvanik, lassen sich technische Hochtemperaturkunststoffe wie PEI, PPS und PEEK metallisieren, außerdem faserverstärkte Kunststoffe mit geeigneter Matrix und 3D-gedruckte Kunststoffteile aus dem SLS- und MJF-Druck sowie unter bestimmten Voraussetzungen aus dem DLP-Druck. Voraussetzung ist eine auf den jeweiligen Kunststoff abgestimmte Vorbehandlung.
Warum lassen sich technische Kunststoffe nicht mit dem Standardprozess metallisieren?
Die verbreiteten Prozesse der Kunststoffgalvanik sind für ABS entwickelt. Hochtemperaturkunststoffe sind chemisch sehr beständig – dieselbe Eigenschaft, die sie im Einsatz auszeichnet, erschwert die nasschemische Vorbehandlung. Biconex nutzt dafür eigene Beizverfahren.
Was entscheidet darüber, ob ein Kunststoff metallisierbar ist?
Vor allem zwei Oberflächeneigenschaften: die Strukturierung der Oberfläche im Mikrometer- oder Submikrometermaßstab, in der sich die Metallschicht verankert, und die Benetzbarkeit mit wässrigen Prozesslösungen. Hinzu kommen der Aufbau des Kunststoffs (amorph oder teilkristallin), Faserverstärkungen und die Wärmeausdehnung.
Lassen sich glasfaserverstärkte Kunststoffe und CFK metallisieren?
Das hängt von der Matrix ab, nicht vom Füllstoff. Ist die Matrix ein metallisierbarer Kunststoff wie PEI oder PPS, lässt sich auch das faserverstärkte Bauteil beschichten. CFK besteht sehr häufig aus Epoxidharz als Matrix; diese Bauteile kann Biconex nicht beschichten.
Kann man Hochtemperaturkunststoffe wie PEI, PPS und PEEK metallisieren?
Ja. PEI ist dank seiner amorphen Struktur vergleichsweise gut zugänglich, PPS und PEEK erfordern aggressivere Maßnahmen zur Vorbehandlung. In jedem Fall sind verfahrensspezifische Beizschritte nötig. PEEK ist metallisierbar, wird wegen des hohen Werkstoffpreises aber seltener eingesetzt.
Lassen sich 3D-gedruckte Kunststoffteile metallisieren?
Ja. Teile aus dem SLS-, MJF- und DLP-Druck sind metallisierbar. DLP-Druck funktioniert jedoch nur in speziellen Fällen mit ausgewählten Materialien. Den DLP-Druck bietet Biconex daher selbst an und setzt auch hier spezielle, auf die Beschichtung optimierte Verfahren und Materialien ein. Metall-3D-Druck gehört nicht zum Leistungsspektrum; die Metallisierung gedruckter Kunststoffteile ist teils eine Alternative dazu.
Welche Metalle lassen sich auf Kunststoff abscheiden?
Der Prozess beginnt bei Biconex immer mit einer chemisch abgeschiedenen dünnen Nickel-Phosphor-Schicht, mit der das Bauteil an der Oberfläche elektrisch leitfähig wird. Das ist die Voraussetzung für die weitere galvanische Abscheidung von Metallen. Diese erfolgt zunächst in Form einer Kupferschicht als Basis mit Deckschichten aus Nickel oder Silber. Kupfer sorgt für elektrische und thermische Leitfähigkeit, Nickel für Härte und Korrosionsbeständigkeit, Silber für höchste Leitfähigkeit. An Stelle dieses komplexen Schichtaufbaus kann aber auch die gesamte Beschichtung nur aus der chemischen Nickel-Phosphor-Schicht mit maximal 10 µm Schichtdicke bestehen. Dies ist vor allem bei komplexen inneren Oberflächen und bei nicht zu großen Anforderungen an die Leitfähigkeit sinnvoll.
Wofür werden metallisierte Kunststoffe eingesetzt?
Für Bauteile, die leicht sein und gleichzeitig metallische Funktionen übernehmen sollen: elektromagnetische Abschirmung, Antennen- und Filtereigenschaften für Hochfrequenzanwendungen, Wärmeableitung, elektrostatische Ableitung und abriebfeste Funktionsflächen. Gegenüber Leichtmetall sind bis zu 50 Prozent Gewichtsersparnis möglich.
Wie wird geprüft, ob die Metallschicht auf dem Kunststoff hält?
Die Haftfestigkeit wird unter anderem mit der Schälprüfung nach ISO 8510-1, dem Gitterschnitt nach DIN EN ISO 2409 und einem Thermoschock-Test 80/20 °C geprüft. Der Schälversuch liefert dabei einen quantitativen Wert: die Abzugskraft bezogen auf die Streifenbreite.
Was die Metallschicht auf dem Kunststoff leistet
Elektromagnetische Abschirmung von Gehäusen und Baugruppen
Antennen- und Filtereigenschaften für Hochfrequenzanwendungen
Wärmeableitung über eine kupferbasierte Schicht
Verschleißschutz durch abriebfeste Nickelschichten
Ist Ihr Bauteil metallisierbar?
Ob ein konkretes Bauteil metallisierbar ist, hängt von Werkstoff, Füllstoffen, Geometrie und Anforderung an die Metallschicht ab. Biconex klärt das in einer Erstberatung und bei Bedarf in einer Machbarkeitsstudie am konkreten Bauteil, bevor größere Entwicklungskosten entstehen. Auf Anfragen reagiert Biconex innerhalb von 24 Stunden.