Metallbeschichtung von PEI, PPS und PEEK
Biconex metallisiert technische Hochtemperatur-Kunststoffe wie PEI, PPS und PEEK mit funktionalen Metallschichten aus Nickel, Kupfer und Silber. Grundlage sind eigene Beizverfahren, die die Kunststoffoberfläche so vorbehandeln, dass die Metallschicht dauerhaft haftet.
Das Unternehmen mit Sitz in Radeberg bei Dresden ist seit 2015 auf genau die Fälle spezialisiert, die mit Standardprozessen der Kunststoffgalvanik nicht lösbar sind: hochtemperaturbeständige Werkstoffe, komplexe Geometrien und funktionale Anforderungen an die Metallschicht. Begleitet wird der Weg von der Machbarkeitsstudie über die Serienentwicklung bis zur Lohnbeschichtung.
Welche Kunststoffe Biconex metallisiert
PEI — Polyetherimid
Amorpher Hochleistungsthermoplast mit hoher Steifigkeit und guter Dimensionsstabilität. In der Metallisierung ist PEI vergleichsweise gut zugänglich, weil die amorphe Struktur eine gleichmäßige Anquellung der Oberfläche erlaubt. Typische Einsatzfelder metallisierter PEI-Bauteile sind abgeschirmte Gehäuse und Hochfrequenzbauteile bis zum einstelligen GHz-Bereich.
PPS — Polyphenylensulfid
Teilkristalliner Werkstoff mit hoher Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit, häufig glasfaserverstärkt. Die Teilkristallinität macht die Vorbehandlung anspruchsvoller als bei PEI, weil die kristallinen Bereiche chemisch träger reagieren. Genau hier wirken verfahrensspezifische Beizschritte.
PEEK — Polyetheretherketon
Der anspruchsvollste der drei Werkstoffe: hochtemperaturbeständig, chemisch außerordentlich resistent und teilkristallin. Dieselbe chemische Beständigkeit, die PEEK im Einsatz auszeichnet, erschwert die nasschemische Vorbehandlung. Standardprozesse der Kunststoffgalvanik erreichen auf PEEK in der Regel keine belastbare Haftung.
Faserverstärkte Werkstoffe und CFK
Der Füllstoff spielt meist eine untergeordnete Rolle. Wichtig ist, dass es sich bei der Matrix um die genannten Kunststoffe handelt. CFK besteht zum Beispiel sehr häufig aus Epoxidharz als Matrix. Das können wir dann nicht beschichten.
Wie die Metallisierung technisch abläuft
- 1
Bauteil- und Werkstoffprüfung
Werkstofftyp, Füllstoffe, Geometrie und Anforderung an die Metallschicht werden erfasst. Aus diesen vier Angaben ergibt sich, ob und mit welchem Vorbehandlungsweg das Bauteil metallisierbar ist.
- 2
Reinigung und Benetzung
Trennmittelreste, Fette und Partikel aus der Kunststoffverarbeitung werden entfernt. Durch die Benetzung wird die Anhaftung von Luftblasen vermieden, die zu offenen Stellen bei der Beschichtung führt. Mit diesem Schritt kann auch die Beschichtung sehr feiner Details erreicht werden. Je nach Bauteil ist dieser Schritt optional.
- 3
Beizen — die verfahrensspezifische Vorbehandlung
Die Oberfläche wird chemisch so verändert, dass eine mechanische und chemische Verankerung der Metallschicht entsteht. Für PEI, PPS und PEEK nutzt Biconex hierfür eigene Beizverfahren statt der für ABS entwickelten Standardprozesse.
- 4
Aktivierung und chemische Metallisierung
Auf der vorbehandelten, elektrisch nicht leitenden Oberfläche wird eine erste, chemisch abgeschiedene dünne Nickel-Phosphor-Schicht aufgebaut. Sie macht das Bauteil leitfähig und ist Voraussetzung für alle folgenden galvanischen Schritte.
- 5
Galvanischer Schichtaufbau
Kupfer und Nickel oder Silber werden in der für die Funktion erforderlichen Dicke und Reihenfolge abgeschieden. Gleichmäßige Schichtdicken mit hoher Oberflächenqualität von 5 µm und mehr sind auch für Hochfrequenzanwendungen vorteilhaft.
- 6
Prüfung und Dokumentation
Schichtaufbau und Haftung werden geprüft und dokumentiert. Die Qualitätssicherung ist in das nach ISO 9001 zertifizierte Managementsystem eingebunden.
Nickel, Kupfer, Silber — welche Schicht welche Funktion erfüllt
| Metall | Funktion der Schicht | Typische Anforderung dahinter |
|---|---|---|
| Kupfer | Hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit | Wärmeableitung; Abschirmung; Hochfrequenz-Bauelemente |
| Nickel | Hohe Härte, chemisch beständig, abriebfest, magnetisch | Mechanisch beanspruchte Funktionsflächen, magnetische Abschirmung, gas- und flüssigkeitsdichte Behälter |
| Silber | Höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit | Hochfrequenzantennen und Waveguides |
| Nickel-Phosphor | Chemische Beständigkeit. Homogene Schichtdicke auch bei komplexen inneren Oberflächen | Medienberührte Bauteile, elektromagnetische Abschirmung |
| Schichtsystem aus mehreren Metallen | Kombination mehrerer Funktionen in einem Aufbau | Bauteile mit mehreren gleichzeitigen Anforderungen |
Was die Metallschicht am Bauteil bewirkt
Leichtbau
bis zu 50 Prozent Gewichtsersparnis gegenüber einem Bauteil aus Leichtmetall
Elektrische Funktion
leitfähige Oberfläche auf einem nicht leitenden Grundkörper, etwa für Hochfrequenz-Antennen und -Filter
EMV-Abschirmung
Abschirmung elektromagnetischer Felder an Gehäusen und Baugruppen
Dichtheit
gas- und flüssigkeitsdichte Bauteile, unter anderem für Wasserstoff-Anwendungen
Wärmeableitung
hohe thermische Leitfähigkeit über eine kupferbasierte Schicht
Verschleißschutz
abriebfeste Funktionsflächen mit hoher Härte
PEEK, PPS und PEI in der Metallisierung im Vergleich
Die drei Werkstoffe unterscheiden sich nicht nur im Einsatz, sondern auch in der Metallisierbarkeit. Die Übersicht ordnet die wesentlichen Unterschiede für die Werkstoffauswahl mit typischen Parametern für die genannten Kunststoffe.
| 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 |
| Bruchdehnung [%] | 2 | 3 | 2 |
| Oberflächenqualität | +++ | + | +/- |
| Wasseraufnahme [%] | 0,02 | 0,9 | 0,5 |
| Brandschutz UL94 | V0 | V0 | V0 |
| Zugänglichkeit für die Vorbehandlung | anspruchsvoll, verfahrensspezifisch | vergleichsweise gut | anspruchsvoll, verfahrensspezifisch |
| Typische Anwendung metallisiert | Abschirmung, Hochfrequenzbauteile | Abschirmung | — |
Funktionsbeschichtung ist keine dekorative Galvanik
Was Biconex ausdrücklich nicht anbietet
- Keine Beschichtung von Metallen — beschichtet wird der Kunststoff
- Kein Metall-3D-Druck; angeboten wird die Metallisierung 3D-gedruckter Kunststoffteile, teils als Alternative zum Metall-3D-Druck
Von der Machbarkeit bis zur Serie
- 1
Erstberatung
Erste fachliche Einordnung, ob und wie das Bauteil metallisierbar ist.
- 2
Bedarfsanalyse
Funktionale Anforderung, Werkstoff und Geometrie werden gemeinsam durchgesprochen.
- 3
Machbarkeitsstudie
Technische Prüfung am konkreten Bauteil, bevor größere Entwicklungskosten entstehen.
- 4
Serienentwicklung
Der Prozess wird auf reproduzierbare Fertigung ausgelegt.
- 5
Lohnbeschichtung
Laufende Beschichtung von der Kleinserie bis zur Großserie.
- 6
Optimierung
Nachjustierung von Qualität und Kosten im laufenden Betrieb.
Rahmen der Zusammenarbeit
Losgrößen von einem Stück bis 100.000 Stück
Reaktionszeit von 24 Stunden auf Anfragen
Neben der Lohnbeschichtung
Entwicklungsdienstleistung, Lizenzen für Beschichtungsverfahren und Chemikalien für die Kunststoffvorbehandlung
Qualitätsmanagement nach ISO 9001
Standort Radeberg bei Dresden, seit 2015 am Markt
Häufige Fragen
Welche Kunststoffe kann Biconex metallisieren?
Biconex metallisiert technische und hochtemperaturbeständige Kunststoffe, insbesondere PEI, PPS und PEEK, sowie 3D-gedruckte Kunststoffteile im SLS- oder MJF-Verfahren. Außerdem bieten wir den Druck von Teilen im DLP-Verfahren an, die dann ebenfalls metallisiert werden können. Grundlage sind eigene Beizverfahren für die Vorbehandlung dieser Werkstoffe. Ob ein konkretes Bauteil metallisierbar ist, hängt zusätzlich von Füllstoffen, Geometrie und der geforderten Funktion der Metallschicht ab und wird in einer Machbarkeitsprüfung geklärt.
Warum lassen sich PEEK und PPS nicht mit Standardprozessen metallisieren?
Die verbreiteten Prozesse der Kunststoffgalvanik sind für ABS und ABS-Blends entwickelt, deren Oberfläche sich chemisch selektiv anbeizen lässt. Hochtemperaturkunststoffe wie PEEK, PEI und PPS sind chemisch sehr beständig — dieselbe Eigenschaft, die sie im Einsatz auszeichnet, macht die nasschemische Vorbehandlung schwierig. Ohne angepasstes Beizverfahren entsteht keine belastbare Verankerung der Metallschicht.
Welche Metalle werden abgeschieden?
Der Prozess beginnt bei Biconex immer mit einer chemisch abgeschiedenen dünnen Nickel-Phosphor-Schicht, mit der das Bauteil an der Oberfläche elektrisch leitfähig wird. Darauf folgen Kupfer, Nickel und Silber, einzeln oder als Schichtsystem Kupfer/Nickel oder Kupfer/Silber. Die Auswahl richtet sich nach der Funktion: Kupfer für elektrische und thermische Leitfähigkeit, Nickel für Verschleißschutz und Dichtheit, Silber für höchste thermische und elektrische Leitfähigkeit der Deckschicht. In Kontakt mit Atmosphäre ist Kupfer alleine in vielen Anwendungen weniger geeignet, da durch das Anlaufen die Schicht ihre Eigenschaften an der Oberfläche stark verändert.
Wofür werden metallisierte Hochtemperatur-Kunststoffe eingesetzt?
Für Leichtbau-Komponenten als Ersatz für Metalle mit einer Gewichtsersparnis von bis zu 50 Prozent gegenüber Leichtmetall. Besonders vorteilhaft sind Kunststoffe bei komplexen Geometrien, feinen Details und kleinen Bauteilabmessungen. Beispiele sind Hochfrequenz-Antennen und -Filter (Waveguides), abgeschirmte Gehäuse, druckdichte Behälter zum Beispiel für Wasserstoff-Anwendungen und Bauteile mit verschleißbeanspruchten Funktionsflächen.
Bietet Biconex Metall-3D-Druck an?
Nein. Biconex metallisiert 3D-gedruckte Kunststoffteile und bietet dies teils als Alternative zum Metall-3D-Druck an. Der Grundkörper entsteht im Kunststoff-Druckverfahren, die Metalloberfläche wird chemisch-galvanisch aufgebracht. Metall-3D-Druck selbst gehört nicht zum Leistungsspektrum.
Ab welcher Stückzahl arbeitet Biconex?
Von der Einzelanfertigung und dem Prototypen über die Kleinserie bis zur laufenden Großserie. Vor der Serie steht in der Regel eine Machbarkeitsstudie am konkreten Bauteil, damit Entwicklungsaufwand erst entsteht, wenn die Metallisierbarkeit geklärt ist.