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    Ni-P-PTFE複合層化學鍍製備與其抗沾黏特性之研究
    (2012) 張明成
    鎳磷合金(Ni-P alloy)有優異的硬度(> 600 Hv)、耐磨耗及化學耐蝕性，已為機械、模具、汽車、光電及電子製造等領域廣泛的應用。聚四氟乙烯(鐵氟龍) (poly-tetra-fluoro-ethylene, PTFE)亦具有優異之自潤滑性(摩擦係數極低)、表面抗粘黏性、超疏水自潔性、耐腐蝕性、絕緣性，在生化、醫療與食品相關器具已有廣泛應用。模造成型之模仁表面如沉積 PTFE之薄膜，可使模仁具有極佳之脫模與離型效果，避免壓印或射出成型之高分子材料沾黏於模仁表面，特別是當進行微/奈米等級結構之成型時，此沾黏現象特別容易發生。然而，此PTFE薄膜一般是以蒸鍍、旋鍍、噴塗、浸漬等方式塗佈於模仁表面，則於脫模離型過程中PTFE薄膜容易產生剝離脫落現象，致使模仁的耐用性不佳，故必須提出其他有效的解決方案。 因此，本研究在化學鍍(無電鍍)(electroless plating)鎳磷合金(Ni-P alloy)的程序中，加入0.2 μm之PTFE顆粒，以進行Ni-P/PTFE複合層之製備。此複合層在應用時，可兼具鎳磷合金優異之硬度與耐磨耗性，以及PTFE膜之低摩擦係數、超撥水性、高抗沾黏等特性。此外，由於PTFE顆粒均勻地鑲嵌於鎳磷合金鍍層內部與表面，顆粒具有不易脫落的特性，可明顯改善僅PTFE塗覆於模仁表面，所造成之模仁耐用性不佳的缺點。化學鍍實驗中分別控制鍍液pH值、操作溫度，PTFE顆粒添加量、界面活性劑FC-134濃度等參數，探討Ni-P/PTFE複合層之析鍍速率、複合層中PTFE之沉積量、微硬度的影響，以及與抗沾黏、自潔性、防污性功能相關之接觸角特性。 實驗結果顯示鍍浴的pH值必須控制在4.80-4.92範圍內，以維持鍍液的穩定性。溫度的提升，析鍍膜可獲得較佳之接觸角度，但隨著浴溫的增加，析鍍速率反而會減少，例如，在85 ℃操作條件下鍍層的接觸角為113.47o、鍍率為15.8 m/hr，95℃時接觸角為146.29o、鍍率為5.7 m/hr。析鍍時間與沉積厚度呈線性關係，時間愈長可得較厚之薄膜，但鍍液中PTFE含量超過7.5 cc/L，沉積速率受到限制反而減緩。杜邦公司(Du Pont)的PTFE懸浮液，其鍍層品質深受界面活性劑FC-134的影響，其最佳條件為95 ℃鍍液含300 mole/L FC-134、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min，可得接觸角度140.01°，鍍層厚度6.5 m、平均硬度173.54 Hv。使用日本World Metal Co, LTD 的PTFE懸浮液，其鍍液可以不使用FC-134，在95℃浴溫、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min的最佳條件下，可得接觸角度147.70°，鍍層厚度5.5 m、平均硬度160.80 Hv。目前的研究進度已獲得超疏水性之Ni-P-PTFE複合層，並應用析鍍於具有微結構之Ni-Co模仁表面，可得接觸角141.42°，且實際進行熱印壓模(Hot embossing)之測試，經過壓膜與脫膜實驗後，量測接觸角為137.89°。因此，本研究所製備之Ni-P-PTFE複合層有抗沾黏的能力，可助Ni-Co模仁之離型性效果。