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今天，将由我们主播Amy为大家讲解本文主要内容，希望大家能喜欢。
美国国家卫生基金会NSF于1988年提出了《饮用水系统部件的健康影响》，对水龙头安全指标提出了明确规定，尤其是铅元素要求Q≤11ug，2012年又将这一指标降低至Q≤5ug。因为含铅过高，会损害人的神经系统、诱发贫血、引发高血压与心律失常、影响儿童正常发育、并且降低人的免疫力。因此，无论是在欧美还是我国，水龙头无铅化已成为一种必然的趋势。
据了解，目前市面上的水龙头大多以铁、铜、不锈钢、合金、塑料等作为主要材质铸造。因铜材料在多方面所体现出的优越性，如，天然的抗菌性，低成本等。因此,很多厂家以生产铜龙头为主，并且市面上在售的各大品牌的水龙头产品，大多数都是“黄铜龙头”。
图1 铜制水龙头
这种俗称的黄铜，实际上是由铜和锌组成的合金，原材料中就含有铅元素。另外在熔炼过程中，一般都会加入铅，因为铅能增加铜水的流动性，还能改善黄铜的切削性能，更便于制作包括水龙头在内的金属铸件。此外，铜合金中的铅元素与空气接触时，表面会很快氧化，生成一层保护膜。但水能使铅的保护膜脱落，造成水龙头中铅元素的析出，从而对人体造成不同程度的损害。
随着对于无铅化的要求越来越高，用于水龙头的新材料和新工艺不断涌现，如低铅铜、不锈钢、PVC、ABS塑料等等。下面我们先来看看不同材料水龙头的对比：
表1 不同种类水龙头的对比
在这些材料中，低铅铜仍然是目前水龙头最佳材料，但使用该材料无法做到无铅化。使用PVC、ABS塑料可以做到无铅化，但这类材料钢性不足，不经久耐用，只能满足低端市场需求。如果一种塑料能替代含铅铜材，并且比PVC更具“钢”性，不仅可以降低综合成本而且可以真正做到无铅化，使水龙头产品得到NSF认证，顺利进入利润丰厚的欧美市场。
据小编了解到，目前，PA10T材料经过测试，可以满足无铅化的要求、并且刚性强，同时还能保持金属质感，经久耐用。
图2 尼龙材料性能对比
众所周知，尼龙材料在添加一定量的玻纤之后，材料强度大大增加，并且材料具有更加优异的耐热性，耐化学腐蚀性。由于尼龙材料中含有酰胺基团，吸湿性很大，所以一般不能用于涉水制品中，比如像PA6/PA46，但当尼龙分子链相对较长，具有足够低的酰胺键密度时，它的吸水率就变得很低，类似“PPO"。而PA10T这款尼龙材料，一个结构单元上，拥有10个亚甲基，并且还有一个苯环存在，从而使得酰胺键密度相对其他尼龙材料而言，低很多，吸水性低。因此，在众多尼龙材料中，PA10T非常适合用来做水龙头。此外，相对PVC、ABS等通用塑料而言，材料更具有钢性。
图3 铜水龙头
PA10T材料的性能可以满足水龙头的基本要求，但如何保持类似铜水龙头的金属质感，让产品看起来高端、时尚、美观等视觉效果呢？
答：电镀——让塑料制品可以拥有良好的金属质感，并改善制品在电、热及耐腐蚀等方面的性能，提高其表面机械强度，从而提升制品的附加值。
然而，塑料电镀是有一定难度的，特别是如何解决材料拥有满足化学镀及电镀所需要的层结合力，这一直是企业的难点。因为，塑料与金属之间并没有特别强的粘接力，结合力太弱，在使用过程中，很容易脱落，从而影响产品的使用性。
这就是为何市场上一些耐高温的尼龙材料在涉足卫浴水龙头行业，基本做的都是内置件，再外包一个金属外壳，或者直接做墙体隐藏式的水龙头，主要原因是这些材料无法解决电镀问题。目前，市场上最为成熟的是ABS电镀，但前面已经说过了，ABS材料的钢性不足，无法做得高端。竟然塑料电镀不容易，不容易在哪，让我们先从塑料电镀（常规的电镀）的过程开始说起，如图规所示：
图4 塑料电镀工艺流程
塑料电镀一般要经过导电化处理，化学镀层，电气镀等过程，其中的核心难点是如何解决镀层结合力问题。因此，塑料一般需要做导电化处理，使之能满足化学镀和电气镀。为了解决这个问题，我们必须先理解一个概念——“表面微蚀”。
“表面微蚀”？简单的说，就是通过改变结合面之间的结构，使塑料表面形成微观粗糙面，从而增加电镀面与注塑件的接触面面积，使制件表面呈亲水性，达到增加镀层与制件的表面结合力，从而使材料满足化学镀及电镀所需要的层结合力。
但并不是简单的表面微蚀就能满足化学镀及电镀所需要的镀层结合力。这个与“表面微蚀量”有关，只有当微蚀量控制在一定程度以上，才能确保化学镀层具备良好的结合力。这就是为何很多材料无法做电镀的原因，主要是电镀膜与注塑件的接触面，没有办法获得满足化学镀及电镀所需要的镀层结合力，因此只能望而却步。为何PA10T材料可以做到呢？不一样的化学镀——化学镀铜。
传统的塑胶电镀工艺多采用化学镍的方法。比如说，ABS通常采用化学镀镍，之后再进行其他工艺；而本研究者认为，PA10T材料采用化学厚铜替代化学镍在该材料的电镀工艺过程中更具有其合理性。原因有三：
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其一，铜无须80℃以上的高温，对基材影响较小；
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其二，铜一般能在30分钟内沉积1微米厚铜层，提供足够厚度的导电基体，化学铜层比化学镍层具有更好的导电率及与铜加厚镀层之间结合力；
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其三：铜的热膨胀系数更接近塑料，进行化学镀铜提高耐温变能力及耐腐蚀性。
图5 铜制水龙头
根据设计的思路，研究者对PA10T材料进行表面微蚀，并对其进行了化学镀测试，得出以下的结论：采用合理的铬酐及硫酸用量配比，对PA10T材料进行有效的微蚀，当微蚀量达到2.5 mg/cm2以上时，化学镀铜层具有良好的结合力，能满足后续电镀工艺要求。PA10T材料通过化学镀铜的方式，完美地解决了塑料电镀的问题，使之拥有类金属质感的表面。这个过程仅需在塑料注塑成型后，通过电镀即可得到，大大减少了生产工艺，对于卫浴企业而言，无疑是一个革命性的突破。真正让材料做的无铅化，工艺方便，并且材料制品拥有类似“钢”一样的强度与高端时尚金属质感强的外观。
图6 微蚀量与化学铜层结合力关系
图 7 PA10T微蚀前后表面对比图
注：硫酸含量对微蚀量影响非常显著，工作液中硫酸含量应控制在100-200ml/L；过高的铬酐含量会导致水洗困难并对后续中和剂消耗增大；微蚀温度应控制在60-70℃之间；微蚀时间应该根据化学镀层结合力所要求的微蚀量最终决定
鉴于PA10T材料特殊的物理与化学性能，结合本实验研究表明，卫浴企业现有的工艺和方法，采用PA10T材料在注塑成型后进行表面微蚀，使之具备一定的微观粗糙度，完全能满足化学镀及电镀的所需要的结合力。随着法律法规越来越严格，相信PA10T材料在解决水龙头无铅化并保持类似铜水龙头一样金属质感的优势，会让它在卫浴制品上有很大的发展前景。
文章来源于金发科技股份有限公司，广州三孚新材料科技股份有限公司，艾邦高分子整理编辑。
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