[發明專利]碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法

無效

• 申請號: 201010533254.1
• 申請日: 2010-11-05
• 公開（公告）號: CN102031547A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 萬怡灶;李群英
• 申請（專利權）人: 天津市飛榮達科技有限公司
• 主分類號: C25D7/06
• 分類號: C25D7/06;C25D15/00;C25D19/00;B82Y30/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明提供了一種磁屏蔽復合材料用碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法。

背景技術

屏蔽復合材料不僅包括電磁屏蔽復合材料，也包括在低頻段使用的磁屏蔽復合材料。碳纖維是電磁屏蔽復合材料中最主要的增強纖維之一，為了提高電磁屏蔽復合材料的屏蔽效能，常常需要在碳纖維表面涂覆金屬(該過程稱為碳纖維的金屬化，所得的制品稱之為金屬化碳纖維)，最典型的金屬材料包括鎳和銅，采用涂覆金屬的碳纖維增強的樹脂基復合材料通常可獲得很高的屏蔽效能，如美國GE公司的產品的屏蔽效能可達到60dB以上。然而，當在低頻段使用時，碳纖維及金屬化碳纖維增強的樹脂基復合材料的屏蔽效能很不理想，因此，在實際應用過程中，仍然使用金屬材料(如坡莫合金等)。隨著節能和環保意識的加強，樹脂及其復合材料的應用備受重視。因此，發展樹脂基磁屏蔽復合材料顯得非常重要。但是，由于工藝難度大，至今沒有樹脂基復合材料真正獲得工程應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法。采用易于實現工業化生產的電沉積(俗稱“電鍍”)在碳纖維表面涂覆金屬，以增加樹脂基復合材料的導電性和中高頻段的屏蔽效能，在電鍍金屬的同時，通過在溶液中添加納米顆粒(尤其是磁性納米顆粒)的方法，使得碳纖維表面同時獲得金屬和納米顆粒復合鍍層(也稱之為復合電鍍)，從而使所制備的復合材料能在低頻段具有高的屏蔽效能，即使之成為一種性能優良的磁屏蔽復合材料，為市場提供急需的特殊復合材料。

本發明的一套完整的復合電沉積裝置，使碳纖維依次通過三組電沉積槽，各組槽內的溶液成分和工藝參數可根據工藝要求進行獨立調整，纖維表面的納米復合沉積層逐級增厚，避免了單槽沉積的“結餅”現象，達到纖維在基體中均勻分布的效果。

本發明提供的碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置主要包括：

退絲架：用于纖維的供放。

去膠爐：去膠爐是一種溫度可控的加熱系統，用于對碳纖維進行除膠處理。

直流電源：直流電源是一種不超過30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。

循環過濾系統：用于過濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質，增強鍍液的流動性。

機械傳動機構：該機構是由無級變速電機提供的傳動速度可調的傳動機構，用于帶動碳纖維束以一定速度移動，實現電鍍自動化。

電鍍槽：主要用于盛放電鍍溶液，并配置陰陽極。

碳纖維兩側的電極：用于提供電鍍所需要的目標離子。

中和槽：用于盛裝與電鍍溶液酸堿度相反的水溶液，用于中和碳纖維束上殘留的電鍍溶液，為下一級電鍍做準備。

清洗槽：用于對已鍍纖維進行清洗，防止纖維束上殘留纖維對下一級鍍液造成污染。

烘干箱：由溫度可控的烘箱構成，用于對電鍍后的纖維束進行烘干。

收線器：用于電鍍纖維的收集。

本發明提供的碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置用于在碳纖維表面沉積含金屬和納米顆粒的復合鍍層。所述的碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的方法包括如下步驟：

將連續長碳纖維浸漬于含金屬離子和納米顆粒的電鍍槽中進行連續電沉積，然后經過水洗槽、中和槽、最后進行水洗、烘干。

所述的電鍍液包括酸性硫酸鎳溶液和堿性硫酸銅溶液，它們的溶液配方分別如下：

硫酸鎳?180-250g/L

氯化鈉?8-12g/L

H₃BO₃?30-35g/L

無水硫酸鈉?20-30g/L

硫酸鎂?30-40g/L

pH?5-6

溫度?20-35℃。

五水合硫酸銅?30-50g/L

酒石酸鉀鈉?10-15g/L

氫氧化鈉?20-25g/L

無水檸檬酸?25-35g/L

pH?9-10

溫度?20-35℃。

所述的金屬包括鎳和銅，所述的納米顆粒包括Fe₃O₄、Fe₂O₃、SiC、ZnO、TiO₂等納米顆粒，所述的電鍍液中加入0.5-5g/L分散的納米顆粒。

本發明提供的碳纖維表面連續復合電鍍金屬和納米顆粒的裝置還包括：帶循環過濾的加厚鍍槽(主要用于增加鍍層厚度，并對鍍層厚度進行調控)；以及帶循環過濾的成型鍍槽(主要用于對含銅復合鍍層進行鈍化，并完成對鍍層厚度、表面質量及結構的最后調控)。