[發(fā)明專利]一種在大絲束碳纖維表面進(jìn)行電沉積的技術(shù)工藝

無效

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• 申請日: 2010-11-22
• 公開（公告）號: CN102477571A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程顯軍;肖穎
• 申請（專利權(quán)）人: 大連興科碳纖維有限公司
• 主分類號: C25D7/06
• 分類號: C25D7/06;C25D5/18;C25D3/38;C25D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面修飾技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種在大絲束碳纖維表面進(jìn)行電沉積的技術(shù)工藝，具體說是一種連續(xù)大絲束（24k及以上）碳纖維表面電沉積過渡金屬的方法。?

背景技術(shù)

碳纖維由于具有一系列優(yōu)異性能，如高的比強(qiáng)度和比彈性模量，優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能等而引起人們的廣泛關(guān)注，已成為現(xiàn)代復(fù)合材料的主要增強(qiáng)材料。實踐證明，只有當(dāng)碳纖維與金屬基材具有良好的界面結(jié)合時，碳纖維增強(qiáng)金屬基體復(fù)合材料才能具有高的強(qiáng)度和模量，以及優(yōu)異的疲勞性能。但實際上，碳纖維與大多數(shù)金屬的界面相容性不佳。為了改善碳纖維與基體（包括樹脂基、金屬基和陶瓷基）的界面相容性，抑制有害的界面反應(yīng)，常常需要對碳纖維表面進(jìn)行涂覆處理，如涂敷金屬、陶瓷和有機(jī)物等，其中在碳纖維表面涂敷金屬（又稱為碳纖維的金屬化）備受重視。這是由于金屬化的碳纖維不僅可以改善與金屬基體材料的界面相容性，提高金屬基材的耐高溫性能，而且金屬化的碳纖維還可用于增強(qiáng)聚合物，制作具有隱身性能的軍用飛機(jī)的骨架和蒙皮，并在小型大容量電容器、磁性薄膜、電子設(shè)備的電磁屏蔽材料等方面都具有較廣泛的用途。碳纖維表面涂覆金屬的方法包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、化學(xué)鍍、電鍍等。其中，物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積所需設(shè)備昂貴，鍍層質(zhì)量有待提高。化學(xué)鍍需要經(jīng)過活化、敏化等步驟，工藝過程復(fù)雜，消耗大量藥品，涂層厚度不夠。實踐證明，從工業(yè)化生產(chǎn)角度出發(fā)，由于電沉積可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，通過合適的后處理可以達(dá)到零排放，因此，電沉積是碳纖維金屬化最佳的選擇。?

???需要指出的是，碳纖維雖然具有一定的導(dǎo)電性，但其電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于金屬。更為重要的是，由于每束碳纖維包含數(shù)千根至幾十萬根直徑為6～8微米的碳纖維單絲，碳纖維束呈聚集態(tài)，且纖維的表面積很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的金屬零件，因此，當(dāng)采用普通鍍液配方對碳纖維進(jìn)行電沉積時，纖維束進(jìn)入水溶液后，難以完全分散，對電力線構(gòu)成屏蔽，使得在電沉積過程中金屬不能鍍覆到纖維束內(nèi)部纖維的表面，因此，電沉積后碳纖維束外部單絲的表面呈現(xiàn)金屬的光澤，而內(nèi)部纖維因無金屬層而保持碳纖維的黑色，因此，形象的稱之為“黑心”或“結(jié)餅”。因此，碳纖維的電沉積不能照搬傳統(tǒng)金屬的電沉積鍍液、工藝和裝置。針對上述特點，本發(fā)明者設(shè)計了一套特殊的碳纖維連續(xù)電鍍裝置，研制了適于連續(xù)碳纖維的電鍍液、裝置與工藝，并在1989年的碩士學(xué)位論文中（碳／銅復(fù)合材料的制備及其界面結(jié)合特性的研究）公開了碳纖維連續(xù)電沉積銅、鎳和鐵等過渡族金屬的技術(shù)細(xì)節(jié)，隨后在題為“電沉積法制備金屬基復(fù)合材料的發(fā)展動態(tài)”（材料導(dǎo)報，1997年第1期）的文章中公開了碳纖維連續(xù)電沉積金屬的裝置示意圖，并對碳纖維電沉積的技術(shù)要點進(jìn)行了概述。中國專利94110865.1（碳纖維均勻鍍銅工藝）也公開了一種在碳纖維表面電鍍銅的方法，中國專利200810032221.1（碳纖維表面鋅涂層的制備方法）公開了碳纖維電鍍鋅的技術(shù)方法。最近，本發(fā)明申請人公開了一種在碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法（請見專利200810052667.0?-碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法）。國外也有類似的專利報道，如韓國專利KR20030049703(A)-Method?of?preparingnickel—plated?carbon?fiber?by?electroplating描述的是碳纖維電沉積鎳的技術(shù)；日本專利JP2005097776(A)-Method?for?producing?metal-coated?carbon?fiber、JP3019966(A)-Methodfor?electroplating?carbon?fiber、JP60238498(A)-Electroplating?method?of?bundled?carbon?fiber等也公開了類似的技術(shù)。此外，在一些國內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)中也公開了碳纖維表面電沉積金屬的技術(shù)。然而，至今所公開的技術(shù)所涉及的都是小絲束碳纖維（如lk-即每個絲束含1000根碳纖維單絲、3k和6k）的電沉積工藝，而大絲束碳纖維表面電沉積金屬的技術(shù)至今沒有公開報道。由于小絲束碳纖維價格較高，而大絲束碳纖維的價格則普遍比較便宜。近期的研究表明，在強(qiáng)度性能上，大絲束與小絲束碳纖維復(fù)合材料大體相當(dāng)，在模量方面，大絲束碳纖維復(fù)合材料略低于小絲束碳纖維復(fù)合材料。因此，在功能件和一般結(jié)構(gòu)件（如建筑、汽車、運(yùn)動器材、能源（風(fēng)機(jī)葉片）和通用航空領(lǐng)域等）完全可以使用大絲束碳纖維，因其成本優(yōu)勢非常明顯。因此，大絲束碳纖維的電沉積具有越來越重要的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義。然而，與小絲束碳纖維不同的是，24k及以上的大絲束碳纖維至少含單絲24?000根，纖維束的外形尺寸大，外部纖維對內(nèi)部纖維電力線的屏蔽作用大，此外，纖維表面積巨大，纖維的分散難度更大，而且碳纖維的斷頭更多，尖端效應(yīng)更明顯。因此，小絲束碳纖維的電沉積技術(shù)不再適用于大絲束碳纖維，必須采用特殊的技術(shù)方法對24k及以上的大絲束碳纖維進(jìn)行過渡族金屬的電沉積。?