[發(fā)明專(zhuān)利]48K及以上大絲束碳纖維表面連續(xù)電沉積過(guò)渡金屬的裝置與方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110092098.4
• 申請(qǐng)日: 2011-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102220689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)怡灶;李群英;羅紅林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D06M11/83
• 分類(lèi)號(hào): D06M11/83;D06M101/40
• 代理公司: 天津市杰盈專(zhuān)利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在48K及以上大絲束碳纖維表面電沉積過(guò)渡金屬的裝置與方法。

背景技術(shù)

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)沉積、電沉積等。其中，物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積所需設(shè)備昂貴，成本較高，且鍍層質(zhì)量有待提高?；瘜W(xué)沉積需要經(jīng)過(guò)活化、敏化等步驟，工藝過(guò)程復(fù)雜，消耗大量藥品，沉積效率低，成本高，且工藝參數(shù)不易控制。實(shí)踐證明，從工業(yè)化生產(chǎn)角度考慮，電沉積是碳纖維金屬化最佳的選擇，這是由于電沉積易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且通過(guò)合適的后處理可以達(dá)到零排放。

需要指出的是，如前所述，盡管碳纖維具有一定的導(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(wàn)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)采用普通溶液配方對(duì)碳纖維進(jìn)行電沉積時(shí)，纖維束進(jìn)入水溶液后，難以完全分散，對(duì)電力線構(gòu)成屏蔽，使得在電沉積過(guò)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(wú)金屬層而保持碳纖維的黑色，因此，形象的稱(chēng)之為“黑心”或“結(jié)餅”。因此，碳纖維的電沉積不能照搬傳統(tǒng)金屬的電沉積溶液、工藝和裝置。針對(duì)上述特點(diǎn)，本發(fā)明者設(shè)計(jì)了一套特殊的碳纖維連續(xù)電沉積裝置，研制了適于連續(xù)碳纖維的電沉積溶液、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(kāi)了碳纖維連續(xù)電沉積銅、鎳和鐵等過(guò)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(dòng)態(tài)”(材料導(dǎo)報(bào)，1997年第1期)的文章中公開(kāi)了碳纖維連續(xù)電沉積金屬的裝置示意圖，并對(duì)碳纖維電沉積的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了概述。中國(guó)專(zhuān)利94110865.1(碳纖維均勻鍍銅工藝)也公開(kāi)了一種在碳纖維表面電鍍銅的方法，中國(guó)專(zhuān)利200810032221.1(碳纖維表面鋅涂層的制備方法)公開(kāi)了碳纖維電鍍鋅的技術(shù)方法。最近，本發(fā)明申請(qǐng)人公開(kāi)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(qǐng)見(jiàn)專(zhuān)利CN101250735A-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(guó)外也有類(lèi)似的專(zhuān)利報(bào)道，如韓國(guó)專(zhuān)利KR20030049703(A)-Method?of?preparing?nickel-plated?carbon?fiber?by?electroplating描述的是碳纖維電沉積鎳的技術(shù)；日本專(zhuān)利JP2005097776(A)-Method?for?producing?metal-coated?carbon?fiber、JP3019966(A)-Method?for?electroplating?carbon?fiber、JP60238498(A)-Electroplating?method?of?bundled?carbon?fiber等也公開(kāi)了類(lèi)似的技術(shù)。此外，在一些國(guó)內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)中也公開(kāi)了碳纖維表面電沉積金屬的技術(shù)[例如：①季濤，史營(yíng)營(yíng)，練敏芳.碳纖維表面鍍銅的初步研究.產(chǎn)業(yè)用紡織品2007；(10)：35.②Park?SJ，JangYS.Interfacial?characteristics?and?fracture?toughness?of?electrolytically?Ni-plated?carbonfiber-reinfbrced?phenolic?resin?matrix?composites.J?Colliod?Interf?Sci?2001；237：91-97.③Sanchez?M，Rams?J，Urena?A.Oxidation?mechanisms?of?copper?and?nickel?coated?carbon?fibers.Oxidation?Met?2008；69：327.]。然而，至今所公開(kāi)的技術(shù)所涉及的都是小絲束碳纖維(如1k-即每個(gè)絲束含1000根碳纖維單絲、3k和6k)和中等絲束(如12k和24k，請(qǐng)參見(jiàn)本發(fā)明申請(qǐng)人的專(zhuān)利CN101250735A-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)碳纖維的電沉積工藝，而48K及以上的大絲束碳纖維表面電沉積金屬的技術(shù)至今沒(méi)有公開(kāi)報(bào)道。與中、小絲束碳纖維相比，大絲束碳纖維最顯著的優(yōu)點(diǎn)便是價(jià)格低，而在強(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(chē)、運(yùn)動(dòng)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(shì)非常明顯。因此，大絲束碳纖維的電沉積具有越來(lái)越重要的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)意義。