[發明專利]一種碳纖維環氧樹脂復合材料的表面鍍銅方法

有效

• 申請號: 201310030865.8
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103074648A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 王志平;張國尚;李娜;紀朝輝;韓志勇;賈鵬
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25D5/54;C23C18/36;C23C18/28;C23C18/30
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于材料表面處理技術領域，特別是涉及一種能夠降低與金屬電極間接觸電阻的碳纖維環氧樹脂復合材料的表面鍍銅方法。

背景技術

碳纖維環氧樹脂復合材料具有比強度和比模量高、抗疲勞性好、可設計性強等優點，因此在航空航天、風力發電等領域得到廣泛應用。然而，此類材料的導電率較低，服役過程中承受雷擊電流、感應電流、靜電荷放電等產生的電流載荷時釋放的電阻熱會對材料造成損傷，降低其力學性能，威脅結構安全。將碳纖維環氧樹脂復合材料與金屬電極連接從而將電荷釋放是減小損傷的重要方法之一，然而此類材料中碳纖維被不導電的樹脂包覆且與金屬電極接觸面積小，因此與金屬電極直接連接時接觸電阻過大，產生的熱量主要集中在兩者的界面處，導致連接處過早失效。為了降低接觸電阻，有些研究者在接觸部位涂覆一層導電膠，該方法存在導電層厚度等無法精確控制、接觸電阻不穩定以及成本偏高等問題；有些研究者采用化學鍍鎳的方法，該方法的缺點是與電極間的接觸電阻偏大；還有一些研究者采用電鍍單一金屬的方法對碳纖維環氧樹脂復合材料的表面進行處理，該方法的缺點是鍍層結合力極低，很難滿足要求。因此，同時滿足工藝穩定性好、低成本、低接觸電阻、具有較高結合力的導電層制備方法具有重要意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提出一種能夠降低與金屬電極間接觸電阻，成本低、具有較高結合力、工藝穩定性好的碳纖維環氧樹脂復合材料的表面鍍銅方法。

為了達到上述目的，本發明提供的碳纖維環氧樹脂復合材料的表面鍍銅方法包括按順序進行的下列步驟：

1)首先將碳纖維環氧樹脂復合材料上與金屬電極接觸部位依次用粗砂紙和細砂紙進行拋光，直到該部位的所有碳纖維端部露出為止；

2)用50～60℃的熱堿溶液對上述拋光面進行除油20～30分鐘；

3)用水清洗上述除油后的表面；

4)將上述清洗后的表面放入按體積比2∶1配制的98％濃硫酸與30％過氧化氫混合液中腐蝕10～20分鐘，以去除碳纖維周圍的部分樹脂，使碳纖維更多地暴露在表面；

5)然后浸入溫度為80～90℃，濃度為40％的硝酸中20～30分鐘進行粗化氧化，以提高碳纖維表面與金屬電極的浸潤性、粘接性；

6)用水清洗上述經過硝酸處理后的表面；

7)在20～30℃的溫度下用每升中含10g氯化亞錫和10ml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理10～15分鐘；

8)用水清洗上述敏化處理后的表面；

9)在20～30℃的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和10ml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理10～15分鐘；

10)用水清洗上述活化處理后的表面；

11)在30～45℃的溫度下用每升中含20～25g硫酸鎳、25～30g次亞磷酸鈉、20～25g檸檬酸鈉、8～10g焦磷酸鈉、25～30g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行化學鍍鎳處理，鍍層厚度為5～15μm，pH值為9～10；

12)用丙酮溶液清洗上述化學鍍鎳處理后的表面；

13)在20～25℃的溫度下用每升中含180～240g硫酸銅、25～50mL純硫酸、80～100mg氯離子、0.5～1.0mg的2-巰基苯并咪唑、0.3～0.8mg乙撐硫脲和10～20mg聚二硫二丙烷磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度0.5～1.5A/dm²，直到達到預定的鍍層厚度；

14)用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環氧樹脂復合材料。

所述的步驟2)中的堿溶液每升中含60g的NaOH、15g的Na₂CO₃和30g的Na₃PO₄。

所述的步驟13)中的鍍層厚度為20～200μm。

本發明提供的碳纖維環氧樹脂復合材料的表面鍍銅方法是先利用機械和化學處理手段使碳纖維環氧樹脂復合材料上與金屬電極間接觸的表面碳纖維端部盡可能多地向外露出，并改善親水性和粘接性，然后化學鍍鎳提高鍍層與碳纖維及樹脂基體的結合力，最后電鍍銅來降低與電極間的接觸電阻。本方法制備的導電層具有表面平整、結合力高、成本低、工藝穩定性好、接觸電阻低等優點。

附圖說明

圖1為四電位法測量電阻值用試驗裝置結構示意圖。

其中：

具體實施方式