[發明專利]銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201710285417.0
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107022780B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 陳為為;張玉平;孟陽;程煥武;王魯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C25D7/06
• 分類號: C25D7/06;C25D9/04;C25D17/10;C25D17/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;仇蕾安

本發明涉及一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法及其裝置，屬于碳纖維布表面改性技術領域。本發明主要是采用銅管輔助的陰極等離子電解技術來實現在碳纖維布上沉積一層均勻、連續、致密的涂層，該方法具有高效、成本低、環保、對碳纖維布損傷小，且能實現連續處理等優點。本發明所述的裝置結構簡單，易于操作，裝置成本低，適宜于中小型企業對碳纖維布表面的連續處理。

技術領域

本發明涉及一種在碳纖維布表面制備涂層的方法，特別涉及一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法及其裝置，屬于碳纖維布表面改性技術領域。

背景技術

碳纖維是由有機纖維(聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠纖維或酚醛纖維等)經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料纖維。碳纖維的含碳量在90％以上，呈黑色，具有強度高、比模量高(強度為鋼鐵的10倍，質量僅有鋁材的一半)、質輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數小、摩擦因數小、耐高低溫等優越性能，在工程上應用較多。碳纖維一般不單獨使用，常被加工成織物、氈、席、帶、紙等，作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構成復合材料。其中，碳纖維織物是碳纖維重要的應用形式之一。增強纖維通過編織相互連接成為一個有機的整體克服了傳統材料易分層破壞的致命弱點，同時增強體可以按構件形狀設計減少再加工過程中的損傷，使材料整體性能得到提高。目前，航空航天業仍然是碳纖維消費的最大市場，占據了市場份額的21％。國防、航空航天領域應用的碳纖維織物一般是特制的軍用牌號1K和3K碳纖維織物，以平紋織物為主，其特點是織造較為精細，強度高，一般和特制樹脂配合使用。在船舶工業、交通工業、建筑加固、體育器材等方面也有大量應用。

然而，同碳纖維一樣，在有氧環境下，500℃～600℃下碳纖維編織物便開始發生氧化，極大地限制其應用。目前，對碳纖維編織物表面活性、與復合材料的浸潤性的改善的研究較多，而對其表面抗氧化性能的提高的報道很少，主要有：采用浸漬法在碳纖維布表面制備氮化硼；采用熱解法在三維碳纖維編織物表面制備熱解碳和SiC/SiO₂雙層涂層；采用溶膠凝膠法在三維碳纖維編織體上制備上Al₂O₃-SiO₂-TiO₂復合涂層。這些方法僅能為碳纖維編織物表面涂層的制備提供技術支持，除工藝復雜之外，還很難實現碳纖維編織物表面涂層的連續沉積和織物內每根纖維的完全沉積。然而，在工業使用中碳纖維編織物表面的連續沉積是非常必要的，因此，在碳纖維編織物表面實現每根纖維的連續沉積是當前面臨的一個極大挑戰。

發明內容

針對現有技術中碳纖維布表面防護涂層制備存在的工藝復雜、成本高以及涂層不均勻等問題，本發明的目的之一在于提供一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法，該方法工藝簡單，能夠在碳纖維布表面制備均勻、連續、致密的涂層；本發明的目的之二在于提供一種利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的裝置，所述裝置結構簡單，易于操作，成本低，適于中小型企業對碳纖維布表面的連續處理。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法，所述方法的具體步驟如下：

先將電解液加入反應容器中，再將作為陽電極的石墨板以及作為陰電極的銅管浸入電解液中，且陰電極與陽電極分別與電源連接；打開電源，陰電極與陽電極之間形成穩定的等離子弧區，碳纖維布勻速連續通過等離子弧區，收卷、干燥，在碳纖維布表面得到連續、均勻的涂層。

所述電解液是濃度為30g/L～60g/L的硝酸鹽、偏鋁酸鹽、氯化物或硅酸鹽的水溶液；優選硝酸鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁或硅酸鈉。

電源對陰電極、陽電極施加的電壓為100V～400V。

碳纖維布以0.01m/s～0.08m/s的速度勻速連續通過等離子弧區。