CN101173350A - 一种制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简单、低成本制备玄武岩纤维－镍一维核壳结构的化学镀方法和工艺。利用氢氟酸对玄武岩纤维进行亲水处理，亚锡离子和贵金属离子分别对其进行敏化和活化，然后放入化学镀液中通过化学镀法实现了玄武岩纤维－镍一维核壳结构。该工艺以镍的可溶性盐、次亚磷酸可溶性盐为主要原料。其制备原理是，先用酸溶液对玄武岩纤维表面进行亲水处理，再进行敏化和活化处理，然后放入配制好的镀液中施镀，最终得到玄武岩纤维－镍一维核壳结构。该工艺过程周期短，施镀温度较低，便于工业化应用。此外，本工艺的优点是工艺简单，便于操作，成本较低。
Description
本发明涉及一种简单、低成本制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀方法和工艺。该发明属于材料制备领域，能广泛应用于航空、航天、电子工业、医药、汽车工业、石油化工、机械、纺织等领域。
背景技术
玄武岩纤维是用于复合材料的一种新型优质增强材料，由于它具有弹性模量高、抗拉强度高、热稳定性及化学稳定性好、绝缘性能和介电性能好等多种优点，在航空航天、石油化工、建筑、汽车等领域都有广泛的应用前景。自上世纪80年代首次在苏联航空宇宙研究院得到应用以来，就在国内外引起了广泛的关注。但是，目前国内外关于玄武岩的研究只局限于将玄武岩纤维作为增强体来制备陶瓷基和树脂基复合材料，未见到对玄武岩纤维进行表面修饰，制备一维核壳结构的报道。目前，有关表面修饰的方法已有多种，但目前讨论较多的仍然是化学镀方法。这种方法制备温度比较低，工艺条件也比较温和，并且操作简单。从目前化学镀方法的公开资料来看，尽管文献数量不少，但公开的内容所披露的方法较为单一，都是在材料的表面沉积一些金属颗粒，没有形成核壳结构，而且都属于实验室阶段的结果，工艺条件还存在着不合理之处。其中较为突出的问题是操作繁琐复杂，用料成本较高，按照工业化生产的要求，还有大量的技术内容有待于完善。另外，很多文献也采用其他的方法如自组装等技术已经制备了核壳结构，但成本较高，操作复杂，很难满足工业需求。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种简单、低成本制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀方法：该工艺操作简单、成本较低，所得玄武岩纤维-镍一维核壳结构均匀，能很好满足工业化生产要求，便于工业化推广和应用。
本发明的主要内容为：
利用氢氟酸对玄武岩纤维进行亲水处理，亚锡离子和贵金属离子分别对其进行敏化和活化，然后放入化学镀液中通过化学镀法制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
它的工艺过程为：玄武岩纤维先经氢氟酸亲水处理，时间不少于1分钟；其次，用含有亚锡离子溶液敏化处理，敏化时间不少于1分钟；其三，用贵金属活化处理，活化时间不少于1分钟；其四，处理后的玄武岩纤维加入到pH为7.0-11.0，温度为40℃-70℃的镀液中进行化学镀镍，反应时间不少于1分钟。
亲水性处理所用的氢氟酸的浓度在1％-30％，敏化溶液中锡离子的浓度为0.01-10mol/L，活化溶液中贵金属的浓度为0.1g/L。
化学镀液中各种成分的浓度分别为：
镍离子的浓度为0.09--5mol/L
次亚磷酸钠浓度为0.0001--5mol/L
铵盐的浓度为0.0001--10mol/L
柠檬酸盐浓度为0.0001--5mol/L
稳定剂的浓度为0.0001--5mol/L
分散剂的浓度为0.0001--5g·L-1
本发明的详细内容为：
本发明的工艺构成包括玄武岩纤维的前处理和化学镀两个过程。其中，前处理过程(包括亲水性处理、敏化处理、贵金属活化处理)的目的是在玄武岩纤维表面形成一层均匀催化核，通过调整各种处理的时间，能够保证得到均匀的玄武岩纤维-镍一维核壳结构。其次，配置化学镀镀液时，调整各种原料的添加顺序，保证了镀液的稳定，防止镀液分解，以便化学镀的顺利进行。
本发明涉及的工艺原理是，玄武岩纤维经亲水性处理后，改善了其表面与水溶液的界面润湿性，使玄武岩纤维表面均匀分布一层水溶液，使得敏化处理中亚锡离子均匀吸附在玄武岩纤维表面。活化处理时，贵金属离子与亚锡离子反应在玄武岩纤维表面形成均匀的催化核，为在玄武岩纤维表面形成均匀的镍壳提供了条件。将经过前处理的玄武岩纤维加入镀液中，镀液中的镍离子在溶液与玄武岩纤维的界面处被还原成金属镍颗粒，这些镍颗粒与玄武岩纤维相遇时，与玄武岩纤维表面的催化核反应，并沉积到玄武岩纤维的表面，形成一层镍颗粒层。最终，得到玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
本发明的有益效果是：由于利用简单、易操作的化学镀方法，与现有核壳结构的制备技术相比，简化了工艺，降低了成本，可控性较好。通过控制前处理条件、施镀温度、施镀时间、镀液的pH等，可以得到包覆完全的玄武岩纤维-镍一维核壳结构，因此本发明工艺非常便于工业化生产。
玄武岩纤维-镍一维核壳结构具体的技术实施方案如下：
所采用的原料主要为：镍的可溶性盐、次亚磷酸盐、铵盐、柠檬酸盐、亚锡离子的盐、贵金属的可溶性盐、弱酸、少量稳定剂及分散剂。
其具体的制备工艺如下：
(1)前处理过程，包括：亲水性处理、敏化处理、活化处理。
1)亲水处理
先将玄武岩纤维加入到含有若干弱酸的溶液中浸泡，时间不少于0.5分钟。
2)敏化处理
将亲水处理后的玄武岩纤维加入到含有亚锡离子的溶液中浸泡，时间不少于0.5分钟。
3)活化处理
将敏化处理后的玄武岩纤维加入含有贵金属的溶液中浸泡，时间不少于0.5分钟。
(2)配置镀液。其配置过程如下：
1)将各种化学药品分别用水溶解；
2)将柠檬酸盐与铵盐均匀混合，加入镍盐溶液，搅拌均匀；
3)将稳定剂溶液加入到上述溶液中，边加入边搅拌；
4)再将次亚磷酸盐溶液加入到上述溶液中，搅拌均匀；
5)用氨水粗调溶液的pH值(7.0-11.0)；
(3)化学镀镍
将一定量的玄武岩纤维加入上述配置的镀液中，反应完毕后取出清洗，在室温或烘箱中干燥。
目前尚无对玄武岩纤维进行表面修饰，制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构的研究；且化学镀方法还存在着施镀温度较高、镀液不稳定的问题。本发明设计的工艺对玄武岩纤维进行表面修饰，可以实现玄武岩纤维-镍的一维核壳结构；并且将各种化学药品分别用适量的水溶解后，按一定的顺序混合，可以得到比较稳定的镀液。
本发明通过对不同前处理条件下制得的产品分析，适合的前处理条件为：亲水处理、敏化处理、活化处理均在室温下进行，时间均0.5分钟以上。
通过对不同温度条件制得玄武岩纤维-镍一维核壳结构分析比较，适宜的操作温度在40℃-70℃。通过对不同pH条件下得到的玄武岩纤维-镍一维核壳结构比较分析，适合的镀液pH确定为7.0-11.0。另外，通过对不同施镀时间条件下得到的玄武岩纤维-镍一维核壳结构比较分析，发现合适的施镀时间在1分钟以上。
在以上条件下施镀，施镀量最大，包覆层最完全且均匀。
实施例
实例1
将2g玄武岩纤维清洗后加入到200ml亲水性溶液中浸泡，时间为2分钟；取出玄武岩纤维清洗后放入到200ml敏化溶液中，浸泡2分钟；然后取出清洗，并将其加入200ml活化液中，浸泡5分钟，取出玄武岩纤维清洗，室温下干燥。
将前处理后的玄武岩纤维加入到配制好的200ml镀液中，反应结束后将玄武岩纤维取出，清洗后室温下干燥。即可得到玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
实例2
将2g玄武岩纤维清洗后加入到250ml亲水性溶液中浸泡，时间为5分钟；取出玄武岩纤维清洗后放入到200ml敏化溶液中，浸泡10分钟；然后取出清洗，并将其加入200ml活化液中，浸泡10分钟，取出玄武岩纤维清洗，室温下干燥。
将前处理后的玄武岩纤维加入到配制好的250ml镀液中，反应结束后将玄武岩纤维取出，清洗后室温下干燥。即可得到玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
实例3
将2g玄武岩纤维清洗后加入到200ml亲水性溶液中浸泡，时间为3分钟；取出玄武岩纤维清洗后放入到200ml敏化溶液中，浸泡5分钟；然后取出清洗，并将其加入200ml活化液中，浸泡5分钟，取出玄武岩纤维清洗，室温下干燥。
将前处理后的玄武岩纤维加入到配制好的200ml镀液中，反应结束后将玄武岩纤维取出，清洗后室温下干燥。即可得到玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
根据本发明的原理，所做出的任何添加或改动，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀方法，其特征在于：用氢氟酸对玄武岩纤维进行亲水处理，亚锡离子和贵金属离子分别对其进行敏化和活化，然后放入化学镀液中通过化学镀法制备玄武岩纤维-镍一维核壳结构。
2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀制备方法，其特征在于：它的工艺过程为：玄武岩纤维先经氢氟酸亲水处理，时间不少于1分钟；其次，用含有亚锡离子溶液敏化处理，敏化时间不少于1分钟；其三，用贵金属活化处理，活化时间不少于1分钟；其四，处理后的玄武岩纤维加入到pH为7.0-11.0，温度为40℃-70℃的镀液中进行化学镀镍，反应时间不少于1分钟。
3.根据权利要求1所述的玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀制备方法，其特征在于：亲水性处理所用的氢氟酸的浓度在1％-30％，敏化溶液中锡离子的浓度为0.01-10mol/L，活化溶液中贵金属的浓度为0.1g/L。
4.根据权利要求1所述的玄武岩纤维-镍一维核壳结构的化学镀制备方法，其特征在于：化学镀液中各种成分的浓度分别为：
镍离子的浓度为0.09--5mol/L
次亚磷酸钠浓度为0.0001--5mol/L
铵盐的浓度为0.0001--10mol/L
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