CN101235522B - 碳纤维表面锌涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳纤维表面锌涂层的制备方法，属于材料技术领域。本发明采用硫酸锌做主盐，氯化铵做导电盐，硫酸铝和硼酸为缓冲剂，糊精为分散剂，H2O为溶剂配制酸性电镀液，所述的电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌10％～40％、氯化铵0.5％～4％、硫酸铝1％～5％、硼酸0.5％～3％、糊精0.5％～3％，余量是H2O。使用得到的酸性电镀液浸渗经过处理的碳纤维，然后通电电镀使得上述碳纤维上形成锌涂层，制备获得的涂层厚度为2～7μm，涂层平整、均匀、不易脱落。本发明碳纤维一方面保持了方向性和可排布性，同时提高了纤维在复合材料中与基体的浸润性。

Description

碳纤维表面锌涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种材料技术领域的制备方法，具体是一种碳纤维表面锌涂层的制备方法。
背景技术
碳纤维具有高的比强度、高比弹性模量、低密度等优点，在金属基、聚合物基复合材料中常被作为一种增强材料。但是碳纤维与基体的浸润性不好，难以形成致密、性能优良的复合材料。因此阻碍了其在需要轻质、高强、高模量材料领域的应用。在碳纤维上形成致密的涂层可有效地解决上述问题。采用涂层制备方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、溶胶-凝胶浸渗烧结法和电化学法。其中电化学法中的电镀锌法制备涂层简单易行，可应用与大规模生产，有着独特的优越性。
经对现有技术的文献检索发现，董兴广等在《纤维复合材料》(2005年03期28-31页)上发表的《射频法涂层纤维的高温氧化性》该文中提出采用射频法制备碳纤维表面抗氧化涂层，具体方法为：在700～800℃下通过射频加热碳纤维进行化学气相沉积，该方法易对碳纤维表面造成损伤，且制备过程的控制工艺要求高，设备复杂，不易大规模生产。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种碳纤维表面锌涂层的制备方法。本发明采用的碳纤维直径为6～8μm，制备获得的锌涂层厚度为2～7μm，且厚度可控，涂层平整、不易脱落，制备工艺简单，满足制备碳纤维增强复合材料的应用要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用硫酸锌做主盐，氯化铵做导电盐，硫酸铝和硼酸为缓冲剂，糊精为分散剂，H2O为溶剂配制酸性电镀液(pH＝3.6～4.5)；使用得到的酸性电镀液浸渗经过处理的碳纤维，然后通电电镀使得上述碳纤维上形成锌涂层。
所述的电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌10％～40％、氯化铵0.5％～4％、硫酸铝1％～5％、硼酸0.5％～3％、糊精0.5％～3％，余量是H2O。
所述的浸渗，时间为5～15分钟，浸渗过程中采用超声震荡的方法浸渗，既减少纤维间的短接现象，又利于纤维的分散。
所述的碳纤维预处理，包括有机溶剂除胶和碳纤维表面氧化。
所述的电镀，其温度为室温，阴极电流密度为5～15A·dm-2。
本发明获得的锌涂层使碳纤维一方面保持了方向性和可排布性，同时提高了碳纤维在与某些复合材料基体间的界面浸润性和相容性问题。本发明的在碳纤维表面涂覆锌涂层的方法，简单易行，可大规模的工业生产。采用该方法生产的具有锌涂层的碳纤维，其涂层厚度为2～7μm，且厚度可控，涂层平整、不易脱落，使用该碳纤维可与一些金属基体复合获得复合材料。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细的说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实例1：电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌10％、氯化铵0.5％、硫酸铝1％、硼酸0.5％、糊精0.5％、余量是H2O。
按上述电镀液组分及其质量百分比取硫酸锌、氯化铵、硫酸铝、硼酸倒入槽中，加入总体积1/2的热水搅拌溶解，稀释至总体积，糊精先用冷水浸泡1h后，加热至80℃搅拌溶解，加入槽中搅均，调整pH值＝3.6，配置好酸性镀液。碳纤维为吉林碳素厂生产，直径为6～8μm，每束碳纤维有1000根单丝。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后，以上述镀液浸渗5分钟，浸渗过程采用40kHz的超声震荡。在室温下纤维束作阴极，锌板作阳极，保持阴极电流密度为5A·dm-2，通电电镀10分钟。
得到的锌涂层的碳纤维，单丝表面涂层均匀，其厚度约为2μm。
实例2：碳纤维同实例1。
电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌25％、氯化铵3％、硫酸铝3％、硼酸1％、糊精1％、余量是H2O。
按上述电镀液组分及其质量百分比取硫酸锌、氯化铵、硫酸铝、硼酸倒入槽中，加入总体积1/2的热水搅拌溶解，稀释至总体积，糊精先用冷水浸泡1h后，加热至80℃搅拌溶解，加入槽中搅均，调整pH值＝4，配置好酸性镀液。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后，以上述镀液浸渗10分钟，浸渗过程采用40kHz的超声震荡。在室温下纤维束作阴极，锌板作阳极，保持阴极电流密度为10A·dm-2，通电电镀10分钟。
得到的锌涂层的碳纤维，单丝表面涂层均匀，其厚度约为5μm。
实例3：碳纤维同实例1。
电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌40％、氯化铵4％、硫酸铝5％、硼酸3％、糊精3％、余量是H2O。
按上述电镀液组分及其质量百分比取硫酸锌、氯化铵、硫酸铝、硼酸倒入槽中，加入总体积1/2的热水搅拌溶解，稀释至总体积，糊精先用冷水浸泡1h后，加热至70℃搅拌溶解，加入槽中搅均，调整pH值＝4.5，配置好酸性镀液。
碳纤维束经丙酮浸泡2分钟、去离子水漂洗并干燥后，以上述镀液浸渗15分钟，浸渗过程采用40kHz的超声震荡。在室温下纤维束作阴极，锌板作阳极，保持阴极电流密度为15A·dm-2，通电电镀10分钟。
得到的锌涂层的碳纤维，单丝表面涂层均匀，其厚度约为7μm。

Claims (8)

1.一种碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征在于，采用硫酸锌做主盐、氯化铵做导电盐、硫酸铝和硼酸为缓冲剂、糊精为分散剂、H2O为溶剂配制酸性电镀液，使用得到的酸性电镀液浸渗碳纤维，然后通电电镀使得碳纤维上形成锌涂层；
所述的电镀液组分及其质量百分比为：硫酸锌10％～40％、氯化铵0.5％～4％、硫酸铝1％～5％、硼酸0.5％～3％、糊精0.5％～3％，余量是H2O。
2.根据权利要求1所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述电镀液，其pH＝3.6～4.5。
3.根据权利要求1所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述的浸渗，其时间为5分钟～15分钟。
4.根据权利要求1或3所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述的浸渗，其过程中采用超声震荡的方法浸渗。
5.根据权利要求1所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述的电镀，其温度为室温，阴极电流密度为5A·dm-2～15A·dm-2。
6.根据权利要求1所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述的碳纤维是经过预处理的，预处理包括有机溶剂除胶和碳纤维表面氧化。
7.根据权利要求1或6所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，所述碳纤维直径为6μm～8μm。
8.根据权利要求1或6所述的碳纤维表面锌涂层的制备方法，其特征是，获得的锌涂层厚度为2μm～7μm。
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