CN102226276A - 一种碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法,其步骤为：去胶；粗化；敏化-活化；将敏化-活化处理后的碳纤维放入镍-铜-磷镀液中施镀至反应结束后取出，洗净烘干即可；所述镍-铜-磷镀液置于80-85℃的恒温水浴中保温，镍-铜-磷镀液配方为：硫酸镍25-30g/L，硫酸铜2.0-2.5g/L，次亚磷酸钠24-27g/L，络合剂柠檬酸钠55-60g/L，pH值8.0-8.5。本方法在碳纤维表面一次性得到镍-铜-磷三元合金镀，不仅可以简化碳纤维镍-铜-磷合金镀工艺，还可以将其应用在其他复合材料增强体的金属化处理上。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维表面金属化的方法，具体指一种碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法。
背景技术
碳纤维由于密度低、强度高、模量高，并且耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小，常被用于复合材料增强体、高精度机载雷达、精密导航系统以及光学测量系统的构架和支架等领域。而当碳纤维与金属材料复合时会因为二者之间的润湿性问题影响到复合材料的界面结合。对碳纤维进行表面金属化是解决这一问题的一种有效的方法。在碳纤维表面进行化学镀镍是常见的碳纤维表面化学镀方法，而碳纤维表面化学镀铜则不仅可以改善碳纤维与金属基体的浸润问题，还能够让碳纤维材料达到优异的电磁波屏蔽效果。
化学镀铜的工艺在半个世纪以来虽然得到了很大的发展，但单纯的碳纤维表面镀铜层仍然存在着铜层不均匀的现象，而化学镀镍-铜-磷成为近期化学镀镍、铜的一个发展趋势。通过对碳纤维先后进行镀镍、铜处理所得到的镍-铜-磷三元合金镀层在耐蚀性、外观、结合力、孔隙率、沉积速度、硬度和耐磨性等性能上优于镍-磷合金镀层。与此同时，以化学镀镍-磷为基础，通过加入铜离子化学沉积镍-磷-铜三元合金，所得合金镀层较前者有更优良的导电性、热稳定性、抗磁性和更高的光亮度，其沉积温度也更低，沉积速度更高，因此应用领域正不断扩大。王进美（王进美，朱长纯. 碳纳米管的镍铜复合金属镀层及其抗电磁波性能[J]. 复合材料学报，2005，22(6)：54-58.）等人采用先镀镍再镀铜的方法在碳纳米管表面得到镍铜复合镀层，所得镀层中金属粒子比单独镀镍或铜分布更均匀，镀后碳纤维的电磁波屏蔽效果也达到了同类产品的先进水平。侯伟（侯伟，潘功配，关华，朱晨光. 碳纤维织物的镍铜复合镀层及其毫米波RCS特性[J]. 纺织学报，2008，29(11)：12-15.）等人在碳纤维表面先镀镍后镀铜，制得表面平整的镍铜复合镀层，所得镀层有良好的结合强度，并具有较强的导电性能，使得处理后的碳纤维成为有效的毫米波干扰材料。
由各学者的研究结果可以发现，镍的加入能够使化学镀所获得的铜层变得更均匀，但是目前碳纤维表面镍-铜-磷合金镀仍停留在先镀镍后镀铜或者先镀铜后镀镍的分步施镀阶段，工艺相对复杂，而以镍、铜复合镀液进行碳纤维表面化学镀镍-铜-磷则未见报道。
发明内容
针对现有技术分步施镀存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种新型的碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的金属化方法，本方法可在碳纤维表面一步制得镍-铜-磷镀层。
本发明解决上述技术问题的技术手段是这样实现的：
一种碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法,其合金镀步骤为：
1）去胶：将碳纤维用丙酮抽提以除去表面胶层；
2）粗化：将第1）步去胶后碳纤维用浓硝酸粗化洗净；
3）敏化-活化：将第2）步粗化处理后的碳纤维先放入氯化亚锡溶液中敏化后洗净，再放入氯化钯溶液中活化后洗净；
4）将第3）步敏化-活化处理后的碳纤维放入镍-铜-磷镀液中施镀至反应结束后取出，洗净烘干即可；所述镍-铜-磷镀液置于80-85℃的恒温水浴中保温，镍-铜-磷镀液配方为：硫酸镍25-30g/L，硫酸铜2.0-2.5g/L，次亚磷酸钠24-27g/L，络合剂柠檬酸钠55-60g/L，pH值8.0-8.5。
所述第1）步去胶是在65℃-70℃恒温水浴中，将碳纤维以丙酮为溶剂，用索式抽提器抽提去胶4-6小时。
第2）步粗化所用浓硝酸的浓度为60%-65%，去胶后碳纤维先浸泡于浓硝酸中40-45min后取出，再用去离子水反复冲洗，直至清洗前后去离子水pH值不变。
第3）步敏化所用氯化亚锡溶液的溶剂为盐酸，氯化亚锡浓度为18-24g/L，盐酸浓度为36-42ml/L，敏化时间15-20min；活化所用氯化钯溶液的溶剂为盐酸，氯化钯浓度为0.2-0.28g/L，盐酸浓度为2.2-2.7ml/L，活化时间15-20min。
本方法利用镍、铜复合镀液，从而在碳纤维表面一次性得到镍-铜-磷三元合金镀，不仅可以简化碳纤维镍-铜-磷合金镀工艺，还可以将其应用在其他复合材料增强体的金属化处理上，这对于碳纤维的表面处理以及其他材料的镍-铜-磷合金镀的研究都是非常有意义的。
附图说明
图1—实施例1化学镀镍-铜-磷后碳纤维表面形貌图。
图2—实施例2化学镀镍-铜-磷后碳纤维表面形貌图。
图3—实施例3化学镀镍-铜-磷后碳纤维表面形貌图。
具体实施方式
本发明碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法，其步骤为：
1）去胶：将碳纤维用丙酮抽提以除去表面胶层；具体是在65℃-70℃恒温水浴中，将碳纤维以丙酮为溶剂，用索式抽提器抽提去胶4-6小时。
2）粗化：将第1）步去胶后碳纤维用浓硝酸粗化洗净；粗化所用浓硝酸的浓度为60%-65%，去胶后碳纤维先浸泡于浓硝酸中40-45min后取出，再用去离子水反复冲洗，直至清洗前后去离子水pH值不变。
3）敏化-活化：将第2）步粗化处理后的碳纤维先放入氯化亚锡溶液中敏化后洗净，再放入氯化钯溶液中活化后洗净；敏化所用氯化亚锡溶液的溶剂为盐酸，氯化亚锡浓度为18-24g/L，优选20g/L，盐酸浓度为36-42ml/L，优选40ml/L，敏化时间15-20min；活化所用氯化钯溶液的溶剂也为盐酸，氯化钯浓度为0.2-0.28g/L，优选0.25g/L，盐酸浓度为2.2-2.7ml/L，优选2.5ml/L，活化时间15-20min。
4）将第3）步敏化-活化处理后的碳纤维放入镍-铜-磷镀液中施镀至反应结束后取出，再用去离子水清洗，放入烘箱80℃左右温度烘干即可。所述镍-铜-磷镀液需置于80-85℃的恒温水浴中保温，镍-铜-磷镀液配方为：硫酸镍25-30g/L，硫酸铜2.0-2.5g/L，次亚磷酸钠24-27g/L，络合剂柠檬酸钠55-60g/L，pH值8.0-8.5。
以下结合实施例详细介绍本发明。
实施例1
实验原料包括：T300型聚丙烯腈基碳纤维、硫酸铜、硫酸镍、氯化钯、氯化亚锡、丙酮、盐酸、65%的硝酸。先用索式抽提装置将碳纤维在70℃下，丙酮抽提去胶4h后自然晾干，再用65%的浓硝酸浸泡40min后取出，再用去离子水反复冲洗至残液pH值与清洗前去离子水pH值接近，放入烘箱80℃左右温度烘干。将粗化处理过后的碳纤维先放入含SnCl2 20g/L、盐酸40ml/L的敏化液中敏化15min，取出后用蒸馏水清洗一次甩干后放入含PdCl20.25g/L，盐酸2.5ml/L的活化液中活化15min，取出用蒸馏水中清洗一次后甩干。配置含硫酸镍28g/L，硫酸铜2.0g/L，次亚磷酸钠24g/L，络合剂柠檬酸钠55g/L，pH值8.5的镍-铜-磷复合镀液，并置入85℃的恒温水浴中保温。将敏化-活化后的碳纤维放入复合镀液中施镀4min后取出，用去离子水清洗后放入80℃的烘箱中烘干。将此纤维做扫描电镜能谱分析并观察镀层形貌，分析结果得出此镀层中镍含量为56.3%，铜含量38.8%，磷含量4.9%，镀层表面形貌如图1。
实施例2
实验原料包括：T300型聚丙烯腈基碳纤维、硫酸铜、硫酸镍、氯化钯、氯化亚锡、丙酮、盐酸、65%的硝酸。先用索式抽提装置将碳纤维在70℃下，丙酮抽提去胶4h后自然晾干，再用65%的浓硝酸浸泡40min后取出，再用去离子水反复冲洗至残液pH值与清洗前去离子水pH值接近，放入烘箱80℃左右温度烘干。将粗化处理过后的碳纤维先放入含SnCl2 20g/L、盐酸40ml/L的敏化液中敏化15min，取出后用蒸馏水清洗一次甩干后放入含PdCl20.25g/L，盐酸2.5ml/L的活化液中活化15min，取出用蒸馏水中清洗一次后甩干。配置含硫酸镍28g/L，硫酸铜2.0g/L，次亚磷酸钠27g/L，络合剂柠檬酸钠55g/L，pH值8.5的镍-铜-磷复合镀液，并置入85℃的恒温水浴中保温。将敏化-活化后的碳纤维放入复合镀液中施镀4min后取出，用去离子水清洗后放入80℃的烘箱中烘干。将此纤维做扫描电镜能谱分析并观察镀层形貌，分析结果得出此镀层中镍含量为37.0%，铜含量59.2%，磷含量3.8%，镀层表面形貌如图2。
实施例3
实验原料包括：T300型聚丙烯腈基碳纤维、硫酸铜、硫酸镍、氯化钯、氯化亚锡、丙酮、盐酸、65%的硝酸。先用索式抽提装置将碳纤维在70℃下，丙酮抽提去胶4h后自然晾干，再用65%的浓硝酸浸泡40min后取出，再用去离子水反复冲洗至残液pH值与清洗前去离子水pH值接近，放入烘箱80℃左右温度烘干。将粗化处理过后的碳纤维先放入含SnCl2 20g/L、盐酸40ml/L的敏化液中敏化15min，取出后用蒸馏水清洗一次甩干后放入含PdCl20.25g/L，盐酸2.5ml/L的活化液中活化15min，取出用蒸馏水中清洗一次后甩干。配置含硫酸镍28g/L，硫酸铜2.0g/L，次亚磷酸钠24g/L，络合剂柠檬酸钠55g/L，pH值8.5的镍-铜-磷复合镀液，并置入80℃的恒温水浴中保温。将敏化-活化后的碳纤维放入复合镀液中施镀4min后取出，用去离子水清洗后放入80℃的烘箱中烘干。将此纤维做扫描电镜能谱分析并观察镀层形貌，分析结果得出此镀层中镍含量为39.9%，铜含量56.9%，磷含量3.2%，镀层表面形貌如图3。
Claims (4)
1.一种碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法,其特征在于，其合金镀步骤为：
1）去胶：将碳纤维用丙酮抽提以除去表面胶层；
2）粗化：将第1）步去胶后碳纤维用浓硝酸粗化洗净；
3）敏化-活化：将第2）步粗化处理后的碳纤维先放入氯化亚锡溶液中敏化后洗净，再放入氯化钯溶液中活化后洗净；
4）将第3）步敏化-活化处理后的碳纤维放入镍-铜-磷镀液中施镀至反应结束后取出，洗净烘干即可；所述镍-铜-磷镀液置于80-85℃的恒温水浴中保温，镍-铜-磷镀液配方为：硫酸镍25-30g/L，硫酸铜2.0-2.5g/L，次亚磷酸钠24-27g/L，络合剂柠檬酸钠55-60g/L，pH值8.0-8.5。
2.根据权利要求1所述的碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法，其特征在于：所述第1）步去胶是在65℃-70℃恒温水浴中，将碳纤维以丙酮为溶剂，用索式抽提器抽提去胶4-6小时。
3.根据权利要求1所述的碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法，其特征在于：第2）步粗化所用浓硝酸的浓度为60%-65%，去胶后碳纤维先浸泡于浓硝酸中40-45min后取出，再用去离子水反复冲洗，直至清洗前后去离子水pH值不变。
4.根据权利要求1所述的碳纤维表面镍-铜-磷三元合金镀的方法，其特征在于：第3）步敏化所用氯化亚锡溶液的溶剂为盐酸，氯化亚锡浓度为18-24g/L，盐酸浓度为36-42ml/L，敏化时间15-20min；活化所用氯化钯溶液的溶剂为盐酸，氯化钯浓度为0.2-0.28g/L，盐酸浓度为2.2-2.7ml/L，活化时间15-20min。
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