CN103305818A - 碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液及粗化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液及粗化方法，采用含有蚀刻成分的稀释液。该蚀刻成分含有一种或多种蚀刻剂，分为强腐蚀性蚀刻剂A与弱腐蚀型蚀刻剂B，将两者任一组分与稀释液体C配制成浓度为1-100%（体积比）的蚀刻液,用于碳纤维增强氰酸酯树脂基板材表面粗化处理。本发明提出的一种碳纤维增强氰酸酯树脂基板材化学镀的表面粗化方法，采用机械加工与化学微蚀结合的方法，成本低、稳定性好，得到的碳纤维增强氰酸酯树脂基板材表面粗化适度均匀，有效避免了后续金属微粒沿碳纤维取向生长，得到的金属镀层微粒呈胞状、与基体结合力好、无裂纹、平整度高。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维增强树脂基板材表面化学镀的前处理工艺，具体涉及一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化方法。该方法可以有效的粗化基板表面，提高镀层与基板附着力。
背景技术
非金属表面金属化可以使基体材料兼备基体与金属两者的优异性能，如质轻、导电、导磁、耐腐蚀、耐磨损等。金属化后，基体材料力学性能提高显著，而且抗溶剂性，耐蚀性相应改善。近年来，关于碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的研究与应用发展迅速。CFRP由于其优异的性能，被广泛用于航天航空、医疗器械、运输车辆、体育休闲等领域中。其中，碳纤维增强氰酸酯基复合材料具有较低的热膨胀系数，高尺寸稳定性，耐湿热性，耐空间辐射性，已被用于一些苛刻条件下高性能结构器件中。
在CFPR表面镀一层金属，可以使材料同时拥有基材与金属层的优点，对于扩宽材料的使用范围有深远的意义。CFRP金属化的关键技术在于基材能否提供一良好的粗化表面来保证镀层与基体的结合力。目前，关于碳纤维增强环氧基复合材料的金属化工艺报道较多，而且部分单位已成功工业化应用，如电子工业部第十四研究所。但是，碳纤维增强氰酸酯基复合材料金属化工艺在国内还鲜有报道，而国外一些发达国家已经工业应用在通讯卫星、宇航结构件以及电子行业中。
美国发明专利——公开号为US6080836A涉及“一种提高氰酸酯/石墨复合材料金属镀层结合力的氰酸酯膜”。该专利通过在碳纤维增强氰酸酯材料表面涂覆一层氰酸酯膜来提高材料金属化后的结合力。该专利同时采用二元伯胺、一元伯胺的热溶液分两步蚀刻碳纤维增强氰酸酯树脂材料表面，并且经化学镀或电镀后均得到了与基体结合良好的金属镀层。该专利所述的氰酸酯膜能有效地减少粗化过度情况的产生，但其粗化方法存在如下几个问题：①、表面粗化分两步，较为繁琐；②、强腐蚀性的二元伯胺热溶液因材料性质差异容易造成表面蚀刻过度，影响镀层结合力；③、经该方法处理后的镀层表面易造成取向明显的纹理，这种纹理多与碳纤维单向丝的纹理一致，这种取向明显的镀层容易产生微裂纹。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液及粗化方法，
技术方案
一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液，其特征在于蚀刻液为二元伯胺或三元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀刻液；所述二元伯胺或三元伯胺类化合物为乙二胺、1,5戊二胺、1,6己二胺或三乙胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。本蚀刻液为强腐蚀性蚀刻剂A。
一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液，其特征在于蚀刻液为一元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀刻液；所述一元伯胺类化合物为丁胺、戊胺、辛胺、己胺、苯胺或庚胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。本蚀刻液为弱腐蚀型蚀刻剂B。
一种采用所述蚀刻液对碳纤维增强氰酸酯树脂基板材化学镀的表面粗化方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对碳纤维增强氰酸酯基板材进行磨削加工，使得板材表面树脂层稍稍高出碳纤维表面，且磨削后板材表面粗糙度应在0.5μm以上；
步骤2：用40-70℃的去污液对上述磨削表面清洗10-40min，随后用水或乙醇清洗上述去污后的表面，并干燥；
步骤3：将上述干燥后的表面放入浓度为1-100%的蚀刻液中，于20-80℃下浸蚀5s-30min；所述蚀刻液为权利要求1或权利要求2所述的蚀刻液，或两种蚀刻液的任意混合所形成的蚀刻液。
有益效果
本发明提出的一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液及粗化方法，采用含有蚀刻成分的稀释液。该蚀刻成分含有一种或多种蚀刻剂，分为强腐蚀性蚀刻剂A与弱腐蚀型蚀刻剂B，将两者任一组分与稀释液体C配制成浓度为1-100%（体积比）的蚀刻液,用于碳纤维增强氰酸酯树脂基板材表面粗化处理。本发明提出的一种碳纤维增强氰酸酯树脂基板材化学镀的表面粗化方法，采用机械加工与化学微蚀结合的方法，成本低、稳定性好，得到的碳纤维增强氰酸酯树脂基板材表面粗化适度均匀，有效避免了后续金属微粒沿碳纤维取向生长，得到的金属镀层微粒呈胞状、与基体结合力好、无裂纹、平整度高。
附图说明
图1：实施例1镍微粒沿碳纤维沉积的镀前（a）镀后(b)的显微图片；
图2：实施例4镍微粒以胞状生长的镀前（a）镀后(b)的显微图片；
图3：实施例1（a）、实施例2（b）化学镀镀层热震后的微裂纹。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、在30℃下，将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较强成分A的5%稀释液浸蚀25s；④、将步骤③浸蚀后的板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例2：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、在30℃将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较强成分A的5%稀释液浸蚀25s；④将板材放入乙醇中超声清洗并干燥后，放入含腐蚀性较弱成分B的50%稀释液中，50℃下浸蚀6min；⑤、将步骤④浸蚀后的板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑥、在50℃下，将步骤⑤清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑦、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑧、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例2：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较弱成分B的100%稀释液浸蚀3min；④、将步骤③浸蚀后板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例3：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较弱成分B的50%稀释液浸蚀6min；④、将步骤③浸蚀后板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例4：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较弱成分B的50%稀释液浸蚀10min；④、将步骤③浸蚀后板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例5：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含60gNaOH、15gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较弱成分B的25%稀释液浸蚀12min；④、将步骤③浸蚀后板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
实施例6：①、将碳纤维增强氰酸酯层压板，以500目砂纸磨削加工至树脂层稍稍高过碳纤维3-20μm，然后以清水清洗板材表面备用；②、用65℃每升含55gNaOH、20gNaCO3、和30gNa3PO4的去污液除油30min，随后用水清洗并干燥；③、将步骤②干燥后的板材放入含腐蚀性较弱成分B的50%稀释液浸蚀20min；④、将步骤③浸蚀后板材放入乙醇中超声清洗，随后用水清洗；⑤、在50℃下，将步骤④清洗后的板材放入每升含0.3g的胶体钯中活化处理10min，随后40℃下用5%的盐酸溶液解胶处理1min；⑥、用表1所提供的镀镍配方化学镀镍处理1h；⑦、用丙酮清洗上述化学镀镍处理后的表面，得到碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件。
为了验证本发明提供的碳纤维增强氰酸酯树脂基板材化学镀的表面粗化方法的效果，本发明人进行了如下实验：
将上述实施例1-6制成的碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件按照GBT5270-2005所述划线和划格实验测试了镀层与基体的结合力等级。
经测试，实施例1-6制成的碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件的结合力等级均达到5级。
另外，本发明人还对上述由实施例1-6制成的碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍件进行了130℃（5h）、-40℃（2h）的热震循环实验，以此来验证镀层的结合力。结果表明实施例1、2经10后次热震实验后镀层出现裂纹。实施例3-6经10次热震实验后镀层均无裂纹，无脱落现象，表明镀层有较大的结合力。采用金相显微镜对实施例1-6表面观察，发现实施例1、2镀层表面金属微粒沿碳纤维取向生长，其中实施例1表面纹理更加明显，两者均在热震实验后产生微裂纹；实施例2-6镀层表面金属微粒呈胞状生长，热震后无裂纹产生。可见，粗化方式的不同导致碳纤维增强氰酸酯基板材镀镍层质量出现差异。本发明所述的机械粗化与化学微蚀的表面粗化方法切实可行。
表1化学镀镍配方
Claims (3)
1.一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液，其特征在于蚀刻液为二元伯胺或三元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀刻液；所述二元伯胺或三元伯胺类化合物为乙二胺、1,5戊二胺、1,6己二胺或三乙胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。
2.一种碳纤维增强氰酸酯基板材化学镀的表面粗化的蚀刻液，其特征在于蚀刻液为一元伯胺类化合物与稀释液体配制成浓度为1-100%体积比的蚀刻液；所述一元伯胺类化合物为丁胺、戊胺、辛胺、己胺、苯胺或庚胺；所述稀释液体为能溶解二元伯胺或三元伯胺类化合物的溶剂，为N,N二甲基甲酰胺、N,N二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇、丙二醇或丁二醇。
3.一种采用权利要求1或2所述蚀刻液对碳纤维增强氰酸酯树脂基板材化学镀的表面粗化方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对碳纤维增强氰酸酯基板材进行磨削加工，使得板材表面树脂层稍稍高出碳纤维表面，且磨削后板材表面粗糙度应在0.5μm以上；
步骤2：用40-70℃的去污液对上述磨削表面清洗10-40min，随后用水或乙醇清洗上述去污后的表面，并干燥；
步骤3：将上述干燥后的表面放入浓度为1-100%的蚀刻液中，于20-80℃下浸蚀5s-30min；所述蚀刻液为权利要求1或权利要求2所述的蚀刻液，或两种蚀刻液的任意混合所形成的蚀刻液。
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| US6080836A (en) * | 1995-07-26 | 2000-06-27 | Hughes Electronics Corporation | Cyanate ester films that promote plating adhesion to cyanate ester graphite composites |
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