CN103668038A

CN103668038A - 树脂基碳纤维复合材料金属转移方法

Info

Publication number: CN103668038A
Application number: CN201310593667.2A
Authority: CN
Inventors: 郝旭峰; 诸静; 叶周军
Original assignee: Shanghai Composite Material Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Composite Material Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法；对树脂基碳纤维复合材料的成型模具进行防锈处理；配制金属转移膜溶液；将金属转移膜溶液涂覆在防锈处理后成型模具的金属转移面；将金属喷涂在涂覆金属转移膜的金属转移面；在完成金属喷涂的成型模具上缠绕、铺层树脂基碳纤维复合材料，成型，脱模，即完成树脂基碳纤维复合材料金属转移。所述金属转移膜溶液包括10重量份聚乙烯醇、120～200重量份去离子水、4重量份表面活性剂、10重量份增塑剂以及120～200重量份乙醇。与现有技术相比，本发明的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，能够实现对大尺寸、型面复杂的树脂基碳纤维复合材料需要金属化的表面完整地进行金属转移。

Description

树脂基碳纤维复合材料金属转移方法

技术领域

本发明涉及一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料属于半导体材料，在一定的频率范围内，靠自身导电能够完成天线电磁波的反射功能，但在高频段则由于发射损耗的增大需要在反射面进行金属转移满足天线反射要求。公知的碳纤维/树脂基复合材料表面金属转移的方法主要包括化学与电化学镀、真空蒸镀、真空离子溅射。但电化学镀和真空蒸镀无法用于天线口面尺寸大、型面复杂的复合材料表面金属化。而真空离子溅射所需的专用设备成本高，金属化时环境污染较大。因此，本发明提出一种环保、高效的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法。

发明内容

本发明的目的在于解决公知的树脂基碳纤维复合材料转移方法无法进行大尺寸、型面复杂的复合材料表面金属化的问题，提供一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法。本发明不仅提供了金属转移的方法，而且提供了本方法所采用的工艺流程和金属转移的材料配方，解决了公知的金属转移所碰到的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明涉及一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，包括如下步骤：

A、对树脂基碳纤维复合材料的成型模具进行防锈处理；

B、配制金属转移膜溶液；将所述金属转移膜溶液涂覆在防锈处理后的成型模具的金属转移面；

C、将金属喷涂在涂覆金属转移膜的金属转移面；

D、在完成金属喷涂的成型模具上缠绕、铺层树脂基碳纤维复合材料，成型，脱模，即完成树脂基碳纤维复合材料金属转移。

优选地，所述防锈处理具体为在成型模具的金属转移面涂覆液体脱模剂，晾干后，在其上刷涂液体防锈剂。成型树脂基碳纤维复合材料的模具大都用铸铁或合金钢制成，重量达数百公斤，体积较大，不能采用电镀的方式防锈。由于金属转移膜是水性溶液，极易引起模具锈蚀，出现锈斑，锈斑处在金属喷镀时易造成喷不上，而周围已喷上的金属层易翘起，造成复合材料制件金属层表面呈点式凹凸不平，这会严重影响产品的质量，因此在模具表面涂刷转移膜溶液前需对模具进行防锈处理。

优选地，金属转移膜溶液具体为：将10重量份聚乙烯醇搅拌下溶于80～135重量份60～70℃去离子水中制得聚乙烯醇水溶液；将4重量份的表面活性剂、10重量份的增塑剂溶于40～65重量份的去离子水中，加入120～200重量份乙醇，制得溶液A；将溶液A滴加入聚乙烯醇水溶液，过滤，即得所述金属转移膜溶液。

金属转移膜的关键是要求转移载体膜成型后厚膜均匀，有较好的强度。将配置好的转移膜溶液用软羊毛刷均匀涂刷在处理好的模具表面，转移膜涂刷的控制很重要，涂刷的太薄不利于形成膜层的连续性和力学强度，不利于金属层的粘附；膜层涂刷过厚，会形成流痕，流痕处水分挥发慢，形成膜层堆积的斑点，在火焰喷涂时高温将载体膜熔融，金属层表面形成大量缺陷。

优选地，所述金属转移膜的厚度为10～20μm。涂刷过厚喷涂过程中转移膜熔化造成喷涂金属层厚度不均匀。

优选地，所述金属喷涂后形成的金属层厚度为70～100μm。金属喷涂是用压缩空气将熔融的金属雾化成微粒，喷射在预先准备好的工作表面上，形成一层完整的金属覆盖层。绝大多数金属都可进行金属喷涂。

优选地，所述金属喷涂具体为：压缩空气压力0.5～0.6MPa，溶解乙炔压力0.1～0.15MPa，气态氧气压力0.7～0.75MPa，第一遍喷枪移动速率为20～25mm/s，第二遍喷枪移动速率为60～70mm/s，喷涂距离为300～400mm。

第二方面，本发明还涉及一种用于上述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法的金属转移膜溶液，所述金属转移膜溶液包括如下重量份数的各组分：聚乙烯醇10重量份、去离子水120～200重量份、表面活性剂4重量份、增塑剂10重量份以及乙醇120～200重量份。

优选地，所述表面活性剂为中性类表面活性剂(如：聚乙二醇)；所述增塑剂为多元醇类增塑剂(如：丙三醇)。

第三方面，本发明还涉及一种前述的金属转移膜溶液的制备方法，将所述聚乙烯醇搅拌下溶于占去离子水总重2/3的60～70℃去离子水中制得聚乙烯醇水溶液；将所述表面活性剂、增塑剂溶于占去离子水总重1/3的去离子水中，加入所述乙醇，制得溶液A；将溶液A滴加入聚乙烯醇水溶液，过滤，即得所述金属转移膜溶液。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，能够将树脂基碳纤维复合材料需要金属化的表面完整地进行了金属转移；经过测试，金属转移后的树脂基碳纤维复合材料(喇叭天线)通过空间环境高低温试验(-70℃～105℃，100个循环，在-70℃、105℃各保温12min)，用该方法金属化的复合材料天线随炉试片在高低温试验中无开裂、变形等现象，满足使用要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明专利的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

图1是本发明一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法的工艺流程图，如图1的实施例所示，本发明的方法包括如下步骤：

步骤一：准备

设计制造成型树脂基碳纤维复合材料的成型模具，在模具的金属转移面涂覆液体脱模剂。

步骤二：刷防锈剂

脱模剂涂覆后敞晾4～5小时，在模具的金属转移面刷液体防锈剂。由于成型树脂基碳纤维复合材料的模具大都用铸铁或合金钢制成，重量达数百公斤，体积较大，不能采用电镀的方式防锈。并且，由于金属转移膜是水性溶液，极易引起模具锈蚀，出现锈斑，锈斑处在金属喷镀时易造成喷不上，而周围已喷上的金属层易翘起，造成复合材料制件金属层表面呈点式凹凸不平，这会严重影响产品的质量，因此在模具表面涂刷转移膜溶液前需对模具进行防锈处理。

步骤三：配制转移膜溶液

按照下表1配制计算转移膜溶液：

表1

编号	名称	配比(重量比)
			1	聚乙烯醇(1000)	10
2	乙醇(化学纯)	120
			3	蒸馏水	120
4	表面活性剂(KH550)	4
			5	丙三醇	10

具体配制方法为，配制时先将聚乙烯醇在搅拌状态下分批溶解于2/3的60～70℃的热水中制成聚乙烯醇水溶液；再将其余试剂溶入1/3水中，再加入乙醇，搅拌均匀并采用滴加方式将其加入到聚乙烯醇水溶液中，速度不能太快，以免聚乙烯醇析出。最后用滤纸过滤，装入磨口瓶，密封待用。

步骤四：涂刷转移膜溶液

模具在室温下敞晾24～48小时，用刷子将步骤三配制的转移膜溶液涂覆到模具的金属转移面。将配置好的转移膜溶液用软羊毛刷均匀涂刷在处理好的模具表面，转移膜涂刷的控制很重要，涂刷的太薄不利于形成膜层的连续性和力学强度，不利于金属层的粘附；膜层涂刷过厚，会形成流痕，流痕处水分挥发慢，形成膜层堆积的斑点，在火焰喷涂时高温将载体膜熔融，金属层表面形成大量缺陷。金属转移膜的关键是要求转移载体膜成型后厚膜均匀，有较好的强度。

步骤五：金属喷涂

金属喷涂是用压缩空气将熔融的金属雾化成微粒，喷射在预先准备好的工作表面上，形成一层完整的金属覆盖层。绝大多数金属都可进行金属喷涂。

按下表2的工艺参数喷涂金属转移面：

表2

编号	工艺参数	控制范围
			1	压缩空气压力	0.5～0.6MPa
2	溶解乙炔压力	0.1～0.15MPa
			3	气态氧气压力	0.7～0.75MPa
4	喷枪移动速率(第一遍)	20～25mm/s
			5	喷枪移动速率(第二遍)	60～70mm/s
6	喷涂距离	300～400mm
			7	金属层厚度	70～100um

步骤六：成型树脂基碳纤维复合材料

在完成金属喷涂的金属模具上按照公知的缠绕、铺层复合材料成型，脱模后即可完成复合材料金属转移。

步骤七：产品试验验证

喷涂后的复合材料产品分别进行了金属层附着力测试(划格试验)、金属层真空高低温试验(温度-100℃-100℃，真空度10^-3Pa，，30个循环，在每个温度段稳定1h)。

经试验证明：根据如上所述的金属转移方法制造的树脂基碳纤维复合材料喇叭天线，表面金属层结合良好用该方法金属化的复合材料天线随炉试片在高低温试验中无开裂、变形等现象，可以满足空间使用要求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、对树脂基碳纤维复合材料的成型模具进行防锈处理；

C、将金属喷涂在涂覆金属转移膜的金属转移面；

2.如权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，所述防锈处理具体为在成型模具的金属转移面涂覆液体脱模剂，晾干后，在其上刷涂液体防锈剂。

3.如权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，所述金属转移膜溶液具体为：将10重量份聚乙烯醇搅拌下溶于80～135重量份60～70℃去离子水中制得聚乙烯醇水溶液；将4重量份的表面活性剂、10重量份的增塑剂溶于40～65重量份的去离子水中，加入120～200重量份乙醇，制得溶液A；将溶液A滴加入聚乙烯醇水溶液，过滤，即得所述金属转移膜溶液。

4.如权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，所述金属转移膜的厚度为10～20μm。

5.如权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，所述金属喷涂后形成的金属层厚度为70～100μm。

6.如权利要求1或5所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法，其特征在于，所述金属喷涂具体为：压缩空气压力0.5～0.6MPa，溶解乙炔压力0.1～0.15MPa，气态氧气压力0.7～0.75MPa，第一遍喷枪移动速率为20～25mm/s，第二遍喷枪移动速率为60～70mm/s，喷涂距离为300～400mm。

7.一种用于如权利要求1所述的树脂基碳纤维复合材料金属转移方法的金属转移膜溶液，其特征在于，所述金属转移膜溶液包括如下重量份数的各组分：聚乙烯醇10重量份、去离子水120～200重量份、表面活性剂4重量份、增塑剂10重量份以及乙醇120～200重量份。

8.如权利要求7所述的金属转移膜溶液，其特征在于，所述表面活性剂为中性类表面活性剂；所述增塑剂为多元醇类增塑剂。

9.一种如权利要求7所述的金属转移膜溶液的制备方法，其特征在于，将所述聚乙烯醇搅拌下溶于占去离子水总重2/3的60～70℃去离子水中制得聚乙烯醇水溶液；将所述表面活性剂、增塑剂溶于占去离子水总重1/3的去离子水中，加入所述乙醇，制得溶液A；将溶液A滴加入聚乙烯醇水溶液，过滤，即得所述金属转移膜溶液。