CN103724930A - 一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法，包括如下步骤：碳纤维材料前处理，利用化学镀、CVD或MOCVD法在处理过的碳纤维材料上沉积1nm～5um的镍涂层，将涂镍碳纤维材料浸渍在配制好的酚醛树脂、环氧树脂、聚氰酸酯树脂或双马来酰亚胺树脂中形成预浸料，再将两层或多层预浸料进行适当修剪后装入模具在热压机中热压成型，压力控制在30～60MPa。本发明采用热压成型工艺，生产效率高、成本低，适合大规模生产，制备的含镍涂层碳纤维复合材料在保持高强轻质的同时电磁性能明显提高。

Description

一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料，特别是一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纤维是一种纤维状的碳材料，具有优异的力学性能，其强度和模量大大超过聚酯纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳化硅纤维和硅酸铝纤维等通用纤维材料，是一种常用的复合材料增强纤维。碳纤维产业在发达国家支柱产业升级乃至国民经济整体素质提高方面发挥着重要作用，对我国产业结构的调整和传统材料的更新换代也有重要意义。先进碳纤维复合材料在航空、航天、军事、建筑等领域发挥着重要的作用。前期的研究发现，碳纤维和植物纤维抄造的导电屏蔽纸的屏蔽性能较好，完全可以适合一般商业或电子产品的防辐射和抗干扰等应用，而且符合现代轻量化要求。为了进一步提高碳纤维屏蔽纸的屏蔽性能，使之应用于屏蔽要求更严格的场合，须提高碳纤维的导电性。研究表明，镀镍碳纤维有良好的导电性能，体积电阻率可达到10^-4Ω2·cm，是理想的电磁屏蔽填充物，而且其具有抗氧化和抗腐蚀性能好等优点。

公开(公告)号为101462889的中国发明专利涉及一种基于石墨烯与碳纤维的复合材料和制备方法，它是以石墨烯和碳纤维材料为原料，通过涂覆的方法在碳纤维材料表面涂覆石墨烯涂层制备而成，涂层的厚度为1nm～5um。石墨烯与碳纤维具有很高的相容性，将石墨烯溶液涂敷在碳纤维表面可以形成高性能的复合材料，进一步提高碳纤维的力学性能、导电性及耐热性。

公开(公告)号为101531804的中国发明专利涉及一种三维编织镀镍碳纤维与环氧树脂电磁屏蔽复合材料及制备方法，包括的步骤是碳纤维表面处理、碳纤维电镀镍、镀镍碳纤维三维编织、复合材料RTM法制备、电磁屏蔽效能测试。该发明提出将碳纤维进行电镀镍金属后，进行三维四向编织，然后采用RTM工艺将镀镍碳纤维的编织体与环氧树脂复合，从而制备出具有镀镍碳纤维/环氧树脂编织复合材料。经过测试表明，该编织复合材料具有良好的电磁屏蔽性能。

发明内容

本发明旨在克服现有碳纤维复合材料电磁性能的不足，提供一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法。本发明采用金属镍作为碳纤维的表面涂层材料，依据金属镍熔点高达1455℃，具有良好的机械强度、延展性和导电性，且在空气中不会氧化，可被涂敷在碳纤维表面。镀镍碳纤维与树脂混合后应用于电气电子领域，作为电磁屏蔽材料，防止电磁辐射造成的危害；也可用于战斗机和轰炸机，作为雷达吸波材料，起到隐身防护的作用。

本发明提供的一种含镍涂层碳纤维复合材料是以涂镍碳纤维材料和树脂材料为原料，通过热压成型工艺制备而成，其中碳纤维材料表面镍涂层厚度为1nm～5um。

本发明所述的涂镍碳纤维材料为碳纤维束、碳纤维布或其它碳纤维制品通过适当处理后化学镀、化学气相沉积(CVD)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)沉积一定厚度的镍涂层来制备。

本发明所述的树脂材料为酚醛树脂、环氧树脂、聚氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂或其它树脂，含量为35％～65％。

本发明提供一种含镍涂层碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)碳纤维材料的前处理：去胶、粗化；

(2)利用化学镀、CVD或MOCVD法在处理过的碳纤维材料上沉积一层镍涂层；

(3)将涂镍碳纤维材料浸渍在树脂中形成预浸料；

(4)将两层或多层预浸料进行适当修剪后装入模具在热压机中热压成型，压力控制在30～60MPa。

本发明的主要优点是：①由于镀镍碳纤维材料的优异性能，制备的含镍涂层碳纤维复合材料在保持高强轻质的同时电磁性能明显提高，满足更高的要求；②采用热压成型工艺，生产效率高、成本低，适合大规模生产；③用本方法制备得到的镍涂层致密、均匀、结合力好，性能优异；④可以根据需要选择不同的基体树脂、碳纤维材料和涂镍方法，从而制备出具有针对性的高性能复合材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

实施例1

选择碳纤维束为增强相，酚醛树脂为基体，采用MOCVD法涂镍。

(1)将碳纤维束在丙酮中超声清洗30min去胶完全，再用10％的硝酸粗化处理10min，取出用蒸馏水清洗并干燥；

(2)将经过上述处理的纤维束放入MOCVD炉中，设置合适的工艺参数后开始沉积镍涂层，控制涂层厚度在10nm；

(3)将涂镍碳纤维浸渍在配制好的酚醛树脂中形成预浸料；

(4)剪裁预浸料到合适的尺寸装入模具中，在热压机上热压成型，压力30～60MPa，温度为180～190℃。

实施例2

选择碳纤维布为增强相，双马来酰亚胺树脂为基体，采用CVD法涂镍。

(1)将碳纤维布在丙酮中超声清洗40min去胶完全，再用10％的硝酸粗化处理15min，取出用蒸馏水清洗并干燥；

(2)将经过上述处理的纤维布放入CVD炉中，设置合适的工艺参数后开始沉积镍涂层，控制涂层厚度在1um；

(3)将涂镍碳纤维布浸渍在配制好的双马来酰亚胺树脂中形成预浸料；

(4)剪裁预浸料到合适的尺寸装入模具中，在热压机上热压成型，压力30～60MPa，温度为230～240℃。

实施例3

选择碳纤维束为增强相，环氧树脂为基体，采用化学法涂镍。

(1)碳纤维经过表面去胶，除油，粗化，敏化，活化和还原处理后在配好的镀液中化学镀镍，控制镍层厚度为3um；

(2)将镀镍碳纤维浸渍在配制好的环氧树脂树脂中形成预浸料；

(3)剪裁预浸料到合适的尺寸装入模具中，在热压机上热压成型，压力30～60MPa，温度为100～110℃。

上述仅为本发明的三个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种含镍涂层碳纤维复合材料及其制备方法，包含碳纤维材料和树脂基体，其特征在于碳纤维材料表面涂覆有金属镍涂层，并通过热压成型工艺制备成复合材料。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的涂镍碳纤维材料为碳纤维束、碳纤维布或其它碳纤维制品通过适当处理后化学镀、化学气相沉积(CVD)或者金属有机化学气相沉积(MOCVD)沉积一定厚度的镍涂层来制备，涂层厚度为1nm～5um。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的树脂基体为酚醛树脂、环氧树脂、聚氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂或其它树脂，含量为35％～65％

4.根据权利要求书1所述的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤：

(1)碳纤维材料的前处理：CVD、MOCVD法：丙酮中超声清洗30～50min去胶完全，再用10％～15％的硝酸粗化处理5～20min；化学镀镍：去胶，除油，粗化，敏化，活化和还原；

(2)利用化学镀、CVD或MOCVD法在处理过的碳纤维材料上沉积一层镍涂层；

(3)将涂镍碳纤维材料浸渍在配制好的酚醛树脂、环氧树脂、聚氰酸酯树脂或双马来酰亚胺树脂中形成预浸料；

(4)将两层或多层预浸料进行适当修剪后装入模具在热压机中热压成型，压力控制在30～60MPa。