CN104928738A - 一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法及装置 - Google Patents

一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法是去除碳纤维表面上浆剂，用表面活性剂的溶液清洗处理之后采用碳纤维作为阴极，被镀金属作为阳极进行电镀，再经过清洗，干燥，收丝。本发明具有安全性好、脱氧效果好、投资少、操作方便、运行费用低的优点。

Description

一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法及装置
所属领域
本发明涉及一种电镀金属的方法及装置，具体来说是一种碳纤维丝束的表面连续电镀金属方法及装置。
背景技术
随着现代电子工业的高速发展和电子电器设备的普及而产生的电磁辐射问题日益严重。电磁波辐射可干扰周围的电子仪器设备，引起事故，也会导致信息泄露，对计算机、通讯等信息安全构成严重的威胁。此外，电磁辐射对人体健康也造成严重的影响。
表面金属化的碳纤维已经逐渐成为现代电子辐射防护产品和设备的重要材料。表面金属化的碳纤维在军事、小型大容量电容器、磁性薄膜、电子设备的电磁屏蔽膜以及制造各种功能性元器件等方面也具有广泛的用途。
目前碳纤维表面金属化的方法主要有化学镀和电镀两种。化学镀是利用化学方法将金属阳离子在碳纤维还原成金属原子并沉积在碳纤维表面。这种方法化学反应和工艺过程复杂、镀层质量很难保证，目前主要停留在实验室研究阶段。电镀是利用电能将金属离子还原成金属原子并沉积在碳纤维上，使碳纤维表面附着一层金属的工艺。碳纤维本身具有一定的导电性，可采用连续电镀的方法在其表面形成金属涂层，适于连续化生产。
传统的碳纤维电镀工艺存在的主要问题是电镀速率低，生产效率低下。这是因为碳纤维的比电阻远大于一般的金属(碳纤维的比电阻通常是10-3-10-4Ω·cm，而大多数金属的比电阻是10-6Ω·cm)，因而导电性差、电流密度小，导致电镀速度迟缓。然而一旦增大电流密度，碳纤维丝束将显著发热，导致碳纤维丝束表面形成相互架桥的金属薄膜，进而使得碳纤维丝束内部纤维的电镀将变得困难，难以得到碳纤维丝束表面与内部厚度均匀的金属膜。因此，为了得到均匀厚度的金属膜，采用较小的电流密度，生产效率低下是目前存在的主要难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种简单实用、镀层质量良好、生产效率高的碳纤维丝束的电镀金属方法及其装置。
本发明是在碳纤维丝束连续走行方向配置不少于3段阴极，通过电化学方法施加一电压，或者通入一定强度的电流，使通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电流密度为通过第一段阴极的电流密度最小，第二段阴极的电流密度最大，沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相同或依次减小，且通过所有各段阴极的电流密度范围为0.01A/dm2到1.5A/dm2，通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电镀时间为tn≥tn+1≥tn+2,且1min≤tn≤10min(其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1)，进行多段连续电镀,进行多段电镀处理。该方法可在确保碳纤维表面不发生过度发热、丝间架桥等现象的前提下快速完成碳纤维表面的金属电镀。
本发明的碳纤维表面电镀金属的方法是通过以下步骤实现的：
(1)碳纤维表面上浆剂的去除：碳纤维在温度为400-700℃的炉中保持3-30分钟，炉内气氛为惰性；
(2)清洗处理：将去除上浆剂后的碳纤维经过浓度为1.0-2.0g/L的表面活性剂的溶液，然后直接用去离子水清洗，使得清洗水中的表面活性剂浓度低于0.5g/L；
(3)碳纤维表面电镀：在电镀的条件下，将经过步骤(2)处理的碳纤维作为阴极，被镀金属作为阳极，在碳纤维丝束的走行方向配置不少于3段的阴极，使通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电流密度为通过第一段阴极的电流密度最小，第二段阴极的电流密度最大，沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相同或依次减小，且通过所有各段阴极的电流密度范围为0.01到1.5A/dm2之间，通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电镀时间为相等或依次减小,且1min≤tn≤10min，其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1，进行多段连续电镀，从而得到表面金属化碳纤维；
(4)金属化碳纤维的清洗：采用去离子水对金属化碳纤维进行清洗，使得清洗水流中的被镀金属离子含量低于0.05g/L；
(5)金属化碳纤维的干燥：清洗后的金属化碳纤维通过80-200℃范围的干燥炉对金属化碳纤维进行2-20min的干燥处理；
(6)金属化碳纤维的收卷：采用卷绕机将干燥后的金属化碳纤维进行收丝。
本发明步骤(1)中去除碳纤维表面上浆剂的温度为最佳温度为550-650℃。如炉内温度低于400℃，碳纤维表面残留的上浆剂较多，干扰后续的电镀过程；如炉内温度高于700℃，一方面造成生产成本提高，另一方面也会损伤碳纤维表面，造成碳纤维力学性能显著降低。
本发明步骤(1)中去除碳纤维表面上浆剂的加热炉中气氛为惰性，炉内气体可以是氮气或氩气。
本发明步骤(2)中清除碳纤维表面污垢的溶液为配置有表面活性剂的水溶液，表面活性剂可以为十二烷基硫酸钠、多元醇、吐温或失水山梨醇脂肪酸酯等。
本发明步骤(2)中清洗碳纤维表面污垢的溶液中表面活性剂浓度为1.0-2.0g/L。如果表面活性剂浓度低于1.0g/L，清洗效果不明显；如果表面活性剂浓度高于2.0g/L，将导致碳纤维表面残留表面活性剂过多，造成后期清洗困难。
本发明步骤(3)中被镀金属为Cu、Ni或Ag。
电镀Cu时的条件为：
CuSO4·5H2O       120-250g/L
H2SO4             30-120g/L
温度              20-60℃
电镀Ag的条件为：
本发明步骤(3)中碳纤维丝束连续电镀过程中，可以将各段阴极分配在不同的电镀槽中进行，也可以在同一电镀槽中配置各段阴极进行。
本发明所述的碳纤维丝束是1000根(1K)以上连续单纤维组成的碳纤维或石墨纤维。除第一段阴极电流最小，第二段阴极电流最大，其余各段阴极的电流密度沿着碳纤维丝束的走行方向相同或依次减小。按照如此分配电流方式，接近电镀浴出口侧的碳纤维丝束因为镀层厚，电阻变小，导电性提高的原因，在接下来的电镀过程中保持较小的电流密度，可避免使碳纤维丝束表面形成金属膜架桥，从而使得碳纤维丝束中从表面向内部的金属镀层厚度均匀，生产性良好。
另一方面，如果采取与本发明相反的电流配置的话，如An＜An+1＜An+2(其中An为通过沿碳纤维丝束走行方向第n段阴极的电流密度，n≥1)的话，接近电镀浴出口侧的碳纤维丝束的镀层较厚，电阻变小，导电性提高，接下来的阴极的电流密度将激增，导致碳纤维丝束表面的金属薄膜发生架桥，碳纤维丝束表面与内部的金属镀层厚度不均匀。
如采用A1≥An(其中An表示通过沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极板的电流密度,n≥2)，电镀浴中第一块阴极区域的碳纤维丝束由于电阻大，出现明显局部发热现象，同样导致碳纤维丝束表面的金属薄膜架桥、碳纤维丝束内部与表面的金属镀层厚度不均匀。
如通过各段阴极的电流密度An<0.01A/dm2(n≥1),将导致电镀时间过程，增加生产成本；如通过各段阴极的电流密度An>1.5A/dm2，将容易导致碳纤维丝束过度发热，对生产的稳定性不利。
本发明步骤(3)中碳纤维丝束的连续电镀过程中，通过各段阴极的电镀时间为tn≥tn+1≥tn+2,且1min≤tn≤10min(其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1)，进行多段连续电镀。如果通过各段阴极的电镀时间少于1min，碳纤维表面电镀为充分进行；如果通过各段阴极的电镀时间多于10min,电镀过程中能耗过大，成本提高。
为了实现本发明的目的，设计了二种碳纤维丝束电镀装置。
第一种碳纤维丝束电镀装置，它包括传动导辊组，电镀槽，电镀槽导辊，阳极金属板，导电性导辊，其特征在于电镀槽为3－5个，在第1个电镀槽输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊，在每个电镀槽的下部分布有阳极金属板，在每个阳极金属板两端的上方各有电镀槽导辊，在电镀槽之间的上方有导电性导辊，在最后一个电镀槽输出端的上方有一个导电性导辊，导电性导辊之后有一个传动导辊组。
第二种碳纤维丝束电镀装置，它包括传动导辊组，电镀槽，电镀槽导辊，阳极金属板，导电性导辊，其特征在于电镀槽输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊，在电镀槽的下部分布有3－5个阳极金属板，在每个阳极金属板两端的上方各有电镀槽导辊，在阳极金属板之间的电镀槽上方有导电性导辊，电镀槽输出端的上方有一个导电性导辊，导电性导辊之后有一个传动导辊组。
如上所述的导电性导辊是石墨导辊、金属导辊如不锈钢导辊或铜导辊等。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、由于采用了在第一段阴极较小的电流密度，也就是说，使通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电流密度为通过第一段阴极的电流密度最小，通过沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相同或依次减小，且通过所有各段阴极的电流密度范围为0.01到1.5A/dm2，通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电镀时间为tn≥tn+1≥tn+2,且1min≤tn≤10min(其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1)，进行多段连续电镀，使之达到避免碳纤维丝束过度发热、避免产生丝间架桥现象的优点。
2、由于采用了除第一段阴极外，通过沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相等或依次较小的工艺条件，使之达到提高电镀效率、缩短电镀时间、降低成本的优点。
3、用这种方法进行碳纤维丝束的电镀金属，具有电镀速率高、生产效率高、碳纤维发热少、金属镀层厚度均匀可控和操作方便等特点。
附图说明
图1是本发明第一种碳纤维丝束电镀装置的结构示意图。
图2是本发明第二种碳纤维丝束电镀装置的结构示意图。
如图所示，1是碳纤维丝束，2是传动导辊，3是电镀槽，4是电镀槽导辊，5是阳极金属板，6是导电性导辊。
图1中碳纤维丝束1经过入口侧的传动导辊2进入第一电镀槽3进行电镀，接下来分别经过导电性6依次进入第二电镀槽3和第三电镀槽3进行各段电镀。图2中碳纤维丝束1经过入口侧的传动导辊2进入电镀槽3中进行电镀，接下来分别经过同一电镀槽3中其余阴极区进行电镀。在碳纤维丝束连续走行方向的各个电镀槽中，沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电流密度为通过第一段阴极的电流密度最小，通过沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相等或依次减小，且通过所有各段阴极的电流密度范围为0.01到1.5A/dm2，，通过各段阴极的电镀时间为tn≥tn+1≥tn+2,且1min≤tn≤10min(其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1)，进行多段连续电镀，以避免架桥现象，形成从碳纤维丝束表面到内部均匀厚度的金属镀层，且生产效率显著提高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行具体描述，本实施例只对用于本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
采用第一种碳纤维丝束电镀装置，它包括传动导辊组，电镀槽3，电镀槽导辊4，阳极金属板5，导电性导辊6，其特征在于电镀槽3为3个，在第1个电镀槽3输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊2，在每个电镀槽3的下部分布有阳极金属板5，在每个阳极金属板5两端的上方各有电镀槽导辊4，在电镀槽3之间的上方有导电性导辊6，在最后一个电镀槽3输出端的上方有一个导电性导辊6，导电性导辊6之后有一个传动导辊组。
所述的导电性导辊6为石墨导辊。阳极金属板5为Ni板。
将直径为7μm的聚丙烯腈(PAN)基高强型12K碳纤维1在去浆炉中450℃热处理20分钟，气氛为氮气；接下来碳纤维丝束1进入含1.5g/L十二烷基硫酸钠的水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用去离子水洗涤碳纤维表面残留的十二烷基硫酸钠，使流水中十二烷基硫酸钠的含量约为0.30g/L；再进入三个独立的电镀槽中进行连续镀镍，电镀装置示意图如图1所示。电镀液的配方为：NiSO4·6H2O 240g/L,NiCl2·6H2O 30g/L,NaCl 15g/L,MgCl215g/L,H3BO330g/L，pH值控制在4.2-5.0，温度为40℃。
通过石墨导辊6对碳纤维丝束1施加电流，使通过沿碳纤维丝束1走行方向第一个阴极的电流密度为0.05A/dm2，通过第二个阴极的电流密度为1.2A/dm2，通过第3阴极的电流密度为0.8A/dm2；碳纤维丝束1在三个电镀槽内停留时间分别为5min,2min,1min,电镀浴的总停留时间为8分钟。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为60℃和3min，检测洗涤水中镍含量为0.022g/L；之后通过烘干炉在120℃干燥8分钟，最后收丝，得到镀镍碳纤维。由此得到的镀镍碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的镍层。镍层厚度约为0.5μm，未发现明显的丝与丝之间的架桥现象。
实施例2
采用第一种碳纤维丝束电镀装置，电镀槽3为5个,所述的导电性导辊6为不锈钢导辊。阳极金属板5为Ni板。
将直径为7μm的聚丙烯腈(PAN)基高强型6K碳纤维1在去浆炉中550℃热处理12分钟，气氛为氮气；接下来碳纤维丝束1进入含1.2g/L十二烷基硫酸钠的水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动去离子水洗掉碳纤维表面残留的十二烷基硫酸钠，使流水中十二烷基硫酸钠的含量约为0.23g/L；再进入5个独立的电镀槽中进行连续镀镍。电镀液的配方为：NiSO4·6H2O 120g/L,NiCl2·6H2O 30g/L,NaCl 10g/L,MgCl210g/L,H3BO340g/L，pH值控制在4.8-5.5，温度为20℃。
通过不锈钢导辊6对碳纤维丝束1施加电流，使通过沿碳纤维丝束1走行方向第一个阴极的电流密度为0.01A/dm2，通过第二个阴极的电流密度为1.0A/dm2，通过第三阴极的电流密度为0.6A/dm2，通过第四个阴极的电流密度为0.3A/dm2,通过第五个阴极的电流密度为0.1A/dm2；碳纤维丝束1在这五个电镀槽内停留时间分别为4min,3min,2min,1min，1min，电镀浴的总停留时间为21分钟。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为50℃和6min，检测洗涤水中镍含量约0.048g/L；之后通过烘干炉在150℃干燥6分钟，最后收丝，得到镀镍碳纤维。由此得到的镀镍碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的镍层。镍层厚度约为1.0μm，未发现明显的丝与丝之间的架桥现象。
实施例3
采用第一种碳纤维丝束电镀装置，电镀槽3为4个,所述的导电性导辊6为铜导辊。阳极金属板5为Ni板。
将直径约为7μm的聚丙烯腈基12K碳纤维1在去浆炉中650℃热处理5分钟，气氛为氩气；接下来碳纤维丝束1进入含1.0g/L十二烷基硫酸钠的水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动去离子水洗掉碳纤维表面残留的十二烷基硫酸钠，检测洗涤流水中十二烷基硫酸钠的含量为0.15g/L；再进入4个独立的电镀槽中进行连续镀镍。电镀液的配方为：NiSO4·6H2O 300g/L,NiCl2·6H2O 10g/L,NaCl 30g/L,MgCl25g/L,H3BO315g/L，pH值控制在4.4-5.2，温度为50℃。
电镀电流分配采用通过第一阴极的电流密度为0.03A/dm2，通过第二阴极的电流密度为0.8A/dm2，通过第三阴极的电流密度为0.6A/dm2，通过第四阴极的电流密度为0.3A/dm2，电镀时间分别为8min,4min,2min,1min,，进行碳纤维丝束1的连续镀镍。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为40℃和8min，检测洗涤水中镍含量约为0.044g/L；之后通过烘干炉在180℃干燥4分钟，最后收丝，得到镀镍碳纤维。镀镍碳纤维丝束内部镀层较均匀，碳纤维表面未出现明显的镍层架桥现象。
实施例4
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，它包括传动导辊组，电镀槽3，电镀槽导辊4，阳极金属板5，导电性导辊6，其特征在于电镀槽3输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊2，在电镀槽3的下部分布有3个阳极金属板5，在每个阳极金属板5两端的上方各有电镀槽导辊4，在阳极金属板5之间的电镀槽3上方有导电性导辊6，电镀槽3输出端的上方有一个导电性导辊6，导电性导辊6之后有一个传动导辊组。
所述的导电性导辊6为石墨导辊。阳极金属板5为Cu板。
将直径为10μm的包含1000根(1K)沥青基碳纤维的丝束1在去浆炉中600℃热处理10分钟，气氛为氩气；接下来使碳纤维丝束1进入含2.0g/L聚丙二醇(羟值为134-162mgKOH/g，分子量为580-620，酸值≤0.5mgkoh/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动去离子水洗掉碳纤维表面残留的聚丙二醇，检测洗涤流水中据丙二醇含量为0.41g/L；再进入一个分为三段的电镀槽中进行连续镀铜。电镀浴组成为：硫酸铜130g/L,硫酸80g/L的普通浴，温度为35℃。
通过石墨导辊6对碳纤维丝束1施加电流，使沿碳纤维丝束1走行方向的电流密度分配为：第1阴极为0.1A/dm2，第2阴极为1.5A/dm2，第3阴极为1.0A/dm2；各个阴极的电镀时间为：第1阴极为10min，第2阴极为6min,第3阴极为1min。电镀完毕后，碳纤维丝束经30℃去离子水洗涤10min，检测洗涤流水中铜离子含量为0.041g/L；再经过80℃烘干炉干燥20min后，通过卷绕机收丝。由此得到的镀铜碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的铜层，未发现丝间有明显架桥现象。
实施例5
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，所述的导电性导辊6为不锈钢导辊。阳极金属板5为Cu板。
将直径为10μm的包含1000根沥青基碳纤维的丝束1在去浆炉中700℃热处理3分钟，气氛为氮气；接下来使碳纤维丝束1进入含1.0g/L聚丙二醇(羟值为134-162mgKOH/g，分子量为580-620，酸值≤0.5mgkoh/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动去离子水洗掉碳纤维表面残留的聚丙二醇，检测洗涤流水中聚丙二醇含量约为0.12g/L；再进入一个分为4段的电镀槽中进行连续镀铜，电镀装置示意图如图2所示。电镀浴组成为：硫酸铜120g/L,硫酸30g/L的普通浴，温度为20℃。
通过石墨导辊6对碳纤维丝束1施加电流，使沿碳纤维丝束1走行方向的电流密度分配为：第1阴极为0.03A/dm2，第2阴极为1.5A/dm2，第3阴极为1.2A/dm2，第4阴极为0.8A/dm2；各个阴极的电镀时间为：第1阴极为9min，第2阴极为6min,第3阴极为3min，第4阴极为1min。电镀完毕后，碳纤维丝束经25℃去离子水洗涤10min，检测洗涤流水中铜离子含量为0.047g/L；再经过100℃烘干炉干燥12min后，通过卷绕机收丝。由此得到的镀铜碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的铜层，未发现丝间出现明显架桥现象。
实施例6
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，所述的导电性导辊6为铜导辊。阳极金属板5为Cu板。
将直径为10μm的包含1000根沥青基碳纤维的丝束1在去浆炉中400℃热处理30分钟，气氛为氩气；接下来使碳纤维丝束1进入含1.2g/L聚丙二醇(羟值为134-162mgKOH/g，分子量为580-620，酸值≤0.5mgkoh/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动去离子水洗掉碳纤维表面残留的聚丙二醇，检测洗涤流水中聚丙二醇含量约0.24g/L；再进入一个分为三段的电镀槽中进行连续镀铜。电镀浴组成为：CuSO4·5H2O 250g/L,H2SO4120g/L的普通浴，温度为60℃。
通过铜导辊6对碳纤维丝束1施加电流，使沿碳纤维丝束1走行方向的电流密度分配为：第1阴极为0.2A/dm2，第2阴极为1.0A/dm2，第3阴极为0.8A/dm2；各个阴极的电镀时间为：第1阴极为8min，第2阴极为4min,第3阴极为2min。电镀完毕后，碳纤维丝束经25℃去离子水洗涤10min，检测洗涤流水中铜离子含量为0.042g/L；再经过120℃烘干炉干燥8min后，通过卷绕机收丝。由此得到的镀铜碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的铜层，丝间未发现明显的架桥现象。
实施例7
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，所述的导电性导辊6为石墨导辊。阳极金属板5为Ag板。
将直径为5微米的聚丙烯腈基碳纤维组成的3000根碳纤维丝束1在去浆炉中500℃热处理15分钟，气氛为氮气；接下来碳纤维丝束1进入含1.8g/L失水山梨醇脂肪酸酯(羟值为190-220mgKOH/g，皂化值为140～160mgKOH/g，酸值≤10mgKOH/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动清水洗涤碳纤维表面残留的表面活性剂溶液，检测洗涤流水中表面活性剂含量为0.44g/L；将碳纤维丝束1在如图2所示的一个电镀槽内分三段进行连续表面镀银。电镀浴组成为氰化银30g/L,氰化钾50g/L，碳酸钾15g/L的普通浴，pH值控制在2.0-2.8，温度为25℃。
通过沿丝束走行方向各个阴极的电流密度为第一段阴极为0.01A/dm2，第二段阴极0.15A/dm2，第三段阴极为0.08A/dm2；碳纤维丝束1通过各段阴极的时间分别为10min,3min,1min。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为30℃和10min,检测洗涤流水中的银离子含量为0.038g/L；之后通过烘干炉在150℃干燥6分钟，最后收丝，得到镀银碳纤维。由此得到的镀银碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的银镀层，未发现明显的丝间架桥现象。
实施例8
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，所述的导电性导辊6为不锈钢导辊。阳极金属板5为Ag板。
将直径为5微米的聚丙烯腈基碳纤维组成的3000根碳纤维丝束1在去浆炉中450℃热处理20分钟，气氛为氮气；接下来碳纤维丝束1进入含1.5g/L失水山梨醇脂肪酸酯(羟值为190-220mgKOH/g，皂化值为140～160mgKOH/g，酸值≤10mgKOH/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动清水洗涤碳纤维表面残留的表面活性剂溶液，检测洗涤流水中表面活性剂含量为0.26g/L；将碳纤维丝束1在如图2所示的一个电镀槽内分三段进行连续表面镀银。电镀浴组成为氰化银25g/L,氰化钾45g/L，碳酸钾10g/L的普通浴，pH值控制在1.0-2.2，温度为20℃。
通过沿丝束走行方向各个阴极的电流密度为第一段阴极为0.02A/dm2，第二段阴极1.0A/dm2，第三段阴极为0.6A/dm2；碳纤维丝束1通过各段阴极的时间分别为6min,3min,1min。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为50℃和6min，检测洗涤流水中的银离子含量为0.036g/L；之后通过烘干炉在120℃干燥8分钟，最后收丝，得到镀银碳纤维。由此得到的镀银碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的银镀层，未发现明显的丝间架桥现象。
实施例9
采用第二种碳纤维丝束电镀装置，所述的导电性导辊6为铜导辊。阳极金属板5为Ag板。
将直径为5微米的聚丙烯腈基碳纤维组成的3000根碳纤维丝束1在去浆炉中450℃热处理20分钟，气氛为氩气；接下来碳纤维丝束1进入含2.0g/L失水山梨醇脂肪酸酯(羟值为190-220mgKOH/g，皂化值为140～160mgKOH/g，酸值≤10mgKOH/g)水溶液清洗槽进行清洗，之后进入水洗槽用流动清水洗涤碳纤维表面残留的表面活性剂溶液，检测碳纤维洗涤流水中表面活性剂含量为0.45g/L；将碳纤维丝束1在如图2所示的一个电镀槽内分三段进行连续表面镀银。电镀浴组成为氰化银40g/L,氰化钾65g/L，碳酸钾30g/L的普通浴，pH值控制在2.8-3.5，温度为30℃。
通过沿丝束走行方向各个阴极的电流密度为第一段阴极为0.05A/dm2，第二段阴极0.10A/dm2，第三段阴极为0.08A/dm2；碳纤维丝束1通过各段阴极的时间分别为3min,3min,3min。电镀完毕后，碳纤维丝束1进入水洗槽通过去离子水进行清洗，洗涤温度和时间分别为25℃和10min，检测流水中银离子含量为0.028g/L；之后通过烘干炉在160℃干燥5分钟，最后收丝，得到镀银碳纤维。由此得到的镀银碳纤维利用扫描电子显微镜进行观察，碳纤维从表面到内部每根碳纤维都镀上了厚度均匀的银镀层，未发现明显的丝间架桥现象。

Claims (12)

1.一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)碳纤维表面上浆剂的去除：碳纤维在温度为400-700℃的炉中保持3-30分钟，炉内气氛为惰性；
(2)清洗处理：将去除上浆剂后的碳纤维经过浓度为1.0-2.0g/L的表面活性剂的溶液，然后直接用去离子水清洗，使得清洗水中的表面活性剂浓度低于0.5g/L；
(3)碳纤维表面电镀：在电镀的条件下，将经过步骤(2)处理的碳纤维作为阴极，被镀金属作为阳极，在碳纤维丝束的走行方向配置不少于3段的阴极，使通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电流密度为通过第一段阴极的电流密度最小，第二段阴极的电流密度最大，沿碳纤维丝束走行方向的其余阴极的电流密度相同或依次减小，且通过所有各段阴极的电流密度范围为0.01到1.5A/dm2之间，通过沿碳纤维丝束走行方向各段阴极的电镀时间为相等或依次减小,且1min≤tn≤10min，其中tn表示沿碳纤维丝束走行方向第n个阴极的电镀时间，n≥1，进行多段连续电镀，从而得到表面金属化碳纤维；
(4)金属化碳纤维的清洗：采用去离子水对金属化碳纤维进行清洗，使得清洗水流中的被镀金属离子含量低于0.05g/L；
(5)金属化碳纤维的干燥：清洗后的金属化碳纤维通过80-200℃范围的干燥炉对金属化碳纤维进行2-20min的干燥处理；
(6)金属化碳纤维的收卷：采用卷绕机将干燥后的金属化碳纤维进行收丝。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于步骤(1)中去除碳纤维表面上浆剂的温度为550-650℃。
3.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于步骤(1)中去除碳纤维表面上浆剂的加热炉中气氛为氮气或氩气。
4.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于步骤(2)表面活性剂为十二烷基硫酸钠、多元醇、吐温或失水山梨醇脂肪酸酯。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于步骤(3)中被镀金属为Cu、Ni或Ag。
6.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于所述的电镀Cu时的条件为：
CuSO4·5H2O  120-250g/L
H2SO4        30-120g/L 
温度    20-60℃ 。
7.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于所述
。
8.如权利要求1所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法，其特征在于所述电镀Ag的条件为：
。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法的使用装置，其特征在于它包括传动导辊组，电镀槽(3)，电镀槽导辊(4)，阳极金属板(5)，导电性导辊(6)，电镀槽(3)为3-5个，在第1个电镀槽(3)输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊(2)，在每个电镀槽(3)的下部分布有阳极金属板(5)，在每个阳极金属板(5)两端的上方各有电镀槽导辊(4)，在电镀槽(3)之间的上方有导电性导辊(6)，在最后一个电镀槽(3)输出端的上方有一个导电性导辊(6)，导电性导辊(6)之后有一个传动导辊组。
10.如权利要求1-8任一项所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法的使用装置，其特征在于它包括传动导辊组，电镀槽(3)，电镀槽导辊(4)，阳极金属板(5)，导电性导辊(6)，电镀槽(3)输入端的上方有一个传动导辊组，传动导辊组内有交错分布的传动导辊(2)，在电镀槽(3)的下部分布有3－5个阳极金属板(5)，在每个阳极金属板(5)两端的上方各有电镀槽导辊(4)，在阳极金属板(5)之间的电镀槽(3)上方有导电性导辊(6)，电镀槽(3)输出端的上方有一个导电性导辊(6)，导电性导辊(6)之后有一个传动导辊组。
11.如权利要求9或10所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法的使用装置，其特征在于所述的导电性导辊(6)是石墨导辊或金属导辊。
12.如权利要求11所述的一种碳纤维丝束的连续电镀金属方法的使用装置，其特征在于所述的金属导辊为不锈钢导辊或铜导辊。
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