[发明专利]碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置和方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种磁屏蔽复合材料用碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置和方法。

背景技术

屏蔽复合材料不仅包括电磁屏蔽复合材料，也包括在低频段使用的磁屏蔽复合材料。碳纤维是电磁屏蔽复合材料中最主要的增强纤维之一，为了提高电磁屏蔽复合材料的屏蔽效能，常常需要在碳纤维表面涂覆金属(该过程称为碳纤维的金属化，所得的制品称之为金属化碳纤维)，最典型的金属材料包括镍和铜，采用涂覆金属的碳纤维增强的树脂基复合材料通常可获得很高的屏蔽效能，如美国GE公司的产品的屏蔽效能可达到60dB以上。然而，当在低频段使用时，碳纤维及金属化碳纤维增强的树脂基复合材料的屏蔽效能很不理想，因此，在实际应用过程中，仍然使用金属材料(如坡莫合金等)。随着节能和环保意识的加强，树脂及其复合材料的应用备受重视。因此，发展树脂基磁屏蔽复合材料显得非常重要。但是，由于工艺难度大，至今没有树脂基复合材料真正获得工程应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置和方法。采用易于实现工业化生产的电沉积(俗称“电镀”)在碳纤维表面涂覆金属，以增加树脂基复合材料的导电性和中高频段的屏蔽效能，在电镀金属的同时，通过在溶液中添加纳米颗粒(尤其是磁性纳米颗粒)的方法，使得碳纤维表面同时获得金属和纳米颗粒复合镀层(也称之为复合电镀)，从而使所制备的复合材料能在低频段具有高的屏蔽效能，即使之成为一种性能优良的磁屏蔽复合材料，为市场提供急需的特殊复合材料。

本发明的一套完整的复合电沉积装置，使碳纤维依次通过三组电沉积槽，各组槽内的溶液成分和工艺参数可根据工艺要求进行独立调整，纤维表面的纳米复合沉积层逐级增厚，避免了单槽沉积的“结饼”现象，达到纤维在基体中均匀分布的效果。

本发明提供的碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置主要包括：

退丝架：用于纤维的供放。

去胶炉：去胶炉是一种温度可控的加热系统，用于对碳纤维进行除胶处理。

直流电源：直流电源是一种不超过30V的电源整流器，它可提供恒定的电流。

循环过滤系统：用于过滤镀液中断落的碳纤维及大颗粒杂质，增强镀液的流动性。

机械传动机构：该机构是由无级变速电机提供的传动速度可调的传动机构，用于带动碳纤维束以一定速度移动，实现电镀自动化。

电镀槽：主要用于盛放电镀溶液，并配置阴阳极。

碳纤维两侧的电极：用于提供电镀所需要的目标离子。

中和槽：用于盛装与电镀溶液酸碱度相反的水溶液，用于中和碳纤维束上残留的电镀溶液，为下一级电镀做准备。

清洗槽：用于对已镀纤维进行清洗，防止纤维束上残留纤维对下一级镀液造成污染。

烘干箱：由温度可控的烘箱构成，用于对电镀后的纤维束进行烘干。

收线器：用于电镀纤维的收集。

本发明提供的碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置用于在碳纤维表面沉积含金属和纳米颗粒的复合镀层。所述的碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的方法包括如下步骤：

将连续长碳纤维浸渍于含金属离子和纳米颗粒的电镀槽中进行连续电沉积，然后经过水洗槽、中和槽、最后进行水洗、烘干。

所述的电镀液包括酸性硫酸镍溶液和碱性硫酸铜溶液，它们的溶液配方分别如下：

硫酸镍 180-250g/L

氯化钠 8-12g/L

H₃BO₃ 30-35g/L

无水硫酸钠 20-30g/L

硫酸镁 30-40g/L

pH 5-6

温度 20-35℃。

五水合硫酸铜 30-50g/L

酒石酸钾钠 10-15g/L

氢氧化钠 20-25g/L

无水柠檬酸 25-35g/L

pH 9-10

温度 20-35℃。

所述的金属包括镍和铜，所述的纳米颗粒包括Fe₃O₄、Fe₂O₃、SiC、ZnO、TiO₂等纳米颗粒，所述的电镀液中加入0.5-5g/L分散的纳米颗粒。

本发明提供的碳纤维表面连续复合电镀金属和纳米颗粒的装置还包括：带循环过滤的加厚镀槽(主要用于增加镀层厚度，并对镀层厚度进行调控)；以及带循环过滤的成型镀槽(主要用于对含铜复合镀层进行钝化，并完成对镀层厚度、表面质量及结构的最后调控)。