[发明专利]一种碳纤维表面镀铜工艺

说明书

技术领域

本发明属于纺织染整技术领域，具体涉及一种碳纤维表面镀铜工艺。

背景技术

金属基碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量和韧性好等优良性能，在航空、航天、生物材料和民用工业领域具有广泛的应用前景。用表面金属化的碳纤维作填料，所制得的屏蔽材料具有很好的屏蔽效果，可用作飞机的吸波材料；镀金属碳纤维通过一定方式编织成织物，可以制成仿真三维诱饵体，用于高科技战争中的反雷达侦察与反制导。材料的电磁屏蔽性能主要取决于其导电性，导电性好的材料通常具有好的电磁屏蔽功能。

铜由于其导电性能强、价格适宜的特点而被用来对碳纤维表面进行改性。化学镀是一种常用的表面改性方法，是在没有外电流通过的情况下，利用还原剂将溶液中的金属离子还原，在呈催化活性的物体表面形成金属镀层的一种镀覆技术。碳纤维化学镀铜已研究出很多的工艺方法，但这些工艺方法的镀铜结果仍存在不少问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种碳纤维表面镀铜工艺，以得到光泽性好、镀层结合力强、导电性能高的镀铜碳纤维。

一种碳纤维表面镀铜工艺，包括如下步骤：

（1）碳纤维改性预处理：采用化学法或水蒸气活化法对碳纤维进行改性；

（2）化学镀铜：将经过表面预处理的碳纤维加入镀液中并不断搅拌，用精密pH试纸检测镀液pH值，观察碳纤维颜色变化，碳纤维逐渐变红，并有气泡冒出，待镀液中气泡逐渐减小至消失后，取出碳纤维并洗净烘干。

进一步地，所述步骤（1）中的化学法为：

(a)去胶：采用空气灼烧法，将碳纤维束放入烘箱内灼烧，灼烧温度400℃，灼烧时间为60min，以脱去碳纤维外层的保护胶；

(b)粗化：取20g过硫酸铵与100ml H₂O配成粗化液在碳纤维表面进行刻蚀，使其表面呈现沟槽状，并使碳纤维表面由疏水性变为亲水性；

(c)中和：将用过硫酸铵粗化后的碳纤维放入10％的NaOH溶液中浸泡，中和残留在碳纤维表面的过硫酸铵，然后清洗至中性；

(d)敏化：以2.5g SnCl₂、27ml HCl(37％)、23ml H₂O配制成敏化液，敏化时间为5分钟，然后将碳纤维取出洗净，使碳纤维表面吸附一层还原性物质，在活化时，活化剂被还原并留在碳纤维表面形成催化晶核，此过程的反应式如下：

2SnCl₂+3H₂O→Sn₂(OH)₃C1+3HCl；

(e)活化：用5g/L AgNO₃溶液、8mL氨水，放入敏化后的碳纤维浸泡5分钟，然后水洗干净，使碳纤维表面形成一层具有催化活性的贵金属层；

(f)还原：以20g/L次亚磷酸钠溶液为还原液，在25℃水浴中保温，然后加入活化处理后的碳纤维，1分钟后取出洗净，将残留在碳纤维表面的AgCl还原；

进一步地，所述步骤（1）中的水蒸气活化法为：

(a)将碳纤维放入活化炉内加热，然后通入氮气保护，达到700℃～800℃时向碳纤维喷水蒸气使其表面刻蚀成孔，然后在氮气氛围下冷却后取出，完成水蒸气活化处理；

(b)敏化：以2.5g SnCl₂、27ml HCl(37％)、23ml H₂O配制成敏化液，敏化时间为5分钟，然后将碳纤维取出洗净，使碳纤维表面吸附一层还原性物质，在活化时，活化剂被还原并留在碳纤维表面形成催化晶核，此过程的反应式如下：

2SnCl₂+3H₂O→Sn₂(OH)₃C1+3HCl；

(c)活化：用5g/L AgNO₃溶液、8mL氨水，放入敏化后的碳纤维浸泡5分钟，然后水洗干净，使碳纤维表面形成一层具有催化活性的贵金属层；

(d)还原：以20g/L次亚磷酸钠溶液为还原液，在25℃水浴中保温一段时间，然后加入活化处理后的碳纤维，1分钟后取出洗净，将残留在碳纤维表面的AgCl还原；

进一步地，所述步骤（2）中镀液的组成为：CuSO₄·5H₂O 10g／L，NaOH 20g／L，酒石酸钾钠50g／L，甲醛10ml／L，

化学镀铜反应式如下：