[发明专利]一种碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，特别是涉及一种结合力好、低电阻、耐腐蚀的碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法。

背景技术

碳纤维环氧树脂基复合材料具有比强度和比模量高、抗疲劳性好、可设计性强等优点，在航空航天、风力发电等领域得到了广泛应用。然而，服役过程中雷击、冲击等载荷会对该材料造成损伤，降低其力学性能，威胁结构安全。另外，由于碳纤维环氧树脂基复合材料具有一定的导电性，当其受到损伤时电阻可能发生变化，因此可通过实时监测电阻变化对材料的损伤状态进行一定程度的评估。为了测量各监测点间的电阻变化，需要在复合材料表面制备与内部纤维连接的导电层。有些研究者采用表面涂覆导电胶方法，该方法存在导电层易磨损、厚度无法精确控制、电阻不稳定以及成本偏高等问题；有些研究者采用化学镀镍的方法，该方法的缺点是电阻偏大；还有一些研究者采用电镀铜或化学镀铜的方法，存在镀铜表面易氧化、电镀铜的镀层结合力较低、化学镀铜的效率低等问题。因此，若能发明一种能够同时满足低成本、低电阻、耐腐蚀、具有较高结合力的碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法具有重要意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种结合力高、耐蚀性好、低电阻、低成本、工艺稳定性好、环保的碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的碳纤维环氧树脂复合材料的表面导电层制备方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)首先将碳纤维环氧树脂基复合材料上需要制备导电层的部位依次用粗砂纸和细砂纸进行抛光，直到该部位表面的碳纤维露出为止；

2)用50～60℃且每升中含60g氢氧化钠、15g碳酸钠和30g磷酸钠的热碱溶液对上述抛光表面除油20～30分钟；

3)用水清洗上述除油后的表面；

4)对清洗后欲制备导电层的部位先用70℃微蚀溶液处理5～8分钟，再用50℃中和溶液处理3～5分钟以去除包覆碳纤维的树脂，使碳纤维尽可能暴露在表面；

5)用水清洗上述处理后的表面；

6)在20～30℃的温度下用每升中含10g氯化亚锡和10ml盐酸的混合液对上述清洗后的表面进行敏化处理10～15分钟；

7)用水清洗上述敏化处理后的表面；

8)在20～30℃的温度下用每升中含0.5g氯化钯和10ml浓盐酸的混合液对上述清洗后的表面进行活化处理10～15分钟；

9)用水清洗上述活化处理后的表面；

10)在68～72℃的温度下用每升中含6～8g无水硫酸铜、28～32g次亚磷酸钠、80～85g二水柠檬酸钠、29～31g硼酸和4～6mg2,2'-联吡啶，pH值为9～10的混合液对上述清洗后的表面进行化学镀铜处理，直到达到预定的镀层厚度；

11)用水清洗上述化学镀铜处理后的表面；

12)在20～25℃的温度下用每升中含180～240g无水硫酸铜、25～50mL质量分数为98％的浓硫酸、80～100mg氯离子、0.5～1.0mg2-巯基苯并咪唑、0.3～0.8mg乙撑硫脲和10～20mg聚二硫二丙烷磺酸钠的混合液对上述水清洗后的表面进行电镀铜处理，电流密度为0.5～1.5A/dm²，镀层厚度为50～300μm；

13)用水清洗上述电镀铜处理后的表面；

14)在45～50℃的温度下用每升中含9～11g氯化金、78～82g磷酸钾、79～81g5,5-二甲基乙内酰脲、0.08～0.12g丁炔二醇、0.09～0.1g糖精钠和9～10mg十二烷基硫酸钠的混合液对上述电镀铜处理后的表面进行电镀金处理，电流密度为1.5～1.8A/dm²，镀层厚度为1～3μm，pH值为9～10；

15)用水清洗上述电镀金处理后的表面，由此在碳纤维环氧树脂基复合材料表面获得低电阻的导电层。

所述的步骤4)中的微蚀溶液每升中含60g高锰酸钾和30g氢氧化钠，中和溶液每升中含28g草酸晶体和100毫升质量分数为98％的浓硫酸。

所述的步骤10)中镀层的厚度为1～2μm。