一种碳纤维表面金属化的前处理方法和镀膜方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纤维表面金属化的前处理方法和镀膜方法，涉及镀膜技术领域。本发明专利技术采用硫酸铜、硫酸镍、明胶以及氢氧化钠组成的铜镍混合胶体作为活化剂以及硼氢化钠(NaBH4)和氢氧化钠(NaOH)做敏化还原剂，铜镍混合胶体用于碳纤维镀层的催化剂制作简单，成本较低，较之现有技术采用贵金属钯、铂、银等贵重金属做催化剂，其成本不足其十分之一，并且镀层性能与现工艺相差无异，适合碳纤维企业大规模量产。本发明专利技术在一定程度上解决了现有贵金属前处理的成本高、工艺繁琐的情况。在保证镀层质量的前提下，减少钯的用量和使用非贵金属替代钯成为目前碳纤维金属化工艺的研究重点。替代钯成为目前碳纤维金属化工艺的研究重点。替代钯成为目前碳纤维金属化工艺的研究重点。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维表面金属化的前处理方法和镀膜方法


[0001]本专利技术属于镀膜
，具体涉及一种碳纤维表面金属化的前处理方法和镀膜方法。

技术介绍

[0002]碳纤维等非金属材料因其表面对各类化学镀反应均无催化活性，而被视为典型的难镀基材。因此，针对非金属材料的化学镀需要对其表面进行特殊的预处理，使其基体表面具有化学镀所需的催化活性，从电化学本质上来说，就是使其基体表面能够提供到达或超过被镀金属的析出电位。预处理的步骤通常包括：基体
→
除油
→
粗化(亲水性处理)
→
(敏化)
→
活化。其中，敏化、活化工艺是整个化学镀过程中最为关键的一步，它直接关系到化学镀能否进行、镀液是否分解、镀层覆盖率的高低及镀层与基体的结合力是否良好，也是非金属材料表面化学镀研究的重点。非金属材料的活化方法有很多，如胶体活化法、气相沉积法、光化学活化法、分子自组装活化法等。
[0003]1碳纤维等非金属材料表面化学镀中传统的活化工艺
[0004]非金属材料化学镀使用最早的活化工艺是敏化
–
活化工艺，又被称为两步活化法。即将粗化或亲水化处理过的基体表面浸渍在酸性SnCl2或其他的含Sn
2+
的盐溶液中进行敏化处理，使一些非金属的表面吸附一层Sn
2+
离子；经去离子水清洗后，浸渍在能够提供催化形核中心的催化金属的盐溶液如PdCl2、AgNO3、HAuCl4等中进行活化处理。经活化处理后，这些贵金属离子将被Sn<br/>2+
离子还原成具有催化活性的贵金属原子吸附在基体表面，进而在随后的化学镀过程中提供催化活性点，诱发镀液中氧化还原反应的进行。
[0005]2金属铜活化工艺
[0006]胶体铜活化工艺是采用铜代替贵金属钯、银作为活性组分进行非金属镀前活化处理的技术，其活化成本约为胶体钯的十分之一、硝酸银活化液的二分之一，具有很高的经济效益。国外对胶体铜活化工艺的研究较多，特别是美国，已实现了商品化。早在1950年，就有专利提出了使用铜替代贵金属钯作为催化液的活性组分，但那时的工艺尚不成熟。19世纪70年代，Feldstein N和Donovan Lawrence P使用不同的方法制备了以胶体铜为代表的非贵金属胶体催化液，大大减少了活化处理的成本。
[0007]3、金属镍活化工艺
[0008]在化学镀领域中，化学镀镍因其良好的性能和广泛的应用始终是重要的研究方向，特别是随着近年各类非金属功能材料的飞速发展，化学镀镍技术得到了更加广泛的应用。而由于银、铜及铜合金其自身既没有脱氢催化活性，在化学镀镍液中的稳定电位又正于镍在其中的稳定电位，因此它们对非金属表面化学镀镍的氧化还原反应没有催化活性，但金属镍对化学镀铜、银却具有催化作用。目前，国内外对采用镍作为非金属材料化学镀镍前的催化金属的应用和研究都比较多。
[0009]采用金属镍作为催化金属对化学镀镍前的非金属表面进行活化的方法有很多，包括热氧化还原法、有机镍热分解法等。山东科技大学葛圣松等人采用醋酸镍/硫酸镍、次亚
磷酸钠的甲醇溶液为活化液，经175℃下的热氧化还原反应在空心玻璃微珠/陶瓷微球表面形成了具有催化作用的金属镍，并在随后的化学镀镍反应中获得了光滑均匀的镀层。李丽波等人采用相似的方法对含70％体积分数SiC的铝基复合材料表面进行了活化，并通过化学镀镍获得了良好的镀层。
[0010]随着新型陶瓷、碳纤维复合材料等新兴的功能材料的迅猛发展，非金属材料的化学镀技术作为一种连接金属与非金属的有效手段，必将得到更加广泛的研究和应用，尽管贵金属胶体催化的活化技术仍是我国非金属化学镀工业生产中的主流，短期内难以被其他活化工艺完全取代，价格低廉的非贵金属活化剂仅停留在实验室的研究阶段，性能优异、工艺成熟、可靠实用的胶体钯活化仍然是现代工业生产中重要的化学镀前活化手段。在保证镀层质量的前提下，减少钯的用量和使用非贵金属替代钯成为目前前处理工艺的研究重点。另外，在与金属基体复合时，碳纤维与金属熔体湿润不良。欲改善碳纤维与基体的润湿性，提高界面结合力，必须要对碳纤维进行金属化处理。对碳纤维金属化前必须对碳纤维表面进行除胶、粗化、表面活化、敏化等处理后才能进行化学镀层，传统的活化、敏化处理工艺采用钯、铂、金等贵重金属，且处理方式比较繁琐，费用昂贵，不适合低成本生产。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碳纤维表面金属化的前处理方法和镀膜方法，可以明显的节约生产成本，其成本约占传统工艺的10％，并且镀层连续，无起皮、结合力不强等现象，可以用于企业的量化生产。
[0012]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0013]本专利技术提供了一种碳纤维表面金属化的前处理方法，包括以下步骤：
[0014](1)将碳纤维在加热的丙酮溶液中浸泡，得脱胶碳纤维；
[0015](2)将所述脱胶碳纤维在体积百分含量为65％的硝酸溶液中浸泡，得粗化碳纤维；
[0016](3)将所述粗化碳纤维放置在0.1～1mol/L的氢氧化钠溶液中洗涤，得中和碳纤维；
[0017](4)将所述中和碳纤维在铜镍混合胶体中进行活化处理，得活化碳纤维；
[0018](5)将所述活化碳纤维放入1～3g/L的NaBH4溶液中进行敏化还原处理，得预处理碳纤维。
[0019]优选的，步骤(1)所述加热的丙酮溶液温度不高于56.5℃，碳纤维在所述丙酮溶液中浸泡的时间为30～120min。
[0020]优选的，步骤(2)所述浸泡的温度为55～65℃，浸泡的时间为30～120min。
[0021]优选的，步骤(4)所述铜镍混合胶体的制备方法，包括：将硫酸铜、硫酸镍和胶体稳定剂混合后溶于水中，调节pH值为6～8，得铜镍混合胶体；所述硫酸铜和硫酸镍的质量比为0.01～0.1g：0.01～0.05g。
[0022]优选的，所述硫酸镍和硫酸铜的质量比为0.5～1。
[0023]优选的，步骤(5)所述敏化还原处理的时间为5～20min。
[0024]本专利技术还提供了一种碳纤维表面金属化的镀膜方法，包括以下步骤：将利用上述前处理方法得到的预处理碳纤维与镀液混合镀膜，得表面金属化的碳纤维。
[0025]优选的，所述镀液包括以下浓度的成分：CuSO4·
5H2O 10～15g/L、EDTA－2Na 15～
20g/L、酒石酸钾钠10～15g/L、NaOH 10～15g/L和甲醛6～10mg/L。
[0026]优选的，所述混合镀膜的温度为45～55℃，时间为3～5min。
[0027]有益效果：本专利技术为碳纤维金属化提供一套完成的前处理和化学镀膜工艺。其关键技术在于采用硫酸铜、硫酸镍、明胶以及氢氧化钠组成的铜镍混合胶体作为活化剂以及硼氢化钠(NaBH4)和氢氧化钠(NaOH)做敏化还原剂，铜镍混合胶体用于碳纤维镀层的催化剂制作简单，成本较低，较之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维表面金属化的前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳纤维在加热的丙酮溶液中浸泡，得脱胶碳纤维；(2)将所述脱胶碳纤维在体积百分含量为65％的硝酸溶液中浸泡，得粗化碳纤维；(3)将所述粗化碳纤维放置在0.1～1mol/L的氢氧化钠溶液中洗涤，得中和碳纤维；(4)将所述中和碳纤维在铜镍混合胶体中进行活化处理，得活化碳纤维；(5)将所述活化碳纤维放入1～3g/L的NaBH4溶液中进行敏化还原处理，得预处理碳纤维。2.根据权利要求1所述前处理方法，其特征在于，步骤(1)所述加热的丙酮溶液温度不高于56.5℃，碳纤维在所述丙酮溶液中浸泡的时间为30～120min。3.根据权利要求1所述前处理方法，其特征在于，步骤(2)所述浸泡的温度为55～65℃，浸泡的时间为30～120min。4.根据权利要求1所述前处理方法，其特征在于，步骤(4)所述铜镍混合胶体的制备方法，包括：将硫酸铜、硫酸镍和胶体稳定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆辉，李雪松，吕威，盛曦霆，张宇航，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：