碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明設及碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的制備領域，特別地，設及一種碳纖維環(huán)氧 樹脂復合材料的表面金屬化處理方法。
【背景技術】
[0002] 碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在航天航空、風力發(fā)電的領域得到了廣泛應用。通常碳 纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方法為在碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面鍛金。 然而現(xiàn)有的鍛金方法，鍛層與碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的結合力較差。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方法，W解決金層 與碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的結合力較差的技術問題。
[0004] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0005] -種碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方法，包括W下步驟：
[0006] 將碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料除油后，在60~70°C下浸泡在=氧化銘和硫酸的混合 液中30~520s進行粗化，其中，混合液中包括200~300g/L的S氧化銘和100~200mL/L硫 酸，硫酸的濃度為96~98 %。
[0007] 將粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料依次進行敏化、活化和鍛制過渡金屬層，并在 過渡金屬層上鍛金。
[000引進一步地，粗化的溫度為65~67°C。
[0009] 進一步地，粗化的時間為200~340s。
[0010] 進一步地，混合液中包括250/L的S氧化銘和160mL/L硫酸，所述硫酸的濃度為分 析純98 %。
[0011] 進一步地，過渡金屬層的儀層，儀層的厚度為5~30微米。
[0012] 進一步地，鍛儀的方法包括：
[0013] 將活化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在70~80°C和循環(huán)過濾的條件下浸泡在鍛儀 液中5~10分鐘，鍛儀液包括20~30邑/1化(：12.6也0、10~30邑/1化也口02、30~40邑/1畑4(：1、 45~60g/L(畑4)3Cs也〇7和50~70ml/L 畑3.也0。
[0014] 進一步地，鍛儀溫度為70~80°C，鍛儀的時間為5~10分鐘。
[0015] 進一步地，鍛儀液包括25g/L NiCl2.6H2〇、15g/L NaH2P〇2、35g/L NH4Cl、50g/L (畑4)3Cs也〇7和60ml/L N也.也0。
[0016] 進一步地，金層的鍛制方法為:將鍛制過渡金屬層的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在 50~70°C、pH4~9的條件下浸泡在鍛金液中進行鍛金，鍛金液包括12~16g/L氯化金鐘、15 ~20g/L巧樣酸錠、1~2g/L巧樣酸和2~4g/L節(jié)醇。
[0017] 進一步地，鍛金液包括15g/L氯化金鐘、18g/L巧樣酸錠、1.5g/L巧樣酸和3g/L節(jié) 醇，鍛金時，pH為8，溫度為60°C。
[0018] 本發(fā)明具有W下有益效果：上述碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方 法，在依次經(jīng)過除油、粗化、敏化、活化和鍛制過渡金屬層的預處理后進行鍛金。其中粗化步 驟中，選擇合適的混合液、粗化時間和粗化溫度，使得碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在較為溫和 的條件下進行粗化，使得反應可控的同時，保證粗化的效果。粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材 料表面呈現(xiàn)眾多縱橫交錯的蝕坑，增大了鍛金時與金層的接觸面積，可和金層之間能很好 的結合，從而達到提高鍛層附著力的目的。上述碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處 理方法，可有效的提高金層與碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的結合力。
[0019] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0020] 構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0021] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方法的流 程圖；
[0022] 圖2是對比例1的未粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0023] 圖3是實施例1的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0024] 圖4是實施例2的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0025] 圖5是實施例3的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0026] 圖6是實施例4的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0027] 圖7是實施例5的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0028] 圖8是實施例6的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的掃描電鏡圖；
[0029] 圖9是實施例1~6的粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的金層附著力與粗化時間關 系圖。
【具體實施方式】
[0030] W下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可W由權利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[0031] 參照圖1，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了一種碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬 化處理方法，包括W下步驟：
[0032] SlOO:將碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料除油后，在60~70°C下浸泡在=氧化銘和硫酸 的混合液中30~520s進行粗化，其中，混合液中包括200~300g/L的S氧化銘和100~ 200mL/L硫酸，硫酸的濃度為96~98 %。
[0033] S200:將粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料依次進行敏化、活化和鍛制過渡金屬層， 并在過渡金屬層上鍛金。
[0034] 除油、敏化、活化和鍛制過渡金屬層為碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料鍛金處理中較為 常規(guī)的技術，可采用現(xiàn)有技術中的方法進行處理，也可采用如下的方法進行處理。除油可采 用砂紙打磨使得碳纖維露出。經(jīng)過粗化處理之后需再進行中和處理，中和處理的目的是提 高碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料表面的pH值在7.0~8.0之間，再經(jīng)過還原處理，使其碳纖維環(huán) 氧樹脂復合材料表面的殘余六價銘離子還原成=價銘離子，避免對敏化液的污染和破壞。 清洗干凈后再浸入敏化液中，敏化液由氯化亞錫和鹽酸等組成，敏化時間為1~10分鐘，15 ~25°C恒溫操作，敏化的作用是在碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料表面形成連續(xù)的、穩(wěn)定的液態(tài) 膜，便于后續(xù)的活化處理。敏化之后應進行蒸饋水清洗，時間不宜過長，放入活化液中，活化 液由氯化鈕0.1-1 .Og/L、鹽酸20-50ml/L組成，活化溫度控制在15~25°C，溫度低活化慢，溫 度高活化過快，時間控制在3-15分鐘，活化之后進行蒸饋水清洗，洗去殘余的活化劑?；罨?的目的是還原出鈕微粒，吸附在碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料表面。鍛制過渡金屬層可使得金 層的結合力更強。
[0035] 粗化工藝是至關重要的，其目的是使材料表面達到微觀粗糖，改善親水性能，增大 接觸面積，提高鍛層的附著力。粗化工藝是提高鍛層附著力的關鍵，本實驗采用的粗化溶液 為化化-出S〇4型，混合液中包括200~300g/L的S氧化銘和100~200mL/L硫酸，硫酸的濃度 為96~98%?；旌弦旱臐舛冗^低，則所需粗化時間太長且粗化效果不明顯，濃度過高，則反 應太劇烈，難W控制，易造成粗化過度。上述混合液最佳工作溫度為60~70°C，溫度過低，貝U 粗化時間太長且粗化效果不明顯，溫度過高則反應太劇烈，難W控制，易造成粗化過度。粗 化時間過長也容易造成粗化過度。粗化過度使其表面空隙過大，降低鈕離子吸收密度，降低 與鍛覆層的結合強度。粗化過程可使樹脂表面呈現(xiàn)眾多縱橫交錯的蝕坑，增大了鍛金時與 金層的接觸面積，使鍛層和碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料之間能很好的機械"咬合"，從而達到 提高鍛層附著力的目的。粗化液可重復使用，使用過程中隨著粗化液的使用次數(shù)，需調整= 價銘離子/六價銘離子的含量比值，使其不大于3%。
[0036] 本發(fā)明具有W下有益效果：上述碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處理方 法，在依次經(jīng)過除油、粗化、敏化、活化和鍛制過渡金屬層的預處理后進行鍛金。其中粗化步 驟中，選擇合適的混合液、粗化時間和粗化溫度，使得碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在較為溫和 的條件下進行粗化，使得反應可控的同時，保證粗化的效果。粗化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材 料表面呈現(xiàn)眾多縱橫交錯的蝕坑，增大了鍛金時與金層的接觸面積，可和金層之間能很好 的結合，從而達到提高鍛層附著力的目的。上述碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的表面金屬化處 理方法，可有效的提高金層與碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的結合力。
[0037] 進一步地，粗化的溫度為65~67°C。在該溫度下，粗化反應的條件更為溫和，反應 發(fā)生平緩，可較好的控制粗化效果，粗化程度合適，可更有效的提高金層與碳纖維環(huán)氧樹脂 復合材料的結合力。
[0038] 進一步地，粗化的時間為200~340s。該時間下，粗化效果好，粗化程度合適，可更 有效的提高金層與碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料的結合力。
[0039] 進一步地，混合液中包括250/L的S氧化銘和160mL/L硫酸，所述硫酸的濃度為分 析純98%。該組成的混合液濃度更佳，粗化速度快，并且粗化程度可控，達到快速粗化和粗 化效果好的目的。
[0040] 進一步地，過渡金屬層的儀層，儀層的厚度為5~30微米。該厚度的儀層硬度高，與 鍛金結合力良好。
[0041 ]進一步地，鍛儀的方法包括：
[0042]將活化的碳纖維環(huán)氧樹脂復合材料在70~80°C和循環(huán)過濾的條件下浸泡在鍛儀 液中5~10分鐘，鍛儀液包括20~30邑/1化(：12.6出0、10~30邑/1化出口02、30~40邑/1畑4(：1、 45~60g/L(NH4)3C6也〇7和50~70ml/L N出.出0。
[0043] 溫度低于70°C溶液不發(fā)生催化反應，無儀層沉積。溫度高于80°C鍛儀液消耗快，不 穩(wěn)定，易發(fā)生自催化甚至溶液報廢。循環(huán)過濾裝置設置在電鍛槽外，鍛儀液經(jīng)過循環(huán)過濾濾 除鍛儀液中的微小顆粒物，防止沉積在零件表面造成鍛層質量缺陷。循環(huán)過濾裝置可W為 采用石棉網(wǎng)濾忍過濾機，慮速為4~6周期/小時。