一種碳纖維絲束的連續(xù)電鍍金屬方法及裝置的制造方法
【專利說明】一種碳纖維絲束的連續(xù)電鍍金屬方法及裝置
[0001] 所屬領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種電鍍金屬的方法及裝置，具體來說是一種碳纖維絲束的表面連續(xù) 電鍍金屬方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的高速發(fā)展和電子電器設備的普及而產(chǎn)生的電磁輻射問題日 益嚴重。電磁波輻射可干擾周圍的電子儀器設備，引起事故，也會導致信息泄露，對計算機、 通訊等信息安全構(gòu)成嚴重的威脅。此外，電磁輻射對人體健康也造成嚴重的影響。
[0004] 表面金屬化的碳纖維已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代電子輻射防護產(chǎn)品和設備的重要材料。表 面金屬化的碳纖維在軍事、小型大容量電容器、磁性薄膜、電子設備的電磁屏蔽膜以及制造 各種功能性元器件等方面也具有廣泛的用途。
[0005] 目前碳纖維表面金屬化的方法主要有化學鍍和電鍍兩種?；瘜W鍍是利用化學方法 將金屬陽離子在碳纖維還原成金屬原子并沉積在碳纖維表面。這種方法化學反應和工藝過 程復雜、鍍層質(zhì)量很難保證，目前主要停留在實驗室研宄階段。電鍍是利用電能將金屬離子 還原成金屬原子并沉積在碳纖維上，使碳纖維表面附著一層金屬的工藝。碳纖維本身具有 一定的導電性，可采用連續(xù)電鍍的方法在其表面形成金屬涂層，適于連續(xù)化生產(chǎn)。
[0006] 傳統(tǒng)的碳纖維電鍍工藝存在的主要問題是電鍍速率低，生產(chǎn)效率低下。這是因為 碳纖維的比電阻遠大于一般的金屬（碳纖維的比電阻通常是10-3-10-4Ω ·_，而大多數(shù)金 屬的比電阻是ιο_6Ω ·_)，因而導電性差、電流密度小，導致電鍍速度遲緩。然而一旦增大 電流密度，碳纖維絲束將顯著發(fā)熱，導致碳纖維絲束表面形成相互架橋的金屬薄膜，進而使 得碳纖維絲束內(nèi)部纖維的電鍍將變得困難，難以得到碳纖維絲束表面與內(nèi)部厚度均勻的金 屬膜。因此，為了得到均勻厚度的金屬膜，采用較小的電流密度，生產(chǎn)效率低下是目前存在 的主要難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種簡單實用、鍍層質(zhì)量良好、生產(chǎn) 效率高的碳纖維絲束的電鍍金屬方法及其裝置。
[0008] 本發(fā)明是在碳纖維絲束連續(xù)走行方向配置不少于3段陰極，通過電化學方法施 加一電壓，或者通入一定強度的電流，使通過沿碳纖維絲束走行方向各段陰極的電流密度 為通過第一段陰極的電流密度最小，第二段陰極的電流密度最大，沿碳纖維絲束走行方向 的其余陰極的電流密度相同或依次減小，且通過所有各段陰極的電流密度范圍為〇. OlA/ dm2到1.5A/dm2,通過沿碳纖維絲束走行方向各段陰極的電鍍時間為tn> tn+1彡tn+2，且 Imin彡tn< IOmin (其中t "表示沿碳纖維絲束走行方向第η個陰極的電鍍時間，η彡1)， 進行多段連續(xù)電鍍，進行多段電鍍處理。該方法可在確保碳纖維表面不發(fā)生過度發(fā)熱、絲 間架橋等現(xiàn)象的前提下快速完成碳纖維表面的金屬電鍍。
[0009] 本發(fā)明的碳纖維表面電鍍金屬的方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：
[0010] (1)碳纖維表面上漿劑的去除：碳纖維在溫度為400-700°C的爐中保持3-30分鐘， 爐內(nèi)氣氛為惰性；
[0011] ⑵清洗處理：將去除上漿劑后的碳纖維經(jīng)過濃度為1. 0-2. Og/L的表面活性劑的 溶液，然后直接用去離子水清洗，使得清洗水中的表面活性劑濃度低于〇. 5g/L ;
[0012] (3)碳纖維表面電鍍：在電鍍的條件下，將經(jīng)過步驟（2)處理的碳纖維作為陰極， 被鍍金屬作為陽極，在碳纖維絲束的走行方向配置不少于3段的陰極，使通過沿碳纖維絲 束走行方向各段陰極的電流密度為通過第一段陰極的電流密度最小，第二段陰極的電流密 度最大，沿碳纖維絲束走行方向的其余陰極的電流密度相同或依次減小，且通過所有各段 陰極的電流密度范圍為〇. 01到I. 5A/dm2之間，通過沿碳纖維絲束走行方向各段陰極的電 鍍時間為相等或依次減小，且Imin < tn< lOmin，其中t "表示沿碳纖維絲束走行方向第η 個陰極的電鍍時間，η多1，進行多段連續(xù)電鍍，從而得到表面金屬化碳纖維；
[0013] (4)金屬化碳纖維的清洗：采用去離子水對金屬化碳纖維進行清洗，使得清洗水 流中的被鍍金屬離子含量低于0. 05g/L ;
[0014] (5)金屬化碳纖維的干燥：清洗后的金屬化碳纖維通過80-200°C范圍的干燥爐對 金屬化碳纖維進行2-20min的干燥處理；
[0015] (6)金屬化碳纖維的收卷：采用卷繞機將干燥后的金屬化碳纖維進行收絲。
[0016] 本發(fā)明步驟（1)中去除碳纖維表面上漿劑的溫度為最佳溫度為550-650°C。如爐 內(nèi)溫度低于400°C，碳纖維表面殘留的上漿劑較多，干擾后續(xù)的電鍍過程；如爐內(nèi)溫度高于 700°C，一方面造成生產(chǎn)成本提高，另一方面也會損傷碳纖維表面，造成碳纖維力學性能顯 著降低。
[0017] 本發(fā)明步驟（1)中去除碳纖維表面上漿劑的加熱爐中氣氛為惰性，爐內(nèi)氣體可以 是氮氣或氬氣。
[0018] 本發(fā)明步驟（2)中清除碳纖維表面污垢的溶液為配置有表面活性劑的水溶液，表 面活性劑可以為十二烷基硫酸鈉、多元醇、吐溫或失水山梨醇脂肪酸酯等。
[0019] 本發(fā)明步驟（2)中清洗碳纖維表面污垢的溶液中表面活性劑濃度為I. 0-2. Og/L。 如果表面活性劑濃度低于I. 〇g/L，清洗效果不明顯；如果表面活性劑濃度高于2. Og/L，將 導致碳纖維表面殘留表面活性劑過多，造成后期清洗困難。
[0020] 本發(fā)明步驟（3)中被鍍金屬為Cu、Ni或Ag。
[0021] 電鍍Cu時的條件為：
[0022] CuSO4 · 5H20 120_250g/L
[0023] H2SO4 30-120g/L
[0024] 溫度 20-60 °C
[0025]
[0026] 電鍍Ag的條件為：
[0027]
[0028] 本發(fā)明步驟（3)中碳纖維絲束連續(xù)電鍍過程中，可以將各段陰極分配在不同的電 鍍槽中進行，也可以在同一電鍍槽中配置各段陰極進行。
[0029] 本發(fā)明所述的碳纖維絲束是1000根（IK)以上連續(xù)單纖維組成的碳纖維或石墨纖 維。除第一段陰極電流最小，第二段陰極電流最大，其余各段陰極的電流密度沿著碳纖維絲 束的走行方向相同或依次減小。按照如此分配電流方式，接近電鍍浴出口側(cè)的碳纖維絲束 因為鍍層厚，電阻變小，導電性提高的原因，在接下來的電鍍過程中保持較小的電流密度， 可避免使碳纖維絲束表面形成金屬膜架橋，從而使得碳纖維絲束中從表面向內(nèi)部的金屬鍍 層厚度均勻，生產(chǎn)性良好。
[0030] 另一方面，如果采取與本發(fā)明相反的電流配置的話，如An< An+1< An+2 (其中八"為 通過沿碳纖維絲束走行方向第η段陰極的電流密度，η多1)的話，接近電鍍浴出口側(cè)的碳 纖維絲束的鍍層較厚，電阻變小，導電性提高，接下來的陰極的電流密度將激增，導致碳纖 維絲束表面的金屬薄膜發(fā)生架橋，碳纖維絲束表面與內(nèi)部的金屬鍍層厚度不均勻。
[0031] 如采用A1S An(其中An表示通過沿碳纖維絲束走行方向第η個陰極板的電流密 度，η多2)，電鍍浴中第一塊陰極區(qū)域的碳纖維絲束由于電阻大，出現(xiàn)明顯局部發(fā)熱現(xiàn)象， 同樣導致碳纖維絲束表面的金屬薄膜架橋、碳纖維絲束內(nèi)部與表面的金屬鍍層厚度不均 勻。
[0032] 如通過各段陰極的電流密度An〈0. 01A/dm2 (η彡1)，將導致電鍍時間過程，增加生 產(chǎn)成本；如通過各段陰極的電流密度An>l. 5A/dm2,將容易導致碳纖維絲束過度發(fā)熱，對生 產(chǎn)的穩(wěn)定性不利。
[0033] 本發(fā)明步驟（3)中碳纖維絲束的連續(xù)電鍍過程中，通過各段陰極的電鍍時間為 tn> t n+1彡t n+2，且Imin彡tn< IOmin (其中t "表示沿碳纖維