專利名稱：一種碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠降低與金屬電極間接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法。
背景技術(shù)：
碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有比強度和比模量高、抗疲勞性好、可設(shè)計性強等優(yōu)點，因此在航空航天、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，此類材料的導(dǎo)電率較低，服役過程中承受雷擊電流、感應(yīng)電流、靜電荷放電等產(chǎn)生的電流載荷時釋放的電阻熱會對材料造成損傷，降低其力學(xué)性能，威脅結(jié)構(gòu)安全。將碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料與金屬電極連接從而將電荷釋放是減小損傷的重要方法之一，然而此類材料中碳纖維被不導(dǎo)電的樹脂包覆且與金屬電極接觸面積小，因此與金屬電極直接連接時接觸電阻過大，產(chǎn)生的熱量主要集中在兩者的界面處，導(dǎo)致連接處過早失效。為了降低接觸電阻，有些研究者在接觸部位涂覆一層導(dǎo)電膠，該方法存在導(dǎo)電層厚度等無法精確控制、接觸電阻不穩(wěn)定以及成本偏高等問題；有些研究者采用化學(xué)鍍鎳的方法，該方法的缺點是與電極間的接觸電阻偏大；還有一些研究者采用電鍍單一金屬的方法對碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面進行處理，該方法的缺點是鍍層結(jié)合力極低，很難滿足要求。因此，同時滿足工藝穩(wěn)定性好、低成本、低接觸電阻、具有較高結(jié)合力的導(dǎo)電層制備方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種能夠降低與金屬電極間接觸電阻，成本低、具有較高結(jié)合力、工藝穩(wěn)定性好的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法包括按順序進行的下列步驟:1)首先將碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料上與金屬電極接觸部位依次用粗砂紙和細砂紙進行拋光，直到該部位的所有碳纖維端部露出為止；2)用50 60°C的熱堿溶液對上述拋光面進行除油20 30分鐘；3)用水清洗上述除油后的表面；4)將上述清洗后的表面放入按體積比2: I配制的98%濃硫酸與30%過氧化氫混合液中腐蝕10 20分鐘，以去除碳纖維周圍的部分樹脂，使碳纖維更多地暴露在表面；5)然后浸入溫度為80 90°C，濃度為40%的硝酸中20 30分鐘進行粗化氧化，以提高碳纖維表面與金屬電極的浸潤性、粘接性；6)用水清洗上述經(jīng)過硝酸處理后的表面；7)在20 30°C的溫度下用每升中含IOg氯化亞錫和IOml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理10 15分鐘；8)用水清洗上述敏化處理后的表面；9)在20 30°C的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和IOml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理10 15分鐘；10)用水清洗上述活化處理后的表面；11)在30 45°C的溫度下用每升中含20 25g硫酸鎳、25 30g次亞磷酸鈉、20 25g檸檬酸鈉、8 1Og焦磷酸鈉、25 30g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行化學(xué)鍍鎳處理，鍍層厚度為5 15 ii m，pH值為9 10 ;12)用 丙酮溶液清洗上述化學(xué)鍍鎳處理后的表面；13)在20 25 °C的溫度下用每升中含180 240g硫酸銅、25 50mL純硫酸、80 IOOmg氯離子、0.5 1.0mg的2-巰基苯并咪唑、0.3 0.8mg乙撐硫脲和10 20mg聚二硫二丙烷磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度0.5 1.5A/dm2，直到達到預(yù)定的鍍層厚度；14)用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。所述的步驟2)中的堿溶液每升中含60g的Na0H、15g的Na2CO3和30g的Na3P04。所述的步驟13)中的鍍層厚度為20 200 U m。本發(fā)明提供的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法是先利用機械和化學(xué)處理手段使碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料上與金屬電極間接觸的表面碳纖維端部盡可能多地向外露出，并改善親水性和粘接性，然后化學(xué)鍍鎳提高鍍層與碳纖維及樹脂基體的結(jié)合力，最后電鍍銅來降低與電極間的接觸電阻。本方法制備的導(dǎo)電層具有表面平整、結(jié)合力高、成本低、工藝穩(wěn)定性好、接觸電阻低等優(yōu)點。


圖1為四電位法測量電阻值用試驗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
I:試驗機上壓頭 2:聚四氟乙烯板3:銅電極4:碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料
其中:5:銅電極6:聚四氟乙烯板7:力傳感器 8:試驗機下壓頭9:試驗機立柱
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法進行詳細說明。實施例1選用T300/914碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層壓板作為試樣，鋪層方式[(0/90)4]s，試樣尺寸為200mmX IOmmX 2mm。將上述T300/914碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面依次用粒度為200、400、600的砂紙拋光，然后用水清洗表面后作為對比樣備用。實施例2將上述T300/914碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面依次用粒度為200、400、600的砂紙拋光；然后用50°C的每升中含60g NaOHU5g Na2CO3和30g Na3PO4的熱堿溶液除油30分鐘；之后用水清洗表面；將上述清洗后的表面放入按體積比2: I配制的98%濃硫酸與30%過氧化氫混合液中腐蝕10分鐘；浸入溫度為80°C的40%硝酸中20分鐘進行粗化氧化；用水清洗表面；在25°C的溫度下用每升中含IOg氯化亞錫和IOml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理10分鐘；用水清洗表面；在25°C的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和IOml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理10分鐘；用水清洗表面；在35°C的溫度下用每升中含20g硫酸鎳、25g次亞磷酸鈉、20g檸檬酸鈉、Sg焦磷酸鈉、25g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行30分鐘化學(xué)鍍鎳處理，pH值為9 ;用丙酮溶液清洗表面；在20°C的溫度下用每升中含220g硫酸銅、30mL純硫酸、80mg氯離子、
0.5mg的2-巰基苯并咪唑、0.3mg乙撐硫脲和IOmg聚二硫二丙燒磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度1.0A/dm2,電鍍時間2小時；用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實施例3將上述T300/914碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面依次用粒度為200、400、600的砂紙拋光；然后用55°C的每升中含60g NaOHU5g Na2CO3和30g Na3PO4的熱堿溶液除油25分鐘；之后用水清洗表面；將上述清洗后的表面放入按體積比2: I配制的98%濃硫酸與30%過氧化氫混合液中腐蝕20分鐘；浸入溫度為90°C的40%硝酸中25分鐘進行粗化氧化；用水清洗表面；在20°C的溫度下用每升中含IOg氯化亞錫和IOml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理15分鐘；用水清洗表面；在20°C的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和IOml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理15分鐘；用水清洗表面；在40°C的溫度下用每升中含25g硫酸鎳、25g次亞磷酸鈉、25g檸檬酸鈉、Sg焦磷酸鈉、25g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行50分鐘化學(xué)鍍鎳處理，pH值為9 ;用丙酮溶液清洗表面；在20°C的溫度下用每升中含200g硫酸銅、30mL純硫酸、90mg氯離子、
0.8mg的2-巰基苯并咪唑、0.3mg乙撐硫脲和15mg聚二硫二丙燒磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度1.5A/dm2，電鍍時間5小時；用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。實施例4將上述T300/914碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面依次用粒度為200、400、600的砂紙拋光；然后用50°C的每升中含60g NaOHU5g Na2CO3和30g Na3PO4的熱堿溶液除油25分鐘；之后用水清洗表面；將上述清洗后的表面放入按體積比2: I配制的98%濃硫酸與30%過氧化氫混合液中腐蝕15分鐘；浸入溫度為85°C的40%硝酸中25分鐘進行粗化氧化；用水清洗表面；在30°C的溫度下用每升中含IOg氯化亞錫和IOml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理15分鐘；用水清洗表面；在28°C的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和IOml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理15分鐘；用水清洗表面；在40°C的溫度下用每升 中含22g硫酸鎳、25g次亞磷酸鈉、20g檸檬酸鈉、9g焦磷酸鈉、26g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行25分鐘化學(xué)鍍鎳處理，pH值為10 ;用丙酮溶液清洗表面；在25°C的溫度下用每升中含225g硫酸銅、30mL純硫酸、90mg氯離子、
0.5mg的2-巰基苯并咪唑、0.5mg乙撐硫脲和15mg聚二硫二丙燒磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度0.5A/dm2，電鍍時間4小時；用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。為了驗證本發(fā)明提供的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法的效果，本發(fā)明人進行了如下實驗:將上述實施例2-4制成的低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及實施例1制成的對比樣利用圖1所示的四電位法測量電阻值用試驗裝置測量其與銅電極之間的接觸電阻。如圖1所示，測量電阻Rm主要包括導(dǎo)線電阻&、試樣電阻Rs、銅電極電阻R6以及碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料與金屬銅電極間的接觸電阻R。，若將導(dǎo)線電阻&忽略不計，則:RmRs+Re+Rc(I)試樣電阻可表示為:
權(quán)利要求
1.一種碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法，其特征在于:所述的表面鍍銅方法包括按順序進行的下列步驟: 1)首先將碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料上與金屬電極接觸部位依次用粗砂紙和細砂紙進行拋光，直到該部位的所有碳纖維端部露出為止； 2)用50 60°C的熱堿溶液對上述拋光面進行除油20 30分鐘； 3)用水清洗上述除油后的表面； 4)將上述清洗后的表面放入按體積比2: I配制的98%濃硫酸與30%過氧化氫混合液中腐蝕10 20分鐘，以去除碳纖維周圍的部分樹脂，使碳纖維更多地暴露在表面； 5)然后浸入溫度為80 90°C,濃度為40%的硝酸中20 30分鐘進行粗化氧化，以提高碳纖維表面與金屬電極的浸潤性、粘接性； 6)用水清洗上述經(jīng)過硝酸處理后的表面； 7)在20 30°C的溫度下用每升中含IOg氯化亞錫和IOml鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行敏化處理10 15分鐘； 8)用水清洗上述敏化處理后的表面； 9)在20 30°C的溫度下用每升中含0.5g氯化鈀和IOml濃鹽酸的混合液對上述清洗后的表面進行活化處理10 15分鐘； 10)用水清洗上述活化處理后的表面； 11)在30 45°C的溫度下用每升中含20 25g硫酸鎳、25 30g次亞磷酸鈉、20 25g朽1檬酸鈉、8 I Og焦磷酸鈉、25 30g氯化銨和4mg硫脲的混合液對上述清洗后的表面進行化學(xué)鍍鎳處理，鍍層厚度為5 15 ii m，pH值為9 10 ; 12)用丙酮溶液清洗上述化學(xué)鍍鎳處理后的表面； 13)在20 25°C的溫度下用每升中含180 240g硫酸銅、25 50mL純硫酸、80 IOOmg氯離子、0.5 1.0mg的2-巰基苯并咪唑、0.3 0.8mg乙撐硫脲和10 20mg聚二硫二丙烷磺酸鈉的混合液對上述丙酮溶液清洗后的表面進行電鍍銅處理，電流密度0.5 1.5A/dm2，直到達到預(yù)定的鍍層厚度； 14)用丙酮溶液清洗上述電鍍銅處理后的表面，由此得到低接觸電阻的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法，其特征在于:所述的步驟2)中的堿溶液每升中含60g的NaOH、15g的Na2CO3和30g的Na3P04。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法，其特征在于:所述的步驟13)中鍍層厚度為20 200 u m。
全文摘要
一種碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的表面鍍銅方法。其包括將碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料與電極接觸端部位拋光、用熱堿溶液除油、用水清洗表面、將表面放入濃硫酸和過氧化氫溶液中腐蝕、在熱濃硝酸中進行粗化氧化、用水清洗表面、敏化、用水清洗表面、活化、用水清洗表面、化學(xué)鍍鎳、用丙酮溶液清洗表面、電鍍銅、用丙酮溶液清洗表面等步驟。本發(fā)明方法是利用機械和化學(xué)處理手段使碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料上與金屬電極間接觸表面碳纖維端部盡可能向外露出，改善碳纖維及樹脂親水性，在此基礎(chǔ)上制備化學(xué)鍍鎳—電鍍銅復(fù)合層來提高結(jié)合力并降低與金屬電極間接觸電阻。本方法制備的導(dǎo)電層具有表面平整、均勻致密、結(jié)合力高、接觸電阻低、工藝穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點。
文檔編號C23C18/28GK103074648SQ20131003086
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者王志平, 張國尚, 李娜, 紀(jì)朝輝, 韓志勇, 賈鵬 申請人:中國民航大學(xué)