專利名稱：碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法
碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供了一種磁屏蔽復(fù)合材料用碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒 的裝置和方法。
背景技術(shù)：
屏蔽復(fù)合材料不僅包括電磁屏蔽復(fù)合材料，也包括在低頻段使用的磁屏蔽復(fù)合材 料。碳纖維是電磁屏蔽復(fù)合材料中最主要的增強(qiáng)纖維之一，為了提高電磁屏蔽復(fù)合材料的 屏蔽效能，常常需要在碳纖維表面涂覆金屬(該過(guò)程稱為碳纖維的金屬化，所得的制品稱 之為金屬化碳纖維)，最典型的金屬材料包括鎳和銅，采用涂覆金屬的碳纖維增強(qiáng)的樹脂基 復(fù)合材料通?？色@得很高的屏蔽效能，如美國(guó)GE公司的產(chǎn)品的屏蔽效能可達(dá)到60dB以上。 然而，當(dāng)在低頻段使用時(shí)，碳纖維及金屬化碳纖維增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材料的屏蔽效能很不 理想，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然使用金屬材料(如坡莫合金等)。隨著節(jié)能和環(huán)保意識(shí) 的加強(qiáng)，樹脂及其復(fù)合材料的應(yīng)用備受重視。因此，發(fā)展樹脂基磁屏蔽復(fù)合材料顯得非常重 要。但是，由于工藝難度大，至今沒有樹脂基復(fù)合材料真正獲得工程應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和 方法。采用易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的電沉積(俗稱“電鍍”)在碳纖維表面涂覆金屬，以增加 樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)電性和中高頻段的屏蔽效能，在電鍍金屬的同時(shí)，通過(guò)在溶液中添加 納米顆粒(尤其是磁性納米顆粒)的方法，使得碳纖維表面同時(shí)獲得金屬和納米顆粒復(fù)合 鍍層(也稱之為復(fù)合電鍍)，從而使所制備的復(fù)合材料能在低頻段具有高的屏蔽效能，即使 之成為一種性能優(yōu)良的磁屏蔽復(fù)合材料，為市場(chǎng)提供急需的特殊復(fù)合材料。
本發(fā)明的一套完整的復(fù)合電沉積裝置，使碳纖維依次通過(guò)三組電沉積槽，各組槽 內(nèi)的溶液成分和工藝參數(shù)可根據(jù)工藝要求進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，纖維表面的納米復(fù)合沉積層逐級(jí) 增厚，避免了單槽沉積的“結(jié)餅”現(xiàn)象，達(dá)到纖維在基體中均勻分布的效果。
本發(fā)明提供的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置主要包括
退絲架用于纖維的供放。
去膠爐去膠爐是一種溫度可控的加熱系統(tǒng)，用于對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理。
直流電源直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。
循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)，增強(qiáng)鍍液的流動(dòng)性。
機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是由無(wú)級(jí)變速電機(jī)提供的傳動(dòng)速度可調(diào)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于 帶動(dòng)碳纖維束以一定速度移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電鍍自動(dòng)化。
電鍍槽主要用于盛放電鍍?nèi)芤?，并配置陰?yáng)極。
碳纖維兩側(cè)的電極用于提供電鍍所需要的目標(biāo)離子。
中和槽用于盛裝與電鍍?nèi)芤核釅A度相反的水溶液，用于中和碳纖維束上殘留的 電鍍?nèi)芤?，為下一?jí)電鍍做準(zhǔn)備。清洗槽用于對(duì)已鍍纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留纖維對(duì)下一級(jí)鍍液造成污^fe ο
烘干箱由溫度可控的烘箱構(gòu)成，用于對(duì)電鍍后的纖維束進(jìn)行烘干。
收線器用于電鍍纖維的收集。
本發(fā)明提供的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置用于在碳纖維表 面沉積含金屬和納米顆粒的復(fù)合鍍層。所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的 方法包括如下步驟
將連續(xù)長(zhǎng)碳纖維浸漬于含金屬離子和納米顆粒的電鍍槽中進(jìn)行連續(xù)電沉積，然后 經(jīng)過(guò)水洗槽、中和槽、最后進(jìn)行水洗、烘干。
所述的電鍍液包括酸性硫酸鎳溶液和堿性硫酸銅咨豹夜，它們的溶液配方分別如下
硫酸鎳 180-250g/L
氯化鈉8-12g/L
H3BO3 30-35g/L
無(wú)水硫酸鈉20-30g/L
硫酸鎂30-40g/L
pH 5-6
溫度 20-35 0C ο
五水合硫酸銅30-50g/L
酒石酸鉀鈉10-15g/L
氫氧化鈉20-25g/L
無(wú)水檸檬酸25-35g/L
pH 9-10
溫度 20-35 0C ο
所述的金屬包括鎳和銅，所述的納米顆粒包括狗304、Fe203> SiC、ZnO、TiO2 等納米顆粒，所述的電鍍液中加入0. 5-5g/L分散的納米顆粒。
本發(fā)明提供的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置還包括帶循環(huán)過(guò) 濾的加厚鍍槽(主要用于增加鍍層厚度，并對(duì)鍍層厚度進(jìn)行調(diào)控)；以及帶循環(huán)過(guò)濾的成型 鍍槽(主要用于對(duì)含銅復(fù)合鍍層進(jìn)行鈍化，并完成對(duì)鍍層厚度、表面質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的最后調(diào) 控)。
本發(fā)明所包含的裝置和步驟如下一個(gè)電極(陰極)長(zhǎng)碳纖維浸漬于含有金屬離 子和和納米顆粒的電鍍槽中；一個(gè)金屬電極(陽(yáng)極)浸漬于所述的復(fù)合電鍍?nèi)芤褐?；本發(fā) 明使用30V的電源的直流電通過(guò)所述待鍍的碳纖維和所述的金屬陽(yáng)極。在一定的電流密度 的作用下，發(fā)生陰極電沉積反應(yīng)，并施加流動(dòng)的鍍液，碳纖維表面即可被金屬與納米顆粒組 成的復(fù)合鍍層所包覆。
在電鍍過(guò)程中，碳纖維連續(xù)進(jìn)行三級(jí)電沉積時(shí)，依靠機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行碳纖維的輸送。 機(jī)械傳動(dòng)是由裝在鍍槽兩端的兩對(duì)軋輥式傳動(dòng)軸完成。兩軸之間的接觸壓力可進(jìn)行調(diào)節(jié)， 其中一個(gè)軸為耐蝕金屬軸，以便接通電源陰極，實(shí)現(xiàn)碳纖維與陰極的連接。另一個(gè)軸為橡膠 軸，以增加軸與碳纖維和金屬軸之間的接觸狀態(tài)，從而保證了碳纖維在松弛無(wú)張力的狀態(tài)5下，連續(xù)勻速傳輸。傳動(dòng)軸由變頻電機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器的頻率可改變纖維前進(jìn)的速 度。為了使碳纖維表面獲得一定厚度的含金屬和納米顆粒的復(fù)合鍍層，在電鍍?nèi)芤汉碗娏?密度一定的情況下，必須對(duì)纖維的電鍍時(shí)間進(jìn)行控制。
在沉積槽和前兩級(jí)預(yù)沉積槽中對(duì)溶液進(jìn)行循環(huán)過(guò)濾，保證納米粒子在鍍液中充分 分散，同時(shí)增加纖維在溶液中的分散程度，也降低碳纖維與金屬極板之間的離子濃度差。
在電鍍過(guò)程中，電流密度的控制尤為重要，它直接影響到納米復(fù)合鍍層的均勻程 度。在電鍍過(guò)程中，沿著纖維束移動(dòng)的方向，由于金屬和納米粒子的不斷沉積，電阻逐漸減 少，陰極電流分布不均勻，槽末端的電流密度高于入槽處的電流密度，因此金屬和納米粒子 的沉積在槽末端加速進(jìn)行，容易造成其在纖維表面沉積不均勻。在工藝上通過(guò)改變陽(yáng)極的 分布來(lái)解決。在纖維入槽的一端，陽(yáng)極面積要大，排列要密集；槽末端陽(yáng)極面積小，排列要 稀，這樣可以獲得較好的效果。
碳纖維表面納米復(fù)合鍍層的電沉積采用分級(jí)進(jìn)行，這是根據(jù)電沉積過(guò)程中碳纖維 的性能變化而確定的。各級(jí)沉積槽內(nèi)的溶液成分，按照工藝要求可獨(dú)立調(diào)整，保證碳纖維表 面的金屬均勻沉積，不出現(xiàn)“結(jié)餅”現(xiàn)象。
為了防止加工、運(yùn)輸以及使用過(guò)程中碳纖維的斷裂和“起毛刺”的現(xiàn)象，一般商品 化的碳纖維表面都會(huì)進(jìn)行上膠處理。但若該膠層不在電鍍之前去除，則將嚴(yán)重影響纖維的 導(dǎo)電性，進(jìn)而影響整個(gè)電鍍過(guò)程，因此，在電鍍之前必須對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理。常用的除 膠方法包括酸洗、灼燒、有機(jī)溶液清洗等，其中灼燒法以其污染小、效率高及除膠徹底等特 點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于碳纖維的除膠。為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，在碳纖維電鍍裝置之前，本發(fā)明設(shè)計(jì) 了一定長(zhǎng)度的去膠爐對(duì)行進(jìn)中的碳纖維進(jìn)行除膠處理。去膠爐的長(zhǎng)度由電鍍纖維的最佳行 進(jìn)速度決定。除膠后的碳纖維可直接進(jìn)行電鍍，從而盡可能減少纖維單絲的斷裂和“起毛 刺”情況的出現(xiàn)。
本發(fā)明的有益效果為克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳纖維表面鍍覆速度慢、效率低 的缺點(diǎn)，提供一種碳纖維連續(xù)鍍覆含鎳或銅和納米顆粒的復(fù)合鍍層的方法?？蛇m用于碳纖 維表面金屬(如銅或鎳)與納米顆粒(如佝304、狗203、5比、&10、1102等)的復(fù)合鍍覆。所 得鍍層均勻連續(xù)性好，厚度可調(diào)，并且可多束纖維同時(shí)電鍍，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。該裝置 由直流電源系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶循環(huán)過(guò)濾的電鍍槽、后處理系統(tǒng)(包括清洗和中和槽) 及輔助裝置等部分組成，并通過(guò)自動(dòng)收放線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)復(fù)合電鍍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本 發(fā)明碳纖維連續(xù)電鍍技術(shù)能夠很好地解決黑心和結(jié)餅問(wèn)題，使纖維束內(nèi)每根纖維表面都獲 得均勻的納米復(fù)合鍍層。


圖1是碳纖維連續(xù)電鍍鎳工藝流程示意圖。
圖2是碳纖維連續(xù)電鍍銅工藝流程示意圖。
圖3是應(yīng)用本發(fā)明的裝置和方法獲得的單根纖維電鍍前后的掃描電鏡圖。
圖4是應(yīng)用本發(fā)明的裝置和方法獲得的具有復(fù)合鍍層的碳纖維形貌及其能譜圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明提供的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍鎳和納米顆粒的裝置組成部件位置和連 接關(guān)系如圖1所示。它包括1退絲架，2去膠爐，3-1第一循環(huán)過(guò)濾泵，4-1第一直流電源，5 碳纖維，6-1三級(jí)清洗槽，7-1烘干箱，8-1收卷機(jī)，9沉積槽，10-1第一鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
各部件的依次連接順序?yàn)橥私z架1-去膠爐2-沉積槽9-三級(jí)清洗槽6-1-烘干 箱7-1-收卷機(jī)8-1，第一循環(huán)過(guò)濾泵3-1安裝在沉積槽9旁邊，第一直流電源4-1加在沉積 槽9的電極上，第一鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10-1帶動(dòng)電鍍線穩(wěn)定運(yùn)行。
整卷碳纖維5在第一鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10-1的帶動(dòng)下從退絲架1放出，首先經(jīng)過(guò)去膠爐 2除膠，之后直接進(jìn)入沉積槽9，在第一直流電源4-1的作用使碳纖維表面沉積上0. 5-1. 5 μ 的鍍鎳層，再經(jīng)過(guò)三級(jí)清洗槽6-1和干燥箱7-1，利用收卷機(jī)8-1就可以收得帶有均勻鍍鎳 層的碳纖維了。
各部分的功能分別如下
退絲架1 用于成卷碳纖維的供放。
去膠爐2 是一種溫度可控的加熱系統(tǒng)，它可用于對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理。
第一循環(huán)過(guò)濾泵3-1 用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)，增加鍍液流 動(dòng)性。
第一直流電源4-1 直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。
碳纖維束5 為被鍍基體，且充當(dāng)陰極。
三級(jí)清洗槽6-1 用于對(duì)鍍鎳碳纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留鍍液。
第一烘干箱7-1 用于對(duì)電鍍后的纖維束進(jìn)行烘干。
第一收卷機(jī)8-1 將烘干后的鍍鎳碳纖維進(jìn)行收卷。
沉積槽9 用于盛放電鍍?nèi)芤?，并配置陰?yáng)極。
第一鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10-1 該機(jī)構(gòu)是由無(wú)級(jí)變速電機(jī)提供的傳動(dòng)速度可調(diào)的傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)，用于帶動(dòng)碳纖維束以一定速度移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電鍍自動(dòng)化。
下面結(jié)合附圖2對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明提供的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍銅和納米顆粒的裝置組成部件位置和連 接關(guān)系。它包括1退絲架，2去膠爐，3-2，3-3，3-4為第二，第三，第四循環(huán)過(guò)濾泵，4_2，4_3， 4-4為第二，第三，第四直流電源，5碳纖維，7-2第二烘干箱，6-2，6-3為第一一級(jí)清洗槽和 第二一級(jí)清洗槽，8-2第二收卷機(jī)，10-2機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，11電鍍槽，12加厚鍍槽，13中和槽， 14成型鍍槽。
各部件的依次連接順序?yàn)橥私z架1-去膠爐2-電鍍槽11-中和槽13-第一一級(jí)清 洗槽6-2-加厚鍍槽12-成型鍍槽14-第二一級(jí)清洗槽6-3-烘干箱7_2_第二收卷機(jī)8_2。
第二循環(huán)過(guò)濾泵3-2安裝在電鍍槽11旁邊，第二直流電源4-2連接電鍍槽11的 電極上，第三循環(huán)過(guò)濾泵4-3安裝在加厚鍍槽12旁邊，第三直流電源4-3連接在加厚鍍槽 12的電極上，第四循環(huán)過(guò)濾泵3-4安裝在成型鍍槽14旁邊，第四直流電源4-4連接在成型 鍍槽14的電極上。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10-2帶動(dòng)電鍍線穩(wěn)定運(yùn)行。
整卷碳纖維5在機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10-2的帶動(dòng)下從退絲架1放出，首先經(jīng)過(guò)去膠爐2 除膠，之后直接進(jìn)入電鍍槽11，在第二直流電源4-2的作用使碳纖維表面沉積上0. 5μ左 右的鍍銅層，經(jīng)過(guò)中和槽13、第一一級(jí)清洗槽6-2后進(jìn)入加厚鍍槽12和成型鍍槽14，使碳纖維表面沉積上0. 8-1. 2 μ左右的均勻鍍銅層及適量的磁性納米顆粒，再經(jīng)過(guò)第二一清洗 槽6-3、烘干箱7-2，利用第二收卷機(jī)8-2就可以收得帶有均勻鍍銅層和磁性納米顆粒的導(dǎo) 電碳纖維了。
各部分的功能分別如下
退絲架1 用于成卷碳纖維的供放；
去膠爐2 是一種溫度可控的加熱系統(tǒng)，它可用于對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理。
第二循環(huán)過(guò)濾泵3-2 用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)。
第二直流電源4-2 直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。
碳纖維束5 為被鍍基體，且充當(dāng)陰極。
中和槽13 用于盛裝與電鍍?nèi)芤核釅A度相反的水溶液，中和碳纖維束上殘留的電 鍍?nèi)芤海瑸橄乱患?jí)電鍍做準(zhǔn)備。
第一一級(jí)清洗槽6-2 用于對(duì)已鍍纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留纖維對(duì)下一 級(jí)鍍液造成污染。
第三循環(huán)過(guò)濾泵3-3 用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)。
第三直流電源4-3 直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。
第四循環(huán)過(guò)濾泵3-4 用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)。
第四直流電源4-4 直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流。
第二一級(jí)清洗槽6-3 用于對(duì)已鍍纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留污染纖維。
烘干箱7-2 由溫度可控的烘箱構(gòu)成，用于對(duì)電鍍后的纖維束進(jìn)行烘干。
第二收卷機(jī)8-2 將烘干后的鍍銅碳纖維進(jìn)行收卷。
電鍍槽11 主要用于盛放電鍍?nèi)芤?，并配置陰?yáng)極。
加厚鍍槽12 用于增加鍍層厚度，并對(duì)鍍層厚度進(jìn)行調(diào)控。
成型鍍槽14 用于對(duì)含銅復(fù)合鍍層進(jìn)行鈍化，并完成對(duì)鍍層厚度、表面質(zhì)量及結(jié) 構(gòu)的最后調(diào)控。
綜上所述，表面鍍覆運(yùn)行過(guò)程包括的步驟將連續(xù)的長(zhǎng)碳纖維為陰極浸在包括有 金屬和納米顆粒的酸性電鍍液槽中，經(jīng)由第一級(jí)預(yù)沉積槽，然后經(jīng)過(guò)水洗槽，若鍍覆含銅鍍 層還需經(jīng)過(guò)第二級(jí)增厚沉積槽、第三級(jí)沉積成型槽(共三級(jí)電鍍槽)，最后進(jìn)行水洗、烘干。
應(yīng)用實(shí)例
實(shí)例 1
添加納米粒子前的電鍍?nèi)芤哼x擇酸性硫酸鎳溶液。溶液配方范圍如下硫酸鎳 210g/L，氯化鈉10g/L，硼酸33g/L，無(wú)水硫酸鈉25g/L，硫酸鎂35g/L，pH 5-6，溫度25°C。
將直徑為7 μ m的12K連續(xù)長(zhǎng)碳纖維通過(guò)連續(xù)鍍鎳裝置(圖1)，在酸性鎳鍍液中加 入分散的5g/L !^e3O4納米顆粒(平均粒徑lOOnm)，并通入3A電流，纖維在鍍槽中的前進(jìn)速 度為0. lm/min。長(zhǎng)碳纖維首先通過(guò)去膠爐，并在其中經(jīng)過(guò)除膠處理，然后在機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 退絲架、收線器的作用下，作為電極進(jìn)入鍍槽，鍍液采用循環(huán)過(guò)濾方式，以保證!^e3O4納米顆 粒始終在鍍液中處于流動(dòng)分散狀態(tài)，碳纖維兩側(cè)的鎳電極提供了電鍍所需的鎳離子，在電流作用下，通過(guò)反應(yīng)，在每根碳纖維的表面都沉積上均勻的1. 0-2. 0 μ m厚的鎳和納米!^e3O4 顆粒復(fù)合鍍層，其后碳纖維進(jìn)入清洗槽清洗和烘干箱烘干，由收線器(收卷機(jī))收集，完成 整個(gè)電鍍過(guò)程。鍍層效果見圖3(是單根纖維電鍍前后掃描電鏡圖，其中a為電鍍前，b為 電鍍后)，顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電鍍后在碳纖維表面生成了厚度均勻的鍍層。
實(shí)例2
添加納米粒子前的電鍍?nèi)芤哼x擇堿性硫酸銅溶液。溶液配方范圍如下五水合硫 酸銅40g/L，酒石酸鉀鈉12g/L，氫氧化鈉23g/L，無(wú)水檸檬酸30g/L，pH 9-10，溫度20°C。
將直徑為7 μ m的24K連續(xù)長(zhǎng)碳纖維通過(guò)連續(xù)鍍銅裝置(圖幻，在堿性銅鍍液中加 入分散的3. 5g/L !^e2O3 (平均直徑250nm)，并通入4A電流，纖維在鍍槽中前進(jìn)速度為0. Im/ min0長(zhǎng)碳纖維首先通過(guò)去膠爐，并在其中經(jīng)過(guò)除膠處理，然后在機(jī)械傳動(dòng)裝置、退絲架、收 線器的作用下，作為電極進(jìn)入鍍槽，鍍液經(jīng)過(guò)循環(huán)過(guò)濾裝置，以保證鍍液和狗203始終處于 分散均勻的流動(dòng)狀態(tài)，碳纖維兩側(cè)的銅電極提供了電鍍所需的銅離子，在電流作用下，通過(guò) 反應(yīng)，在每根碳纖維的表面都預(yù)沉積上一層銅和!^e2O3的復(fù)合鍍層，其后碳纖維進(jìn)入裝有酸 性水溶液的中和槽，去除纖維束上殘留的電鍍液，再經(jīng)清洗槽清洗，進(jìn)入帶循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)的 加厚鍍槽，在其中增加鍍層厚度，之后再進(jìn)入成型鍍槽，完成對(duì)含銅復(fù)合鍍層的鈍化和對(duì)鍍 層厚度、表面質(zhì)量及結(jié)構(gòu)的最后調(diào)控，使在每根碳纖維的表面都沉積上均勻的1.0-2.0μπι 厚的銅和Fe2O3的復(fù)合鍍層，最后長(zhǎng)碳纖維經(jīng)烘干裝置烘干，由收線器(收卷機(jī))收集，完成 整個(gè)電鍍過(guò)程。鍍層效果見圖4 (本發(fā)明獲得的具有復(fù)合鍍層的碳纖維；左一形貌；右一能 譜)，觀察發(fā)現(xiàn)，纖維束內(nèi)每單根碳纖維表面都生成了厚度均勻的鍍層。
權(quán)利要求
1.一種碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置，其特征在于它主要包括 退絲架用于纖維的供放；長(zhǎng)碳纖維束為被鍍基體，且充當(dāng)陰極；去膠爐一種溫度可控的加熱系統(tǒng)，它可用于對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理； 直流電源直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流； 循環(huán)過(guò)濾泵用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)，并起到對(duì)液體攪拌的作用， 可保證納米顆粒的均勻懸浮和分散，并提高鍍液中離子的均勻度；鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是由無(wú)級(jí)變速電機(jī)提供的傳動(dòng)速度可調(diào)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于帶動(dòng)碳 纖維束以一定速度移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電鍍自動(dòng)化；沉積槽主要用于盛放電鍍?nèi)芤?，并配置陰?yáng)極； 碳纖維兩側(cè)的電極用于提供電鍍所需要的目標(biāo)離子；三級(jí)清洗槽用于對(duì)已鍍纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留纖維對(duì)下一級(jí)鍍液造成污染；干燥裝置由溫度可控的烘箱構(gòu)成，用于對(duì)電鍍后的纖維束進(jìn)行烘干； 收卷機(jī)用于纖維的收集。
2.一種碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置，其特征在于它主要包括 退絲架用于纖維的供放；長(zhǎng)碳纖維束為被鍍基體，且充當(dāng)陰極；去膠爐一種溫度可控的加熱系統(tǒng)，它可用于對(duì)碳纖維進(jìn)行除膠處理； 直流電源直流電源是一種不超過(guò)30V的電源整流器，它可提供恒定的電流； 循環(huán)過(guò)濾泵用于過(guò)濾鍍液中斷落的碳纖維及大顆粒雜質(zhì)，并起到對(duì)液體攪拌的作用， 可保證納米顆粒的均勻懸浮和分散，并提高鍍液中離子的均勻度；機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)是由無(wú)級(jí)變速電機(jī)提供的傳動(dòng)速度可調(diào)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于帶動(dòng) 碳纖維束以一定速度移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電鍍自動(dòng)化；電鍍槽主要用于盛放電鍍?nèi)芤?，并配置陰?yáng)極；中和槽用于盛裝與電鍍?nèi)芤核釅A度相反的水溶液，用于中和碳纖維束上殘留的電鍍 溶液，為下一級(jí)電鍍做準(zhǔn)備；清洗槽用于對(duì)已鍍纖維進(jìn)行清洗，防止纖維束上殘留纖維對(duì)下一級(jí)鍍液造成污染； 烘干裝置由溫度可控的烘箱構(gòu)成，用于對(duì)電鍍后的纖維束進(jìn)行烘干； 收卷機(jī)用于纖維的收集。帶循環(huán)過(guò)濾的加厚鍍槽用于增加鍍層厚度，并對(duì)鍍層厚度進(jìn)行調(diào)控； 帶循環(huán)過(guò)濾的成型鍍槽用于對(duì)含銅復(fù)合鍍層進(jìn)行鈍化，并完成對(duì)鍍層厚度、表面質(zhì)量 及結(jié)構(gòu)的最后調(diào)控。
3.權(quán)利要求1所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬離子和納米顆粒的方法，其特征在 于它包括如下步驟將連續(xù)的長(zhǎng)碳纖維浸在包括有金屬和納米顆粒的電鍍液槽中進(jìn)行連續(xù) 電沉積，然后經(jīng)過(guò)水洗槽和烘干。
4.按照權(quán)利要求3所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特征 在于所述的電鍍液是酸性硫酸鎳溶液，溶液配方范圍如下硫酸鎳180-250g/L，氯化鈉 8-12g/L，H3BO3 30-;35g/L，無(wú)水硫酸鈉 20_30g/L，硫酸鎂 30_40g/L，pH 5-6，溫度 20_35°C。
5.權(quán)利要求2所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特征在于 它包括如下步驟將連續(xù)的長(zhǎng)碳纖維浸在包括有金屬和納米顆粒的電鍍液槽中連續(xù)電沉積 進(jìn)行第一級(jí)表面鍍覆、第二級(jí)增厚沉積槽、第三級(jí)沉積成型槽，連續(xù)三級(jí)電沉積進(jìn)行表面鍍 覆，要經(jīng)過(guò)中和槽、清洗槽、最后進(jìn)行水洗、烘干。
6.按照權(quán)利要求4所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特征在 于所述的電鍍液是堿性硫酸銅溶液，溶液配方如下五水合硫酸銅30-50g/L，酒石酸鉀鈉 10-15g/L，氫氧化鈉 20-25g/L，無(wú)水檸檬酸 25_35g/L，pH 9-10，溫度 20_35°C。
7.按照權(quán)利要求3或5所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特 征在于所述的碳纖維包括聚丙烯腈(PAN)、粘膠基及浙青基碳纖維，碳纖維束的尺寸可以是 11(、31(、61(、11或?qū)?(，碳纖維單絲的直徑為5 20微米。
8.按照權(quán)利要求3所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特征在 于所述的納米顆粒是狗304、Fe203> SiC、ZnO, TiO2, NiO或Co3O4具有吸波性能的納米顆粒。
9.按照權(quán)利要求3或5所述的碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的方法，其特 征在于所述的電鍍液中加入0. 5-5g/L分散的納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁屏蔽復(fù)合材料用碳纖維表面連續(xù)復(fù)合電鍍金屬和納米顆粒的裝置和方法。它主要包括長(zhǎng)碳纖維束電極(陰極)、金屬陽(yáng)極、直流電源、中和槽、循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、清洗槽、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、烘干裝置、退絲架、電鍍槽和收線器。本發(fā)明用于碳纖維表面金屬(如銅或鎳)與納米顆粒(如Fe3O4、Fe2O3、SiC、ZnO、TiO2等)的復(fù)合電鍍，所得鍍層均勻連續(xù)性好，厚度可調(diào)，并且可多束纖維同時(shí)電鍍，適合工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明碳纖維連續(xù)電鍍技術(shù)能夠很好地解決黑心(結(jié)餅)問(wèn)題，使纖維束內(nèi)每根纖維表面都獲得均勻、致密的納米復(fù)合鍍層。
文檔編號(hào)C25D7/06GK102031547SQ20101053325
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者萬(wàn)怡灶, 李群英 申請(qǐng)人:天津市飛榮達(dá)科技有限公司