一種在碳纖維表面化學(xué)鍍Ni-Co-W-P合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在碳纖維表面化學(xué)鍍Ni-Co-W-P合金的方法，其步驟為：脫膠、洗滌、氧化，將經(jīng)氧化處理的碳纖維放入Ni-Co-W-P復(fù)合鍍液中，反應(yīng)結(jié)束后取出、洗滌、真空干燥即可。所述的復(fù)合鍍液配方為：硫酸鎳8-12g/L，硝酸鈷8-12g/L，鎢酸鈉4-6g/L，次亞磷酸鈉12-18g/L，酒石酸鉀20-24g/L，氯化銨12-18g/L，碳纖維的濃度1~2g/L，反應(yīng)溫度80-90℃，PH為8-10，反應(yīng)時間0.5-3h，改變反應(yīng)時間可以得到不同鍍層厚度的樣品，碳纖維表面鍍Ni-Co-W-P合金，可以明顯提高其毫米波衰減性能。本方法無需對碳纖維進行敏化及活化處理，直接施鍍，一次性得到Ni-Co-W-P合金鍍層，不僅可以簡化碳纖維化學(xué)鍍Ni-Co-W-P合金工藝，還可將其應(yīng)用于其它復(fù)合材料增強體的金屬化處理。
【專利說明】—種在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，屬于表面處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維作為一種新型材料，具有密度小、強度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性好、耐磨擦、耐熱、耐腐蝕等優(yōu)點。但是碳纖維具有亂層石墨結(jié)構(gòu)，其表面粗糙度低，活性官能團少，表面能小，潤濕性差，這些不利的因素都限制了碳纖維與其他材料的復(fù)合。
[0003]碳纖維是常用的電磁干擾材料，碳纖維表面金屬化，不僅能提高碳纖維的導(dǎo)電性， 而且可以提高碳纖維的電磁干擾效能。這種結(jié)合了碳纖維質(zhì)輕和金屬導(dǎo)電性好兩種優(yōu)勢于一體的復(fù)合材料，單位質(zhì)量材料的電磁屏蔽效能大大提升；這種材料還可通過編制或直接拋撒的方式形成誘餌，保護目標(biāo)躲過雷達監(jiān)測，是很好的雷達波干擾材料。
[0004]碳纖維表面金屬化的方法主要有:電鍍法、化學(xué)鍍法、置換鍍法、金屬粉末噴涂法、 離子鍍膜法以及濺射法等等，以電鍍法和化學(xué)鍍法較為常用。化學(xué)鍍具有可以獲得很多種金屬或合金的鍍層、鍍層成分可調(diào)，鍍層連續(xù)、厚度均勻，設(shè)備投資少、成本低等優(yōu)勢，易于批量工業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]由于碳纖維表面活性低，化學(xué)鍍前往往需要對碳纖維進行敏化活化處理，才能有效施鍍，這個過程中往往需要使用氯化亞錫敏化、氯化鈀或硝酸銀等貴金屬鹽活化，步驟繁瑣，價格昂貴，生產(chǎn)成本高。劉剛，遲慶國等，專利CN102912323A，一種碳纖維表面納米 Co-Fe-B吸波涂層的 制備方法；高家誠，任富忠，譚尊，專利CN102226276A，一種碳纖維表面 N1-Cu-P合金鍍的方法，碳纖維在化學(xué)鍍合金前均須經(jīng)過脫膠、粗化、SnCl2敏化、PdCl2活化等過程，工藝復(fù)雜，成本高。
[0006]目前應(yīng)用于毫米波干擾材料碳纖維表面鍍合金，一般采用分步施鍍的方法，即鍍一種金屬后再鍍另一種金屬，達到表面引入兩種或多種金屬的效果。侯偉等.碳纖維織物的鎳銅復(fù)合鍍層及其毫米波RCS特性[J].紡織學(xué)報，2008，29 (11): 12-25.是在碳纖維表面先鍍鎳再鍍銅，形成鎳銅復(fù)合鍍層，成為有效的毫米波干擾材料。萬怡灶，王雷.專利 CN102154816A,FeCo合金/CuO雙鍍層磁性碳纖維的制備方法和應(yīng)用，是采用電鍍手段在碳纖維表面先后鍍FeCo合金和Cu鍍層，經(jīng)熱氧化形成CuO鍍層。也可以采用化學(xué)鍍，在碳纖維表面一次性得到合金，如專利CN102912323A，在碳纖維表面化學(xué)鍍納米Co-Fe-B吸波涂層；CN102226276A，在碳纖維表面鍍N1-Cu-P合金。目前碳纖維表面鍍N1-Co-W-P合金仍采用分步施鍍方法，而采用化學(xué)鍍在碳纖維表面同時鍍N1-Co-W-P合金則未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于解決目前碳纖維化學(xué)鍍前期敏化、活化步驟操作復(fù)雜、成本高等問題，同時一次性在碳纖維表面形成鎳、鈷、鶴、磷的合金鍍層，從而提供一種碳纖維表面的化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法。[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:先通過除膠、清洗、氧化等步驟對碳纖維表面處理，在碳纖維表面得到一些含氧活性基團，再通過化學(xué)鍍的方法，在鍍液中吸引帶正電的金屬離子聚集到纖維表面，通過還原劑還原得到幾種金屬同時鍍覆在碳纖維表面，其具體步驟如下:
第一步:對碳纖維表面進行預(yù)處理:對碳纖維除膠、清洗處理后，置于30-40wt%的硝酸中浸泡12-15h，將酸處理后的碳纖維清洗至中性，室溫晾干。
[0009]第二步:化學(xué)鍍:將預(yù)處理過的碳纖維進行化學(xué)鍍。
[0010]第三步:將第二步得到的鍍合金碳纖維清洗、干燥。
[0011]第一步中所述的除膠是將碳纖維置于馬弗爐中高溫灼燒去膠，溫度在450±10°C，時間為30min。
[0012]第一步中所述的清洗是將灼燒后的碳纖維置于無水酒精中浸泡2h，處理后用水清洗，室溫晾干。
[0013]第二步所述的化學(xué)鍍配方為:硫酸鎳8_12g/L，硝酸鈷8_12g/L，鎢酸鈉4_6g/L，次亞磷酸鈉12-18g/L，酒石酸鉀20-24g/L，氯化銨12_18g/L。
[0014]第二步所述的化學(xué)鍍的過程為:將處理后的碳纖維置于鍍液中，采用磁力攪拌將其分散，碳纖維濃度為f 2g/L，控制pH值在8-10，反應(yīng)溫度為80-90 °C，反應(yīng)時間為
0.5?3h。
[0015]第三步所述的鍍碳纖維清洗、干燥是指用去離子水清洗，真空干燥。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點:利用硝酸對碳纖維進行表面處理，增加碳纖維表面的粗糙度，提高后續(xù)反應(yīng)的活性，同時 提高碳纖維與鍍層的結(jié)合強度；另一方面，在氧化過程中在碳纖維表面生成羥基、羧基等含氧官能團，這些官能團成電負性，在N1-Co-W-P鍍液中能將金屬離子(M+、N+)吸引，進而在纖維表面的活性點進行氧化還原反應(yīng)，生成金屬，生成的金屬由于自催化或誘導(dǎo)共析作用加速反應(yīng)，合金在碳纖維表面水平生長，直至這些彌散的合金粒子相互連接，在碳纖維表面形成均勻的合金鍍層(其原理見圖1)。通本發(fā)明過硝酸處理的碳纖維可直接進行化學(xué)施鍍，無需用錫、鈀或銀等貴金屬進行敏化活化，可以一次性將N1、Co、W、P四種元素同時鍍覆在碳纖維表面，省去了 SnCl2敏化、PdCl2S化等過程降低了成本，保護了環(huán)境，同樣也能得到光滑完整的鍍層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1 N1-Co-W-P在碳纖維表面化學(xué)鍍過程示意圖。
[0018]圖2碳纖維化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的能譜分析圖。
[0019]圖3碳纖維化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的SEM圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例一:
(I)如果對碳纖維長度有要求，先將纖維剪切至所需長度。將碳纖維置于馬弗爐中高溫灼燒去膠，溫度在450±10°C，時間為30min ;然后將其用無水乙醇浸泡2h，在此過程中盡量減少攪拌，以免碳纖維纏繞打結(jié)，用去離子水清洗3次，室溫晾干。
[0021](2)將去膠除油后的碳纖維置于硝酸中浸泡，硝酸濃度為30wt%，浸泡時間為15小時，用去離子水清洗至pH值至中性，室溫晾干。
[0022](3)配置鍍液，N1-Co-W-P鍍液的基本配方如下:硫酸鎳10g/L，硝酸鈷8g/L，鎢酸鈉4g/L，次亞磷酸鈉14g/L，酒石酸鉀22g/L，氯化銨14g/L ;將f 2g/L的氧化碳纖維用磁力攪拌的方法分散于鍍液中反應(yīng)，溫度控制在80-90°C,用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為9，反應(yīng)時間為0.5h。濾液抽濾，鍍合金碳纖維洗滌、真空干燥后備用。
[0023]實施例二:
(I)如果對碳纖維長度有要求，先將纖維剪切至所需長度。將碳纖維置于馬弗爐中高溫灼燒去膠，溫度在450±10°C，時間為30min ;然后將其用無水乙醇浸泡2h，在此過程中盡量減少攪拌，以免碳纖維纏繞打結(jié)，用去離子水清洗3次，室溫晾干。
[0024](2)將去膠除油后的碳纖維置于硝酸中浸泡，硝酸濃度為40wt%，浸泡時間為13小時，用去離子水清洗至pH值至中性，室溫晾干。
[0025](3)配置鍍液，N1-Co-W-P鍍液的基本配方如下:硫酸鎳8g/L，硫酸鈷10g/L，鎢酸鈉6g/L，次亞磷酸鈉18g/L，葡萄糖酸鈉20g/L，硫酸銨18g/L ;將f 2g/L的氧化碳纖維用磁力攪拌的方法分散于鍍液中反應(yīng)，溫度控制在80-90°C，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為10，反應(yīng)時間為2h。濾液抽濾，鍍合金碳纖維洗滌、真空干燥后備用。
[0026]實施例三:
(I)如果對碳纖維長度有要求，先將纖維剪切至所需長度。將碳纖維置于馬弗爐中高溫灼燒去膠，溫度在450±10°C，時間為30min ;然后將其用無水乙醇浸泡2h，在此過程中盡量減少攪拌，以免碳纖維纏繞打 結(jié)，用去離子水清洗3次，室溫晾干。
[0027](2)將去膠除油后的碳纖維置于硝酸中浸泡，硝酸濃度為35wt%，浸泡時間為12小時，用去離子水清洗至pH值至中性，室溫晾干。
[0028](3)配置鍍液，N1-Co-W-P鍍液的基本配方如下:硫酸鎳12g/L，硫酸鈷12g/L，鎢酸鈉5g/L，次亞磷酸鈉16g/L，檸檬酸三鈉24g/L ;將l?2g/L的氧化碳纖維用磁力攪拌的方法分散于鍍液中反應(yīng)，溫度控制在80-90°C，用氨水溶液調(diào)節(jié)pH值為9，反應(yīng)時間為3h。濾液抽濾，鍍合金碳纖維洗滌、真空干燥后備用。
[0029]采用能譜儀對實施例一得到的表面鍍覆N1-Co-W-P鍍層后的碳纖維表面元素進行測試，測試結(jié)果如圖2所示，測出表面元素及其含量(質(zhì)量分數(shù))為9.52%C，2.86% O,1.12% P, 26.45%Co，58.14%Ni, 1.91%W,即合金鍍層中N1、Co、W、P四種元素所占質(zhì)量分數(shù)為66.35%,30.19%,2.18%和1.28%，四種元素都存在，且該配方為低磷配方。
[0030]采用掃描電鏡對實施例一得到的表面鍍覆N1-Co-W-P鍍層后的碳纖維進行表面觀察，測試結(jié)果如圖3所示，可以看到在碳纖維周圍有一層均勻完整的鍍層。
[0031]測試純碳纖維及實施例一得到的表面鍍覆N1-Co-W-P合金碳纖維的毫米波衰減特性，質(zhì)量濃度均為20mg/L，純碳纖維3mm波衰減值6.12dBm，8mm波衰減值8.53dBm ;表面鍍覆N1-Co-W-P合金碳纖維(增重40%)，3mm波衰減值13.489dBm，8mm波衰減值20.18dBm,與純碳纖維比較，衰減值分別提高了 7.369dBm和11.650dBm。
【權(quán)利要求】
1.一種在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟:第一步:對碳纖維表面進行預(yù)處理:對碳纖維除膠、清洗處理后，置于30-40wt%的硝酸中浸泡12-15h，將酸處理后的碳纖維清洗至中性，室溫晾干。第二步:化學(xué)鍍:將預(yù)處理過的碳纖維進行化學(xué)鍍處理。第三步:將第二步得到的鍍合金碳纖維清洗、干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于第一步中所述的除膠是將碳纖維置于馬弗爐中高溫灼燒去膠，溫度控制在450±10°C，時間為 30mino
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于第一步中所述的清洗是將灼燒后的碳纖維置于無水酒精中浸泡2h，處理后用水清洗，室溫晾干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于第二步所述的化學(xué)鍍配方為:硫酸鎳8-12g/L，硝酸鈷8-12g/L，鎢酸鈉4-6g/L，次亞磷酸鈉 12-18g/L，酒石酸鉀 20-24g/L，氯化銨 12_18g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于第二步所述的化學(xué)鍍處理過程為:將第一步處理后的碳纖維置于化學(xué)鍍液中，采用磁力攪拌將其分散，碳纖維濃度為f 2g/L，控制pH值在8-10，反應(yīng)溫度為80-90°C，反應(yīng)時間為 0.5?3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在碳纖維表面化學(xué)鍍N1-Co-W-P合金的方法，其特征在于第三步所述的鍍碳纖維清洗、干燥是指用去離子水清洗、真空干燥。
【文檔編號】C23C18/18GK103436870SQ201310345165
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】葉明泉, 王晨, 韓愛軍, 陳昕, 劉松松 申請人:南京理工大學(xué)