薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法，在常規(guī)單金屬或合金的鍍液中加入適量的短碳纖維并使之分散均勻，再采用泡沫浮選法，經(jīng)適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑和捕集劑的作用及通入空氣，使短碳纖維懸浮于鍍液表面并互相疊加搭接，形成一層短碳纖維平面網(wǎng)狀預(yù)制件，然后用陰極接觸預(yù)制件的一端進(jìn)行電鍍，控制電流密度和電鍍時間，利用碳纖維自身的導(dǎo)電性，沉積上均勻的金屬層，得到薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料。本發(fā)明工藝簡單易行、成本低廉，且能有效控制鍍層厚度、薄片厚度及金屬成分，制得的材料可在電磁屏蔽材料、抗靜電材料、吸波材料、金屬基及樹脂基復(fù)合材料中得到應(yīng)用。
【專利說明】
薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種短碳纖維材料的制備方法，具體涉及一種薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法，可用于電磁屏蔽材料、抗靜電材料、吸波材料、結(jié)構(gòu)材料等的制備。屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和低膨脹系數(shù)等一系列的優(yōu)點，是一種重要的復(fù)合材料增強(qiáng)體。近年來碳纖維在功能材料方面的應(yīng)用也日益廣泛，尤其是碳纖維的二維平面或薄片狀材料倍受關(guān)注，如碳纖維氈、碳纖維紙、及碳纖維增強(qiáng)的薄片狀塑料等，應(yīng)用于電磁屏蔽、抗靜電、吸波、電池電極、面狀發(fā)熱材料等領(lǐng)域，同時該類材料也可以應(yīng)用于金屬基復(fù)合材料中。金屬化后的碳纖維在導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能方面優(yōu)于裸碳纖維，而且仍能保持良好的力學(xué)性能，但目前很難用一種簡單的制備工藝得到所需的二維金屬化的碳纖維材料。
[0003]對二維平面碳纖維材料進(jìn)行的金屬化工藝一般是電鍍、化學(xué)鍍等方法，但它們各有缺點:傳統(tǒng)的電鍍工藝，很難得到鍍層均勻的碳纖維，常出現(xiàn)“黑心”等現(xiàn)象，鍍層厚度不易控制；化學(xué)鍍工藝成本高，工藝難于控制，而且化學(xué)鍍得到的金屬鍍層導(dǎo)電性能不如電鍍的聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法，工藝簡單易行、成本低廉，通過調(diào)節(jié)短碳纖維的濃度和電鍍工藝參數(shù)能有效的控制材料的網(wǎng)孔大小、鍍層厚度及金屬鍍層成分。
[0005]為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明在常規(guī)單金屬或合金的鍍液中加入適量的短碳纖維并使之分散均勻，再加入適量的發(fā)泡劑和捕集劑，通入空氣使短碳纖維懸浮于鍍液表面，并使短碳纖維搭接相連，形成一層短碳纖維平面網(wǎng)狀預(yù)制件，然后用陰極接觸預(yù)制件的一端進(jìn)行電鍍，控制電流密度和電鍍時間，得到鍍層均勻地薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料。
[0006]本發(fā)明的具體步驟如下:
[0007]1、按所需金屬鍍層配制常規(guī)的單金屬或合金的鍍液，在鍍液中加入短碳纖維、發(fā)泡劑和捕集劑，并將鍍液中的短碳纖維分散均勻。其中，短碳纖維長度范圍為0.2mm?5cm，鍍液中短碳纖維的含量為0.05?2g/L，發(fā)泡劑含量為0.1?5g/L ;捕集劑的含量為0.1?5g/L。
[0008]本發(fā)明所述的發(fā)泡劑可以選擇聚乙二醇、松油、松油醇、甲酚油、異丁基甲基芐必醇、C4脂肪醇聚環(huán)氧乙烷(23，42)醚、三聚丙二醇等。
[0009]本發(fā)明采用疏水表面活性劑作為捕集劑，如烴類非極性化合物、烴基黃原酸鹽、油酸、二烷基二硫代磷酸鹽、脂肪酸及其鈉皂、烷基璜酸鹽、磷酸脂、羥肟酸及其鹽、季銨鹽類、烷基芐基吡啶等。
[0010]2、在鍍液中通入空氣，產(chǎn)生大量氣泡使短碳纖維在泡沫的攜帶下均勻上浮，懸浮在液面上并分布均勻一致，得到平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)預(yù)制件。
[0011]3、將陰極接觸所得的預(yù)制件，接通電源進(jìn)行電鍍。電流密度控制在0.5A/dm2?
5.0A/dm2,電鍍時間為10?60分鐘，最終得到薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料。
[0012]電鍍I?2分鐘后，即可用肉眼觀察到鍍層的生長情況，金屬鍍層在預(yù)制件上從陰極慢慢向陽極延伸，直至得到薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料。鍍層厚度可以通過調(diào)節(jié)電流密度和電鍍時間等來控制，在Iym?20μπι范圍內(nèi)可控。薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的厚度由疊加的短碳纖維層數(shù)即碳纖維的含量決定，可控制在30 μ m?Imm范圍內(nèi)。
[0013]本發(fā)明可以通過選擇不同的電鍍鍍液及工藝得到不同的成分的鍍層，適用于目前各種金屬成分的電鍍，鍍層可以是鎳、銅、鐵等單金屬，也可以是各種二元、三元合金等。
[0014]本發(fā)明首次將泡沫浮選的方法應(yīng)用于電鍍工藝中，使得短碳纖維上浮，相互搭接，并形成平面網(wǎng)狀的預(yù)制件，從而電鍍得到金屬化的短碳纖維薄片網(wǎng)狀材料。本發(fā)明電鍍得到的鍍層非常的均勻，原因是:短碳纖維之間的相互搭接，使得靠近陰極的短碳纖維導(dǎo)電能力強(qiáng)于靠后的短碳纖維，因此其金屬的電沉積速率高，但隨著電鍍時間的延長，遠(yuǎn)離陰極的短碳纖維也鍍覆上金屬，大大增強(qiáng)了導(dǎo)電能力，它們對靠近陰極的短碳纖維有很強(qiáng)的電場屏蔽作用，因此就整個平面網(wǎng)狀預(yù)制件來說，金屬的沉積量都大致相等。本發(fā)明采用的設(shè)備簡單，工藝簡單易行，與普通電鍍工藝相似。本發(fā)明所制得的鍍覆金屬的短碳纖維薄片網(wǎng)狀材料，可望在電磁屏蔽材料、抗靜電材料、吸波材料、發(fā)熱材料、結(jié)構(gòu)材料(如金屬基復(fù)合材料)等得到應(yīng)用。
【具體實施方式】
[0015]以下通過幾個具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。以下實施例不構(gòu)成對本發(fā)明技術(shù)方案的限定。
[0016]實施例1:
[0017]鍍層成分為鎳、鍍層厚度為2微米、薄片厚度50微米的網(wǎng)狀碳纖維材料
[0018]參照普通的鍍鎳液配方，如氨基磺酸鹽鍍液:氨基磺酸鎳400g/L，氯化鎳5g/L，硼酸40g/L，配好后置于電鍍槽中，并水浴加熱至50°C左右。取長度為5cm的短碳纖維0.05g/L，倒入電鍍槽中并攪拌均勻。加入0.lg/L聚乙二醇作發(fā)泡劑，加入5g/L油酸作為捕集劑。以純鎳板作為陽極，紫銅板作陰極。鍍液PH調(diào)節(jié)在4.0左右。采用壓縮空氣攪拌，通入空氣后短碳纖維上浮至液面形成平面網(wǎng)狀的預(yù)制件。將陰極放入靠近預(yù)制件的一端，陽極放在另一端并遠(yuǎn)離預(yù)制件(陽極包裹電解布)。電流密度為0.5A/dm2,時間控制在60分鐘左右，此時鍍層布滿整個預(yù)制件，停止電鍍，最后得到所需的鍍鎳薄片網(wǎng)狀碳纖維材料，鍍層厚度在2 μ m左右，薄片厚度為50 μ m左右。
[0019]實施例2:
[0020]鍍層成分為鎳、鍍層厚度為10微米、薄片厚度500微米的網(wǎng)狀碳纖維材料
[0021 ] 鍍液配方為:氨基磺酸鎳400g/L，氯化鎳5g/L，硼酸40g/L，配制好后置于電鍍槽中，并水浴加熱至50。°C左右。取長度為Icm左右的短碳纖維0.5g/L，倒入電鍍槽中并攪拌均勻，加入1.0g/L松油作發(fā)泡劑及2.5g/L十八烷基氨基璜酸鈉作為捕集劑。以純鎳板作為陽極，紫銅板作陰極。鍍液PH調(diào)節(jié)在4.0左右。采用壓縮空氣攪拌，通入空氣后短碳纖維上浮至液面形成平面網(wǎng)狀的預(yù)制件。將陰極放入靠近預(yù)制件的一端，陽極放在另一端并遠(yuǎn)離預(yù)制件。電流密度為1.0A/dm2,時間約為40分鐘左右，此時鍍層布滿整個預(yù)制件，停止電鍍，最后得到所需的鍍鎳薄片網(wǎng)狀碳纖維材料，鍍層厚度在10 μ m左右，薄片厚度為500 μ m左右。
[0022]實施例3:
[0023]鍍層成分為銅、鍍層厚度為2微米、薄片厚度50微米的網(wǎng)狀碳纖維材料
[0024]按普通的電鍍銅配方配制鍍液，其中硫酸銅200g/L、硫酸70g/L。電鍍在室溫(250C )下操作。取長度為5.0mm左右的短碳纖維1.0g/L，倒入電鍍槽中并攪拌均勻，加入
1.0g/L三聚丙二醇作發(fā)泡劑及1.5g/L甲基苯磷酸脂作為捕集劑。以磷銅板作為陽極，紫銅板作陰極。采用壓縮空氣攪拌，通入空氣后短碳纖維上浮至液面形成平面網(wǎng)狀的預(yù)制件。將陰極放入靠近預(yù)制件的一端，陽極放在另一端并遠(yuǎn)離預(yù)制件。電流密度為2.5A/dm2，時間為30分鐘，此時鍍層布滿整個預(yù)制件，停止電鍍，最后得到所需的鍍鎳薄片網(wǎng)狀碳纖維材料，鍍層厚度在2 μ m左右，薄片厚度為50 μ m左右。
[0025]實施例4:
[0026]鍍層成分為鎳-鈷合金、鍍層厚度為2微米、薄片厚度50微米的網(wǎng)狀碳纖維材料
[0027]該鍍液的配方為:氨基磺酸鎳600g/L，氨基磺酸鈷1.25g/L，氯化鎳10g/L，硼酸35g/L，配好后置于電鍍槽中，溫度控制在60°C左右。鍍液中短碳纖維(長度大約為Imm)含量為1.5g/L，發(fā)泡劑松油醇3.5g/L，捕集劑苯基硫醇1.0g/L。使用前將短碳纖維倒入槽中并分散均勻。陽極為純鎳板，陰極用不銹鋼板，電流密度控制在3.5A/dm2，時間為20分鐘，電鍍完畢后得到鍍覆鎳-鈷合金的薄片網(wǎng)狀碳纖維材料，其鍍層厚度為2微米，薄片厚度為50微米。
[0028]實施例5:
[0029]鍍層成分為銅-錫合金、鍍層厚度為2微米、薄片厚度50微米的網(wǎng)狀碳纖維材料:
[0030]鍍液配方為:焦磷酸鉀250g/L、焦磷酸銅15g/L、焦磷酸鉀亞錫2.0g/L、磷酸氫二鈉40g/L、檸檬酸鈉7.5g/L、氨三乙酸35g/L，pH在8.5左右，溫度為30°C。陽極為用銅和錫按比例澆鑄的可溶性陽極，陰極為不銹鋼板。鍍液中短碳纖維(長度為0.2_左右)含量為2.0g/L，發(fā)泡劑甲酚油5.0g/L，捕集劑辛基羥肟酸0.lg/L。使用前將短碳纖維倒入電鍍槽中并分散均勻。電流密度控制在5.0A/dm2,時間為10分鐘，電鍍完畢后得到鍍覆銅-錫合金的薄片網(wǎng)狀碳纖維材料，其鍍層厚度為2微米，薄片厚度為50微米。
【主權(quán)項】
1.一種薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)按所需金屬鍍層配制單金屬或合金的鍍液，在鍍液中加入短碳纖維、發(fā)泡劑和捕集劑，并將鍍液中的短碳纖維分散均勻；其中，短碳纖維長度范圍為0.2mm?5cm，鍍液中短碳纖維的含量為0.05?2g/L，發(fā)泡劑含量為0.1?5g/L ;捕集劑的含量為0.1?5g/L ； 2)鍍液中通入空氣，產(chǎn)生氣泡使短碳纖維在泡沫的攜帶下均勻上浮，懸浮在液面上并分布均勻一致，得到平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)預(yù)制件； 3)將陰極接觸所得的預(yù)制件，接通電源進(jìn)行電鍍，電流密度為0.5A/dm2?5.0A/dm2,電鍍時間為10?60分鐘，得到薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1的薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料制備方法，其特征在于所述的發(fā)泡劑為聚乙二醇、松油、松油醇、甲酚油、異丁基甲基芐必醇、C4脂肪醇聚環(huán)氧乙烷(23，42)醚或三聚丙二醇；所述的捕集劑為疏水表面活性劑，為烴類非極性化合物、烴基黃原酸鹽、油酸、二烷基二硫代磷酸鹽、脂肪酸及其鈉皂、烷基璜酸鹽、磷酸脂、羥肟酸及其鹽、季銨鹽類或燒基節(jié)基批唆。3.利用權(quán)利要求1的方法制備的薄片網(wǎng)狀金屬化短碳纖維材料，其特征在于材料厚度為30 μ m?Imm,鍛層厚度為I μ m?20 μ m。
【文檔編號】C25D5/54GK105887150SQ201410557299
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月11日
【發(fā)明人】譚光英
【申請人】重慶巴王環(huán)保新材料有限公司