一种碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料表面处理技术领域，特别是涉及一种结合力好、低电阻、耐腐蚀的 碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纤维环氧树脂基复合材料具有比强度和比模量高、抗疲劳性好、可设计性强等 优点，在航空航天、风力发电等领域得到了广泛应用。然而，服役过程中雷击、冲击等载荷会 对该材料造成损伤，降低其力学性能，威胁结构安全。另外，由于碳纤维环氧树脂基复合材 料具有一定的导电性，当其受到损伤时电阻可能发生变化，因此可通过实时监测电阻变化 对材料的损伤状态进行一定程度的评估。为了测量各监测点间的电阻变化，需要在复合材 料表面制备与内部纤维连接的导电层。有些研究者采用表面涂覆导电胶方法，该方法存在 导电层易磨损、厚度无法精确控制、电阻不稳定以及成本偏高等问题；有些研究者采用化学 镀镍的方法，该方法的缺点是电阻偏大；还有一些研究者采用电镀铜或化学镀铜的方法，存 在镀铜表面易氧化、电镀铜的镀层结合力较低、化学镀铜的效率低等问题。因此，若能发明 一种能够同时满足低成本、低电阻、耐腐蚀、具有较高结合力的碳纤维环氧树脂基复合材料 表面导电层制备方法具有重要意义。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提出一种结合力高、耐蚀性好、低电阻、低 成本、工艺稳定性好、环保的碳纤维环氧树脂基复合材料表面导电层制备方法。
[0004] 为了达到上述目的，本发明提供的碳纤维环氧树脂复合材料的表面导电层制备方 法包括按顺序进行的下列步骤：
[0005] 1)首先将碳纤维环氧树脂基复合材料上需要制备导电层的部位依次用粗砂纸和 细砂纸进行抛光，直到该部位表面的碳纤维露出为止；
[0006] 2)用50~60°C且每升中含60g氢氧化钠、15g碳酸钠和30g磷酸钠的热碱溶液对 上述抛光表面除油20~30分钟；
[0007] 3)用水清洗上述除油后的表面；
[0008] 4)对清洗后欲制备导电层的部位先用70°C微蚀溶液处理5~8分钟，再用50°C中 和溶液处理3~5分钟以去除包覆碳纤维的树脂，使碳纤维尽可能暴露在表面；
[0009] 5)用水清洗上述处理后的表面；
[0010] 6)在20~30°C的温度下用每升中含10g氯化亚锡和10ml盐酸的混合液对上述 清洗后的表面进行敏化处理10~15分钟；
[0011] 7)用水清洗上述敏化处理后的表面；
[0012] 8)在20~30°C的温度下用每升中含0. 5g氯化钯和10ml浓盐酸的混合液对上述 清洗后的表面进行活化处理10~15分钟；
[0013] 9)用水清洗上述活化处理后的表面；
[0014] 10)在68~72°C的温度下用每升中含6~8g无水硫酸铜、28~32g次亚磷酸钠、 80~85g二水柠檬酸钠、29~31g硼酸和4~6mg 2, 2'-联吡啶，pH值为9~10的混合 液对上述清洗后的表面进行化学镀铜处理，直到达到预定的镀层厚度；
[0015] 11)用水清洗上述化学镀铜处理后的表面；
[0016] 12)在20~25°C的温度下用每升中含180~240g无水硫酸铜、25~50mL质量分 数为98%的浓硫酸、80~100mg氯离子、0? 5~1. Omg 2-疏基苯并咪唑、0? 3~0? 8mg乙撑 硫脲和10~20mg聚二硫二丙烷磺酸钠的混合液对上述水清洗后的表面进行电镀铜处理， 电流密度为0. 5~1. 5A/dm2,镀层厚度为50~300 y m;
[0017] 13)用水清洗上述电镀铜处理后的表面；
[0018] 14)在45~50°C的温度下用每升中含9~llg氯化金、78~82g磷酸钾、79~81g 5, 5-二甲基乙内酰脲、0? 08~0? 12g 丁炔二醇、0? 09~0? lg糖精钠和9~10mg十二烷基 硫酸钠的混合液对上述电镀铜处理后的表面进行电镀金处理，电流密度为1. 5~1. 8A/dm2， 镀层厚度为1~3 y m，pH值为9~10;
[0019] 15)用水清洗上述电镀金处理后的表面，由此在碳纤维环氧树脂基复合材料表面 获得低电阻的导电层。
[0020] 所述的步骤4)中的微蚀溶液每升中含60g高锰酸钾和30g氢氧化钠，中和溶液每 升中含28g草酸晶体和100毫升质量分数为98%的浓硫酸。
[0021] 所述的步骤10)中镀层的厚度为1~2 ym。
[0022] 本发明提供的碳纤维环氧树脂基复合材料的表面导电层制备方法是先利用机械 和化学粗化手段使碳纤维环氧树脂基复合材料上欲制备导电层部位的表面碳纤维端部向 外露出，然后采用活化、化学镀铜工艺来制备与碳纤维及树脂基体具有较高结合力的导电 层，再采用电镀铜工艺增加导电层厚度，最后通过电镀金使镀层具有较好的耐腐蚀能力。本 方法制备的导电层具有电阻低、结合力高、耐腐蚀、成本低、工艺稳定性好、效率较高等优 点。
【附图说明】
[0023] 图1为四探针法测量电阻值用试验装置结构示意图。
[0024] 其中：1:试验机上压头2:聚四氟乙烯板
[0025] 3 :铜电极 4 :碳纤维环氧树脂基复合材料
[0026] 5:铜电极 6:聚四氟乙烯板
[0027] 7 :力传感器 8 :试验机下压头
[0028] 9 :试验机立柱
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明提供的碳纤维环氧树脂基复合材料的表面 导电层制备方法进行详细说明。
[0030] 实施例1
[0031] 选用T300/914碳纤维环氧树脂复合材料层压板作为试件，铺层方式[(0/90)4] s， 试样尺寸为200mmX lOmmX 2mm。将上述T300/914碳纤维环氧树脂复合材料的表面依次用 粒度为200、400、600的砂纸抛光，然后用水清洗表面后作为对比样备用。
[0032] 实施例2
[0033] 将上述T300/914碳纤维环氧树脂复合材料的表面依次用粒度为200、400、600的 砂纸抛光；然后用50°C且每升中含60g氢氧化钠、15g碳酸钠和30g磷酸钠的热碱溶液除 油30分钟；之后用水清洗表面；将上述清洗后欲制备导电层部位的表面先用70°C每升中含 60g高猛酸钾和30g氢氧化钠的微蚀溶液处理5分钟，再用50°C每升中含28g草酸晶体和 100毫升质量分数为98%的浓硫酸的中和溶液处理5分钟；用水清洗表面；在25°C的温度 下用每升中含l〇g氯化亚锡和l〇ml盐酸的混合液对上述清洗后的表面进行敏化处理10分 钟；用水清洗表面；在25°C的温度下用每升中含0. 5g氯化钯和10ml浓盐酸的混合液对上 述清洗后欲制备导电层部位的表面进行活化处理10分钟；用水清洗表面；在70°C的温度下 用每升中含8g无水硫酸铜、28g次亚磷酸钠、80g二水柠檬酸钠、29g硼酸和5mg 2, 2' -联 吡啶，pH值为9的混合液对上述欲制备导电层部位的表面进行60分钟化学镀铜处理；用水 清洗表面；在20°C的温度下用每升中含220g无水硫酸铜、30mL质量分数为98%的浓硫酸、 80mg氯离子、0. 5mg 2-疏基苯并咪唑、0. 3mg乙撑硫脲和10mg聚二硫二丙烷磺酸钠的混合 液对上述清洗后欲制备导电层的表面进行电镀铜处理，电流密度为1. 〇A/dm2,电镀时间2小 时；用水清洗表面；在45°C的温度下用每升中含10g氯化金、80g磷酸钾、80g 5, 5-二甲基 乙内酰脲、0. lg 丁炔二醇、0. lg糖精钠和l〇mg十二烷基硫酸钠，pH值为9的混合液对上述 电镀铜处理后的表面进行电镀金处理，电流密度为1. 5A/dm2,电镀时间3分钟；用水溶液清 洗上述电镀金后的表面，由此在碳纤维环氧树脂基复合材料表面获得导电层。
[0034] 实施例3
[0035] 将上述T300/914碳纤维环氧树脂复合材料的表面依次用粒度为200、400、600的 砂纸抛光；然后用55°C且每升中含60g氢氧化钠、15g碳酸钠和30g磷酸钠的热碱溶液除 油20分钟；之后用水清洗表面；将上述清洗后欲制备导电层部位的表面先用70°C每升中含 60g高猛酸钾和30g氢氧化钠的微蚀溶液处理6分钟，再用50°C每升中含28g草酸晶体和 100毫升质量分数为98%的浓硫酸的中和溶液处理5分钟；用水清洗表面；在28°C的温度 下用每升中含l〇g氯化亚锡和l〇ml盐酸的混合液对上述清洗后的表面进行敏化处理10分 钟；用水清洗表面；在25°C的温度下用每升中含0. 5g氯化钯和10ml浓盐酸的混合液对上 述清洗后欲制备导电层部位的表面进行活化处理15分钟；用水清洗表面；在71°C的温度下 用每升中含8g无水硫酸铜、30g次亚磷酸钠、85g二水梓檬酸钠、30g硼酸和5mg 2, 2' -联 吡啶，pH值为9的混合液对上述欲制备导电层部位的表面进行90分钟化学镀铜处理；用水 清洗表面；在23°C的温度下用每升中含220g无水硫酸铜、40mL质量分数为98%的浓硫酸、 80mg氯离子、0. 5mg 2-疏基苯并咪唑、0. 3mg乙撑硫脲和10mg聚二硫二丙烷磺酸钠的混合 液对上述清洗后欲制备导电