一种连续碳纤维表面金属化的装置和方法

本发明涉及碳纤维的表面处理，尤其涉及一种在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法及装置。

背景技术：

1、碳纤维具有高强度、低密度、低膨胀系数等优点，广泛的应用于航空航天、汽车、军工器械、通讯电子等领域，碳纤维及其复合材料所制备的导电材料和电磁屏蔽材料具有质量轻、强度高的优点，但是由于碳纤维属于废金属纤维，电阻率远高于金属，因此需要将碳纤维表面金属化后提高碳纤维的导电性，同时还可以解决碳纤维与金属基体间润湿性和相容性差的问题。

2、电镀是制备金属化碳纤维有效方法，然而在电镀过程中，由于气体的产生或杂质的掺入，会导致电镀层产生明显的缺陷，镀层形成时温度较低，界面结合强度低，电镀金属层疏松容易剥落，导电性和机械强度都不及预期。虽然对金属化碳纤维退火热处理可有效提高导电性和力学能力，但是工序零散，退火需要单独处理，没有直接在生产线上完成，无法进行连续性生产。

技术实现思路

1、针对现有电镀碳纤维无法进行连续化生产的问题，本发明一种在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法及适配的装置，具体电镀操作如下：将碳纤维高温烧灼后喷淋清洗，引入电镀槽中进行电镀，电镀后进入清洗槽用去离子水清洗，再进入退火装置，出退火装置自然冷却后卷装。

2、进一步，高温烧灼温度为400℃~600℃，时间为2~10min。

3、进一步，电镀槽温度为30~40℃，电镀时间为2~20min。

4、进一步，电镀槽中电镀液中金属盐浓度为50~100g/l，电压为4~8v。

5、进一步，所述电镀液为镀镍电镀液或者镀铜电镀液，电镀液还包括ph缓冲剂和表面活性剂，所述ph缓冲剂为柠檬酸钠或醋酸钠之一，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

6、进一步，退火温度为400~600℃，采用氮气为保护气体，退火时间为20~30min。

7、上述方法采用的设备包括如下结构：送料装置、预处理装置、电镀装置、清洗装置、热处理装置、收卷装置和控制系统，依次连接形成生产线；

8、所述送料装置包括送料电机、送料辊和导料辊，用于传送碳纤维束/碳纤维丝；所述送料辊上设有压力传感器和速度传感器，所述压力传感器和速度传感器的电信号输出端连接控制系统的一个信号输入端，控制系统的信号输出端连接送料电机的控制信号输出端，形成闭环送料控制；

9、所述预处理装置包括高温灼烧装置和清洗装置；所述高温烧蚀采用高温管式炉，两端分别为碳纤维的进出口，内部设有温度传感器；所述清洗装置为纯水喷淋清洗；

10、所述电镀装置包括直流电源、金属板、导辊和单个/多个电镀槽，电镀槽采用串联设置，电镀槽内有电镀液；所述的直流电源用于提供恒定的电流；所述清洗装置采用多个清洗槽串联设置，第一水槽中放置去离子水，其它水槽中放入纯水；

11、所述热处理装置包括电磁感应退火装置和冷却结构，电磁感应退火装置采用中频电源连接内部电磁感应线圈加热，通有氮气作为保护气体，内部设有环形电磁感应加热线圈，两侧有碳纤维进出口，装置内部微正压，氧气无法进入，线圈中间可通过待退火的金属化碳纤维束；

12、所述收卷装置，包括收卷电机、导料辊和收卷辊，在收卷辊处设置压力传感器和速度传感器，所述压力传感器和速度传感器的电信号输出端连接控制系统的一个信号输入端，控制系统的信号输出端连接收卷电机的控制信号输出端，形成闭环收卷控制；控制系统通过控制收卷电机转速控制碳纤维收卷速度。

13、所述控制系统具有多个信号输入端和信号输出端，控制系统的信号输出端连接送料装置、预处理装置、电镀装置、清洗装置、热处理装置、收卷装置的控制信号输入端，控制系统的信号输入端连接送料装置、预处理装置、电镀装置、清洗装置、热处理装置、收卷装置的信号输出端，实现同步控制和信号反馈，形成控制闭环。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

15、1、本发明对碳纤维表面进行高温灼烧氧化处理，除胶效果好，且增加碳纤维表面粗糙度，有利于提高金属层与碳纤维表面的界面结合力；

16、2、本发明提供的连续碳纤维表面金属化的热处理装置通入氮气作为保护性气体，采用电磁线圈设计，可实现连续均匀的退火处理；

17、3、本发明中碳纤维金属化的过程连续进行，采用控制系统闭环控制，解决了现有技术中生产过程复杂、处理周期长的问题。

技术特征：

1.一种在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，包括以下操作：将碳纤维高温烧灼后喷淋清洗，引入电镀槽中进行电镀，电镀后进入清洗槽用去离子水清洗，再进入退火装置，出退火装置自然冷却后卷装。

2.根据权利要求1所述的在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，高温烧灼温度为400℃~600℃，时间为2~10min。

3.根据权利要求1所述的在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，电镀槽温度为30~40℃，电镀时间为2~20min。

4.根据权利要求1所述的在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，电镀槽中电镀液中金属盐浓度为50~100g/l，电压为4~8v。

5.根据权利要求1所述的在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，所述电镀液为镀镍电镀液或者镀铜电镀液，电镀液还包括ph缓冲剂和表面活性剂，所述ph缓冲剂为柠檬酸钠或醋酸钠之一，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。

6.根据权利要求1所述的在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，其特征在于，退火温度为400~600℃，采用氮气为保护气体，退火时间为20~30min。

7.一种用于在碳纤维表面进行连续电镀金属的设备，其特征在于，包括送料装置、预处理装置、电镀装置、清洗装置、热处理装置、收卷装置和控制系统，依次连接形成生产线；

技术总结本发明涉及碳纤维的表面处理，尤其涉及一种在碳纤维表面进行连续电镀金属的方法，该方法包括碳纤维表面除杂和糙化、电镀、清洗、退火等步骤，采用的设备包括送料装置、预处理装置、电镀装置、清洗装置、热处理装置、收卷装置和控制系统。本发明方法先对碳纤维表面进行高温灼烧氧化处理，除胶效果好，且增加碳纤维表面粗糙度，有利于提高金属层与碳纤维表面的界面结合力，采用的专用设备可使碳纤维金属化的过程连续进行，采用控制系统闭环控制，解决了现有技术中生产过程复杂、处理周期长的问题。技术研发人员：乔琨,张国栋,狄蕊,张烨,狄成瑞受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23