碳纖維表面金屬化及其與金屬鎂潤濕性的研究.pdf

1、在碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備中，界面問題一直影響著復(fù)合材料的質(zhì)量。為了解決碳纖維與鎂的潤濕性不好這個(gè)問題，本文以化學(xué)鍍的方式，實(shí)現(xiàn)了碳纖維的表面金屬化，在碳纖維表面分別制備了致密完整的鎳-磷、銅、鎳-銅-磷三種金屬鍍層，各鍍層與碳纖維的結(jié)合力強(qiáng)，碳纖維表面金屬化后，明顯改善了碳纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的界面結(jié)合。
　　本文采用掃描電鏡（SEM）觀察了碳纖維表面鍍層的形貌，采用電子能譜儀（EDS）測定了鍍層的成分，用X射線衍射儀（XR

2、D）分析了鍍層的相組成。通過正交試驗(yàn)驗(yàn)，優(yōu)化了化學(xué)鍍鎳-磷和化學(xué)鍍銅的工藝，并通過單因素試驗(yàn)研究了絡(luò)合劑含量、鍍液pH值、施鍍溫度和施鍍時(shí)間對鎳-磷、銅化學(xué)鍍工藝的影響。在碳纖維表面進(jìn)行了鎳-磷-銅三元合金鍍，通過單因素試驗(yàn)優(yōu)化了鎳-銅-磷的施鍍工藝，并研究了銅鹽濃度、還原劑濃度、絡(luò)合劑濃度、鍍液pH值、鍍液溫度、施鍍時(shí)間對鍍層沉積速率的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在550℃對碳纖維灼燒15min可基本去除碳纖維表面膠體，但高溫處理對碳

3、纖維有所損傷；用丙酮在70℃抽提處理碳纖維4h可基本除盡碳纖維表面膠層。
　　碳纖維表面化學(xué)鍍鎳-磷的最佳工藝是：絡(luò)合劑檸檬酸鈉含量25g/L，鍍液pH值8.0，施鍍溫度65℃，施鍍時(shí)間3min。鍍層沉積速率隨絡(luò)合劑濃度的增加而降低，隨鍍液pH值、施鍍溫度的升高而增大，鍍層沉積速率隨時(shí)間的變化存在誘導(dǎo)期、加速期、減速期和穩(wěn)定期。絡(luò)合劑濃度過低，鍍液pH值過高、施鍍溫度過高鍍液穩(wěn)定性越差，鍍層會(huì)出現(xiàn)胞狀顆粒團(tuán)聚。碳纖維表面鍍鎳反應(yīng)的

4、表面活化能Ea=140.4KJ/mol。
　　碳纖維表面化學(xué)鍍銅的最佳工藝是：絡(luò)合劑EDTA·2Na含量35-45g/L，鍍液pH值13.5，施鍍溫度55℃，施鍍時(shí)間2min。鍍層沉積速率隨絡(luò)合劑濃度的增加而降低，隨鍍液pH值、施鍍溫度的升高而增大，隨時(shí)間的增加先升高后降低。鍍液pH值、絡(luò)合劑濃度、施鍍溫度升高鍍液穩(wěn)定性會(huì)降低。碳纖維表面鍍銅反應(yīng)的表面活化學(xué)能Ea=13.4kJ/mol。
　　碳纖維表面化學(xué)鍍鎳-銅-磷的最佳

5、工藝是：硫酸銅2.0-2.5g/L，絡(luò)合劑檸檬酸鈉含量55g/L，還原劑次亞磷酸鈉24-27g/L，鍍液pH值8.5，施鍍溫度80-85℃。鍍層沉積速率隨絡(luò)合劑濃度、硫酸銅濃度的增加而降低，隨還原劑濃度增加、鍍液pH值、施鍍溫度的升高而增大，隨施鍍時(shí)間的增加先升高后降低。碳纖維表面鎳-銅-磷合金鍍反應(yīng)的表面活化能Ea=416.7kJ/mol。
　　理論計(jì)算出碳纖維與鎂的潤濕角約為153°，鎳、銅與鎂的潤濕角分別為49.1°、39.