碳纖維絲束連續電鍍金屬的工藝及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種碳纖維絲束連續電鍍金屬的工藝及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著現代電子工業的高速發展和電子電器設備的普及而產生的電磁輻射問題日 益嚴重。電磁波輻射可干擾周圍的電子儀器設備，引起事故，也會導致信息泄露，對計算機、 通訊等信息安全構成嚴重的威脅。此外，電磁輻射對人體健康也造成嚴重的影響。
[0003] 表面金屬化的碳纖維已經逐漸成為現代電子輻射防護產品和設備的重要材料。表 面金屬化的碳纖維在軍事、小型大容量電容器、磁性薄膜、電子設備的電磁屏蔽膜以及制造 各種功能性元器件等方面也具有廣泛的用途。
[0004] 目前碳纖維表面金屬化的方法主要有化學鍍和電鍍兩種。化學鍍是利用化學方法 將金屬陽離子在碳纖維還原成金屬原子并沉積在碳纖維表面。這種方法化學反應和工藝過 程復雜、鍍層質量很難保證，目前主要停留在實驗室研宄階段。電鍍是利用電能將金屬離子 還原成金屬原子并沉積在碳纖維上，使碳纖維表面附著一層金屬的工藝。碳纖維本身具有 一定的導電性，可采用連續電鍍的方法在其表面形成金屬涂層，適于連續化生產。
[0005] 然而，雖然碳纖維自身具有一定的導電性，但其比電阻遠遠大于一般金屬（碳纖 維的比電阻通常是10-3Ω ·_，而大多數金屬的比電阻是10-6Ω ·_)，特別是一束碳纖維絲 束中包含數千根甚至上萬根直徑為5-7微米的單纖維，纖維的比表面積非常大。因此，當采 用普通的電鍍裝置進行碳纖維絲束的電鍍過程中，但碳纖維絲束進入電鍍液時難以充分分 散，對碳纖維絲束內部的纖維構成電力線屏蔽，導致碳纖維絲束外部纖維被電鍍形成金屬 膜，而碳纖維絲束內部的纖維難以被電鍍，形成"黑芯"現象。中國專利CN102220689提出 在電鍍槽內設置超聲波振動裝置來解決碳纖維絲束的分散性問題，但這種方法能耗大，成 本高，且難以大規模推廣使用。為了使碳纖維絲束內外形成均勻的金屬膜，碳纖維絲束在電 鍍槽內的分散性問題是目前存在的主要難題。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種簡單實用、成本低、能良好解決 碳纖維絲束內"黑芯"問題的碳纖維絲束連續電鍍金屬的工藝及裝置。
[0007] 本發明是在碳纖維絲束的電鍍槽內設置2~5個非圓形機械導輥，通過電動機控 制非圓形機械導輥的轉動，帶動碳纖維絲束周期性振動，促進電鍍液向絲束內部迀移。該方 法可解決碳纖維絲束電鍍過程中的"黑芯"問題。
[0008] 本發明的碳纖維表面電鍍金屬的方法是通過以下步驟實現的：
[0009] (1)去除上漿劑：碳纖維在溫度為400-700°C的爐中保持3-30分鐘，爐內氣氛為惰 性；
[0010] (2)清洗處理：將去除上漿劑后的碳纖維經過濃度為I. 0-2. Og/L的表面活性劑的 溶液，然后直接用去離子水清洗，使得清洗水中的表面活性劑濃度低于〇. 5g/L ;
[0011] (3)碳纖維表面電鍍：將經過前述處理的碳纖維作為陰極，被鍍金屬作為陽極，在 電鍍槽內配置非圓形機械導輥，通過電動機帶動非圓形導輥轉動，進而帶動碳纖維絲束在 電鍍液內周期性振動，從而得到表面金屬化的碳纖維；
[0012] (4)金屬化碳纖維的清洗：采用去離子水對金屬化碳纖維進行清洗，使得清洗水 流中的被鍍金屬離子含量低于0. 05g/L ;
[0013] (5)金屬化碳纖維的干燥：通過80-200°C范圍的干燥爐對金屬化碳纖維進行 2-20min的干燥處理；
[0014] (6)金屬化碳纖維的收卷：采用卷繞機將干燥后的金屬化碳纖維進行收絲。
[0015] 本發明步驟（1)中去除碳纖維表面上漿劑的溫度為最佳溫度為550-650°C。如爐 內溫度低于400°C，碳纖維表面殘留的上漿劑較多，干擾后續的電鍍過程；如爐內溫度高于 700°C，一方面造成生產成本提高，另一方面也會損傷碳纖維表面，造成碳纖維力學性能顯 著降低。
[0016] 本發明步驟（1)中去除碳纖維表面上漿劑的加熱爐中氣氛為惰性，爐內氣體可以 是氮氣或氬氣。
[0017] 本發明步驟（2)中清除碳纖維表面污垢的溶液為配置有表面活性劑的水溶液，表 面活性劑可以為十二烷基硫酸鈉、多元醇、吐溫或失水山梨醇脂肪酸酯等。
[0018] 本發明步驟（2)中清洗碳纖維表面污垢的溶液中表面活性劑濃度為I. 0-2. Og/L。 如果表面活性劑濃度低于I. 〇g/L，清洗效果不明顯；如果表面活性劑濃度高于2. Og/L，將 導致碳纖維表面殘留表面活性劑過多，造成后期清洗困難。
[0019] 本發明步驟（3)中被鍍金屬為Cu, Ni, Ag。
[0020] 電鍍Cu時的條件為：
[0021] CuSO4.5H20 120-250g/L
[0022] H2SO4 30-120g/L
[0023] 溫度 20-60 °C
[0024] 電鍍 Ni 吋的條件為：NiSO! · 611:.0 120-300 g/L· NiCl, · 6IU) 10-30 g/L· NaCl 10-30 g/L· MgCl2 5-15 g/L ΙΙ,ΒΟ, IOHO g/L· 溫度 20-60〇C pH 值 4· 1-5 -5
[0025] 電鍍Ag的條件為：
[0026] AgCN 25-40 g/L KCN 45-65 g/L K:jCO:i 10-30 g/L pH 值 1.0-3.5 溫度 20-30°C
[0027] 本發明步驟（3)中碳纖維絲束連續電鍍過程中，將配置2-5個非圓形機械導輥。如 果非圓形機械導輥的數量多于5個，將增加較多的能量消耗，而起不到進一步分散碳纖維 絲束的目的。非圓形機械導輥的截面可以是橢圓形、多邊形，也可以是將圓形導輥或橢圓形 導輥進行表面剖切形成的異形機械導輥。
[0028] 本發明步驟（3)中非圓形導輥的線速度力與電鍍槽外圓形導輥的線速度￥2之 間的關系為：〇. 5 < V1 = V2S 1. 5,如果V 0. 5,起不到分散碳纖維絲束的目的；如果 v1: v2> 1. 5,容易摩擦損傷碳纖維絲束。
[0029] 本發明步驟（3)中多邊形機械導輥可以是三角形、四邊形、五邊形或六邊形。
[0030] 本發明步驟（4)中可以采用去離子水對金屬化碳纖維進行清洗。
[0031] 為了完成本發明的目的，設計了一種碳纖維絲束電鍍裝置，它包括傳動導輥，電鍍 槽，陽極金屬板，固定導棍，導電性導棍，其特征在于電鍍槽為2 - 5個，在第一個電鍍槽輸 入端的上方有成呈三角形分布的三個傳動導輥，在每個電鍍槽的下部分布有陽極金屬板， 陽極金屬板兩端的上方各有固定導輥，陽極金屬板中間的上方有非圓形導輥，在電鍍槽之 間的上方有導電性導輥，在最后一個電鍍槽輸出端的上方有一個導電性導輥，最后一個電 鍍槽輸出端的上方導電性導輥之后有呈三角形分布的三個傳動導輥。
[0032] 如上所述的非圓形導輥為橢圓形，多邊形或剖切面的異形傳動導輥。
[0033] 如上所述的導電性導輥為石墨導輥、金屬導輥如不銹鋼導輥或銅導輥等。
[0034] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0035] 1、由于在電鍍槽內采用了 2~5組非圓形由電動機帶動的機械導棍，使得碳纖維 絲束在通過非圓形導輥時產生周期性振動，也就是產生了碳纖維絲束張