碳纤维织布表面化学镀铜工艺的研究(2)
致 谢 27
参考文献 28
1 前言
1.1 课题研究的目的
碳纤文是一种含碳量大于90%的无机高分子纤文材料,而其中碳含量高于99%的为石墨纤文。碳纤文的无蠕变与轴向强度，模量高，耐劳性好，比热及导电性佳。但是，它的耐击性差，极易损坏，在强酸作用下易氧化，与金属基体复合时的湿润性及化学相容性差，可发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀反应 [1]。
碳纤文加强的复合材料可作为抗电磁干扰除电材料、飞机的吸波材料、人造韧带等身体替代材料和用于制做汽车板簧、火箭外壳、机动船、机器人等。碳纤文作为一种新型材料，在各个领域都有着广泛的应用。表面金属化处理，可提高其导电性能，同时保持碳纤文原有的优点，是一种良好的毫米波抗衡材质[2]。
碳纤文因为具备比强度高、比模量高、耐高温等优良性能，愈来愈受到重视。镀铜碳纤文材质的减磨性能优良, 还具备防咬合性能, 可用于提高PTFE 的耐磨和抗压性能[3]。特别的是因为近年来生产工艺的改进，大大削减了其生产成本，使之成为复合材料中重要的加强材料。但时在与金属基体结合时，碳纤文与金属熔体的润湿性不良。欲改进碳纤文与基体的润湿性，加强界面结合力，则务必要对碳纤文采取金属化处理[4]。
化学镀铜已经被证实是一种有效的碳纤文表面金属化方法，其工艺特点为镀液对环境污染小、稳定性好；副反应很少；当温度降到室温，化学镀反应能停止；副产物积累少，镀液的使用寿命长；镀液中铜离子含量低；废水处理简单；对大多数基体有很好的结合力[5]。没有经过表面处理的碳纤文因为具备疏水性、表面光滑和表面惰性等特质，很难直接镀上铜。所以，在碳纤文表面金属化以前，必须改变它的表面状态。提升碳纤文表面活性的办法很多,如气相氧化法、液相氧化法、等离子刻蚀法等[6]。在这些方法中无论哪一种都能使碳纤文表面的含氧官能团数量增多, 从而增加碳纤文表面的浸润性.在已有的报道中对碳纤文的前处理多是用PdCl2作为活化剂，这导致的结果是，过高的成本始终是利用化学镀铜使织布金属化后运营商品化的主要问题[7]。本课题将研究一种在不影响沉铜性能的情况下用相对廉价的活化剂代替昂贵的PdCl2作为活化工艺的优化碳纤文织布表面化学镀铜工艺。
1.2 课题研究的背景及意义
随着现代科学技术的迅速发展，尤其是航天航空技术的发展，对材料的要求愈来愈高。为了战胜单一材料性质的局限性，得到各类优良的综合性能，人类愈来愈多地借助于复合材料。而碳纤文增强金属基复合材料，因为具备高温性能好、导电、导热性好、层间剪切强度高，和综合性能的可调节性好等特点而越来越受到人们的器重。很多国家都在迅速的研制及推广，如美国建立了一个金属基复合材料信息分析中心，将金属基复合材料在各领域普及推广，并取得成功。日本的汽车工艺先使用金属基复合材料。我国自七十年代末展开金属基复合材料研制至今，已获得了可喜成绩。
在面临着世界能源及金属稀缺的环境下，非金属材料的研发及推广越来越多，非金属材料表面金属化后也能够逐步代替金属，发挥着至关重要的作用。对于非金属材料来说，铜的导电性能强、价格适宜，可用于改变碳纤文的表面性能。化学镀是一种经常使用的表面改性方法，是在无外电流通过的情况下，用还原剂将溶液中的金属离子还原，在呈催化活性的物体表面形成金属镀层的一种镀覆技术 [8]。化学镀作为使其表面金属化的途径已经得到人们的广泛认可。而化学镀铜相对于镀镍及其他金属而言则有着价格低廉、污染小、操作简单等优点，但大多数用甲醛作为还原剂的化学镀铜还是面临着环境污染方面的困扰，因此代替甲醛还原化学镀铜的工艺仍非常有意义。