碳纤维镀镍的优点是什么?

  表面金属化的碳纤维可以作为隐形材料用在军用飞机的骨架和蒙皮上,作为耐高温材料用在航天飞机的鼻锥和机翼前沿等高温部件。除此之外表面金属化的碳纤维在小型大容量电容器、磁性薄膜、电子设备的电磁屏蔽膜以及制造各种功能性元器件等方面都具有较广泛的用途。一般认为,复合材料的屏蔽效能小于30dB为差;30~60dB为中等,可用于一般工业或商业用电子设备;60~90dB为良好,可用于航空航天及军用仪器设备;90dB以上为优,用于要求苛刻的高精度、高敏感度产品。但是目前电磁屏蔽效能较高的碳纤维屏蔽复合材料主要依赖进口,且价格昂贵,很难满足电子产品低成本的要求。

  碳纤维金属化镀镍可以活化碳纤维表面,可以有效地减小碳纤维与金属溶液的接触角。在制作碳纤维增强金属基复合材料时,金属基体可以直接与镀层接触而不是碳纤维,这能使基体金属能够很好的润湿碳纤维表面,镀镍层作为阻挡层也能有效地防止基体与碳纤维在复合材料制备和使用过程中发生固溶反应,化学反应造成碳纤维强度损伤和在界面生成脆性相。镀层也可以使基体与纤维有效地结合,有效地传递载荷。碳纤维金属化镀镍主要有以下几个方面的意义:

  1、提高碳纤维与基体的相容性。碳纤维与金属镁的物理相容性和化学相容性不好,在制作复合材料时碳纤维与熔融的镁容易发生化学反应生成脆性相和发生碳化、固溶反应。这些反应直接影响了复合材料的使用性能。如果在碳纤维表面镀一层金属镍,可以使复合材料界面由金属与非金属的接触转变为金属与金属之间的接触,可以很好地改善界面结合。

  2、提高材料耐高温性能。镀镍后,纤维与空气的接触面很小同时,镍镀层对纤维有保护作用,即随着氧化的进行,表面的镍被氧化,可在纤维表面形成一层致密的氧化物保护膜,进而减小了氧的扩散,减缓了碳纤维被氧化的速率。这些因素都改善了其高温抗氧化性。

  3、提高材料强度。当碳纤维表面镀覆金属镍时,碳纤维表面形成的连续镍膜可以提高碳纤维的强度。碳纤维表面有一些裂纹、空隙等缺陷,细小的纳米镍颗粒可以填充到这些缺陷里面,起到机械抛锚作用,使镀层与基体能够紧密的结合,碳纤维表面也得到有些的修复,当受力拉伸时,可以降低因应力集中而造成纤维断裂的可能,这在力学性能上表现为碳纤维断裂强度获得提高。

  4、提高导电率。由于金属镍具有良好的导电性能,碳纤维表面金属化镀镍后会大大提高碳纤维的导电性能。碳纤维用作复合型导电高分子材料的导电填料时,由于其本身固有的电阻率较高和它的脆性所导致的加工过程中的破碎,使复合材料电阻率增大,从而使其应用受到了一定的限制,所以对碳纤维的表面改性是十分必要的。

  5、高复合材料电磁屏蔽性能。电磁环境污染和生态环境污染一样越来越严重,电磁污染危害着电子产品的安全和可靠性,也对人类和生态健康产生不好的影响。电磁屏蔽材料可以保护电子线路免受外部电磁波的干扰,也能防止内部的电磁干扰波向外部发射。防止高频电磁场的影响是电磁屏蔽材料的主要作用。电磁屏蔽材料一般采用电阻比较低的导体材料,电磁波在屏蔽材料表面发生反射和在材料内部多次反射和吸收起到电磁屏蔽作用,电磁屏蔽材料可以防止电磁波透过材料向另一侧空间传播。

 

  阅读延伸:《如何实现碳纤维复合材料的电磁屏蔽性能