[发明专利]一种提高复合材料镍镀层结合强度的方法

说明书

本发明涉及复合材料表面金属化领域，提供了一种提高复合材料与镍镀层结合强度的工艺方法。该方法首先在复合材料表面添加含有镀镍短纤维的过渡层，镀镍短纤维随机分布或可根据性能要求在磁场作用下按照一定的方向性分布于过渡层中，复合材料与过渡层共固化成型，然后在过渡层表面化学镀镍，得到表面镀镍的复合材料产品。与传统方法通过采用不同粗化方式来提高镀层与复合材料的结合强度相比，本发明的优点是过渡层中镀镍短纤维贯穿过渡层并嵌入到镍镀层中，起到桥联复合材料与镍镀层的作用，能极大提高镀层的结合强度，且可以通过磁场来调控过渡层中镀镍短纤维的方向，使镀层的力学性能具有一定的可设计性。

技术领域

本发明涉及非金属材料表面金属化领域，尤其涉及一种使用镀镍短纤维来提高复合材料与镍镀层结合强度的工艺方法。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料具有轻质高强的优点，已经广泛的应用于交通运输、航空航天和能源动力等领域。然而，应用环境对复合材料的性能有重要的影响，如磨损、氧化、腐蚀等环境因素将导致复合材料的过早失效。例如在潮湿的环境下，水蒸气可以通过表面微裂纹或者纤维/基体间界面渗透到复合材料中，使树脂塑化和降解，从而改变树脂的物理、化学性质，进而降低复合材料的力学性能。在热的空气中，树脂表面容易老化，在没有任何载荷的情况下，也会产生微裂纹。此外，由于复合材料不导电、不导热、耐磨性差、耐氧化性差等特点也限制了其应用范围。复合材料表面金属化既可以提高复合材料在极端服役条件下的使役性能，又可以保留其轻质高强的优点。

目前复合材料表面金属化面临着的一个重要问题是复合材料与金属镀层的结合强度不足。当前的研究主要集中在提出不同的工艺或方法在复合材料表面进行表面金属化，然而，针对某种表面金属化工艺研究如何提高复合材料与镀层之间结合强度的工作还较少。在专利公布号CN 104005027 A名称为“一种含硅环氧树脂的表面金属化方法”中，针对单一的化学粗化方法无法对含硅环氧树脂形成有效的粗化效果导致镀层的附着力不足的问题，采用物理粗化与化学粗化相结合的方法提高镀层结合力。其提高复合材料与镀层结合强度方法的原理是在预处理过程中对含硅环氧树脂表面进行物理与化学粗化，从而改变含硅环氧树脂的表面形貌或在其微观表面增加亲水性的氧化基团，以增加镀层与基体的机械结合作用和化学吸附作用。但是，这种方法对于镀层与复合材料结合强度的增加仍不能够满足一些对于镀层的结合力要求较高的场合。例如，使用复合材料制作的空间反射镜，为了使反射镜面能达到镜面的效果，需要对经过表面金属化后的复合材料进行机械抛光，金属镀层需要承受巨大的加工应力，而目前仅通过粗化工艺来增强镀层与复合材料结合力的工艺难以满足这样的工程需求。

发明内容

本发明的目的在于针对目前复合材料表面金属化工艺中镀层与复合材料结合强度不能满足特定环境下工程要求的问题，提出化学镀工艺过程中在复合材料与金属镀层的界面间引入添加有镀镍短纤维过渡层的方法，在微观尺度上，镀镍短纤维可以贯穿整个界面厚度，起到桥联金属镀层和复合材料的作用，从而提高金属镀层与复合材料的结合强度。

本发明的技术方案：

一种提高复合材料镍镀层结合强度的方法，步骤如下：

1)将镀镍短纤维置于除油液中超声清洗，再用去离子水冲洗，晾干；再将上述镀镍短纤维置于浓度5％-25％盐酸溶液中酸活化去除其表面的氧化物薄膜，再用去离子水冲洗，晾干；把经过处理的镀镍短纤维分散于树脂中，得到分散均匀的树脂胶体，其中镀镍短纤维的质量百分数为5％-50％；将树脂胶体涂覆于模具表面，通过复合材料成型工艺在模具中制备纤维增强树脂基复合材料，复合材料表面的胶体即为过渡层，复合材料与过渡层共固化成型，得到表面具有镀镍短纤维过渡层的复合材料；

2)对步骤1)得到表面具有含镀镍短纤维过渡层的复合材料的过渡层表面进行机械打磨，使镀镍短纤维显露出，再将其置于除油液中超声清洗，去离子水冲洗，晾干；机械打磨后镀镍短纤维显露出来是为了在后续的化学镀工艺中，镀层可以沿着镀镍短纤维的一端生长，随着时间增加，镀层逐渐覆盖整个过渡层表面。