[发明专利]钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法及其装置

说明书

本发明涉及一种钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法及其装置，属于碳纤维表面改性技术领域。本发明主要是采用钨丝辅助的阴极等离子电解技术来实现在碳纤维上沉积一层均匀、连续、致密的涂层，所述方法具有高效、成本低、环保、对碳纤维损伤小且能实现连续处理等优点。制备所述涂层采用的装置结构简单，易于操作，装置成本低，适宜于中小型企业对碳纤维表面的连续处理。

技术领域

本发明涉及一种在碳纤维表面制备涂层的方法，特别涉及一种钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法及其装置，属于碳纤维表面改性技术领域。

背景技术

碳纤维以其高模量、低密度、低热膨胀系数和高比强度等一系列优异的性能，被誉为21世纪最具有潜力的新型材料之一，其与树脂等材料复合而成的复合材料在现代航空航天领域、体育休闲用品、土木建筑、电子产品、医疗器械等领域有着广泛的应用。但碳纤维在高于450℃的有氧环境中的抗氧化能力很差，这极大地限制了它的应用，因此，如何快速地在连续碳纤维束表面制备出均匀、致密的防护涂层成为当今研究学者们急需解决的难题。

目前，很多学者尝试采用物理/化学方法在碳纤维表面制备防护涂层，主要有：采用浸渍法在碳纤维束表面制备陶瓷前驱体；采用化学气相沉积法在碳纤维表面制备氮化钛涂层。这些方法仅能为碳纤维表面涂层的制备提供技术支持，而很难实现碳纤维表面涂层的连续沉积和碳纤维束内每根纤维的完全沉积，然而，在工业使用中碳纤维表面的连续沉积是非常必要的，因此，在碳纤维表面实现每根纤维的连续沉积是当前面临的一个极大挑战。

发明内容

针对现有技术中碳纤维表面防护涂层制备存在的工艺复杂、成本高以及涂层不均匀等问题，本发明的目的之一在于提供一种钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法，该方法工艺简单，能够在碳纤维表面制备均匀、连续、致密的涂层，所制备的涂层具有良好的抗氧化性；本发明的目的之二在于提供一种利用钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的装置，所述装置结构简单，易于操作，成本低，适于中小型企业对碳纤维表面的连续处理。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法，所述方法的具体步骤如下：

先将电解液加入反应容器中，再将作为阳电极的石墨板以及作为阴电极的钨丝浸入电解液中，且阴电极与阳电极分别与电源连接；打开电源，阴电极与阳电极之间形成稳定的等离子弧区，碳纤维匀速连续通过等离子弧区，收卷、干燥，在碳纤维表面得到连续、均匀的涂层。

所述电解液是硝酸盐、偏铝酸盐、氯化物或硅酸盐的水溶液，优选硝酸铝、偏铝酸钠、氯化铝或硅酸钠水溶液；电解液的浓度为10g/L～50g/L。

电源对阴电极、阳电极施加的电压为100V～200V。

碳纤维以0.01m/s～0.2m/s的速度匀速连续通过等离子弧区。

一种采用本发明所述钨丝辅助的阴极等离子电解制备涂层的方法制备涂层的装置，所述装置包括电源、反应容器、阴电极、阳电极、产生等离子弧区的部件、压线轮、放线机、收线机以及电机；

所述产生等离子弧区的部件是由两个安装平面和两个连接杆形成的非封闭的长方体结构，两个安装平面互相平行，两个连接杆互相平行，且两个安装平面分别与两个连接杆互相垂直；沿安装平面的厚度方向上加工有中心大孔，且与中心大孔具有相同圆心的圆周面上等间距加工有三个以上小孔；其中，小孔距离中心大孔的距离为4mm～8mm，两个安装平面之间的距离为4cm～8cm，即等离子弧区的有效长度为4cm～8cm；