本發(fā)明涉及一種在碳纖維布表面制備涂層的方法，特別涉及一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法及其裝置，屬于碳纖維布表面改性技術領域。

背景技術：

碳纖維是由有機纖維(聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠纖維或酚醛纖維等)經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料纖維。碳纖維的含碳量在90％以上，呈黑色，具有強度高、比模量高(強度為鋼鐵的10倍，質(zhì)量僅有鋁材的一半)、質(zhì)輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、摩擦因數(shù)小、耐高低溫等優(yōu)越性能，在工程上應用較多。碳纖維一般不單獨使用，常被加工成織物、氈、席、帶、紙等，作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復合材料。其中，碳纖維織物是碳纖維重要的應用形式之一。增強纖維通過編織相互連接成為一個有機的整體克服了傳統(tǒng)材料易分層破壞的致命弱點，同時增強體可以按構(gòu)件形狀設計減少再加工過程中的損傷，使材料整體性能得到提高。目前，航空航天業(yè)仍然是碳纖維消費的最大市場，占據(jù)了市場份額的21％。國防、航空航天領域應用的碳纖維織物一般是特制的軍用牌號1k和3k碳纖維織物，以平紋織物為主，其特點是織造較為精細，強度高，一般和特制樹脂配合使用。在船舶工業(yè)、交通工業(yè)、建筑加固、體育器材等方面也有大量應用。

然而，同碳纖維一樣，在有氧環(huán)境下，500℃～600℃下碳纖維編織物便開始發(fā)生氧化，極大地限制其應用。目前，對碳纖維編織物表面活性、與復合材料的浸潤性的改善的研究較多，而對其表面抗氧化性能的提高的報道很少，主要有：采用浸漬法在碳纖維布表面制備氮化硼；采用熱解法在三維碳纖維編織物表面制備熱解碳和sic/sio2雙層涂層；采用溶膠凝膠法在三維碳纖維編織體上制備上al2o3-sio2-tio2復合涂層。這些方法僅能為碳纖維編織物表面涂層的制備提供技術支持，除工藝復雜之外，還很難實現(xiàn)碳纖維編織物表面涂層的連續(xù)沉積和織物內(nèi)每根纖維的完全沉積。然而，在工業(yè)使用中碳纖維編織物表面的連續(xù)沉積是非常必要的，因此，在碳纖維編織物表面實現(xiàn)每根纖維的連續(xù)沉積是當前面臨的一個極大挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中碳纖維布表面防護涂層制備存在的工藝復雜、成本高以及涂層不均勻等問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法，該方法工藝簡單，能夠在碳纖維布表面制備均勻、連續(xù)、致密的涂層；本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的裝置，所述裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，成本低，適于中小型企業(yè)對碳纖維布表面的連續(xù)處理。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法，所述方法的具體步驟如下：

先將電解液加入反應容器中，再將作為陽電極的石墨板以及作為陰電極的銅管浸入電解液中，且陰電極與陽電極分別與電源連接；打開電源，陰電極與陽電極之間形成穩(wěn)定的等離子弧區(qū)，碳纖維布勻速連續(xù)通過等離子弧區(qū)，收卷、干燥，在碳纖維布表面得到連續(xù)、均勻的涂層。

所述電解液是濃度為30g/l～60g/l的硝酸鹽、偏鋁酸鹽、氯化物或硅酸鹽的水溶液；優(yōu)選硝酸鋁、偏鋁酸鈉、氯化鋁或硅酸鈉。

電源對陰電極、陽電極施加的電壓為100v～400v。

碳纖維布以0.01m/s～0.08m/s的速度勻速連續(xù)通過等離子弧區(qū)。

一種采用本發(fā)明所述銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法制備涂層的裝置，所述裝置包括電源、反應容器、陽電極、產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件、壓線輪、放線機、收線機以及電機；

所述產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件是由作為陰電極的兩個銅管和一個安裝固定架組成；安裝固定架是一個非封閉式的長方體結(jié)構(gòu)，銅管的一端固定安裝在安裝固定架的一個平面上，另一端固定安裝在與該平面相互平行的另一個平面上，且兩個銅管在與銅管平行的平面上的投影完全重合；兩個銅管之間的間距為3mm～8mm，銅管的直徑為1.5cm，銅管的長度為4cm～15cm，即可處理碳纖維布的寬度為4cm～15cm；

各部件之間的連接關系：電解液加入到反應容器中，產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件和陽電極分別浸入電解液中，且陰電極、陽電極分別與電源連接；壓線輪的數(shù)量至少為四個，浸沒于電解液中的兩個壓線輪用于固定碳纖維布的位置并保證碳纖維布從兩個銅管之間的空隙順利地穿過，安裝在電解液外的兩個壓線輪用于將碳纖維布引入以及引出電解液并控制碳纖維布的走向；放線機、收線機以及電機均在反應容器的外部，電機驅(qū)動放線機和收線機工作，放線機用于釋放碳纖維布，收線機用于收卷碳纖維布。

所述反應容器的材料為pvc(聚氯乙烯)材料或絕緣陶瓷材料。

所述產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件中的安裝固定架、壓線輪、收線機的軸輪以及放線機的軸輪的材料均為pvc材料。

有益效果：

本發(fā)明中提出一種新型的液相等離子電解技術對碳纖維布表面進行連續(xù)沉積，具體地是采用銅管輔助的陰極等離子電解技術來實現(xiàn)，該技術彌補了當今在碳纖維編織物表面制備涂層方法的不足；本發(fā)明該方法能夠在碳纖維布上沉積一層均勻、連續(xù)、致密的涂層，該方法具有高效、成本低、環(huán)保、對碳纖維布損傷小，且能實現(xiàn)連續(xù)處理等優(yōu)點。

本發(fā)明所述的裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，裝置成本低，適宜于中小型企業(yè)對碳纖維布表面的連續(xù)處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所裝置的示意圖。

圖2為產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-放線機，2-壓線輪，3-反應容器，4-電解液，5-產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件，51-銅管，52-安裝固定架，6-收線機，7-電機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

以下實施例中；

碳纖維布：t-300(3k)，日本東麗公司；

高頻直流電源：tn-kgz01，揚州雙鴻電子有限公司；

高純石墨板：純度99.9％，北京晶龍?zhí)靥伎萍加邢薰荆?/p>

銅管：直徑1.5cm，深圳市卓達金屬材料有限公司。

利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的方法制備涂層的裝置包括高頻直流電源、反應容器3、陽電極、產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5、壓線輪2、放線機1、收線機6以及電機7，如圖1所示；

所述產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5是由作為陰電極的兩個銅管51和一個安裝固定架52組成；安裝固定架52是一個非封閉式的長方體結(jié)構(gòu)，銅管51的一端固定安裝在安裝固定架52的一個平面上，另一端固定安裝在與該平面相互平行的另一個平面上，且兩個銅管51在與銅管51平行的平面上的投影完全重合；兩個銅管51之間的間距為3mm～8mm，銅管51的長度為4cm～15cm，即可處理碳纖維布的寬度為4cm～15cm；

各部件之間的連接關系：電解液4加入到反應容器3中，產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5和陽電極分別浸入電解液4中，且陰電極和陽電極分別與電源連接；壓線輪2的數(shù)量為四個，浸沒于電解液4中的兩個壓線輪2用于固定碳纖維布的位置并保證碳纖維布從兩個銅管51之間的空隙順利地穿過，安裝在反應容器3側(cè)壁頂端的兩個壓線輪2用于將碳纖維布引入以及引出電解液4并控制碳纖維布的走向；放線機1、收線機6以及電機7均在反應容器3的外部，電機7驅(qū)動放線機1和收線機6工作，放線機1用于釋放碳纖維布，收線機6用于收卷碳纖維布。

所述反應容器3、產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5中的安裝固定架52、壓線輪2、收線機6的軸輪以及放線機1的軸輪的材料均為pvc材料。

實施例1

利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的具體步驟如下：

(1)將偏鋁酸鈉溶解到去離子水中，配制濃度30g/l的電解液4；將配制的電解液4加入到反應容器3中；

(2)將產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5以及作為陽電極的高純石墨板浸入電解液4中，且陰電極與陽電極分別與高頻直流電源連接；打開高頻直流電源，對陰電極和陽電極施加160v電壓，形成穩(wěn)定的等離子弧區(qū)；

(3)在電機7的驅(qū)動下，放線機1釋放碳纖維布，碳纖維布經(jīng)由反應容器3側(cè)壁頂端上的一個壓線輪2引入到電解液4中，碳纖維布再經(jīng)過浸入電解液4中的兩個壓線輪2以0.08m/s的速度勻速穿過兩個銅管51之間的空隙，碳纖維布再經(jīng)過反應容器3側(cè)壁頂端上的另一個壓線輪2后被收線機6收卷，收卷的碳纖維布上沉積了一層連續(xù)、均勻且厚度為120nm的氧化鋁陶瓷涂層；

其中，兩個銅管51之間的距離為5.5mm，兩個銅管51的長度均為4cm。

實施例2

利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的具體步驟如下：

(1)將硅酸鈉溶解到去離子水中，配制濃度50g/l的電解液4；將配制的電解液4加入到反應容器3中；

(2)將產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5以及作為陽電極的高純石墨板浸入電解液4中，且陰電極與陽電極分別與高頻直流電源連接；打開高頻直流電源，對陰電極和陽電極施加360v電壓，形成穩(wěn)定的等離子弧區(qū)；

(3)在電機7的驅(qū)動下，放線機1釋放碳纖維布，碳纖維布經(jīng)由反應容器3側(cè)壁頂端上的一個壓線輪2引入到電解液4中，碳纖維布再經(jīng)過浸入電解液4中的兩個壓線輪2以0.01m/s的速度勻速穿過兩個銅管51之間的空隙，碳纖維布再經(jīng)過反應容器3側(cè)壁頂端上的另一個壓線輪2后被收線機6收卷，收卷的碳纖維布上沉積了一層連續(xù)、均勻且厚度為150nm的二氧化硅陶瓷涂層；

其中，兩個銅管51之間的距離為3.0mm，兩個銅管51的長度均為15cm。

實施例3

利用銅管輔助的陰極等離子電解制備涂層的具體步驟如下：

(1)將硝酸鋁溶解到去離子水中，配制濃度60g/l的電解液4；將配制的電解液4加入到反應容器3中；

(2)將產(chǎn)生等離子弧區(qū)的部件5以及作為陽電極的高純石墨板浸入電解液4中，且陰電極與陽電極分別與高頻直流電源連接；打開高頻直流電源，對陰電極和陽電極施加260v電壓，形成穩(wěn)定的等離子弧區(qū)；

(3)在電機7的驅(qū)動下，放線機1釋放碳纖維布，碳纖維布經(jīng)由反應容器3側(cè)壁頂端上的一個壓線輪2引入到電解液4中，碳纖維布再經(jīng)過浸入電解液4中的兩個壓線輪2以0.05m/s的速度勻速穿過兩個銅管51之間的空隙，碳纖維布再經(jīng)過反應容器3側(cè)壁頂端上的另一個壓線輪2后被收線機6收卷，收卷的碳纖維布上沉積了一層連續(xù)、均勻且厚度為100nm的氧化鋁陶瓷涂層；

其中，兩個銅管51之間的距離為8mm，兩個銅管51的長度均為10cm。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。