一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法和装置与流程

本发明涉及纤维表面处理领域，特别是一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法和装置。

背景技术：

1、纳米碳纤维如碳纤维、碳纳米管纤维，被誉为21世纪的“新材料之王”，具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温、耐辐射、热膨胀系数小等优异性能。在纤维的每根单丝上包裹纳米厚度金属层，不仅保持了其基体的优异性能，而且提高了纤维的导电、导热性能，所制备的金属复合纤维在航空航天、新能源、装备等方面有非常广阔的应用前景。

2、金属复合纤维的制备方法有磁控溅射法、电化学沉积法、涂敷法等等，其中电化学沉积具有设备简单、镀速快、成本较低、污染小等优点。由于纤维导电性差和纤维之间的集束效应，导致单丝连续沉积不均匀。

3、相似专利：

4、一种镀镍碳纤维及其制备工艺 申请号2020112724419

5、一种在碳纤维表面化学镀镍的方法 申请号2014102387254

6、碳纤维连续电镀方法 申请号2015105296849

7、大丝束纤维的高均匀金属化方法、设备及大丝束纤维申请号zl 2022104958211。

8、现有技术专利文件主要存在以下缺点：(1)束丝不够松散、电场线分布不均匀导致纤维单丝表面金属厚度不均匀、不连续；(2)由于纤维有效导电距离小，直接大电流沉积导致表面金属镀层太厚，整体力学保持率下降，密度大、脆性大；(3)纤维表面金属的形核速率和生长速率失衡，导致金属与碳界面的结合力差；(4)多槽沉积反应不利于纤维展丝，同时摩擦点增多增加了纤维的断丝。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法和装置。

2、实现上述目的本发明的技术方案为，一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法和装置，包括溶液存放组件，所述溶液存放组件内设置有溶液，所述溶液内设置有可溶性阳极a，所述可溶性阳极a上方设置有带孔盖板b，所述带孔盖板b上方设置有若干个绝缘滚轮，所述绝缘滚轮上方设置有若干个导电滚轮，所述导电滚轮连接有直流电源。

3、作为本技术方案的进一步描述，所述绝缘滚轮分别为a1、a2、a3、a4、a5。

4、作为本技术方案的进一步描述，所述导电滚轮分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。

5、作为本技术方案的进一步描述，所述直流电源分别为r1、r2、r3、r4、r5。

6、作为本技术方案的进一步描述，所述绝缘滚轮与所述导电滚轮的直径均为100mm～300mm，所述导电滚轮表面镀银、表面光洁度ra＜1.0。

7、作为本技术方案的进一步描述，导电滚轮s1和导电滚轮s2、导电滚轮s2和导电滚轮s3、导电滚轮s3和导电滚轮s4、导电滚轮s4和导电滚轮s5、导电滚轮s5和导电滚轮s6、导电滚轮s6和导电滚轮s7之间的距离10cm～20cm，其中导电滚轮s1和导电滚轮s2为独立电源，导电滚轮s3和导电滚轮s4为独立电源，其他的导电滚轮s4、导电滚轮s5、导电滚轮s6均为共用电源，纤维与绝缘滚轮间的水平角度＜60°。

8、作为本技术方案的进一步描述，所述直流电源的阳极和可溶性阳极a连接，所述带孔盖板b上设置有若干个圆孔，圆孔直径20～30mm，相邻两个圆孔间距离5mm。

9、作为本技术方案的进一步描述，直流电源r1电流密度为0.1～0.5a/dm2，直流电源r2的电流密度为0.5～1.0a/dm2，直流电源r3的电流密度为1.5～2.0a/dm2，直流电源r4的电流密度为2.0～3.0a/dm2，直流电源r5的电流密度为3.0～5.0a/dm2。

10、作为本技术方案的进一步描述，所述可溶性阳极a产生电场线e1，电场线e1经过通孔后变得有序。

11、一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法，包括以下步骤：

12、步骤一：将所有导电电极置于溶液上方，保持水平状态，纤维经过放线装置后从导电滚轮s1进入，依次穿过绝缘滚轮a1、导电滚轮s2、导电滚轮s3、绝缘滚轮a2、导电滚轮s4、绝缘滚轮a3、导电滚轮s5、绝缘滚轮a4、导电滚轮s6、绝缘滚轮a5、最终从导电滚轮s7进入收卷装置，目的是让纤维丝束充分展开，纤维展开后宽度是原纤维的4～6倍。

13、步骤二：所有滚轮尺寸直径100mm～300mm、导电滚轮表面镀银、表面光洁度ra＜1.0，设置各组导电滚轮s1和导电滚轮s2、导电滚轮s2和导电滚轮s3、导电滚轮s3和导电滚轮s4、导电滚轮s4和导电滚轮s5、导电滚轮s5和导电滚轮s6、导电滚轮s6和导电滚轮s7之间的距离10cm～20cm，其中导电滚轮s1和导电滚轮s2、导电滚轮s3和导电滚轮s4为独立电源，其他的导电滚轮s4、导电滚轮s5、导电滚轮s6均为共用电源，纤维与绝缘滚轮间的水平角度＜60°。

14、步骤三：将直流电源r1～直流电源r5的阳极和阳极a连接，为了使a1释放的电场线均匀化，将pp板表面进行圆孔处理，圆孔直径20～30mm，圆孔间距离5mm，将其置于阳极板a上方，电场线e1经过通孔后变得有序。

15、步骤四：为了提高纤维导电性效率，降低金属原子与纤维之间的晶面间距，电源r1的电流密度为0.1～0.5a/dm2，低电流密度能够确保金属原子的生长速率＞形核速率，电源r2的电流密度为0.5～1.0a/dm2，电源r3的电流密度为1.5～2.0a/dm2，电源r4的电流密度为2.0～3.0a/dm2，电源r5的电流密度为3.0～5.0a/dm2，

16、步骤五：为了增强纤维与金属间的界面结合力、提高纤维的导电性，所有电解液均采用相应含有被镀金属的高纯度饱和溶度(如饱和硫酸铜溶液浓度385g/l)，无需任何添加剂，沉积的金属原子尺寸越大，金属间的界面越小，减少电子传输的晶界散射，纤维的导电性越高。

17、其有益效果在于，本发明提供了连续纤维表面纳米金属化的制备方法和装置，在单槽内部采用多组滚轮、上下装置调节实现纤维丝束的分散，通过调控导轮间距离以及电极共用方式，提高纤维的导电效率，通过调节电场线方向实现电场线的均匀分布，降低纤维表面的尖端效应，通过控制电流密度和溶液浓度实现金属原子的均匀沉积，在纤维表面形成连续纳米厚度金属膜，既保持了纤维原有的优异性能，又提高了纤维与金属界面结合力。

技术特征：

1.一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，包括溶液存放组件，所述溶液存放组件内设置有溶液，所述溶液内设置有可溶性阳极a，所述可溶性阳极a上方设置有带孔盖板b，所述带孔盖板b上方设置有若干个绝缘滚轮，所述绝缘滚轮上方设置有若干个导电滚轮，所述导电滚轮连接有直流电源。

2.根据权利要求1所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述绝缘滚轮分别为a1、a2、a3、a4、a5。

3.根据权利要求1所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述导电滚轮分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。

4.根据权利要求1所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述直流电源分别为r1、r2、r3、r4、r5。

5.根据权利要求1所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述绝缘滚轮与所述导电滚轮的直径均为100mm～300mm，所述导电滚轮表面镀银、表面光洁度ra＜1.0。

6.根据权利要求3所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，导电滚轮s1和导电滚轮s2、导电滚轮s2和导电滚轮s3、导电滚轮s3和导电滚轮s4、导电滚轮s4和导电滚轮s5、导电滚轮s5和导电滚轮s6、导电滚轮s6和导电滚轮s7之间的距离10cm～20cm，其中导电滚轮s1和导电滚轮s2为独立电源，导电滚轮s3和导电滚轮s4为独立电源，其他的导电滚轮s4、导电滚轮s5、导电滚轮s6均为共用电源，纤维与绝缘滚轮间的水平角度＜60°。

7.根据权利要求4所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述直流电源的阳极和可溶性阳极a连接，所述带孔盖板b上设置有若干个圆孔，圆孔直径20～30mm，相邻两个圆孔间距离5mm。

8.根据权利要求4所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，直流电源r1电流密度为0.1～0.5a/dm2，直流电源r2的电流密度为0.5～1.0a/dm2，直流电源r3的电流密度为1.5～2.0a/dm2，直流电源r4的电流密度为2.0～3.0a/dm2，直流电源r5的电流密度为3.0～5.0a/dm2。

9.根据权利要求7所述的一种多通道连续纤维表面纳米化的装置，其特征在于，所述可溶性阳极a产生电场线e1，电场线e1经过通孔后变得有序。

10.一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种多通道连续纤维表面纳米化的制备方法和装置，装置包括溶液存放组件，溶液存放组件内设置有溶液，所述溶液内设置有可溶性阳极A，所述可溶性阳极A上方设置有带孔盖板B，所述带孔盖板B上方设置有若干个绝缘滚轮，所述绝缘滚轮上方设置有若干个导电滚轮，所述导电滚轮连接有直流电源。本发明在单槽内部采用多组滚轮、上下装置调节实现纤维丝束的分散，调控导轮间距离以及电极共用方式，提高纤维的导电效率，调节电场线方向实现电场线的均匀分布，降低纤维表面的尖端效应，通过控制电流密度和溶液浓度实现金属原子的均匀沉积，在纤维表面形成连续纳米厚度金属膜，既保持了纤维原有的优异性能，又提高了纤维与金属界面结合力。

技术研发人员：胡以恒,刘丹丹,胡艳红,李林
受保护的技术使用者：苏州信纳新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31