论文部分内容阅读
本文以中间相沥青基炭纤维化学镀铜填充ABS树脂,热压成型制备Cu-CF/ABS复合材料。首先考察传统SnCl2敏化、PdCl2活化(Pd/Sn活化)处理对炭纤维化学镀铜的影响,采用SEM、EDS、XRD等表征方法,研究了 Cu-CF的镀层厚度、Cu-CF界面结构对其导电性能的影响。重点探究了以硅烷偶联剂(Silan)接枝敏化、PdCl2活化(Pd/Silan活化)处理对炭纤维化学镀铜的影响,采用FTIR、TG、XPS等方法,研究了 Pd/Silan活化处理对化学镀铜作用机理;并采用SEM、纤维强伸仪、微欧姆计对Cu-CF的界面结合,导电性能及拉伸性能进行分析。同时研究了 Cu-CF/ABS复合材料导电、导热及界面粘接性能。研究工作及取得的主要结果如下:(1)化学镀铜过程中,随着施镀时间的延长,晶粒由球形颗粒长大为不规则的块状晶粒,镀层厚度随之增加,镀层结构也更加致密。施镀在80min时,晶粒平均尺寸增加到37 nm,同时镀层厚度相应增加到716 nm。随着镀层厚度的增加,纤维与镀层的界面结合减弱,镀层厚度在119nm～394nm时,镀层与纤维之间呈现较好的界面结合。其中,镀层的微晶结构与镀铜厚度影响Cu-CF导电性能,随着晶粒尺寸增大与镀层厚度的增加,Cu-CF的电阻率从2.24×10-4 Ω·cm降低至1.74×10-5 Ω·cm。(2)炭纤维偶联处理时间影响硅烷在其表面的接枝效果,随着偶联时间的增加,低聚合硅烷缩合成硅烷高聚体,使其在纤维表面的接枝效果降低,炭纤维偶联2h时效果最佳。炭纤维经Pd/Silan活化后,其硅氧烷分子末端的氨基-NH2出与Pd2+发生化学缔合,形成的N-Pd配位键提高了镀层与纤维的粘接强度。通过Pd/Silan活化制备的镀铜炭纤维,其表面的镀层均匀致密,镀层与炭纤维紧密粘结,镀铜炭纤维的导电性能也得到提高。而且,炭纤维表而的镀层降低了纤维强度的离散,使炭纤维具有更好的拉伸稳定性。(3)镀铜炭纤维与树脂粘接紧密,纤维表面纳米厚度的镀层提高了纤维与树脂的界面结合。随着镀铜纤维含量的增加Cu-CF/ABS复合材料的硬度增大,同时复合材料的电阻率急剧降低,镀铜纤维含量为20%时,复合材料电阻率降低至5.87×10-5Ω·cm,比CF/ABS复合材料的电阻率降至3个数量级。此外,镀层厚度影响复合材料的电阻率,随着镀层厚度的增加复合材料电阻率降低,镀层厚度在695 nm时,复合材料的电阻率降到最低(0.12 Ω·cm)。温度高于热转变温度Th时,Cu-CF/ABS复合材料出现负温度效应(NTC),Cu-CF含量在20%时,复合材料具有较好的温敏性能。Cu-CF/ABS复合材料在平面与截面方向的热导率具有显著的各向异性,炭纤维表面的镀层使复合材料截面方向的热导率提高,Cu-CF含量为10%时复合材料截面方向的热导率可达1.57 W/m·K。