СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ НА МАТЕРИАЛАХ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН Российский патент 1996 года по МПК C22C1/09 

Изобретение относится к способам химической металлизации материалов из углеродных волокон (УВ) и может быть использовано для получения декоративных металлических покрытий.

Известные способы химической металлизации материалов из УВ включают в себя последовательные стадии предварительной обработки поверхности: обезжиривания, травления, сенсибилизации, активации и собственно процесс металлизации. После каждой стадии производится промывка водой. Активацию поверхности УВ производят растворами солей палладия с предварительной сенсибилизацией хлоридом олова. Л и соляной кислотой. [Пат. ФРГ N 3814506 C23C 18/30 СО8 J 71/00 от 9 11.89]
Известны беспалладиевые способы активации, которые применяют к другим полимерным материалам (АЭС-пластики, армированное стекловолокно, эпоксидные смолы и др. ). В качестве восстановителей при химической металлизации УВ и изделий N3 них применяют гипофосфит, боргидрид Na, гидразин, формальдегид [Пат. США N 386 7174 С23С 3/02 от 19.05.87]
Недостатком этих способов является трудоемкость процесса, обусловленная проведением большого числа последовательных технологических операций и необходимостью промывки обрабатываемого материала после каждой операции. Вторым недостатком является высокая стоимость активирующего раствора (солей палладия) в случае химической металлизации УВ или сложность состава активирующего раствора в случае беспалладиевой активации других полимерных материалов. Кроме того, наиболее часто применяемые восстановители, такие как боргидрид Na, гидразин, аминобораны отличаются низкой стабильностью в кислых средах и легкой воспламеняемостью продуктов разложения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ активации протравленной поверхности и последующей химической металлизации полипропилена, эпоксидных смол, ABC-пластиков и армированного стекловолокна [Пат. ФРГ N 3121015 С от 4.12.86г. Способ предусматривает проведение операций обезжиривания в течение 8 мин при температуре 70^oС с последующей промывкой; травления в течение 3 мин при температуре 30-35^oС с последующий промывкой; активации поверхности полимера в течение 12 мин при комнатной температуре с последующей бестоковой (20 мин/ком. Т) и гальванической (5 мин/ком. Т) металлизацией.

Для активации поверхности полимера используется предварительно приготовленный коллоидный раствор, содержащий агрегаты частиц металла (медь, никель, кобальт), полученный восстановлением солей соответствующих металлов боргидридом К в присутствии полиэтиленимина (1-10 г/л) и эфира фосфорной кислоты (0,01-2 г/л). Содержание металла в растворе-активаторе составляет 2-10 г/л, рН раствора 10-13. Толщина покрытия составляет 3 мкм при средней скорости металлизации 10 мкм/час.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа металлизации УВ, позволяющего добиться улучшения качества металлического покрытия и упрощения, удешевления технологического процесса.

Поставленная задача решена предлагаемым способом металлизации углеродных материалов, включающим травление волокна и металлизацию. причем металлизацию волокна проводят непосредственно за травлением хромовой смесью в ванне, содержащей диоксид тиомочевины (ДОТМ) или гидроксиметилсульфинат Na (ГМС) и хлорид никеля при следующем содержании компонентов:
диоксид тиомочевины или гидроксиметилсульфинат Na 1,6-2,0 моль/л
NiCl₂, 0,8-1,0 моль/л
вода до 1 литра.

При этом металлизации подвергается изделие из УВ, содержащее на поверхности остатки травильной смеси.

Способ реализуется следующим образом. Поверхность изделия из УВ подвергают травлению в течение 6 мин при температуре 60^oС 0,3 М раствором бихромата калия в концентрированной ( d 1,83 г/м³) серной кислоте, после чего изделие без промывки с остатками травильной смеси на поверхности погружают в ванну металлизации с водным раствором гидроксиметилсульфината натрия или диоксидом тиомочевины и хлоридом никеля. Протяженность данной стадии 3 мин, после чего изделие промывается водой и просушивается. После химической металлизации возможно проведение электрохимической металлизации известными способами. Предлагаемым методом можно получить матовые и блестящие покрытия никелем с толщиной слоя 4,5-5,2 мкм при средней скорости металлизации 24 мкм/час.

Пример 1. Изделие из УВ протравливают в течение 6 мин при 60^oС в смеси серной кислоты (d= l.83 г/м³) и бихромата калия (0,3 моль/л), после чего с остатками травильной смеси переносят в ванну металлизации с раствором NiCl₂ (0,8 моль/л) и гидроксиметилсульфината Na (1,6 моль/л). Время металлизации 3 мин, температура 80^oС. Получается гладкое равномерное покрытие никелем с толщиной слоя 4,5 мкм.

Пример 1а. Технологический процесс аналогичен примеру 1. В качестве восстановителя используют ДОТМ (1,6 моль/л). Получается гладкое равномерное покрытие с толщиной слоя 4,6 мкм.

Пример 2. Изделия из спрессованного УВ протравливают в течение 6 мин при 60^oС в смеси серной (d=1,83 г/м³) и бихромата калия (0,3 моль/л), после чего с остатками травильной смеси переносят в волну металлизации с раствором NiCl₂ (0,9 моль/л) и ронгалита (1,8 моль/л). Время металлизации 3 мин, температура 80198>С. Получается гладкое равномерное покрытие никелем с толщиной слоя 5,0 мкм.

Пример 2а. Технологический процесс аналогичен примеру 2. В качестве восстановителя используют ДОТМ (1,8 моль/л). Получается гладкое равномерное покрытие с толщиной слоя 5,1 мкм. Пример 3. Изделие из спрессованного УВ протравливают в течение 6 мин при 60 "С в смеси серной кислоты (d=1.83 г/м³) и бихромата калия (0,3 моль/л), после чего с остатками травильной смеси переносят в волну металлизации с раствором NiCl₂ (1 моль/л) и ронгалита (2 моль/л). Время металлизации 3 мин, температура 80^oС. Получается гладкое равномерное покрытие никелем с толщиной слоя 5,2 мкм.

Пример За. Технологический процесс аналогичен примеру 3. В качестве восстановителя используют ДОТМ (2 моль/л). Получается гладкое равномерное покрытие с толщиной слоя 5,4 мкм.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: улучшение качества покрытия. т.е. увеличение ее толщины, сокращение трудоемкости процесса благодаря совмещению стадий активации и химической металлизации и исключению операции промывки и приготовления специального активирующего раствора сложного состава или содержащего дорогостоящие компоненты (соли палладия). Возможность совмещения cтадии активации и металлизации обеспечивается применением восстановителей диоксида тиомочевины или гидроксиметилсульфината Na, устойчивых в кислых средах и не относящихся к легковоспламеняемым и токсичным веществам.

Использование: для получения декоративных металлических покрытий. Сущность изобретения: Предложен способ получения никелевого покрытия на материал из углеродных волокон, который включает травление и металлизацию, причем травление проводят в растворе, содержащем диоксид тиомочевины или гидроксиметилсульфинат натрия в количестве 1,6-2,0 моль/л и хлорид никеля - 0.8-1,0 моль/л. Остальное до литра составляет вода. Предложенный способ при повышении качества покрытия удешевляет технологический процесс.

Способ получения никелевого покрытия на материалах из углеродных волокон, включающий травление и металлизацию, отличающийся тем, что металлизацию проводят непосредственно за травлением в растворе, содержащем гидроксиметилсульфинат натрия или диоксид тиомочевины и хлорид никеля при следующем соотношении компонентов, моль/л:
Диоксид тиомочевины или гидроксиметилсулафинат натрия 1,6-2,0
Хлорид натрия 0,8-1,0
Вода Остальное