环氧树脂基复合材料表面金属化处理及其性能探讨
                     张天才1,涂兴文2,王信3,吴键1,陈亮1
    (1.中国兵器工业第五九研究所,重庆400039; 2.空军驻西南地区军事代表室,重庆400021;3.中国人民解放军驻256厂军代室,重庆400050)
    摘要：采用特殊的表面活化处理方法对环氧树脂基复合材料进行处理,然后采用电镀工艺在复合材料表面沉积铜-镍复合镀层,并对复合材料金属镀层附着力、环境适应性能和电磁屏蔽性能进行了测试分析。结果表明,金属层与复合材料基材结合良好;经过温度冲击试验,金属镀层无起泡、开裂、脱落等缺陷;通过雷达波反射特性测试,表面金属化处理的复合材料与金属具有相同的雷达波反射特性,可用于防静电性、电磁屏蔽性要求较高的包装材料。
    关键词：复合材料;金属化;防静电;电磁屏蔽
    中图分类号：TB485.9; TB487　文献标识码：A　文章编号：1001-3563(2009)09-0064-03
    电子战已成为现代战争中一个重要的组成分,世界各国竟相开发出各种电子对抗技术,使得电子战已突破了通讯、雷达等以自卫为目的的干扰范畴,向着指挥、指控、光电及计算机等诸多体系间的对抗发展。现代战场的电磁环境日益恶劣,特别是当电磁波穿透武器系统的敏感器件时,极易使指挥控制系统失效或指令错误,或使火工品、弹药、电爆装置、电子引信等在电磁能量的作用下发生燃烧爆炸,严重影响武器装备的安全和使用性能。
    环氧树脂基复合材料具有质轻、比强度高、耐腐蚀、耐老化、高性价比、成型工艺简便等优点,在巡航导弹、火箭炮等武器装备上大量应用。传统的环氧树脂基复合材料由于介电常数低,属于绝缘材料,透波率较高,已不能满足现代战争中武器装备对电磁屏蔽性能的要求。因此,对环氧树脂基复合材料进行表面金属化处理,使其具有金属般的导电性和微波不透过性,是材料应用过程中的研究重点。
    电镀是实现复合材料表面金属化的一种有效技术,在金属和非金属表面处理中有广泛的应用。但环氧树脂基复合材料由于环氧树脂的耐酸腐蚀性能优异,采用普通的电镀工艺很难实现其表面金属化。通常采用表面喷涂导电涂料、成型时贴金属膜共同固化或直接喷涂金属的方法[1],但存在电磁屏蔽性能不理想、工艺复杂不易控制或成本太高等缺点,目前国内尚未见到环氧树脂基复合材料电镀的相关报道。本文采用一种特殊的环氧树脂基复合材料表面活化处理技术,在不影响材料成型工艺、成分和性能的前提下,采用现有成熟的塑料件电镀工艺,实现大型环氧树脂基复合材料构件表面的金属化,目前已取得工程化应用。
    1　试验
    1.1　电镀工艺[2]
    环氧树脂基复合材料电镀工艺流程见图1。
           
    环氧树脂基复合材料电镀中的关键工艺包括复合材料表面的特殊活化处理、粗化和敏化。复合材料活化主要利用自制试剂对材料表面进行处理,降低材料表面的耐酸腐蚀性,使其电镀工艺的粗化效果达到与塑料件相同。粗化工艺是提高镀层与基材附着力的关键,采用的粗化溶液为CrO3-H2SO4型,粗化温度控制在60~80℃,粗化时间为5~10min。敏化主要是在经过粗化的复合材料表面吸附一层易于氧化的金属离子,为下一步进行化学镀镍提供结晶中心,敏化时间为15 ~20min。电镀工艺的各阶段主要材料和配比见表1。
               
    1.2　性能测试
    1.2.1　镀层与基材附着力测试
    取完成电镀后的复合材料试板,按GB /T 5270-2005的规定,采用手工在试板镀层上用切割刀具切割间隔2mm的6条平行线,切割时应划透镀层到复合材料基材,然后观察试验面上各平行线间的任一镀层是否从复合材料基材上剥落。
    1.2.2　温度冲击试验
    取完成电镀后的复杂曲面复合材料构件,按GJB150.5的要求进行温度冲击试验。
    试验条件:高温70℃1h,低温-55℃1h为1个循环,转换时间不大于5min,3个循环试验后观察镀层有无起泡、开裂、脱落现象。
    1.2.3　盐雾试验
    取完成电镀后的复合材料试板,按GB /T 1771-1991进行盐雾试验。
    试验条件:在温度35℃,连续喷5%的氯化钠盐雾,试验240h后,观察镀层有无起泡、开裂、脱落现象。
    1.2.4　电磁屏蔽性能试验
    取相同规格尺寸的未金属化处理的复合材料试板(构件)、完成电镀后的复合材料试板(构件)、金属试板(构件),按GJB5022室内场雷达目标散射特性测试方法测试材料对微波的反射特性。
    2　结果与分析
    2.1　镀层与基材附着力测试结果
    试验后镀层与基材之间无剥离和剥落,表明镀层与基材之间的附着力优异,能满足实际使用要求。
    2.2　温度冲击试验结果
    复合材料构件按GJB 150.5的要求进行温度冲击试验后,经目视检测,镀层无起泡、开裂、脱落等现象,表明表面金属化后的复合材料可在温度变化剧烈的环境下应用,具有较好的环境适应性能。
    2.3　盐雾试验结果
    表面金属化复合材料经240h盐雾试验后,经目视检测,镀层无起泡、开裂、脱落等现象,表明材料满足盐雾试验的要求,基本能满足海洋气候条件下的应用要求。
    2.4　电磁屏蔽性能试验
    标准金属板和表面金属化复合材料在(8~12)GHz的微波反射特性测试曲线见图2,3。金属试板是良导体,介电常数较高,对微波全反射,属于不透波材料,电磁屏蔽性能优异。从图3可以看出,表面金属化复合材料的微波反射特性曲线与金属试板相比基本一样,表明树脂基复合材料经金属化处理后,变成了不透波材料,对微波全反射,是一种优良的电磁波屏蔽材料,可用于武器装备的电磁屏蔽,同时也可以用于防静电性能要求较高的构件的制备。
           
           
    3　结论
    1)采用特殊活化处理技术对环氧树脂基复合材料进行表面处理,在不影响材料成型工艺、成分和性能的前提下,采用现有成熟的塑料件电镀工艺,可实现复合材料的表面金属化,且金属镀层与复合材料基材结合良好,可满足实际应用需求。
    2)表面金属化的复合材料经过温度冲击、盐雾试验后,金属镀层无起泡、开裂、脱落等现象,表明该材料满足国军标相应环境适应性的要求,可在多种环境条件下应用。
    3)通过与金属试板的微波反射特性对比分析,表面金属化复合材料与金属具有相同的雷达波反射特性,是一种优良电磁波屏蔽材料,可用于防静电性和电磁屏蔽性要求较高的构件的制备。
    参考文献:
    [1]　吴利英,高建军,靳武刚.树脂基复合材料制件表面金属化技术探讨[J].塑料科技,2001,(6):25-27.
    [2]　肖蔚鸿.非金属材料表面金属化方法[J].矿产保护与利用,2004,(3):28-31.