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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:洪祥鑫
研究生(外文):Hsiang-Hsin Hung
論文名稱:碳纖維複合材料表面噴塗片狀鍍銀銅粉/環氧樹脂導電塗料之導電性及其硫酸銅浴電鍍特性研究
論文名稱(外文):A study on electric conductivity of a conductive paint with silver-coated copper flakes in epoxy and the paint on carbon fiber reinforced plastic surface for copper electroplating in copper sulfate bath
指導教授:汪俊延
指導教授(外文):Jun-Yen Uan
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:材料科學與工程學系所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:碳纖維複合材料鍍銀銅粉導電漆鍍銅
外文關鍵詞:carbon fiber reinforced plasticsilver-coated copper flakesconductive paintelectroplating copper
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本實驗以不同比例片狀鍍銀銅粉/環氧樹脂混合成導電塗料,噴塗於碳
纖維複合材料表面,藉由導電塗料的導電性施行硫酸銅浴鍍銅,以避免傳
統碳纖維複合材料表面化學鍍銅的繁複流程及缺陷。
實驗結果顯示,碳纖維/環氧樹脂複合材料圓管表面電阻值約1.279x10-3
Ω.㎝ 2,無法以硫酸銅鍍浴進行直接電鍍,導電漆鍍銀銅粉含量低於20%不
具有連續導電通路,電鍍後鍍層無法完整批覆導電漆表面;含30%鍍銀銅
粉導電漆表面可形成完整鍍層批覆,40%以上銀銅粉導電漆電阻值可達10
-5
Ω•cm2,銀銅粉含量越高,電阻值越低(70%、1.265 x10
-5
Ω•cm2),鍍層平
整性越佳,結合性越好(4.97 Mpa), 50%鍍銀銅粉導電漆鍍銅具有最佳陰極
效率92.9%。
當導電通路不足時,電沉積銅在導電漆表面,放電點處成核,受整平
效應影響形成島型細顆粒狀結晶,鍍層朝橫向成長;若導電通路完整時,
放電點完整覆蓋導電漆表面,電沉積銅在導電漆表面均勻成核形成群聚細
顆粒狀或樹枝狀晶體,鍍層完全批覆導電漆表面,鍍層朝垂直基材方向成
長;導電漆表面鍍銅層XRD 分析結果為100(43.22˚)、34(50.32˚)、18(74.07˚)。
The study used different weight percent conductive paint with silver-coated copper
flakes in epoxy on carbon fiber reinforced plastic surface , employ the electric conductivity of
paint for copper electroplating in copper sulfate bath to avoid the complex processes and
surface defects of electro-less plating on carbon fiber reinforced plastic surface.
The result of the experiment , the electric resistance of carbon fiber reinforced plastic
tube surface is about 1.279x10-3Ω.㎝ 2 , it can’t plated copper with copper sulfate bath. There
is not having continuous electric conduction net and complete electroplate layer of conductive
paint while the silver-coated copper flakes less than 20 weight percent in epoxy. There is
complete electroplate layer of the conductive paint while the silver-coated copper flakes more
than 30 weight percent in epoxy. The electric resistance of conductive paint while the
silver-coated copper flakes more than 40 weight percent in epoxy is 10-5Ω.㎝ 2. There is lower
electric resistance(70%、1.265 x10-5Ω.㎝ 2),smooth electroplate surface and better combine
while the conductive paint having higher weight percent of silver-coated copper flakes in
epoxy. The conductive paint of 50 weight percent silver-coated copper flakes in epoxy had
better cathode efficiency.
The copper electrodeposited on electrics discharge point of conductive paint coated
surface while the conductive paint had not enough of electric conduction net. The electroplate
layer was fine island crystal and transverse growth by leveling effect. The electric discharge
point is uniform distributed over conductive paint while the conductive paint had enough
electric conduction net. The copper uniform electrodeposited fine particle or branch crystal on
conductive paint surface. The electroplate layer was full covered with conductive paint
surface and vertical growth of substructure. The XRD of copper electroplated on conductive
paint surface was 100(43.22°)、34(50.32°)、18(74.07°).
總目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
總目錄 iii
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 序論 1
1-1 前言 1
1-2 台灣碳纖維複合材料發展 2
1-3 研發動機 3
1-4 碳纖維輥輪優點 3
1-5 碳纖維輥輪表面處理 6
1-5-1碳纖維輥輪表面金屬化目的 6
1-5-1碳纖維輥輪表面金屬化方式 8
1-5-1碳纖維輥輪表面金屬化的限制 10
1-6 導電漆電鍍法 11
第二章 理論與文獻回顧 16
2-1 CFRP表面金屬化 16
2-2電鍍 16
2-2-1電極電位 17
2-2-2過電壓 18
2-2-3電流分佈與鍍層分佈 20
2-2-4鍍層成長 21
2-3鍍銅 24
2-3-1硫酸銅鍍浴 24
2-3-2添加劑影響 25
2-4非導體表面金屬化 26
2-4-1 ABS塑膠電鍍 27
2-5導電高分子 29
2-5-1添加型導電高分子 30
2-5-2本質型導電高分子 30
2-6添加型導電塗料 32
2-6-1基體樹脂選擇 32
2-6-2導電顆粒選擇 34
2-6-3溶劑與助劑的選擇 37
2-7導電塗料導電特性 39
2-7-1體積電阻 39
2-7-2表面電組 39
2-7-3靜電衰減速率 40
2-8添加型導電塗料導電原理 41
2-8-1熱膨脹效應 44
第三章 實驗器材及實驗流程 45
3-1實驗材料與藥品 45
3-2實驗儀器設備 47
3-3實驗流程 48
3-4碳纖維複合材料圓管製造 49
3-5導電漆調配及導電漆塗裝 50
3-6表面研磨 52
3-7表面電阻值 53
3-8硫酸銅電鍍 54
3-9鍍層結合力測試 57
3-10電流效率 58
3-11 X-ray分析 58
第四章 結果與討論 59
4-1不同銀銅粉含量對導電漆特性之影響 59
4-1-1不同銀銅粉含量導電漆剖面顯微組織觀察 59
4-1-2不同銀銅粉含量對導電漆表面電阻值之影響 66
4-2不同銀銅粉含量對導電漆表面電鍍特性之影響 71
4-2-1不同銀銅粉含量對導電漆表面電鍍銅層外觀觀察 71
4-2-2不同銀銅粉含量對導電漆表面電鍍效率之影響 75
4-2-3導電漆表面電鍍鍍層成長模式 77
4-2-4不同銀銅粉含量對導電漆表面電鍍銅顯微組織之影響 85
4-2-5不同銀銅粉含量對導電漆表面電鍍銅結合強度之影響 90
4-2-6不同銀銅粉含量導電漆表面電鍍銅XRD分析 92
第五章 結論 96
第六章 參考文獻 98

表目錄
表1 - 1各種材質輥輪特性比較(面寬:4000mm、荷重:200kg/4000mm) [7] 5
表2 - 1常用基體樹脂體積電阻率[33] 33
表2 - 2常用金屬體積電阻率[30] 34
表2 - 3常用導電顆粒種類[34] 35
表3 - 1碳纖維圓管規格 45
表3 - 2片狀鍍銀銅粉規格 45
表3 - 3不同比例鍍銀銅粉/環氧樹脂導電漆配方 51
表3 - 4硫酸銅鍍浴操作條件 55
表4 - 1銀銅粉重量百分比 V.S. 體積百分比對照表 65
表4 - 2不同比例銀銅粉導電漆表面電阻值(單位:Ω•cm2) 67
表4 - 3不同比例銀銅粉導電漆表面陰極電流效率(5A/dm2、3hrs) 76
表4 - 4 30%~70%導電漆表面電鍍銅結合強度 90
表4 - 5 不同比例導電漆鍍銅層XRD繞射強度百分比(5A/dm2、3hrs) 92
表5 - 1 導電漆XRD分析結果 97

圖目錄
圖1 - 1各種材質輥輪跨矩V.S.變形量關係圖 [8] 5
圖1 - 2碳纖維滾輪應用-印刷機械[8] 7
圖1 - 3碳纖維滾輪應用-薄膜機械[8] 7
圖1 - 4碳纖維滾輪應用-造紙機械[8] 8
圖1 - 5 a、碳纖維輥輪 b、碳纖維輥輪鍍銅 c、碳纖維輥輪鍍硬鉻 d、碳纖維輥輪剖面[14] 9
圖1 - 6導電漆電鍍法示意圖1-成型碳纖維輥輪 13
圖1 - 7導電漆電鍍法示意圖2-噴塗導電漆 13
圖1 - 8導電漆電鍍法示意圖3-導電漆表面研磨 14
圖1 - 9導電漆電鍍法示意圖4-電鍍功能性底材(銅) 14
圖1 - 10導電漆電鍍法示意圖5-電鍍功能性薄膜(硬鉻) 15
圖2 - 1 winand diagram[25] 23
圖2 - 2聚乙炔結構式[32] 31
圖2 - 3吸附在銅粉表面的偶合劑分子結構[36] 38
圖2 - 4導電塗層電阻率與溫度關係[29] 41
圖2 - 5導電塗層電阻率與導電顆粒添加量關係[29] 42
圖3 - 1片狀鍍銀銅粉SEM照片 46
圖3 - 2實驗流程圖 48
圖3 - 3碳纖維圓管捲製成型示意圖 49
圖3 - 4砂布帶研磨機示意圖 52
圖3 - 5四點探針原理 53
圖3 - 6 Mitsubishi Chemical 低阻抗率計 MCP-T610型 53
圖3 - 7導電漆鍍銅流程圖 54
圖3 - 8電鍍作業操作示意圖 56
圖3 - 9鍍層結合力測試裝置 57
圖4 - 1 10%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 61
圖4 - 2 20%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 62
圖4 - 3 30%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 62
圖4 - 4 40%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 63
圖4 - 5 50%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 63
圖4 - 6 60%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 64
圖4 - 7 70%銀銅粉導電漆OM剖視圖(400X) 64
圖4 - 8銀銅粉重量百分比 V.S. 體積百分比關係圖 65
圖4 - 9不同銀銅粉含量表面平均電阻值 67
圖4 - 10碳纖維圓管表面電阻值及電阻平均值 68
圖4 - 11 30%銀銅粉導電漆表面電阻值及電阻平均值 68
圖4 - 12 40%銀銅粉導電漆表面電阻值及電阻平均值 69
圖4 - 13 50%銀銅粉導電漆表面電阻值及電阻平均值 69
圖4 - 14 60%銀銅粉導電漆表面電阻值及電阻平均值 70
圖4 - 15 70%銀銅粉導電漆表面電阻值及電阻平均值 70
圖4 - 16 10%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 72
圖4 - 17 20%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 72
圖4 - 18 30%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 73
圖4 - 19 40%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 73
圖4 - 20 50%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 74
圖4 - 21 60%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 74
圖4 - 22 70%銀銅粉導電漆表面鍍銅外觀(5A/dm2、3hrs) 75
圖4 - 23不同比例導電漆表面陰極電流效率(5A/dm2、3hrs) 76
圖4 - 24 10%導電漆鍍銅-局部導電點成核(5A/dm2、3hrs) 78
圖4 - 25 20%導電漆鍍銅-鍍層橫向成長(5A/dm2、3hrs) 78
圖4 - 26 20%導電漆鍍銅-鍍層相連(5A/dm2、3hrs) 79
圖4 - 27導電通路不足鍍層成長示意圖-放電點成核 79
圖4 - 28導電通路不足鍍層成長示意圖-放電點成長 80
圖4 - 29導電通路不足鍍層成長示意圖-鍍層橫向成長 80
圖4 - 30導電通路不足鍍層成長示意圖-鍍層橫向成長增厚 81
圖4 - 31導電通路不足鍍層成長示意圖-鍍層橫向成長相連 81
圖4 - 32 50%導電漆鍍銅(5A/dm2、5mins) 82
圖4 - 33 50%導電漆鍍銅(5A/dm2、15mins) 83
圖4 - 34導電通路完整鍍層成長示意圖-導電漆表面均勻成核 83
圖4 - 35導電通路完整鍍層成長示意圖-鍍層橫向成長相連 84
圖4 - 36導電通路完整鍍層成長示意圖-鍍層垂直成長 84
圖4 - 37 10%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 86
圖4 - 38 20%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 87
圖4 - 39 30%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織-1(400X) (5A/dm2、3hrs) 87
圖4 - 40 30%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織-2(400X) (5A/dm2、3hrs) 88
圖4 - 41 40%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 88
圖4 - 42 50%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 89
圖4 - 43 60%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 89
圖4 - 44 70%銀銅粉導電漆表面鍍銅剖面顯微組織(400X) (5A/dm2、3hrs) 90
圖4 - 45 30%~70%導電漆表面電鍍銅結合強度 91
圖4 - 46 30%導電漆XRD分析(5A/dm2、3hrs) 93
圖4 - 47 40%導電漆XRD分析(5A/dm2、3hrs) 93
圖4 - 48 50%導電漆XRD分析(5A/dm2、3hrs) 94
圖4 - 49 60%導電漆XRD分析(5A/dm2、3hrs) 94
圖4 - 50 70%導電漆XRD分析(5A/dm2、3hrs) 95
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