化学镀镍导电涤纶织物的研究yd15209
傅雅琴 陈文兴 浙江丝绸工学院纤维分院，杭州310033
袁骏 季国振 浙江大学,杭州310027
本文收到日期：1998-06-30
浙江省自然科学基金资助项目
原载：浙江丝绸工学院学报，1993/3；1-5
【摘要】采用化学镀的方法制备镀镍导电涤纶织物.用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外（IR）、光电子能谱(XPS)分析仪等初步分析了镀镍导电涤纶织物的结构与性能，结果表明：镀镍导电涤纶织物具有良好的导电性、耐磨性及电磁波屏蔽效果。
【关键词】导电织物 聚对苯二甲酸乙二酯纤维 化学镀 镍
【中图分类号】TS195 59
0 前言
导电织物具有优良的消除和防止静电的性能和广泛的适用性，在电子工业日益发展的今天，越来越显示出其巨大的市场潜力，受到人们广泛的关注。根据涤纶织物的特性，可通过对织物进行粗化、活化和敏化处理，用化学镀的方法，使织物表面均匀地覆盖一层一定厚度的导电性能良好的金属，制得具有良好导电、导热、抗静电、高电磁屏蔽性能的镀镍导电涤纶织物[1]。本文将研究用镍涂覆涤纶织物，使其具有抗静电、导电、电磁屏蔽等性能。
1 实验
1．1 实验材料
织物：由杭州春光丝织厂生产的普通涤纶平纹布。
化学药品：氢氧化钠(CP)，氯化钯(AR)，氯化亚锡(CP)，水合硫酸镍(AR)，次磷酸二氢钠(AR)，络合剂，稳定剂等常规化学药品。
1．2 实验方法
1．2．1 镀镍导电涤纶织物的制备
制备镀镍金属化导电涤纶织物的工艺流程如下：
普通涤纶平纹织物→脱酯退浆→碱性预处理→敏化→活化→施镀(金属化)。
1. 2．2 织物的质量比电阻测定
将镀镍后的涤纶织物以5×5cm2的面积为单位，用校正过的数字万用电表测量其表面的电阻，取其两面的平均值，并计算其质量比电阻ρm= R·m／s，式中R为织物表面电阻，m为质量，S为面积。
1. 2．3 耐磨性测定
参照中华人民共和国纺织行业标准FZ／T 60012-93进行测定，以普通涤纶织物作磨料．磨擦20次为一个单位，正反面轮流磨擦，分别测定其表面电阻。
1．2．4 耐洗性测定
参照中华人民共和国纺织行业标准FZ／T 60014-93进行测定。将30×30cm2的试样装入涤纶绸缝制的耐久洗涤试样袋后．将袋口回折缝合．放入波轮式洗衣机内，加入陪试织物，使装布量达到1 kg，按1 g／L的用量加入标准洗涤剂，按1:40的浴比注入水位，洗涤10min后漂洗脱水计一次，在60℃下烘干，测其电阻。共测三组试样，取其平均值，每组试样洗涤22次。
1．2．5 电磁波屏蔽测试
在不同频率下用二极管选频放大器检测镀镍织物屏蔽下所显示的电流I 1，井与不放置镀镍织物下的电流I 0比较，计算分贝值。分贝值=10 lg ×I0/I1，并且由分贝值推导衰减率：
则, 衰减率=1-(10分贝值10)-1
1．2．6 扫描电镜(5EM)观察
对镀镍后的涤纶织物、镀镍后的单根涤纶纤维及磨损后的镀镍涤纶织物，进行真空喷镀金后，以适当的放大倍数拍摄电镜照片。
1．2．7 傅立叶红外(IR)测定
将碱性预处理后的未镀镍涤纶织物及镀镍后的涤纶织物分别制成粉末，在付立叶红外仪中测定两者的红外光谱。
1．2．8 光电子能谱(XPS)分析
将碱性预处理后的未镀镍涤纶织物和镀镍后的涤纶织物在ESCALABNK．II表面分析仪中测定光电子能谱。测试条件为：Al 电压15kV。
2 实验结果与讨论
2．1 镀镍导电织物的工艺探讨
由于涤纶纤维具有光滑的表面，很难在纤维上直接镀镍，必须经过碱减量处理，使纤维发生部分酯键断裂而在表面分布一些凹坑，提高其可湿润性，以增加金属膜与纤维的结合牢度：但练减率不宜太大，否则会使织物强力损失过重而失去实用价值。通过实验及模糊数学综合评判后认为，练减率控制在I6％ 左右为最佳。
敏化和活化的目的是为了在纤维表面形成催化活性中心，即Pd2++Sn2+=Pd+Sn4+．根据实验得到的织物外观、导电性、镀层牢度等，SnC12的浓度以20g／L，PdCI2的浓度以0．3g／L为宜。
镀液一般由金属离子、还原剂、络合剂和稳定剂组成。影响镀层质量的因素,除了镀液的浓度、各组分的配比外，还有镀液的温度、pH值和施镀时间。由于镍离子在镀液中是以络合形式存在的，因此，络合剂的浓度直接影响着反应速度：而pH的高低不但影响着金属离子与络合剂的络合性能，还影响着反应的电位和镀液的稳定性。镀液的温度既是保证镀液稳定的关键，也是影响反应速度的主要因素。根据实验结果，施镀的工艺条件为：水合硫酸镍30g／L，次磷酸二氢钠5g／L，络台剂25g／L，稳定剂5g／L，pH=8．5，温度为63±l℃ ，浸渍时间10min，浴比为1:100。
2．2 镀镍导电织物的性能研究
镀镍后的导电织物具有优良的导电性，其质量比电阻达10-3Ωg／cm3并且具有优良的耐
磨性能，其结果如图1。
从图I可以看出，当磨擦次数小于140次时， 电阻上升较缓慢．摩擦次数大于160次后,电阻上升幅度有所增大。当磨擦400次后，织物在外观上仍没有多大变化。当织物磨擦1500次以后，其质量比电阻仍保持在7 2 × 10-2Ωg／cm2。
镀镍后的织物的耐洗性结果如图2所示，从图2中可以看出，
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图1 镀镍织物耐磨性 |
图2 镀镍织物耐洗性 |
织物的质量比电阻随着洗涤次数的增加而略有增加，但即使洗涤20次，其质量比电阻仍保持在10-2Ωg/cm2数量级，显示了优良的耐久洗涤性。
表1为镀镍织物的电磁波屏蔽衰减率，从表1中可以看出．镀镍织物对电磁渡的屏蔽效果十分优良，在测定的2160～3360MHz中，其衰减率在99．7％以上。
表1 镀镍织物的电磁波屏蔽效果
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频率MHz |
2160 |
2360 |
2560 |
2760 |
2960 |
3360 |
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I0(µA) |
2.4×103 |
2.0×104 |
8.0×105 |
1.0×106 |
4.0×105 |
4.0×105 |
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I1(µA) |
5 |
6 |
3 |
2 |
6 |
4 |
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衰减率% |
99.79 |
99.97 |
99.996 |
99.9998 |
99.9985 |
99.999 |
2．3 镀镍导电涤纶织物的结构研究
图3、图4 图5分别为镀镍后织物截面形态 单根纤维截面形态和织物表面形态．从这些SEM 照片看，金属镍的镀层主要在纤维的表面，却镀层较为均匀。从放大10000倍的电镀照片图4看，镀层的厚度在O 6～1，0pm之间。
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图3 镀镍织物截面形态 |
图4 单根镀镍纤维截面形态 |
图5 磨损后镀镍织物表面形态 |
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图6、7分别为未镀镍和镀镍后涤纶织物的光电子能谱图。从中可以看出，镀镍后的涤纶
纤维表面成分主要为镍，在结合能为131．2eV处有一P2pl的光电子峰，但强度很弱。可见镀层中有少量的磷存在。这主要是由于本文中以次磷酸二氢钠作还原剂，施镀过程中存在如下反应：
从图6、7还可以看出，以Cls的结合能285e~为基准，束镀镍的涤纶纤维的01s的结合能
为532．7eV，而镀镍后的导电涤纶纤维的Ols的结合能为532．1eV，下降了0．6eV，而镍的主峰Ni2p3的结合能由标准的855eV，上升到856．3eV，这一变化可以说明：金属镍与纤维表面间存在着极性力的可能性。
图8,9分别为未镀和镀后涤纶织物的红外光谱图。从图8,9可见，两者图形的吸收峰的
波数位置有很好的重合性，只是图8中的C=0峰在1723cm-1处，而图9中的C=0峰在
1721cm-1 处，图8中的C-O-C峰在1261cm-1处，而图9中为1262cm-1处。这可解释为镍原
子在空间对羰基的吸收位置的影响，使羰基的双键能力略有减弱，从而使其向低波数处略有移
动，而碳基双键能力的减弱，增加了C-O-C键的作用力，从而使C-O-C的位置略向高波
数移动。这也可以说明纤维基团和金属镍之间存在着极性力的可能性。
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图6 未处理涤纶织物的光电子能谱图 |
图7 镀镍后涤纶织物的光电子能谱图 |
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图8 未镀镍涤纶织物的红外光谱 |
图9镀镍后涤纶织物红外光谱 |
3 结论
a．练减率的高低直接影响着镀层的质量和导电织物的使用性能。本文中涤纶织物的练减率以16％ 左右为最佳。
b．镀镍导电涤纶织物具有优良的导电性、耐磨性、耐洗性和高电磁波屏蔽性，在本文的测试范围内，电磁波屏蔽率高达99．7％ 以上。
c．金属镍的镀层主要在纤维表面，其厚度为0.6～1．0µm，镀层中的主要成份为镍，也存在着极少量的磷，金属镍与纤维表面之间存在着极性力的可能性。
参考文献
1 Lavoro VC．Advanced applications of metallized fiber for electrostatic discharge and radiation shiehling Journal of Coated Fabrics．1991．20(1)：153-155
2 郑利民，石英乔．碱性预处理对金属化聚酯导电纤维性能的影响.纺织基础科学学报．1994．7(1)：11-5
3 张叔良，易大年，吴天明．红外光谱分析与新技术．北京：中国医药科技出版社．]993．103-110
4 刘世宏，王当憨，潘承璜. X射线光电子能谱分析.北京：科学出版社，1988．67-82