镀银纤维制备工艺及其织物性能的研究进展*

2014-03-26林梦梦王云仪

产业用纺织品 2014年7期

林梦梦王云仪，2

(1.东华大学服装·艺术设计学院，上海，200051;2.东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室，上海，200051)

随着科技的进步和人民生活水平的提高，人们越来越重视纺织品的卫生性能和保健性能，各种新型纺织材料不断涌现。银纤维具有屏蔽辐射、抗菌除臭等特性，是当代新的功能纤维研究及应用的热点之一。

银纤维按照制备方法不同，主要可分为镀银纤维和纳米银纤维两种。镀银纤维是利用高分子材料表面金属化技术在纺织纤维表面镀银得到的，而纳米银纤维是通过在纤维成形过程中添加超细银粒子得到的。因此，镀银纤维有天然银的各种功能特性，而纳米银纤维中的银微粒因其分布在纤维内部及外表面使其在抗菌除臭、防电磁辐射等特性方面的优势不如镀银纤维［1］。本文介绍了镀银纤维的制备工艺，总结了镀银纤维织物在防电磁辐射、抗菌性和抗静电性方面的研究进展，为镀银纤维的开发及其织物的优化设计、应用提供参考。

1 镀银纤维的制备工艺

1.1 纤维外镀金属技术

镀银纤维是通过在普通纺织纤维表面进行适当预处理后再对纤维表面实施镀银而制得的。除镀银外，还可以镀铜、镍等。纤维外镀金属技术主要分化学镀、电镀和真空镀［2］。化学镀所需的机械设备及其工艺流程相对于电镀比较简单，且能在多种非金属基材上沉积，得到的镀层外观良好［3］，但在化学镀生产过程中会产生含重金属离子的污水，会受到环境保护的制约［2］。

按照非金属材料表面经预处理之后进行化学镀时反应机理的不同，化学镀可以分为还原法、置换法和“自组装法”三种。还原法是利用Ag+和Pd的氧化-还原作用直接在预处理之后的基材表面镀上银层，操作简单，依然是目前研究的重点;置换法是先在非金属材料的表面镀一层还原性较强的金属(如铜、锡等)，之后利用置换反应获得材料表面的镀银层;“自组装法”是银镀层与非金属表面依靠共价键结合，该方法操作复杂，限制条件多［4］。本文主要对化学镀中还原法镀银工艺进行介绍。

1.2 工艺流程及要点

还原法制备镀银纤维的流程［3］是：

原丝→除油→水洗→烘干→粗化→水洗→烘干→氧化-还原→水洗→烘干→上油→定型→卷绕→镀银纤维。

镀银纤维制备工艺的要点包括纤维表面除油处理、粗化处理以及镀银液的配制等。

除油是为了除去纤维表面的油剂及污垢，方法包括有机溶剂除油和碱性溶液除油。后者的除油时间比前者长，但无毒、不燃。

粗化是为了使纤维获得微观上粗糙不平的表面，进而增大银层和纤维之间的接触面，提高结合强度。粗化液可用硫酸、铬酸、磷酸等配制而成。

硝酸银是最常用的银盐，但其水溶液非常不稳定，易分解产生Ag2O沉淀，加入氨水可避免Ag2O沉淀，形成银氨络合物。

还原剂的种类很多，反应速度不一，选择合适的还原剂非常重要［3］。

1.3 纤维镀银前后结构和性能的变化

杨庆等［3］研究了聚酯纤维在镀银前后结构和性能的变化，发现镀银后纤维强度略有下降，纤维结构基本上没有改变，但熔点提高。镀银前聚酯纤维表面较为光滑、平整，镀银后纤维表面覆盖了一层银鞘，银粒子粗糙导致纤维表面呈现出凹凸的形态，且纤维外观上呈现泛金属光泽的银黄色。镀银后纤维表面所覆盖的银层较为紧密，无断开的裂痕，纤维的导电性能优良。

张浴晖等［5］测试了聚酰胺-6纤维镀银前后的物理性能。结果发现，聚酰胺-6纤维在镀银前后的强度和伸长率变化不大。纤维在镀银后表面包覆一层金属银，银的导电性非常好，导致纤维的电阻率明显下降。

2 镀银纤维织物的性能

2.1 防电磁辐射

电子、电器设备的大量使用，在给人们带来便利的同时，也产生了大量不同波长和强度的电磁波，威胁到了生态环境和人们的身体健康，其累积作用会引发各种病变［6］，被称为“无形杀手”［7］。

防电磁辐射纺织面料是目前广泛使用的一种较为有效的电磁波屏蔽材料，现已大量应用于电子电器设备的遮盖、军事装备的遮障、电磁波屏蔽服等方面。防电磁辐射纺织面料的生产加工技术可分为金属镀覆技术、导电纤维混纺技术和化学络合技术，其中用化学络合技术制得的织物电磁波屏蔽效能相对较低［6］。目前国内产业化的防电磁辐射纺织面料主要是金属纤维混纺类面料［6］，例如不锈钢纤维和普通纺织纤维混纺、导电的合成纤维与普通纺织纤维混纺。不锈钢纤维混纺纺织品的电磁屏蔽性能一般可以达到30 dB，但手感、风格和染色性能会受到影响。采用导电合成纤维可以实现更优异的电磁屏蔽效果［8］。

防电磁辐射织物的作用原理是限制电磁能量从织物的一侧空间传递到另一侧空间，该种防护原理与传统屏蔽材料类似。反射和吸收是织物防电磁辐射的主要机理。低频时，织物屏蔽效能主要由反射决定，因此织物导电性越好，反射越强，屏蔽效能也会越好;高频时，屏蔽效能主要由电磁波在织物内部传播时的吸收损耗决定［9］。

银屏蔽纺织品包括镀银纤维纺织品和纳米银纤维纺织品。镀银纤维纺织品使用广泛，其梭织产品防电磁辐射作用较好，其针织产品穿着舒适性更佳;而纳米银纤维纺织品在生产时存在纳米微粒团聚等问题，且防电磁辐射性能不如前者［1］。杨惠卿［10］对三种含有镀银纤维的面料进行屏蔽性能测试，发现对于同一类型的面料，其镀银纤维含量越高，织物的屏蔽效果越好;面料组织结构紧密，则织物屏蔽性能更好。谢勇等［11］研究发现，双层织物中镀银长丝的配置方式对其屏蔽效能有很大影响，镀银长丝相互垂直形成网格的织物其屏蔽效能远远大于镀银长丝平行排列形成的织物。

2.2 抗菌性

织物抗菌整理和使用抗菌纤维是赋予纺织品抗菌性的两种方法。使用抗菌纤维能够克服织物抗菌整理功能耐久性差和影响织物舒适性的缺点，是目前开发抗菌纺织品的主要手段［12］。银是无机抗菌材料，具有安全性高、使用寿命长、无挥发性、对环境无污染和广谱抗菌等多项优点［13］。阻断细菌生理过程是金属银的杀菌机理。在温暖又潮湿的环境下，银离子的生物活性非常高，这使得银离子很容易与其他物质结合，导致细菌细胞膜内外的蛋白质凝固，进而阻断细菌细胞的呼吸和繁殖过程。环境条件越温暖越潮湿，银离子活性越强［14］。在纤维表面镀银制成抗菌银纤维，具有抗菌除臭、医疗保健等特殊功能，已广泛应用于纺织服装、医疗卫生用品等各领域［13］。

李瑞洲等［15］研究发现，单质银抗菌能力有限，镀银纤维具有良好的抗菌性。敖利民等［12］研究发现，由于镀银纤维的抗菌溶出性良好，当抗菌纤维用量已经达到织物抗菌性能所需临界用量之后，含有镀银纤维的抗菌纱线可以在一定范围内以不同比例与其他纱线间隔排列使用，这种方法不会影响织物的抗菌性。余凤斌等［13］测试了含镀银纤维的织物的抗菌性，发现染整工艺会降低织物的含银量，但对其抗菌性影响不大，织物的抗菌性随镀银纤维含量的增加而增强，含4%镀银纤维的织物即可具有优异的抗菌性。刘国华等［16］利用镀银纤维/棉混纺纱在单面针织机上开发了几种抗菌针织面料。经测试，开发的面料具有良好的抗菌效果。

在纤维表面镀上银层能赋予织物良好的抗菌性，但镀银纤维价格高，大量混用会增加织物成本。只有精确控制镀银纤维用量，才能开发出具有市场竞争力的产品［15］。

2.3 抗静电性

纺织品的抗静电加工方法主要有三种：①应用抗静电整理剂;②纤维接枝改性或与亲水性纤维混纺和交织;③混纺和嵌织导电纤维。水的导电能力非常好，这使得纤维只要吸附少量水就能够提高材料的导电性。前两种加工方法正是基于这种原理，通过提高织物的回潮率，降低材料的绝缘性，从而加速静电泄漏。第三种加工方法是通过电晕放电来实现消除静电的目的。静电荷积蓄在纤维表面，当其累加超过一定限度时会放出火花，于是产生静电危害［17］。导电纤维的抗静电机理主要是当导电纤维接近带电体时，利用电场引起自身电晕放电，使静电中和，属于放电效应［18］。

王学芹［7］研究发现，镀银纤维含量是织物抗静电性的主要影响因素。织物表面电荷面密度随镀银纤维含量增加而下降，当镀银纤维的含量达到一定值时，织物抗静电性的提升就没有那么明显。敖利民等［19］也发现，织物电荷面密度随镀银纤维含量增加而减小，但间隔嵌织非功能性纱线会影响其变化趋势。当镀银纤维含量相同时，短纤混纺织物的抗静电性能优于长丝交捻、交织织物，在设计抗静电织物时可优先考虑短纤混纺纱线。

3 镀银纤维的应用

镀银纤维是导电纤维的一种，既具有导电性又具有一般纺织纤维的性能。此外，因其表面镀有银层，镀银纤维还有防电磁辐射、抗菌、抗静电等功能，现已应用于多个领域。如可用于制备医疗用品，其安全、高效、广谱和持久的抗菌性能在高致病环境中有助于抵御病菌侵害人体，还可作为电磁屏蔽纺织材料应用在电子、通信、军工等领域［2］。

若单独使用镀银纤维，在织造、整理时需要小张力，否则容易产生断头。目前市场上的镀银纤维都呈银灰色，设计时要注意色彩的搭配［20］。此外，银易氧化，镀银纤维织物在染整加工中应采用温和的工艺。建议洗涤后的熨烫温度应在80℃以下，且不宜蒸汽熨烫，保存时需注意防潮、密封和避免阳光照射［1］。

4 结语

随着人们生活质量的提高，对于纺织品的清洁、健康等方面日益受到重视，鉴于镀银纤维有诸多特性，人们对于该种材料的需求必将与日俱增，但镀银纤维应用成本较高。随着相关研究的深入，应进一步准确把握镀银纤维织物的防电磁辐射、抗菌、抗静电等性能，并以此为依据设计最低混用比例等最优工艺参数，在保证纺织品性能的前提下降低成本，使得镀银纤维制品更具有市场竞争力。对镀银纤维织物进行工艺创新与优化设计之后，未来将会有更多镀银纤维制品出现，其市场前景也将更加广阔。

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