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织物金属化学镀处理的研究

2015-03-21朱传龙黄时建

山东纺织科技 2015年4期
关键词:化学镀抗静电涤纶

朱传龙,黄时建

(上海工程技术大学, 上海 201620)

织物金属化学镀处理的研究

朱传龙,黄时建

(上海工程技术大学, 上海 201620)

文章选用芳砜纶和涤纶织物,采用化学镀铜来平衡和改善其不足性能。研究表明:在适宜的镀液浓度、反应温度、预处理方式的工艺条件下,不影响织物特定性能的同时提高了其抗静电性,并具有一定的时效性和服用性。

化学镀;抗静电;正交试验

芳砜纶纤维具有强度高、化学稳定性好,能耐多种酸、碱、有机溶剂的侵蚀,特别是优异的耐高温、阻燃、防紫外性能,但它价格昂贵和防静电效果差。涤纶纤维价格便宜但防静电的效果也差。织物金属化是织物防静电有效的方式,而常用的方法是化学镀。

化学镀最突出的优点是,无论镀件多么复杂,只要溶液能深入的地方即可获得厚度均匀的镀层,且很容易控制镀层厚度,不需要从外部供给电能,工艺连续、设备简单,投资少、操作简单、生产费用低、工程应用领域广泛[1]。化学镀工艺流程为:试样制备→脱脂→水洗→粗化→水洗→敏化→活化→化学镀→水洗→干燥。但目前纺织品表面化学镀技术的推广还需克服一些问题,如提高镀液稳定性、改善化学镀织物的服用性能和耐水洗性、减轻环境污染,以及深入研究化学镀对织物性能的影响等[2]。

1 试验方案及过程

1.1方案设计

考虑到使用单一化学镀方法可能对提高抗静电性的效果有限或会影响其他性能(如阻燃、服用等)或耐用性差,试验方案采用等离子体表面预处理和超声波辅助处理+化学镀的处理方法。等离子体表面处理的优点在于不影响其本体性能下,可以在短时间内改变材料的表面性能,如亲水性、粘接性、染色性、生物相容性及电性能等能得到改善,期望经等离子体处理后对材料的化学镀有更好的效果[3]。摒弃原化学镀繁琐工艺,现改用超支化聚酰胺与Ag+形成络合液直接进行活化,目的是在经过活化处理的织物表面吸附一层具有催化活性的银,使化学镀的还原反应能够在织物表面迅速均匀地进行。

试验方案采用3因素3水平的正交试验法,以镀液浓度、反应温度、前处理方式为A、B、C3因素,各因素的3个水平见表1。

表1 试验方案

1.2试验材料与仪器

PSA机织物(18.2×2/18.2×2 320/254),涤纶细布、STR/I等离子体实验仪,超声波机(kx-1700),ZC25-4兆欧表,FMX-003静电电位仪,DMR-1C型方阻仪,SW-24A耐洗色牢度试验机,HWS26电热恒温水浴锅,YG815B织物阻燃性能(垂直法)仪,YG461-III全自动透气量仪,Y802N八篮恒温烘箱。

1.3试剂

镀液(100%浓度):硫酸铜(20 g/L)、硫酸镍(2 g/L)、氢氧化钠(14 g/L)、酒石酸钠(90 g/L)、甲醛(10 mL/L)。

1.4试验工艺参数

活化:双浸双轧,烘培;

等离子处理:时间为3 min,极板间距为4.5 mm;

超声波处理:时间为30 min,频率为40 kHz。

镀铜:时间为30 min。

1.5试验测试指标

指标采用自主设计的电阻测试仪配以兆欧表测试织物的表面电阻、面间电阻;表面电阻又称表面比电阻,表示每平方面积电介质表面对正方形的相对二边间表面泄漏电流所产生的电阻,在试样一面以一定距离用兆欧表测试;面间电阻表示织物厚度方向的电阻,在试样两面用兆欧表测试;用静电测试仪测试织物摩擦起电电压[4]。

2 测试数据分析

2.1芳砜纶试验数据分析

2.1.1芳砜纶处理前后对比

芳砜纶处理前后指标数据对比见表2。

表2 芳砜纶处理前后对比

由表2可以看出,经过化学镀处理后芳砜纶重量有所增加、面间电阻、面面电阻、摩擦带电电压都有很大的下降,由于原布在方阻测试时测过了其测量范围,不能进行比较。这些变化说明了化学镀处理产生了较大的作用:①织物重量的增加说明织物镀上了铜;②芳砜纶织物内部、纱线与纱线接触的地方也有金属引起的面间电阻的下降,也正说明了只要溶液能接触的地方,就能发生氧化还原作用,金属铜就能沉积在其表面;③芳砜纶织物表面有金属铜的沉积,导致面面电阻的下降;④摩擦带电电压在处理后近似为0,在棉布摩擦后,电荷能迅速逸散,达到了芳砜纶抗静电的目的。

2.1.2芳砜纶极差与方差分析

通过对数据的极差分析得:增重的极差RA>RB=RC,所以因素影响主次程度为A>B=C,而均值IA,IIIB,IC最大,因此,在不考虑显著性差异的前提下,备选工艺方案是A1B3C1。同理,面间电阻的因素影响主次程度为B=C>A,备选工艺方案A2B1C1。面面电阻的因素影响主次程度为A=C>B,考虑工艺方便和成本的前提下,备选工艺方案是A2B1C1。静电摩擦带电电压的因素影响主次程度为C>B=A,备选工艺方案是A2B2C1。方阻的因素影响主次程度为A>C>B,备选工艺方案是A1B3C1,芳砜纶方差分析见表3。从表3中可以看出,增重的F比A=177.386,F比B=16.876,F比C=18.742都大于F0.1(2,2)=9,所以在90%的置信度上浓度、温度、前处理方式对增重有显著性的影响,备选方案是A1B3C1,方阻的F比A=188.90,F比B=69.80 F比C=115.17大于F0.1(2,2)=9,所以在90%的置信度上浓度、温度、前处理方式对增重有显著性的影响,备选方案是A1B3C1。其他指标均无显著性影响,工艺方案可以任选,因此增重和方阻的备选方案指标可以作为化学镀处理的较佳工艺方案,即浓度100%、温度45 ℃、前处理方式为等离子处理。

2.2涤纶试验数据分析

2.2.1涤纶处理前后对比

涤纶处理前后指标数据对比见表4。

由表4可以看出:经过化学镀处理后涤纶重量有所增加、面间电阻、面面电阻、摩擦带电电压都有很大的下降,由于原布在方阻测试时测过了其测量范围,不能进行比较。这些变化说明了化学镀处理产生了很大的作用:①涤纶织物重量的增加说明织物镀上了铜;②涤纶织物内部、纱线与纱线接触的地方也有金属引起的面间电阻的下降,也正说明了只要溶液能接触的地方,就能发生氧化还原作用,金属铜就能沉积在其表面;③涤纶织物表面有金属铜的沉积,导致面面电阻的下降;④摩擦带电电压在处理后近似为0,在棉布摩擦后,电荷能迅速地逸散,达到了涤纶抗静电的目的。

表4 涤纶处理前后对比

2.2.2涤纶极差与方差分析

通过对数据的极差分析得,增重的极差RA>RC>RB,所以因素影响主次程度为A>C>B,而均值IA,IIC,IIB最大,因此,在不考虑显著性差异的前提下,备选工艺方案是A1B2C2。同理,面间电阻的因素影响主次程度为A>B>C,备选工艺方案A1B1C3。面面电阻的因素影响主次程度为A>C>B,考虑工艺方便和成本的前提下,备选工艺方案是A1B1C3。静电摩擦带电电压的因素影响主次程度为B>A>C,备选工艺方案是A1B3C2。方阻的因素影响主次程度为A>C>B,备选工艺方案是A1B1C1,涤纶方差分析见表5。

从表5中可以看出,增重的F比A=28.876,F比B=1.381,F比C=1.829,F比A大于F0.1(2,2)=9,所以在90%的置信度上浓度对增重有显著性的影响,备选方案是A1B3C1,其他指标均无显著性影响,工艺方案可以任选,因此增重的备选方案指标可以作为化学镀处理的较佳工艺方案,即浓度100%、温度40℃、前处理方式为超声波+等离子处理。

2.3处理后织物的服用性能分析

经处理的芳砜纶织物和涤纶织物在皂洗和人工模拟海水交叉洗涤50次后表面电阻和面间指标几乎没变化,摩擦起电电压也均在0.5 kV,说明具有一定的时效性。化学镀后的芳砜纶和涤纶织物比原织物的透气性有所下降,但不是很明显。处理后的芳砜纶和涤纶织物的悬垂性下降,手感下降。

表5 涤纶方差分析

《GB/T 5455-1997纺织品 燃烧性能试验 垂直法》中对阻燃防护服用织物的燃烧性能要求为:损毁长度(经、纬向)≤150 mm、续燃时间(经、纬向)≤5 s、阴燃时间(经、纬向)≤5 s。试验后得处理后芳砜纶织物的阻燃性能完全符合国家标准。

3 结语

以化学镀处理改善织物的抗静电性,有如下结论:(1)化学镀能明显改善芳砜纶织物和涤纶织物的抗静电性能;(2)对于芳砜纶织物较佳的处理工艺方案是浓度100%、温度45℃、前处理方式为等离子处理,对于涤纶织物较佳的处理方案是浓度100%、温度40℃、前处理方式为超声波+等离子处理;(3)在皂洗和模拟海水交替洗涤后抗静电性几乎没有变化,该方法具有时效性,该方法在不改变原织物特殊性能的前提下,具有一定的服用性能。

[1]赵亚萍,蔡再生.化学镀在织物金属化处理中的应用[J].印染,2008,(12):39—42.

[2]胡雪玉,安琳,杨银英.纺织品表面化学镀综述[J].国际纺织导报,2010,(9):62—66.

[3]耿亮,李爽.等离子体处理改善织物化学镀铜的研究[J].产业用纺织品,2011,(6):37—39.

[4]陆肖莉.纺织品抗静电技术及测试评价方法的发展[J].中国纤检,2010,(10):61—63.

Research on Chemical Copper Plating on Textile

ZhuChuanlong,HuangShijian

(Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China)

The method of chemical copper plating was used to improve the performance of PSA and polyester. From the research, under the condition with suitable solution concentration, reaction temperature and pretreatment, the antistatic property was improved,as well as wearability.

chemical plating; antistatic; orthogonal test

2015-04-04

朱传龙(1992—),男,山东聊城人,硕士研究生。

TS195.5

A

1009-3028(2015)04-0049-05

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