化学镀银导电涤纶织物的研究

董　猛，田俊莹，江　红

(1.天津工业大学纺织学部，天津 300387；2.深圳市昌硕新材料科技有限公司，广东深圳 518100)



化学镀银导电涤纶织物的研究

董猛1，田俊莹1，江红2

(1.天津工业大学纺织学部，天津 300387；2.深圳市昌硕新材料科技有限公司，广东深圳 518100)

摘要：以葡萄糖为还原剂，采用化学镀银法制备导电涤纶织物，研究了硝酸银浓度、葡萄糖浓度、乙醇浓度及反应时间对涤纶织物导电性能的影响，通过SEM和XRD图谱分析导电织物表面形貌与晶体结构，并测试其电磁屏蔽性能。结果表明，化学镀银涤纶织物具有优异的导电性能，且化学镀银后涤纶织物的电磁屏蔽性能明显增加。

关键词：涤纶织物化学镀银表面结构电磁屏蔽

金属化织物在制备导电织物、智能纺织品、电磁屏蔽服、抗菌抗静电服等方面有着潜在应用[1]。近年来，金属化织物成为研究功能性纺织品的热点之一，常用的织物金属化方法有磁控溅射法、金属涂层法、金属纤维混纺、化学镀法等，其中化学镀设备简单、容易操作、具有深镀能力，是有效的织物表面金属化方法[1-5]。

织物化学镀覆主要有镀银、镀铜、镀镍及其复合镀等，化学镀银织物导电性能优异、抗菌性好，备受关注[4]。本文采用化学镀银的方法对涤纶织物进行金属化，选择葡萄糖为还原剂，乙醇为稳定剂，探索了硝酸银浓度、葡萄糖浓度、乙醇浓度及反应时间对镀银织物导电性能的影响，并对其表面结构进行分析。

1实验

1.1实验材料与仪器

实验材料：白色涤纶平纹织物为基布，经纬密120×180根/英寸，克重61.9g/m2。

硝酸银(天津市科密欧化学试剂有限公司)；氢氧化钠(天津市风船化学试剂科技有限公司)；氯化亚锡(天津市科密欧化学试剂有限公司)；氨水(天津市风船化学试剂科技有限公司)；无水乙醇(天津市风船化学试剂科技有限公司)；氯化钯(天津市赢达稀贵化学试剂厂)；葡萄糖(天津市赢达稀贵化学试剂厂)；以上试剂均为分析纯。

实验仪器：SE602F电子天平(奥新斯仪器(上海)有限公司)；U3402A半台式数字万用表(美国安捷伦Agilent Technology公司)；HG-TC100B震荡水浴锅(上海梅香仪器有限公司)；DZF-6090真空干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；S4800冷场发射扫描电子显微镜(日本日立公司)；78～1型磁力加热搅拌器(Datacolor公司)；VDR-P01等离子表面处理机(广东韦达尔科技有限公司 )；ZNB40矢量网络分析仪(ROHDE&SCHWARZ)

1.2化学镀银涤纶织物的制备

镀银工艺流程：

(1)将涤纶织物在30%乙醇溶液和去离子水中超声清洗10min，60℃烘干；(2)去油后的涤纶织物进行等离子体处理，设置工艺参数为真空度50Pa，功率250W，时间3min。(3)将粗化的涤纶织物在含10g/L氯化亚锡和0.5mol/L的盐酸溶液中，温度30℃，敏化处理20min，去离子水冲洗至pH=7。(4)配置浓度为0.25g/L的氯化钯溶液，加入适量的盐酸(浓度2.5mL/L)，磁力搅拌加热，直到氯化钯完全溶解，将敏化后的织物放入氯化钯溶液中，活化一段时间后取出，用去离子水冲洗至pH=7。(5)配置一定浓度的硝酸银溶液，浴比约1:100，根据反应方程式计算氢氧化钠量，将2.5g/L的氢氧化钠溶液缓缓加入硝酸银溶液中，搅拌均匀，生成棕褐色沉淀，充分反应后，慢慢滴加氨水溶液，直至反应液清澈，制得银氨溶液，pH约为13。活化后的涤纶织物放在银铵溶液中一段时间。配置葡萄糖还原液，设置还原液与银铵溶液体积比为1:1，向银铵溶液中滴加葡萄糖还原液，用磁力搅拌器搅拌，再将所镀织物平铺放入反应液中，进行反应。(6)用去离子水洗至pH=7，在真空干燥箱内烘干。

1.3测试与表征

1.3.1表面电阻

采用自制铜块电极，使用万用表测试不同位置上镀银织物的表面电阻，计算单位长度的电阻值，测量5次取平均值。

1.3.2化学镀银织物增重率

对化学镀银涤纶织物，测试镀银后，其增重变化。m2为化学镀银后织物质量，m1为镀银前的质量。增重率=(m2/m1-1)×100%。

1.3.3X射线衍射(XRD)

采用X射线衍射仪(XRD)对化学涤纶织物的结晶性结构进行表征。

1.3.4织物表面形貌观察

采用场发射扫描电子显微镜分析镀银涤纶织物表面的形态特征。

1.3.5织物电磁屏蔽性能测试

采用德国ZNB40网络分析仪测试涤纶织物及化学镀银织物的屏蔽效能，分析其电磁屏蔽性能。

2结果与讨论

2.1化学镀银表面电阻影响因素的分析

2.1.1葡萄糖浓度的影响

设置AgNO3溶液浓度为8g/L，乙醇浓度60mL/L，反应时间1h，反应温度30℃，葡萄糖浓度分别为3g/L、5g/L、8g/L、10g/L、12g/L，随着葡萄糖浓度的增加，镀银涤纶织物增重率和表面电阻变化如图1所示。

图1　葡萄糖浓度对镀银织物表面电阻和增重率的影响

由图1可知，随着葡萄糖浓度的增大，镀银织物的增重率逐渐增加，导电性能增强，在葡萄糖浓度为10g/L时，其表面电阻约0.9Ω/cm，葡萄糖浓度再增加时，镀银织物的增重率和导电性能有所下降，当硝酸银量一定，葡萄糖量过大时，其还原速率大，在反应液中直接生成银，发生团聚，沉积到织物上的银量下降，导电性能降低。

2.1.2硝酸银浓度的影响

设置葡萄糖浓度为10g/L，乙醇浓度60mL/L，反应时间1h，反应温度30℃，硝酸银浓度分别为4g/L、6g/L、8g/L、10g/L、12g/L，AgNO3浓度对镀银织物表面电阻和增重率的影响如图2所示。

图2　硝酸银浓度对镀银织物表面电阻和增重率的影响

反应液中银离子浓度对化学镀银的影响较大， 由图2可知，当AgNO3的浓度较低时，织物表面沉积的单质银较少，增重率小，在织物表面所形成的银膜层还未完全连续，其表面电阻相对较大。当AgNO3浓度逐渐增加时，沉积到织物上的银增多，增重率增加，导电性能增加，AgNO3浓度10g/L后，织物增重率增加缓慢，表面电阻值逐渐趋于平衡，当AgNO3浓度为12g/L时，镀银织物的表面电阻值为0.43Ω/cm。

2.1.3氧化还原反应时间的影响

设置AgNO3溶液浓度为12g/L，葡萄糖浓度为10g/L，乙醇浓度60ml/L，反应温度30℃，氧化还原反应时间为10min、20min、30min、50min、60min。化学镀银反应时间对织物增重率和表面电阻的影响如图3所示。

图3　反应时间对镀银织物表面电阻和增重率的影响

由图3可知，在30min内，随着镀银时间的增长，其增重率上升快，表面电阻值下降很大，当反应时间超过30min后，织物表面电阻下降不明显，说明基本反应完全。

通过观察化学镀银过程颜色变化可知，在银铵溶液中加入配置好的还原剂后，3min内反应液成土黄色，接着成灰色，约10min后成黑色浑浊液，反应30min后，反应溶液逐渐澄清，说明反应基本完成。

2.1.4乙醇浓度的影响

设置AgNO3溶液浓度为12g/L，葡萄糖浓度为10g/L，反应温度30℃，氧化还原反应时间为30min，还原液中乙醇浓度分别为20g/L、40g/L、60g/L、80g/L， 反应液中加入乙醇，可以起到稳定镀液的作用。乙醇浓度对织物增重率和表面电阻的影响如图4所示。

图4　乙醇浓度对镀银织物表面电阻和增重率的影响

由图4可知，从整体上看，乙醇浓度对镀银织物表面电阻和增重率影响与其他因素相比不是十分显著，在乙醇浓度为60g/L时，镀银织物的增重率和表面电阻值基本保持不变。

2.2织物表面形貌分析

扫描电子显微镜观察等离子体处理涤纶织物及化学镀银织物表面形态，如图5所示。

(a)等离子体处理涤纶织物×600(b)等离子体处理涤纶织物×10000

(c)化学镀银织物×600　　　(d)化学镀银织物×10000

观察图5，由(a)(b)可知，涤纶织物经过空气等离子体处理后，表面不再平整，等离子起到刻蚀作用，表面的凹坑有利于银膜层与纤维的结合，提高导电涤纶织物的结合牢度[6]。在其表面化学镀银后，由(c)(d)可以看出，银粒子形成膜层将涤纶纤维包裹，也有团聚的银粒子沉积在各纤维之间，高倍下观察单根纤维上包裹的银膜层之间有空隙，但基本连接紧密。

2.3X射线衍射(XRD)分析

由图6可知，织物化学镀银层为面心立方结构，分别在2θ=38.2°、44.4°、64.5°、77.5°、81.6°左右时出现银的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面特征衍射峰，化学镀银涤纶织物峰型特别尖锐，峰宽更窄，衍射峰的强度更强，镀银层中没有检测到银氧化态的存在，说明镀银的晶粒结晶质量更高，纯度更好。

图6　化学镀银织物XRD图谱

2.4电磁屏蔽性能测试

a 化学镀银涤纶织物；b 涤纶织物

图7涤纶织物及化学镀银涤纶织物的屏蔽效能随波长变化趋势图

由图7可知，涤纶原织物的屏蔽效能值非常小，经过化学镀银后，其屏蔽效能值显著增加，波长频率在250MHz～3000MHz范围内，屏蔽效能约35dB，具有有效屏蔽作用，可用于一般工业或商业用电子产品中。

3结论

(1)涤纶织物化学镀银中，随着织物增重率的增加，其导电性能增强。较优工艺为硝酸银浓度12g/L，葡萄糖浓度10g/L，乙醇浓度60g/L，反应时间30min，反应温度30℃时，表面电阻约0.26Ω/cm。波长频率在250MHz～3000MHz范围内，屏蔽效能约35dB，具有有效的屏蔽作用。

(2)通过SEM图片可以看出，涤纶纤维被银膜层紧密包裹，XRD图谱分析说明织物表面的单质银纯度高，结晶质量好，镀银层为面心立方结构。

参考文献

[1]张小娜，李卫斌，赵晓明.金属特性纤维及其在纺织上的应用研究[J]. 成都纺织高等专科学校学报，2016(1): 136-140.

[2]姜绶祥，郭荣辉，郑光洪. 涤纶织物上化学镀银的晶体结构与性能[J]. 电镀与涂饰，2009(7): 22-24.

[3]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.

[4]徐文龙，熊杰，徐勤，等. 化学镀银涤纶织物的制备及其性能[J]. 纺织学报，2011(9): 42-46.

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[6]李莉莉，王炜.巯基改性PET纤维及化学镀银电磁屏蔽布的研究[J]. 印染助剂,2011(3): 29-31.

Research on Electroless Silver Conductive Polyester Fabric

DONGMeng1,TIANJun-ying1,JIANGHong2

(1. Textile Department, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387;2. Shenzhen Changshuo New Material Technology Co., Ltd, Shenzhen 518100)

Abstract:Conductive polyester fabric was prepared by electroless silver plating with glucose as a reducing agent. The effects of concentration of silver nitrate, glucose concentration, ethanol concentration and reaction time on the conductive properties of polyester fabric were studied. The surface morphology and crystal structure of the silver coating were investigated by SEM and XRD. And electromagnetic shielding performance was also tested. The results showed that electroless silver plating polyester fabric had excellent electrical conductivity and electromagnetic shielding performance of polyester fabric was remarkably improved by electroless silver plating.

Key words:polyester fabricelectroless silversurface structureelectromagnetic shielding

中图分类号：TS153

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0073-04

通讯作者：田俊莹(1968-)，女，博士，副教授，硕士生导师。

收稿日期：2016-02-02

第一作者：董猛(1988-)，男，硕士研究生，研究方向：纺织品节能减排染整新技术的研发与应用。