PA66化学镀Ag、Ni电磁屏蔽材料的制备及性能研究

王 涛，黎学明，熊林利，徐 珂，杨文静，倪 婕

(重庆大学 化学化工学院，重庆 401331)

随着科技的迅速发展，日常中人们使用导航、通信、工业器械及家用电器等电子设备越来越多，这种人为电磁干扰源会不同程度的产生电磁辐射[1]。电磁辐射不仅造成精密仪器之间的相互电磁干扰(Electromagnetic Interference EMI)，而且对人体健康也会造成一定危害[2]。为了避免或减弱电磁辐射的影响，可使用电磁屏蔽材料进行防护。然而传统的金属电磁屏蔽材料加工性差、形状固定且密度大。因此，开发质量轻且易裁剪的织物屏蔽材料成为高效防电磁辐射的一个重要研究方向[3-4]。PA66(聚酰胺，俗称尼龙66)织物具有密度小、耐腐蚀、易加工且价格低的优点，所以实验选择用PA66做基底，制备轻质电磁屏蔽材料[5-7]。

目前，已经提出各种在纺织品上金属化制备电磁屏蔽织物技术，包括喷涂，溅射涂层，真空沉积，电镀和化学镀[8-10]。化学镀织物由于其具有优异的导电性和加工性，得到广阔的应用[11]。化学镀银织物除具有极强的导电和电磁屏蔽效能外，还具有制备工艺简单，但是银价格较贵。化学镀镍织物表面的金属镍化学稳定性好，同时具有稳定的导磁性，但是导电性没有银好[12]。所以选择化学镀Ag-Ni制备复合电磁屏蔽材料，可以结合两者的优势。

1 实验

1．1 实验材料

选用PA66平纹织物，纱线经纬密度Tj=Tw=3.3 tex，织物面密度为40g/m2。所用的化学试剂均为分析纯。

1．2 实验仪器

场发射扫描电子显微镜(JSM-7800F，日本)，X-射线光电子能谱仪(XRD-6000，日本)、综合物性测量仪(Dyna cool T，美国)、法兰同轴屏蔽效能测试仪(DR-SO1，中国)、AUTOL AB(AUTO302N，瑞士)。

1．3 PA66化学镀预处理

PA66基底呈疏水性、表面惰性及无润湿性等特点，表面活化能较高，很难直接进行化学镀，因此化学镀前必须对其进行表面预处理[13]。PA66单根纤维基底预处理主要示意图如图1所示，预处理溶液与操作条件如表1所示，所有反应温度均为室温，用蒸馏水做溶剂，其中每一处理步骤后均需用去离子水冲洗干净。

图1 PA66单根纤维基底表面化学镀前预处理示意图

表1 预处理配方及操作条件

1．4 PA66化学镀

表2 化学镀银的配方

化学镀银、镀镍溶液的基础配方见表2和表3。化学镀银液由银氨溶液组分和还原性组分组成，为了控制化学镀银的速度，还需加入一定量的稳定剂硫脲，反应时将银氨溶液逐滴加入还原液中，银氨溶液和还原体积比为1∶1。化学镀银的反应温度为15 ℃，化学镀镍的反应温度为65℃。

表3 化学镀镍的配方操作条件

2 结果与讨论

2．1 镀层质量和成分

表4显示了基底PA66， PA66/Ag(PA66化学镀银)，PA66/Ni(PA66化学镀镍)，PA66/Ag-Ni(PA66复合镀银-镍)和PA66/Ni-Ag(PA66复合镀镍-银)织物样品的重量。以PA66织物为基底制备的复合电磁屏蔽材料具有密度低的性能，远低于其它文献制备的屏蔽材料。结果表明，随着镀层的增加，织物样品的重量增加，这归因于化学镀过程的性质。同时可以看出相同条件下PA/Ag-Ni比PA/Ni-Ag的质量高，这表明Ni沉积于Ag上比Ag沉积于Ni上要相对容易。

表4 样品面密度(a)PA66，(b) PA66/Ag， (c)PA66/Ni，(d) PA66./ Ag-Ni，(e) PA66 / Ni-Ag

2．2 镀层的形貌分析

图2 不同镀层形貌 (a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni，(c) PA66/Ni-Ag， (d) PA66/Ag-Ni

采用化学镀在PA66表面沉积Ag， Ni， Ag-Ni，Ni-Ag后的形貌如图2所示，四种镀层表面都具有典型的球状结构。图2(a)PA66/Ag，可以观察到镀层有一定的厚度，但是局部会出现镀层厚度过厚而出现不均匀现象，单独镀Ag效果不好。图2(b)PA66/Ni，可以看出化学镀后，镀层不均匀，局部有团聚现象，镀层效果较差。图2(c)PA66/Ni-Ag，镀层表面均匀，覆盖较为完全，说明复合镀优于单层镀，但是整个织物表面平整度没有化学镀Ag-Ni好。图2(d)化学镀Ag-Ni具有良好的均匀性和致密性，颗粒尺寸均匀，且它们之间的间隙非常小。由此，说明PA/Ag-Ni表面镀形貌最好。

2．3 磁性能分析

图3 磁滞回线(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni，(e) PA66

图3为(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni，(e) PA66织物的磁滞回线。从图中可以看出除基底PA66织物和镀银PA66织物外其它三种镀层的PA66织物均具有一定的饱和磁化强度和较小的矫顽力。图中可以看出镀Ag层不存在磁的作用。PA66/Ag-Ni织物的饱和磁化强度(23 emu/g)明显高于单独PA66/Ni织物的饱和磁强度(18 emu/g)，这是因为复合镀有利于镍的沉积，可以沉积更多的镍层。而PA66/Ni-Ag织物的饱和磁化强度(11 emu/g)明显小于PA66/Ni织物的饱和磁强度(18 emu/g)和PA66/Ag-Ni织物的饱和磁化强度(23 emu/g)，这是因为镀镍层被表面覆盖。

2．4 电磁屏蔽性能分析

图4 电磁屏蔽效能 (a) PA66，(b) PA66/Ag， (c) PA66/Ni，(b) PA66/Ni-Ag， (d) PA66/Ag-Ni

图4显示了30-1500MHz频率范围内(a) PA66，(b) PA66/Ag，(c) PA66/Ni，(b) PA66/Ni-Ag， (e) PA66/Ag-Ni电磁屏蔽效能。图中(a)可以看出单独的PA66没有电磁屏蔽效能，图(b)和(c)单独镀屏蔽材料的屏蔽曲线较为平缓，波动较小。说明(b)PA66/Ag和(c)PA66/Ni织物在30～1500MHz范围内屏蔽效能比较平稳。PA66/Ag织物的屏蔽效能在28～30dB之间，PA66/Ni织物的屏蔽效能在36～40dB之间。(d)和(e)复合镀PA66织物在30～350MHz之间是随着时间的增大屏蔽效能增大，350～1500MHz屏蔽效能基本稳定。(d)PA66/Ag-Ni织物在30～350MHz屏蔽效能从46 dB涨到60dB，并且350～1500MHz屏蔽效能保持在60dB左右。(e) PA66/Ag-Ni织物比PA66/Ni-Ag织物的电磁屏蔽效能高，在30～350MHz屏蔽效能从46涨到71dB， 350～1500MHz屏蔽效能在65～70dB之间。说明PA66/Ag-Ni材料屏蔽性能也优于PA66/Ni-Ag屏蔽材料。

2．5 耐蚀性能分析

表5 样品的腐蚀性能

采用动电位极化测量来评估PA66镀层织物的耐腐蚀特性。在室温下，在质量分数为3.5%NaCl溶液中获得(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni织物的不同镀层动电位极化曲线如图5所示。 根据阴极和阳极Tafel曲线的交点计算腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流密度icorr，并将外推的阴极和阳极极化曲线制成表5。

对于任何极化曲线，还原反应主导阴极侧，氧化反应主导阳极侧。不同镀层PA66织物的动电位曲线具有相似的形状。图中所有样品的腐蚀电位基于作为参比电极的SCE电极，铂网作为辅助电极。发现PA66/Ag织物，复合PA66/Ni-Ag织物，镀PA66/Ni织物及PA66/Ag-Ni织物顺序腐蚀电位向更正方向移动，腐蚀电流正好相反。图5和表5表明，镀有Ni和镀Ni在表层有更好耐腐蚀性能，其中Ag-Ni沉积物具有最大的正腐蚀电位，最小的腐蚀电流密度和最高的极化电阻。因此，复合镀PA66/Ag-Ni织物具有最优异的耐腐蚀性。

图5 样品的极化曲线

3 结论

综上所述，通过对屏蔽机理的研究可知层状屏蔽材料的屏蔽性能是由材料的镀层质量和表面磁强度决定的，并且随着它们的增大而增大。本文经过预处理步骤后化学镀Ag、Ni的方法制备了性能优良的PA66轻质复合屏蔽材料。通过SEM， VSM、法兰同轴测试和Tafel测试揭示四种镀层的不同形态，所得到PA66/Ag、PA66/Ni、复合镀PA66/Ni-Ag、PA66/Ag-Ni织物在导电性，磁性，电磁屏蔽效能和耐腐蚀性能方面表现出不同的性能，其中复合镀PA66/Ag-Ni织物性能最为优异。