涤纶织物化学镀镍前处理粗化工艺的研究

发布时间：2016-09-10 11:08

  本文关键词：涤纶织物化学镀镍前处理粗化工艺的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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涤纶织物化学镀镍前处理粗化工艺的研究   佚名

1 前言
化学镀镍织物导电性好、屏蔽性能优良、可塑性好，是一种理想的电磁波屏蔽材料。它常用于制作屏蔽帐篷、墙布及防电磁辐射的服装、手套、帽子等，并已广泛用于计算机和控制中心，保证电子设备的正常运转，减少电磁波对环境的污染。为了得到良好的微波防护和屏蔽材料，根据有机织物的特性，需对织物进行粗化、活化和敏化预处理，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镍层，从而制得具有良好导电、导热、抗静电、高电磁屏蔽性能的镀镍导电涤纶织物。金属镀层与织物表面的结合强度是影响这类屏蔽材料应用的重要因素。为了提高金属镀层的结合力，通常以提高织物金属化处理前表面粗糙度的方法加以解决，这就需要选用良好的粗化工艺，而针对有机涤纶织物特点的专门粗化工艺配方尚少见报道。本文为满足产品要求，针对涤纶织物的粗化工艺，主要比较了3种粗化液对镀层性质、镀层与基体结合牢固程度的影响，对粗化后的形貌进行了比较分析，以便得到最优粗化工艺方案。
2 3种粗化液粗化效果比较
2．1 试验方法
本试验采用普通涤纶平纹织物为试样，尺寸为10 mm×10 mm×1 mm，100 s／L的氢氧化钠、苯酚(化学纯)和聚乙二醇-600(化学纯)等3种化学品为粗化液。将制备好的涤纶织物试样分别放入以上3种溶液，在温度60 cc时保温30 rain进行粗化。在试样粗化处理前先经除油处理，而粗化后再经敏化和活化的催化过程，使纤维表面充分吸附具有催化作用的钯核，再于含30 g／L NiSO4·6H2O、25 g／L NaH2PO2·H2O、40 g／L Na3C6H5O7-2H2O、50 g／L NH4C1、20 g／L稳定剂，温度为60 度，pH为9的化学镀镍溶液中施镀30 min。
用JSM840扫描电镜对镀镍后的涤纶织物表面形貌进行观察，并用TN．5500能谱仪对镀层成分进行分析。
将已镀好的织物放置在自制的非标摩擦实验台(图1)上，施加恒定的压力5 kg，以30次／min的频率往复等速推拉摩擦，用DT一100光电天平测得摩擦前后试样重量，失重越少表示结合力越好。

2．2 化学粗化液的选择
化学粗化的实质是对织物表面进行刻蚀，使表面形成无数凹槽、微孔，造成表面微观粗糙以增大基体的表面积，确保化学镀所需要的“锁扣效应”，从而提高镀层与基体的结合强度。化学粗化还可去除基体上的油污和氧化物及其它的粘附或吸附物，使基体露出新鲜的活化组织，提高对活化液的浸润性，有利于活化时形成尽量多的分布均匀的催化活性中心。
化学粗化町改变织物表面的微观几何形状和聚合分子的化学性质，在该表面上形成极性基，使表面成为亲水性，有利于织物与所镀金属的结合。常用的粗化液为极性有机溶剂，如苯酚、聚乙二醇等，也可采用100 g／L氢氧化钠等作为粗化液。但对于不同成分的织物，特别是适于涤纶粗化液的粗化效果尚无明显的比较数据，本文就3种粗化液的粗化效果进行比较试验。
2．3 3种粗化配方的试验结果
将涤纶织物在1o0 L NaOH溶液、100％苯酚和100％聚乙二醇-600中分别粗化处理后进行相同工艺化学镀，镀后测得织物增蓖质量即镀层的质量为l0 mg，并将镀后的织物试样进行摩擦实验，摩擦次数与织物试样失重质量的关系曲线如图2所示。


1 前言
化学镀镍织物导电性好、屏蔽性能优良、可塑性好，是一种理想的电磁波屏蔽材料。它常用于制作屏蔽帐篷、墙布及防电磁辐射的服装、手套、帽子等，并已广泛用于计算机和控制中心，保证电子设备的正常运转，减少电磁波对环境的污染。为了得到良好的微波防护和屏蔽材料，根据有机织物的特性，，需对织物进行粗化、活化和敏化预处理，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镍层，从而制得具有良好导电、导热、抗静电、高电磁屏蔽性能的镀镍导电涤纶织物。金属镀层与织物表面的结合强度是影响这类屏蔽材料应用的重要因素。为了提高金属镀层的结合力，通常以提高织物金属化处理前表面粗糙度的方法加以解决，这就需要选用良好的粗化工艺，而针对有机涤纶织物特点的专门粗化工艺配方尚少见报道。本文为满足产品要求，针对涤纶织物的粗化工艺，主要比较了3种粗化液对镀层性质、镀层与基体结合牢固程度的影响，对粗化后的形貌进行了比较分析，以便得到最优粗化工艺方案。
2 3种粗化液粗化效果比较
2．1 试验方法
本试验采用普通涤纶平纹织物为试样，尺寸为10 mm×10 mm×1 mm，100 s／L的氢氧化钠、苯酚(化学纯)和聚乙二醇-600(化学纯)等3种化学品为粗化液。将制备好的涤纶织物试样分别放入以上3种溶液，在温度60 cc时保温30 rain进行粗化。在试样粗化处理前先经除油处理，而粗化后再经敏化和活化的催化过程，使纤维表面充分吸附具有催化作用的钯核，再于含30 g／L NiSO4·6H2O、25 g／L NaH2PO2·H2O、40 g／L Na3C6H5O7-2H2O、50 g／L NH4C1、20 g／L稳定剂，温度为60 度，pH为9的化学镀镍溶液中施镀30 min。
用JSM840扫描电镜对镀镍后的涤纶织物表面形貌进行观察，并用TN．5500能谱仪对镀层成分进行分析。
将已镀好的织物放置在自制的非标摩擦实验台(图1)上，施加恒定的压力5 kg，以30次／min的频率往复等速推拉摩擦，用DT一100光电天平测得摩擦前后试样重量，失重越少表示结合力越好。

2．2 化学粗化液的选择
化学粗化的实质是对织物表面进行刻蚀，使表面形成无数凹槽、微孔，造成表面微观粗糙以增大基体的表面积，确保化学镀所需要的“锁扣效应”，从而提高镀层与基体的结合强度。化学粗化还可去除基体上的油污和氧化物及其它的粘附或吸附物，使基体露出新鲜的活化组织，提高对活化液的浸润性，有利于活化时形成尽量多的分布均匀的催化活性中心。
化学粗化町改变织物表面的微观几何形状和聚合分子的化学性质，在该表面上形成极性基，使表面成为亲水性，有利于织物与所镀金属的结合。常用的粗化液为极性有机溶剂，如苯酚、聚乙二醇等，也可采用100 g／L氢氧化钠等作为粗化液。但对于不同成分的织物，特别是适于涤纶粗化液的粗化效果尚无明显的比较数据，本文就3种粗化液的粗化效果进行比较试验。
2．3 3种粗化配方的试验结果
将涤纶织物在1o0 L NaOH溶液、100％苯酚和100％聚乙二醇-600中分别粗化处理后进行相同工艺化学镀，镀后测得织物增蓖质量即镀层的质量为l0 mg，并将镀后的织物试样进行摩擦实验，摩擦次数与织物试样失重质量的关系曲线如图2所示。

由图2可见，500次摩擦后，经氢氧化钠溶液粗化过的织物镀层质量减少0．8 mg，而经苯酚和聚乙二醇-600粗化过的织物镀层损失的质量分别达到了1．6 mg和1．8 mg，即氢氧化钠溶液、苯酚和聚乙二醇一600粗化过的织物镀层经摩擦试验后的失重比率分别为8％、16％和18％。可见，经氢氧化钠溶液粗化过的镀层与涤纶基体间的结合力最好。在摩擦过程中，各条曲线的变化趋势不相同，氢氧化钠粗化液的曲线接近斜率较小的直线状，变化幅度较小，镀层质量损失少；聚乙二醇-600粗化液的曲线变化幅度很大，在摩擦100次范围内斜率很大，镀层质量损失较多；而苯酚粗化液的曲线变化情况介于上述两者之间。聚乙二醇-600粗化液的曲线在100—200次范围内曲线转变，大于200次后曲线上升平缓，300次后变化很小，表明前期迅速失重，而后期失重质量逐渐减少，至300次以后失重质量几乎不变，这是由于镀层此时接近全部脱落。而苯酚则在100次内也急速磨损，100～300次范围内摩擦量逐渐减少，400次后曲线增量很小。上述情况说明，经氢氧化钠粗化过的涤纶织物镀层质量稳定；经苯酚粗化的试样镀层质量不稳定，容易脱落；而聚乙二醇-600效果最差。
在摩擦次数为0～100区间的曲线中，氢氧化钠粗化液曲线的斜率最小，镀层质量减少了0．3 mg；聚乙二醇-600粗化液曲线的斜率最大，镀层质量减少了1．3 mg；苯酚粗化液曲线的斜率介于上述两者之间，镀层质量减少了1．0 mg。在摩擦100次的情况下，氧氧化钠粗化失重质量占自身500次摩擦失重质量的38％ ，苯酚占63％ ，聚乙二醇一600已达到72％。以聚乙二醇-600粗化经500次摩擦最大失重质量为标准时，在摩擦100次情况下，氢氧化钠粗化的失重质量仅占最大失重质量的17％ ，苯酚占53％ ，聚乙二醇-600已占72％。可见，在刚开始摩擦时，经苯酚和聚乙二醇-600粗化过的织物镀层质量便迅速减少，而经氰氧化钠粗化过的织物镀层质量减少较小。这种现象说明经氢氧化钠粗化过的织物基体与镀层问的结合牢固程度好于苯酚和聚乙二醇-600，氢氧化钠溶液对织物纤维的浸蚀程度最好，粗化效果最好。
3 氢氧化钠粗化配方优化试验
3．1 试验方法
为了获得适于涤纶织物以氧氧化钠粗化的优化配方，分别选取不同的粗化温度、粗化时间、粗化液浓度研究对涤纶织物粗化效果的影响，在相同工艺条件下进行化学镀镍，从镀后织物试样的摩擦实验数据可以推断出在其他工艺条件相同时，各项工艺参数的最佳值，试验用材料及工艺同前。
3．2 粗化温度的影响
在前述试验的基础上首先观察粗化温度在60℃情况下是否为最佳。在100 g／L氢氧化钠溶液中以粗化30 rain为前提，分别测试了粗化温度为60、70、80℃情况下的粗化效果，结果如图3所示。由图可见，经不同粗化温度粗化后化学镀镍试样的摩擦次数与失重质量关系曲线斜率不同，80℃时斜率最小，70℃时次之，60℃ 时最大，表明随着粗化温度的提高，化学镀镍层的摩擦失重质量越小，耐磨性越高，说明镀层与织物的结合力越高。故可推断出，在其他粗化工艺条件相同时，粗化温度为80℃时镀层与基体的结合牢固程度最好，其粗化效果最佳。

3．3 粗化时间的影响
由3．2可知，在100 g／L的氢氧化钠粗化液中，80℃时粗化效果最好。为了寻找粗化时间的影响，在上述试验基础上分别试验了10、20、30 min粗化的效果，结果如图4所示。由图可见，粗化时间为10 min的曲线变化幅度最大，在摩擦次数0～100区间斜率最大，表明此阶段镀层质量损失较多，镀层很容易脱落，质量最差。粗化时间为20 min的曲线变化幅度较小，摩擦次数曲线的斜率最小，说明镀层质量损失少，织物基体与镀层间的结合牢固程度好于10 min和30 min，即织物纤维的侵蚀程度较好，涤纶织物镀层质量稳定，不易与基体分离，粗化效果好。因此可以推断出，在其他粗化工艺条件相同时，粗化时间为20 min的效果最佳。

3．4 氢氧化钠质量浓度的影响
不同氢氧化钠质量浓度对摩擦失重的影响如图5所示。由图5可见，氢氧化钠质量浓度为50 g／L时，曲线变化幅度很大，随摩擦次数增加镀层质量不断减少，摩擦500次后失重质量最高，达到1．0 mg；质量浓度为90 g／L时曲线变化幅度很小，各段均匀，摩擦曲线接近斜率较小的直线状，镀层质量损失最少，说明粗化效果较好，镀层与纤维基体的结合力大于另外3种浓度的效果；而NaOH质量浓度为80 g／L和100 g／L的曲线变化情况介于上述两者之间。由此可以推断出，在其他粗化工艺条件相同、粗化液中氧氧化钠质量浓度为90 g／L时，镀层与基体的结合牢固程度最好，其粗化效果最佳。

3．5 粗化效果与涤纶侵蚀的关系
氢氧化钠溶液的粗化作用主要是氢氧根离子使涤纶织物的化学键断裂过程，粗化温度低时，氢氧化钠溶液中的氢氧根离子活性不高，粗化作用不明显；而80℃时氢氧根离子活性大，容易使有机织物化学键断裂，粗化效果好；温度过高则容易破坏纤维基体。粗化时问为l0 minⅡ寸，粗化时间过短，化学键来不及断裂，粗化效果很差；粗化20 min时，氧氧根离 f可以使大量的化学键断裂，形成了许多粗化痕迹，粗化效果最佳；粗化30 min时，粗化时间
过长，纤维基体表面的一层儿乎全被侵蚀，反而影响丁粗化效果。粗化液中氢氧化钠质量浓度为50～ 80 g／L，不能提供足够的氢氧根离子，粗化效果很差；90 g／L时氢氧根离子质量浓度达到最佳值，能够使有机织物的化学键大量断裂，粗化效果最好；而100 g／L时，由于氢氧根离子质量浓度过大，在纤维与溶液的界面处大量堆积，影响离子的扩散，反而阻碍了粗化作用。
4 镀层表面形貌及成分分析
用扫描电镜来观察3种粗化液粗化后镀层的微观形貌，照片如图6所示。

苯酚粗化后的织物纤维侵蚀痕迹较多，细小的凹槽、微孔可使表面微观粗糙，在敏化、活化时能够吸附足够的金属钯核，形成许多的催化活性中心，且分布比较均匀，相应的镀层分布也比较均匀；聚乙二醇-600粗化的侵蚀痕迹很少，织物纤维表面相对很光滑，局部有很多金属镍微粒的团聚现象，可 见该处活化时形成的催化活性中心较多，镀层分布不均匀，因此效果较差；氰氧化钠溶液粗化后的纤维表而有大量的侵蚀痕迹，且分布很均匀，尤其还有纤维的纵向裂纹，这就使活化时形成的催化活性中心能分布到纤维内部，从而使镀层与纤维结合的更加牢崮，分布也相当均匀。另外，由图(a)与图(b)比较看出，苯酚侵蚀痕迹较多，但实际结合力并没有明显提高是因为其侵蚀效果并不明显，只是在表面形成很小的凹槽、微孔，对镀层的结合力帮助不大。因此在作摩擦实验时，在开始阶段，镀层很快就全部脱落了。


而图(c)与图(a)、图(b)的最大区别就是有很深的侵蚀痕迹，甚至形成了微观的纤维裂纹，这就给活化时的金属钯核有足够的宅间分布，且能深入到纤维内部，使得经化学镀后的金属镍微粒与基体紧密结合，并且分步均匀。因此，在作摩擦实验时，随着摩擦次数的增加，镀层质量能够比较均匀地减少，显示出了较强的结合力。
上述微观形貌分析结果与图2曲线变化：隋况符合得很好，从微观上说明了3种粗化液对织物纤维的粗化程度，氢氧化钠溶液的粗化效果好于苯酚和聚乙二醇一600。
5 结论
(1)在涤纶织物上化学镀镍之前以氢氧化钠、苯酚及聚乙二醇-600为粗化液，其中以氢氧化钠粗化效果最好。
(2)经氢氧化钠溶液粗化过的织物纤维的微观形貌观察表明，在织物纤维上均匀分布了许多侵蚀形成的凹槽和微坑，从而使镀层能够均匀附着在纤维表面的微坑和凹槽中，与纤维物理结合得非常牢固，在进行摩擦时镀层不容易脱落；而经由苯酚和聚乙二醇一600粗化过的织物纤维表面侵蚀的痕迹很少，并且分布不均匀，化学镀镍层与基体结合得不牢固，在摩擦时很容易脱落。
(3)为了提高化学镀层与织物基体的结合力，氧氧化钠粗化溶液的质量浓度以9O L为宜，粗化温度以80℃为宜，粗化时间以20 min为最佳。

  本文关键词：涤纶织物化学镀镍前处理粗化工艺的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：112770