化學鍍銀導電滌綸織物的研究

董　猛，田俊瑩，江　紅

(1.天津工業大學紡織學部，天津 300387；2.深圳市昌碩新材料科技有限公司，廣東深圳 518100)

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化學鍍銀導電滌綸織物的研究

董猛1，田俊瑩1，江紅2

(1.天津工業大學紡織學部，天津 300387；2.深圳市昌碩新材料科技有限公司，廣東深圳 518100)

摘要：以葡萄糖為還原劑，采用化學鍍銀法制備導電滌綸織物，研究了硝酸銀濃度、葡萄糖濃度、乙醇濃度及反應時間對滌綸織物導電性能的影響，通過SEM和XRD圖譜分析導電織物表面形貌與晶體結構，并測試其電磁屏蔽性能。結果表明，化學鍍銀滌綸織物具有優異的導電性能，且化學鍍銀后滌綸織物的電磁屏蔽性能明顯增加。

關鍵詞：滌綸織物化學鍍銀表面結構電磁屏蔽

金屬化織物在制備導電織物、智能紡織品、電磁屏蔽服、抗菌抗靜電服等方面有著潛在應用[1]。近年來，金屬化織物成為研究功能性紡織品的熱點之一，常用的織物金屬化方法有磁控濺射法、金屬涂層法、金屬纖維混紡、化學鍍法等，其中化學鍍設備簡單、容易操作、具有深鍍能力，是有效的織物表面金屬化方法[1-5]。

織物化學鍍覆主要有鍍銀、鍍銅、鍍鎳及其復合鍍等，化學鍍銀織物導電性能優異、抗菌性好，備受關注[4]。本文采用化學鍍銀的方法對滌綸織物進行金屬化，選擇葡萄糖為還原劑，乙醇為穩定劑，探索了硝酸銀濃度、葡萄糖濃度、乙醇濃度及反應時間對鍍銀織物導電性能的影響，并對其表面結構進行分析。

1實驗

1.1實驗材料與儀器

實驗材料：白色滌綸平紋織物為基布，經緯密120×180根/英寸，克重61.9g/m2。

硝酸銀(天津市科密歐化學試劑有限公司)；氫氧化鈉(天津市風船化學試劑科技有限公司)；氯化亞錫(天津市科密歐化學試劑有限公司)；氨水(天津市風船化學試劑科技有限公司)；無水乙醇(天津市風船化學試劑科技有限公司)；氯化鈀(天津市贏達稀貴化學試劑廠)；葡萄糖(天津市贏達稀貴化學試劑廠)；以上試劑均為分析純。

實驗儀器：SE602F電子天平(奧新斯儀器(上海)有限公司)；U3402A半臺式數字萬用表(美國安捷倫Agilent Technology公司)；HG-TC100B震蕩水浴鍋(上海梅香儀器有限公司)；DZF-6090真空干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；S4800冷場發射掃描電子顯微鏡(日本日立公司)；78～1型磁力加熱攪拌器(Datacolor公司)；VDR-P01等離子表面處理機(廣東韋達爾科技有限公司 )；ZNB40矢量網絡分析儀(ROHDE&SCHWARZ)

1.2化學鍍銀滌綸織物的制備

鍍銀工藝流程：

(1)將滌綸織物在30%乙醇溶液和去離子水中超聲清洗10min，60℃烘干；(2)去油后的滌綸織物進行等離子體處理，設置工藝參數為真空度50Pa，功率250W，時間3min。(3)將粗化的滌綸織物在含10g/L氯化亞錫和0.5mol/L的鹽酸溶液中，溫度30℃，敏化處理20min，去離子水沖洗至pH=7。(4)配置濃度為0.25g/L的氯化鈀溶液，加入適量的鹽酸(濃度2.5mL/L)，磁力攪拌加熱，直到氯化鈀完全溶解，將敏化后的織物放入氯化鈀溶液中，活化一段時間后取出，用去離子水沖洗至pH=7。(5)配置一定濃度的硝酸銀溶液，浴比約1:100，根據反應方程式計算氫氧化鈉量，將2.5g/L的氫氧化鈉溶液緩緩加入硝酸銀溶液中，攪拌均勻，生成棕褐色沉淀，充分反應后，慢慢滴加氨水溶液，直至反應液清澈，制得銀氨溶液，pH約為13。活化后的滌綸織物放在銀銨溶液中一段時間。配置葡萄糖還原液，設置還原液與銀銨溶液體積比為1:1，向銀銨溶液中滴加葡萄糖還原液，用磁力攪拌器攪拌，再將所鍍織物平鋪放入反應液中，進行反應。(6)用去離子水洗至pH=7，在真空干燥箱內烘干。

1.3測試與表征

1.3.1表面電阻

采用自制銅塊電極，使用萬用表測試不同位置上鍍銀織物的表面電阻，計算單位長度的電阻值，測量5次取平均值。

1.3.2化學鍍銀織物增重率

對化學鍍銀滌綸織物，測試鍍銀后，其增重變化。m2為化學鍍銀后織物質量，m1為鍍銀前的質量。增重率=(m2/m1-1)×100%。

1.3.3X射線衍射(XRD)

采用X射線衍射儀(XRD)對化學滌綸織物的結晶性結構進行表征。

1.3.4織物表面形貌觀察

采用場發射掃描電子顯微鏡分析鍍銀滌綸織物表面的形態特征。

1.3.5織物電磁屏蔽性能測試

采用德國ZNB40網絡分析儀測試滌綸織物及化學鍍銀織物的屏蔽效能，分析其電磁屏蔽性能。

2結果與討論

2.1化學鍍銀表面電阻影響因素的分析

2.1.1葡萄糖濃度的影響

設置AgNO3溶液濃度為8g/L，乙醇濃度60mL/L，反應時間1h，反應溫度30℃，葡萄糖濃度分別為3g/L、5g/L、8g/L、10g/L、12g/L，隨著葡萄糖濃度的增加，鍍銀滌綸織物增重率和表面電阻變化如圖1所示。

圖1　葡萄糖濃度對鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖1可知，隨著葡萄糖濃度的增大，鍍銀織物的增重率逐漸增加，導電性能增強，在葡萄糖濃度為10g/L時，其表面電阻約0.9Ω/cm，葡萄糖濃度再增加時，鍍銀織物的增重率和導電性能有所下降，當硝酸銀量一定，葡萄糖量過大時，其還原速率大，在反應液中直接生成銀，發生團聚，沉積到織物上的銀量下降，導電性能降低。

2.1.2硝酸銀濃度的影響

設置葡萄糖濃度為10g/L，乙醇濃度60mL/L，反應時間1h，反應溫度30℃，硝酸銀濃度分別為4g/L、6g/L、8g/L、10g/L、12g/L，AgNO3濃度對鍍銀織物表面電阻和增重率的影響如圖2所示。

圖2　硝酸銀濃度對鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

反應液中銀離子濃度對化學鍍銀的影響較大， 由圖2可知，當AgNO3的濃度較低時，織物表面沉積的單質銀較少，增重率小，在織物表面所形成的銀膜層還未完全連續，其表面電阻相對較大。當AgNO3濃度逐漸增加時，沉積到織物上的銀增多，增重率增加，導電性能增加，AgNO3濃度10g/L后，織物增重率增加緩慢，表面電阻值逐漸趨于平衡，當AgNO3濃度為12g/L時，鍍銀織物的表面電阻值為0.43Ω/cm。

2.1.3氧化還原反應時間的影響

設置AgNO3溶液濃度為12g/L，葡萄糖濃度為10g/L，乙醇濃度60ml/L，反應溫度30℃，氧化還原反應時間為10min、20min、30min、50min、60min。化學鍍銀反應時間對織物增重率和表面電阻的影響如圖3所示。

圖3　反應時間對鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖3可知，在30min內，隨著鍍銀時間的增長，其增重率上升快，表面電阻值下降很大，當反應時間超過30min后，織物表面電阻下降不明顯，說明基本反應完全。

通過觀察化學鍍銀過程顏色變化可知，在銀銨溶液中加入配置好的還原劑后，3min內反應液成土黃色，接著成灰色，約10min后成黑色渾濁液，反應30min后，反應溶液逐漸澄清，說明反應基本完成。

2.1.4乙醇濃度的影響

設置AgNO3溶液濃度為12g/L，葡萄糖濃度為10g/L，反應溫度30℃，氧化還原反應時間為30min，還原液中乙醇濃度分別為20g/L、40g/L、60g/L、80g/L， 反應液中加入乙醇，可以起到穩定鍍液的作用。乙醇濃度對織物增重率和表面電阻的影響如圖4所示。

圖4　乙醇濃度對鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖4可知，從整體上看，乙醇濃度對鍍銀織物表面電阻和增重率影響與其他因素相比不是十分顯著，在乙醇濃度為60g/L時，鍍銀織物的增重率和表面電阻值基本保持不變。

2.2織物表面形貌分析

掃描電子顯微鏡觀察等離子體處理滌綸織物及化學鍍銀織物表面形態，如圖5所示。

(a)等離子體處理滌綸織物×600(b)等離子體處理滌綸織物×10000

(c)化學鍍銀織物×600　　　(d)化學鍍銀織物×10000

觀察圖5，由(a)(b)可知，滌綸織物經過空氣等離子體處理后，表面不再平整，等離子起到刻蝕作用，表面的凹坑有利于銀膜層與纖維的結合，提高導電滌綸織物的結合牢度[6]。在其表面化學鍍銀后，由(c)(d)可以看出，銀粒子形成膜層將滌綸纖維包裹，也有團聚的銀粒子沉積在各纖維之間，高倍下觀察單根纖維上包裹的銀膜層之間有空隙，但基本連接緊密。

2.3X射線衍射(XRD)分析

由圖6可知，織物化學鍍銀層為面心立方結構，分別在2θ=38.2°、44.4°、64.5°、77.5°、81.6°左右時出現銀的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面特征衍射峰，化學鍍銀滌綸織物峰型特別尖銳，峰寬更窄，衍射峰的強度更強，鍍銀層中沒有檢測到銀氧化態的存在，說明鍍銀的晶粒結晶質量更高，純度更好。

圖6　化學鍍銀織物XRD圖譜

2.4電磁屏蔽性能測試

a 化學鍍銀滌綸織物；b 滌綸織物

圖7滌綸織物及化學鍍銀滌綸織物的屏蔽效能隨波長變化趨勢圖

由圖7可知，滌綸原織物的屏蔽效能值非常小，經過化學鍍銀后，其屏蔽效能值顯著增加，波長頻率在250MHz～3000MHz范圍內，屏蔽效能約35dB，具有有效屏蔽作用，可用于一般工業或商業用電子產品中。

3結論

(1)滌綸織物化學鍍銀中，隨著織物增重率的增加，其導電性能增強。較優工藝為硝酸銀濃度12g/L，葡萄糖濃度10g/L，乙醇濃度60g/L，反應時間30min，反應溫度30℃時，表面電阻約0.26Ω/cm。波長頻率在250MHz～3000MHz范圍內，屏蔽效能約35dB，具有有效的屏蔽作用。

(2)通過SEM圖片可以看出，滌綸纖維被銀膜層緊密包裹，XRD圖譜分析說明織物表面的單質銀純度高，結晶質量好，鍍銀層為面心立方結構。

參考文獻

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[3]趙亞萍，蔡再生.化學鍍在織物金屬化處理中的應用[J].印染，2008(12): 39-42.

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[6]李莉莉，王煒.巰基改性PET纖維及化學鍍銀電磁屏蔽布的研究[J]. 印染助劑,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

中圖分類號：TS153

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)02-0073-04

通訊作者：田俊瑩(1968-)，女，博士，副教授，碩士生導師。

收稿日期：2016-02-02

第一作者：董猛(1988-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織品節能減排染整新技術的研發與應用。