呼吸性电磁屏蔽织物的开发＊

詹建朝 (嘉兴学院,嘉兴,314001)

呼吸性电磁屏蔽织物的开发＊

詹建朝 (嘉兴学院,嘉兴,314001)

基于织物化学镀技术,对锦纶织物的聚氨酯涂层进行化学镀镍,开发出了呼吸性电磁屏蔽织物,对镀镍织物的功能性和服用性能进行了测试和分析。结果表明,镀镍织物具有良好的导电性、透湿性能、电磁屏蔽性能及耐用性等;随着增重率的变大,电磁屏蔽性能、透湿性和导电性明显改善,随后变化趋缓。镀层对织物的服用性能有不利影响,因此在满足呼吸性和电磁屏蔽性能的前提下,应尽量减小镀层厚度。

聚酰胺织物,聚氨酯涂层,化学镀,电磁屏蔽,呼吸性,服用性能

为有效降低电磁辐射对人体和设备的危害,人们采用了许多防护方法,其中研发和应用防电磁污染新材料越来越受到人们的重视。化学镀金属织物是一种很好的电磁波屏蔽材料,它兼有金属的导电、电磁波屏蔽特性和织物的柔软、透气等特性,作为一种电磁辐射防护的防护载体,正逐渐成为纺织研究的焦点[1-3]。

基于纺织品由单一功能向多功能发展的趋势,本文对具有防水透湿特性的经聚氨酯(PU)涂层的锦纶织物进行化学镀镍的研究,旨在开发呼吸性(即吸湿透气性)电磁屏蔽功能纺织品[4]。

1 化学镀镍 PU涂层织物的制备工艺

1.1 材料

织物:经 PU涂层的锦纶织物 (以下简称涂层织物),台华特种纺织 (嘉兴)有限公司提供,其规格参数如下:

经密:335根 /10 cm,纬密:265根 /10 cm;

面密度:82.5 g/m2;

织物组织:平纹。

主要化学试剂:氯化钯、浓盐酸、氯化亚锡、氯化钠、碳酸氢钠、六水合硫酸镍、硫酸钴、硫酸亚铁、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、硫酸铵,均为AR级。

1.2 制备工艺

织物表面化学镀镍技术比较成熟,但是在织物涂层 PU膜上镀镍还未有先例。本文对涂层织物镀镍,既要使其具备电磁屏蔽动能,同时也要使其保持 PU膜的吸湿透气功能,这是较难的。难点在于镍镀层是在织物涂层 PU膜上,而不是织物上;要保证 PU膜上能镀上镍,同时对 PU膜的不利影响尽可能低。为解决上述难点,对织物 PU涂层膜一面采用特殊的粗化工艺,而不影响织物的另一面;另外把握好施镀厚度,由施镀时间控制。

PU涂层锦纶织物经过除油、粗化、活化敏化、施镀制得化学镀镍 PU涂层锦纶织物(以下简称镀镍织物)。工艺流程如下所示:

涂层织物→丙酮除油→水洗→粗化→水洗→活化→水洗→解胶→水洗→还原处理→水洗→中和→化学镀镍→镀镍织物[5-8]

在上述的工艺流程中,要求保持布面平整,处理均匀。关键工艺参数如下。

(1)粗化条件与配方

HCl 8～12 ml/L

水浴温度 30～50℃

时间 20～45 min

(2)胶体钯溶液的配制

溶液一:

氯化钯 0.24 g

浓盐酸 8 ml

蒸馏水 8 ml

氯化亚锡 9.6 g

溶液二:

氯化钠 128 g

蒸馏水 800 ml

将溶液一和溶液二混合,在磁力搅拌器上不停地搅拌,温度保持在 45～60℃,时间为 2 h。

(3)解胶液

HCl 10 ml/L

温度 40～45℃

时间 1 min

(4)还原液

次亚磷酸钠 15 g/L

温度 20℃

时间 3 min

(5)中和液

碳酸氢钠 100 g/L

温度 20℃

时间 3 min

(6)镀液的配制

硫酸镍 20～25 g/L

硫酸钴 7～10 g/L

硫酸亚铁 5～7 g/L

次亚磷酸钠 25～30 g/L

柠檬酸钠 55 g/L

硫酸铵 55.5 g/L

氨水 适量

温度 80～90℃

pH值 9

2 镀镍前后织物的表面形态和性能变化

2.1 织物表面形态的变化

采用MOTIC显微镜观测涂层织物镀镍前后的表面形态,比较其变化情况。从图 1(a)可以看到,涂层织物表面有规则排列的小孔,此乃 PU薄膜微孔,起导湿透气的作用,PU膜表面有一定的凸凹,比表面积较大,有利于水汽的吸收和传递。由图 1(b)可见,施镀后 PU膜表面沉积致密的金属,通过对其成分进行分析得知为镍铁钴合金镀层,同时也可以观察到由于金属的沉积导致 PU膜上的微孔直径变小,其吸湿透气性受到一定的影响。

图 1 化学镀镍前后织物的表面形态

2.2 镀镍织物的导电性

镀镍织物剪成 1 cm×10 cm的长条形试样,用vc9806+万用表测试其两端电阻,正反两面取平均值,每种试样测试 5块取平均值计算[9-10];用电子天平测试织物的增重率。由表 1可以看出,随着增重率的增加,镀镍织物表面电阻逐渐减小,当增重率达到 72%左右时,其电阻变化不再明显。原因是当织物表面还没有完全被金属包覆时,影响织物表面电阻的主要因素是镀层金属的含量;当镀层金属完全包覆织物后,金属含量已不是影响织物表面电阻的主要因素了,此时影响镀镍织物表面电阻的主要因素是金属镀层的致密性、均匀性等。因此,本文实验确定增重率以 72%左右为宜。

2.3 镀镍织物的电磁屏蔽性能

分别用涂层织物和不同增重率的镀镍织物包覆 YES-1394三轴磁场记录表感应头部,并与纯屏电脑显示器接触,然后记录包覆前后电磁场的变化情况[9-10]。

表1 镀镍织物不同增重率与导电性的关系

镀镍织物的电磁屏蔽性能由多种因素决定,它与金属镀层的厚度、镀层的均匀性和镀层的金属类别等密切相关。对于同一种金属,金属镀层的厚度是最主要的影响因素。镀镍织物不同增重率与电磁屏蔽性能的关系测试结果见表 2。

表2 镀镍织物不同增重率与电磁屏蔽性能的关系

从表 2中的数据分析可得,随着镀镍织物增重率的增加,测得电磁场的强度值越来越小,即织物的电磁屏蔽性能越来越强。这是因为,随着织物增重率的增加,织物的导电率也不断提高,从而使织物的屏蔽性能逐渐增强。

2.4 镀镍织物的防水透湿性

2.4.1 防水性

采用 YG812型织物渗水性测试仪分别对涂层织物及其镀镍织物进行织物防水性能进行测试。结果表明不管是涂层织物还是镀镍织物都具有优良的防水性,基本上都没有渗水出现。这是由于织物上的 PU涂层具有很强的拒水性,这也说明前处理和施镀过程没有对涂层产生大的损坏。

2.4.2 透湿性

采用LCK-131透湿量测定仪分别对涂层织物和镀镍织物的透湿性能进行测试,测试结果见表3。

透湿量按下式计算:

式中:W——织物透湿量[g/(h·m2)];

G——增重 (g);

t——测试时间 (h);

A——测试面积(m2)。

取试样的 W平均值为透湿指标,并换算到g/(24 h·m2)单位。

表3 织物透湿性测试

由表 3可知所测织物总的透湿性都较好,镀镍后织物的透湿性略优于涂层织物的透湿性,但变化不大。原因是在前处理和施镀过程中,PU涂层有轻微损坏,导致小孔变大或小孔增多,从而使透湿性增大;而随着织物增重率的增加,其透湿性能逐渐变差,这是由于增重率越大其镀层厚度越厚,镀层覆盖了涂层织物上的小气孔。

2.5 镀镍织物不同增重率与镀层厚度的关系

采用数字式织物厚度仪测试镀镍前后织物的厚度。镀镍织物不同增重率与镀层厚度的关系如表 4[9-10]。

表4 镀镍织物不同增重率与织物厚度的关系

式中:k——镀镍织物增重率(%);

G2——施镀前试样的质量 (g);

G1——施镀后试样的质量 (g)。

镀镍织物增重率按以下公式计算:

从表 4可以看出增重率越大,镀镍织物也越厚,增重率 65.97%及以下时,镀镍织物厚度接近涂层织物厚度,当增重率超过 70%时,镀镍织物较厚。

2.6 镀镍织物不同增重率和织物硬挺度的关系

采用 YG(B)022D型自动织物硬挺度测验仪测试镀镍织物的硬挺度。镀镍织物不同增重率和织物硬挺度的关系如表 5。

表5 镀镍织物不同增重率和织物硬挺度的关系(平均值)

由表 5可以看出,镀镍织物随着增重率的增加抗弯刚度不断增大,同时镀镍织物的增重率为61.31%时抗弯刚度小于涂层织物,当增重率超过65.97%时抗弯刚度大于涂层织物。原因是在施镀前对涂层织物的 PU薄膜进行过盐酸粗化处理,薄膜的平整性被盐酸破坏,织物变得柔软,增重量较小的镀镍织物抗弯刚度也较小;镀镍织物随着越来越多金属的沉积,其凸凹不平的表面被致密均匀的金属层所覆盖,抗弯刚度又逐渐变大。

2.7 镀镍织物耐磨性测试

采用往复式织物平磨仪测试织物表面电阻随摩擦次数变化的情况,选用普通涤纶织物做磨料[9-10]。按照操作规章,把布样装好,每摩擦 50次测一次镀镍织物的电阻和电场强度,测 5组数据取平均值。由图 2可以看出,该镀镍织物的耐磨性较好,在摩擦过程中电阻和电磁屏蔽效能的变化不大,但是在摩擦次数为 100～150次时电阻值上升得较快。这是由于在刚开始摩擦的时候,随着摩擦次数的增加镀层厚度虽然有些减小,但镀层的均匀性没有受到很大的影响,织物表面的电阻变化不是很大,随着摩擦次数增加,织物表面镀层厚度不断减小,镀层的均匀性受到破坏,织物表面电阻有了较为明显的变化,由于电阻值的变大其电磁屏蔽能力也会下降,如图 3。

图 2 镀镍织物电阻和电场与摩擦次数的关系

图 3 镀镍织物磁场强度与摩擦次数的关系

3 结论

(1)对经 PU涂层的锦纶织物进行化学镀镍制备成呼吸性电磁屏蔽织物,该织物具有优良的电磁屏蔽性能、防水透湿性能和导电性能。

(2)通过对增重率和电阻值的相关性研究表明,当增重率在 72%时镀镍织物表面电阻 5Ω左右,随着增重率的继续增大,镀镍织物表面电阻值变化不明显。

(3)镀层的耐磨性较好,在摩擦次数超过100次后,镀镍织物表面电阻上升得较快。

(4)通过对镀镍织物的硬挺度测试发现,增重率在 65%及以下,镀镍织物的厚度及柔软性能较好。

4 应用及展望

化学镀镍 PU涂层锦纶织物同时具有普通化纤布类似的物理机械性能,又具有很好的吸湿透气、导电、抗电磁辐射性能。该织物可经裁剪缝制做成各种防静电和防电磁辐射的工作服和各种电子设备的屏蔽保护罩,因此被广泛应用于国防、航天、航空、电子、电力、通讯、医疗等领域和部门。

镀镍织物制作屏蔽帐篷、帘、墙布等,可用于计算机房、控制中心和其他应用微波源的领域,保证电子设备的正常运行和减少电磁波对环境的污染;镀镍织物也可以像其他织物一样缝制服装、手套、帽子等使工作人员免受电磁波的辐射伤害,是一种理想的微波屏蔽材料。

镀镍织物还可制成表面加热元件,用于特殊器件的表面加热和严寒地区的御寒保温用品。

在军事和救援方面,镀镍织物是高效的微波反射材料,可制成反射雷达波的用品用具,如军用帐篷、武器及弹药库等隐形材料。

呼吸性电磁屏蔽织物是一种经济效益和社会效益俱佳的产业用纺织品,随着科学技术的发展,其应用领域还会进一步拓宽,前景广阔。

[1] 詹建朝,张辉,沈兰萍.不同增重率的化学镀银电磁屏蔽织物的研究[J].表面技术,2006(3):25-27.

[2] 张辉,詹建朝,沈兰萍.涤纶织物超声波辅助化学镀银[J].表面技术,2006(5):37-39.

[3] 詹建朝,张辉,沈兰萍.不同增重率的化学镀镍电磁屏蔽织物的研究 [J].产业用纺织品,2006(8):26-29.

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Development of the respiratory electromagnetic shielding fabric

Zhan Jianchao (JiaxingUniversity)

On the base of technology of electroless plating on fabric,electroless nickel plating on the PU membarane of coated polyamide fabric was operated and the respiratory electromagnetic shielding fabric was developped.The functionality and wearability of electromagnetic shielding fabric was tested and analyzed.The results show that it has good electrical conductivity,water vapor permeability,electromagnetic shielding performance and durability and so on.W ith the weight increasing rate goes up,the shielding effectiveness,wapor per meability and electrical conductivity increases obviously,then prone to slow increment.The plated layer on fabric has an adverse effect on the wear perfor mance,so on the premise ofmeeting respiratory and electromagnetic shielding perfor mance,the thickness of plated layer shoud be decreased to the least extend.

polyamide fabric,polyurethane coating,electroless plating,electromagnetic shielding,respiratory, wear performance

TS195.59

A

1004-7093(2010)06-0006-05

＊嘉兴市科技计划项目 (2008AY2028);嘉兴市重点实验室非常规课题资助项目(84208001-B1)

2009-09-09

詹建朝,男,1981年生,讲师。主要从事功能纺织品的研究与开发的教学和科研工作。