張 猛，李 楊

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080；2.西安工程大學，陜西 西安 710048）

電磁波，也被稱為電磁輻射，是一種能量。作為當今社會最快、最常見的信息傳播載體，它被廣泛地應用在各個領域，在帶給人們便捷的同時也產(chǎn)生了一系列的問題，特別是電磁輻射污染對生物體的危害嚴重威脅著人類的健康［1-2］。它能夠引起人體器官的加熱，造成生理傷害，嚴重者可發(fā)生酸中毒、抽搐等癥狀，甚至危及生命［3-4］。因此，開發(fā)性能優(yōu)良的電磁屏蔽織物，即在織物的表面形成一層金屬薄膜，使其既能導電又能抗電磁波，成為現(xiàn)代紡織技術(shù)發(fā)展的一個重要方面［5-8］。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

藥品：氫氧化鈉、OP乳化劑、氯化亞錫、氯化鈀、次磷酸鈉、檸檬酸鈉、硫酸鎳、氯化銨，以上試劑均為分析純。

實驗所用滌棉混紡織物規(guī)格見表1。

表1 實驗所用織物規(guī)格

儀器：恒溫水浴鍋、干燥箱、電子天平、防電磁輻射測試儀、萬用表等。

1.2 氯化鈀活化前處理

原滌棉織物作為非金屬材料，由于表面缺少極性基團且沒有催化活性而不容易直接在表面形成金屬鍍層［9］，必須經(jīng)過一定的前處理工藝，生成具有催化活性的金屬物質(zhì)，引發(fā)后期化學鍍層的形成［10-11］。因此，在制備抗電磁波的化學鍍層織物實驗中，對織物進行前處理的好壞是鍍層質(zhì)量優(yōu)劣的決定性因素，可以直接影響鍍層的均勻性及牢固程度。

1.2.1 織物化學鍍鎳前處理工藝路線

粗化→水洗→敏化-活化處理→水洗。

1.2.2 具體處理工藝

（1）粗化 堿性粗化法，配置濃度為80g／L的NaOH溶液，同時為了增加織物與水的相互浸透［12］，加入8ml／L的OP乳化劑，在溫度為80℃的條件下，處理90min左右。處理完成后蒸餾水洗滌，繼續(xù)實驗。

（2）敏化-活化 將粗化好的織物，放入濃度大約為20g／L SnCl2的酸溶液中敏化，約10min后取出，蒸餾水清洗，再用PdCl2的酸溶液活化，其中活化液濃度約為0.4g／L。需要注意的是在活化結(jié)束后要仔細清洗織物，盡量清除其內(nèi)部多余的鈀離子，以免污染后續(xù)實驗的化學鍍工藝。具體工藝詳見表2。

表2 活化前處理工藝

1.3 化學鍍鎳制備電磁屏蔽織物

制備化學鍍鎳織物的原理就是選用適當?shù)倪€原劑，將鎳離子還原成為金屬鎳，由于金屬鎳在織物表面的沉積，形成了一定的抗電磁鍍層。

實驗在制備過程中為了保持鍍液的pH值穩(wěn)定，選用氯化銨作為緩沖液，濃度為15g／L左右；為防止鎳離子的水解，加入穩(wěn)定性好的檸檬酸鈉作為絡合劑，含量約為20g／L。

1.4 性能測試

1.4.1 增重率

在織物大小種類相同，反應時間相同的條件下，一般用反應前后織物的增重率來表示化學鍍工藝的鍍速，其計算公式為：

式中β為織物增重率，M0為化學鍍鎳前織物重量，M為鍍鎳后織物重量。

1.4.2 電磁屏蔽效能

將試樣放置在防電磁輻射測試儀中，測試經(jīng)化學鍍鎳整理后織物的電磁波屏蔽性能，并用屏蔽效能SE值來表征其作用效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響化學鍍效果的工藝條件

2.1.1 硫酸鎳的濃度

實驗選用鎳鹽為純度高且價格低廉的硫酸鎳，通過研究不同濃度的硫酸鎳對化學鍍速率（即增重率）的影響，選擇最佳的工藝條件，具體結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著鎳鹽濃度的增加，織物的增重率不斷地加大，并且在最初由于反應比較激烈、化學反應迅速，它的增加程度相對較快；但在鎳離子的濃度加大到20g／L時，繼續(xù)增加濃度，其增重率基本不變，表示此時織物的增重達到了最大值。這可能是由于鎳離子的易水解性導致的，通常鎳離子的穩(wěn)定性較差，易產(chǎn)生氫氧化鎳沉淀，在濃度過高的情況下，鍍液會發(fā)生瞬時分解，生成沉淀物附著在織物的表面上，影響鍍層的繼續(xù)進行和表面光滑度，因此實驗中的鎳鹽濃度不宜過高，保持在20g／L即可。

2.1.2 還原劑次磷酸鈉的濃度

在化學鍍鎳的工藝中，還原劑的含量也是十分重要的條件。實驗的化學試劑選用次磷酸鈉，其在鍍液中發(fā)生的還原反應公式如公式（2）所示。同時通過研究，在10～50g／L的范圍內(nèi)變化還原劑的濃度，觀察它對化學鍍速率的影響，結(jié)果如圖2所示。改變主鹽和還原劑濃度的比值，測試其與化學鍍速度變化的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。

圖2 次磷酸鈉濃度對化學鍍速率的影響

由圖2可知，織物的化學鍍速隨著次磷酸鈉濃度增加不斷地增大，在20～35g／L時增加的速度較快，在35g／L時達到了相對的穩(wěn)定狀態(tài)，繼續(xù)增加幾乎沒有什么變化。圖3表明，在濃度比在0.6之前隨著濃度比的增加化學鍍速率是逐漸增加的，但當濃度比繼續(xù)增大時化學鍍速率急速下降。這是因為由公式（2）中可以得到每還原生成1mol的金屬鎳就需要2mol的次磷酸根，在反應的不斷進行中次磷酸根會呈現(xiàn)加速減少的狀態(tài)，同時產(chǎn)物中的亞磷酸根還會結(jié)合反應液中的鎳離子生成亞磷酸鎳，不但消耗了鎳離子，還污染了鍍液，影響了化學鍍反應的正常進行，因此通常次磷酸鈉的濃度不宜過高，穩(wěn)定在35g／L左右。

2.1.3 鍍液的溫度

在實驗過程中，調(diào)節(jié)鍍液的溫度是一個非常重要的工藝，因為過低的溫度達不到反應所需的啟鍍要求，分子無法快速運動，相互結(jié)合反應；而過高的溫度又可能會破壞反應中的某些鏈結(jié)構(gòu)或者影響生成物的成分、含量，因此在實驗中我們需要調(diào)節(jié)溫度值，在10～90℃的范圍內(nèi)找最佳的工藝，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 鍍液溫度與化學鍍速的關(guān)系

在圖4中，隨著溫度的升高，織物的重量不斷增加，且在60℃達到了最大的增重量；繼續(xù)增加溫度，重量反而下降。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因為在反應初期的20～60℃溫度范圍內(nèi)，溫度的升高加快了分子的熱運動，促進了還原劑的水解，進而生成了更多的H原子，H原子通過與Ni2＋的作用，如公式（3），發(fā)生還原反應生成金屬單質(zhì)鎳，在織物表面形成抗電磁波的鍍層［13-14］。

但當溫度超過60℃時，織物的增重又會出現(xiàn)減弱的趨勢，這是因為反應速率過快使金屬物質(zhì)在織物表面沉積不穩(wěn)定，發(fā)生脫落，并且會促使自身形成一定的絡合物，懸浮在鍍液中影響鍍層的形成。因此一般在實驗中選擇鍍液的溫度為60℃即可。

2.1.4 鍍液的pH值

在反應液中，pH值的大小對增重、鍍層的表面形態(tài)、成分及織物的電磁屏蔽性能等都會有很大的影響，因此選擇一個合適的pH值對于整個化學工藝顯得尤為重要。通過公式（2）可以發(fā)現(xiàn)，反應過程中會不斷地生成亞磷酸根酸性離子，促使鍍液的pH值不斷地減小。為了穩(wěn)定化學鍍液的pH環(huán)境，實驗通過加入一定量的氨水調(diào)節(jié)鍍液的pH值，讓pH環(huán)境從酸性過度到堿性，觀察它對化學鍍速及鍍層中磷含量的影響，并分析鍍液的穩(wěn)定性變化，最終通過實驗數(shù)據(jù)選擇合適pH值。

（1）鍍液的pH值對化學鍍速率的影響

調(diào)節(jié)pH值的范圍在4～9.5之間，測量織物的增重率，結(jié)果見表3。

表3 不同鍍液pH值對應的鍍層增重率

從表3可以看出，無論在酸性環(huán)境下還是堿性環(huán)境下織物的增重率都隨pH值的增加而增加，其中在酸性環(huán)境的條件平均增重率為72.5%，要小于堿性環(huán)境下的83.3%，這說明堿性鍍液的反應速率較快。同時實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，酸性條件下，溫度較高時反應才開始，起鍍溫度較高，對實驗條件要求高、能耗大；而堿性鍍液在低溫時就可以發(fā)生反應，隨著溫度升高速率加快，但溫度不宜過高，會破壞鍍液的穩(wěn)定性。

（2）鍍液的pH值對鍍層中磷含量的影響

鍍層中的磷的含量能夠影響它的光亮程度和磁性，研究表明，當磷的含量過高（≥8%）時，鍍層表面會變黑，嚴重影響織物的外觀，同時會降低表面比電阻，減弱抗電磁波性能等［15］。圖5為不同的pH值條件下，經(jīng)相同的化學鍍試劑得到的鍍層中磷的含量。

從圖5可以得出，鍍層中磷的含量不論是在酸性還是在堿性的環(huán)境下都隨著pH值的增加不斷減少，并且在堿性的條件下，磷的含量明顯要少得多。因此，實驗選擇在堿性的環(huán)境下進行，為避免pH值過大而出現(xiàn)鍍液穩(wěn)定性變差的現(xiàn)象，調(diào)節(jié)pH值為9；因為pH值過高或者過低都不利于實驗的順利進行。

2.2 電磁屏蔽性能

在不同的頻率下測試織物經(jīng)化學鍍工藝整理后的電磁屏蔽效能，結(jié)果如圖6所示。同時測量化學鍍鎳織物的電磁屏蔽效能、表面比電阻與增重率，如圖7所示。

從圖6中可以得到織物經(jīng)化學鍍鎳處理后它的電磁屏蔽效能（SE）平均值為48.15dB，達到了抗電磁屏蔽織物的標準，能夠很好地屏蔽電磁波。由圖7可知，隨著織物增重率的升高，單質(zhì)鎳沉積量的增大，鍍層不斷地增厚且均勻，它的電磁屏蔽效能也在不斷地增強，表面比電阻逐漸減小，并且趨勢基本相同。這說明織物的導電性越好，它的電磁屏蔽效能就越強，兩者之間的變化是一致的。但是，過高的增重會影響織物的柔軟性、彈性等性能，同時也會降低它的穿著舒適性，且浪費整理劑，因此達到想要的效果即可。

3 結(jié)論

（1）織物的前處理是影響化學鍍層的重要因素，它可以決定后續(xù)化學鍍鎳實驗的發(fā)生。實驗的前處理主要有粗化和敏化-活化，具體配方為：粗化，濃度為80 g／L的氫氧化鈉溶液，80℃處理90min；敏化，濃度為20g／L的氯化亞錫溶液，室溫處理10min；活化，濃度為0.4g／L的氯化鈀溶液，室溫處理3～5min。

（2）在化學鍍鎳工藝中，用織物的增重率來表示化學鍍的速度，實驗分別探討了主鹽硫酸鎳的濃度、還原劑次氯酸鈉的濃度、鍍液的溫度和鍍液的pH值等條件對化學鍍速的影響，并得到了最佳處理條件。

（3）經(jīng)鍍鎳整理后，織物的電磁屏蔽效能和導電性能都有了很大提高。

［1］ 趙玉峰.現(xiàn)代環(huán)境中的電磁污染［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

［2］ 張玉惕.產(chǎn)業(yè)用紡織品［M］.北京：中國紡織出版社，2009.

［3］ Lu Bin.The Harm of Thunder and Lightning Electromagnetic Radiation and its Safety Countermeasure［J］.Journal of Guangxi Meterology，2006，（3）：58-60.

［4］ Maya Mashevich，Dan Folkman.Exposure of human peripheral blood lymphocytes to electromagnetic fields associated with cellular phones leads to chromosomal instability［J］.Bioelectromagnetics，2003，（24）：82-90.

［5］ 詹建朝，張 輝，沈蘭萍.滌綸織物化學鍍鎳的研究［J］.上海紡織科技，2006，（6）：15-18.

［6］ 李 鵬，黃 英，黃 濤.非金屬材料化學鍍鎳工藝與鍍層性能研究［J］.應用化工，2003，（5）：1-5.

［7］ 耿 亮.基于化學鍍的電磁波屏蔽織物開發(fā)［D］.西安：西安工程大學，2004.

［8］ Davide Micheli，Carmelo Apollo，Roberto Pastore，etal.Nanostructured composite materials for electromagnetic interference shielding applications［J］.Acta Astronautica，2011，699.

［9］ 詹建朝，張 輝，沈蘭萍.不同增重率的化學鍍鎳電磁屏蔽織物的研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2006，（8）：26-29.

［10］羅 敏，陳震兵，陳小立，等.納米吸波材料在人體防護中的現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.化學世界，2001，（6）：324-326.

［11］李輝勤，熊金平，張延東，等.化學鍍鎳［M］.北京：中國腐蝕與防護學會咨詢服務中心，1993.

［12］陳范才.現(xiàn)代電鍍技術(shù)［M］.北京：中國紡織出版社.2009.

［13］高加強，胡文彬.化學鍍鎳-磷鍍層中磷含量的控制及性能研究［J］.電鍍與環(huán)保，2002，（1）：1-4.

［14］閆 洪.現(xiàn)代化學鍍鎳和復合鍍新技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999.

［15］高加強，胡文彬.化學鍍鎳-磷鍍層中磷含量的控制及性能研究［J］.電鍍與環(huán)保，2002，（1）：1-4.