王 濤，黎學(xué)明，熊林利，徐 珂，楊文靜，倪 婕

(重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331)

隨著科技的迅速發(fā)展，日常中人們使用導(dǎo)航、通信、工業(yè)器械及家用電器等電子設(shè)備越來越多，這種人為電磁干擾源會(huì)不同程度的產(chǎn)生電磁輻射[1]。電磁輻射不僅造成精密儀器之間的相互電磁干擾(Electromagnetic Interference EMI)，而且對(duì)人體健康也會(huì)造成一定危害[2]。為了避免或減弱電磁輻射的影響，可使用電磁屏蔽材料進(jìn)行防護(hù)。然而傳統(tǒng)的金屬電磁屏蔽材料加工性差、形狀固定且密度大。因此，開發(fā)質(zhì)量輕且易裁剪的織物屏蔽材料成為高效防電磁輻射的一個(gè)重要研究方向[3-4]。PA66(聚酰胺，俗稱尼龍66)織物具有密度小、耐腐蝕、易加工且價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，所以實(shí)驗(yàn)選擇用PA66做基底，制備輕質(zhì)電磁屏蔽材料[5-7]。

目前，已經(jīng)提出各種在紡織品上金屬化制備電磁屏蔽織物技術(shù)，包括噴涂，濺射涂層，真空沉積，電鍍和化學(xué)鍍[8-10]?；瘜W(xué)鍍織物由于其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和加工性，得到廣闊的應(yīng)用[11]。化學(xué)鍍銀織物除具有極強(qiáng)的導(dǎo)電和電磁屏蔽效能外，還具有制備工藝簡單，但是銀價(jià)格較貴。化學(xué)鍍鎳織物表面的金屬鎳化學(xué)穩(wěn)定性好，同時(shí)具有穩(wěn)定的導(dǎo)磁性，但是導(dǎo)電性沒有銀好[12]。所以選擇化學(xué)鍍Ag-Ni制備復(fù)合電磁屏蔽材料，可以結(jié)合兩者的優(yōu)勢。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 實(shí)驗(yàn)材料

選用PA66平紋織物，紗線經(jīng)緯密度Tj=Tw=3.3 tex，織物面密度為40g/m2。所用的化學(xué)試劑均為分析純。

1．2 實(shí)驗(yàn)儀器

場發(fā)射掃描電子顯微鏡(JSM-7800F，日本)，X-射線光電子能譜儀(XRD-6000，日本)、綜合物性測量儀(Dyna cool T，美國)、法蘭同軸屏蔽效能測試儀(DR-SO1，中國)、AUTOL AB(AUTO302N，瑞士)。

1．3 PA66化學(xué)鍍預(yù)處理

PA66基底呈疏水性、表面惰性及無潤濕性等特點(diǎn)，表面活化能較高，很難直接進(jìn)行化學(xué)鍍，因此化學(xué)鍍前必須對(duì)其進(jìn)行表面預(yù)處理[13]。PA66單根纖維基底預(yù)處理主要示意圖如圖1所示，預(yù)處理溶液與操作條件如表1所示，所有反應(yīng)溫度均為室溫，用蒸餾水做溶劑，其中每一處理步驟后均需用去離子水沖洗干凈。

圖1 PA66單根纖維基底表面化學(xué)鍍前預(yù)處理示意圖

表1 預(yù)處理配方及操作條件

1．4 PA66化學(xué)鍍

表2 化學(xué)鍍銀的配方

化學(xué)鍍銀、鍍鎳溶液的基礎(chǔ)配方見表2和表3。化學(xué)鍍銀液由銀氨溶液組分和還原性組分組成，為了控制化學(xué)鍍銀的速度，還需加入一定量的穩(wěn)定劑硫脲，反應(yīng)時(shí)將銀氨溶液逐滴加入還原液中，銀氨溶液和還原體積比為1∶1?；瘜W(xué)鍍銀的反應(yīng)溫度為15 ℃，化學(xué)鍍鎳的反應(yīng)溫度為65℃。

表3 化學(xué)鍍鎳的配方操作條件

2 結(jié)果與討論

2．1 鍍層質(zhì)量和成分

表4顯示了基底PA66， PA66/Ag(PA66化學(xué)鍍銀)，PA66/Ni(PA66化學(xué)鍍鎳)，PA66/Ag-Ni(PA66復(fù)合鍍銀-鎳)和PA66/Ni-Ag(PA66復(fù)合鍍鎳-銀)織物樣品的重量。以PA66織物為基底制備的復(fù)合電磁屏蔽材料具有密度低的性能，遠(yuǎn)低于其它文獻(xiàn)制備的屏蔽材料。結(jié)果表明，隨著鍍層的增加，織物樣品的重量增加，這歸因于化學(xué)鍍過程的性質(zhì)。同時(shí)可以看出相同條件下PA/Ag-Ni比PA/Ni-Ag的質(zhì)量高，這表明Ni沉積于Ag上比Ag沉積于Ni上要相對(duì)容易。

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

2．2 鍍層的形貌分析

圖2 不同鍍層形貌 (a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni，(c) PA66/Ni-Ag， (d) PA66/Ag-Ni

采用化學(xué)鍍在PA66表面沉積Ag， Ni， Ag-Ni，Ni-Ag后的形貌如圖2所示，四種鍍層表面都具有典型的球狀結(jié)構(gòu)。圖2(a)PA66/Ag，可以觀察到鍍層有一定的厚度，但是局部會(huì)出現(xiàn)鍍層厚度過厚而出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，單獨(dú)鍍Ag效果不好。圖2(b)PA66/Ni，可以看出化學(xué)鍍后，鍍層不均勻，局部有團(tuán)聚現(xiàn)象，鍍層效果較差。圖2(c)PA66/Ni-Ag，鍍層表面均勻，覆蓋較為完全，說明復(fù)合鍍優(yōu)于單層鍍，但是整個(gè)織物表面平整度沒有化學(xué)鍍Ag-Ni好。圖2(d)化學(xué)鍍Ag-Ni具有良好的均勻性和致密性，顆粒尺寸均勻，且它們之間的間隙非常小。由此，說明PA/Ag-Ni表面鍍形貌最好。

2．3 磁性能分析

圖3 磁滯回線(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni，(e) PA66

圖3為(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni，(e) PA66織物的磁滯回線。從圖中可以看出除基底PA66織物和鍍銀PA66織物外其它三種鍍層的PA66織物均具有一定的飽和磁化強(qiáng)度和較小的矯頑力。圖中可以看出鍍Ag層不存在磁的作用。PA66/Ag-Ni織物的飽和磁化強(qiáng)度(23 emu/g)明顯高于單獨(dú)PA66/Ni織物的飽和磁強(qiáng)度(18 emu/g)，這是因?yàn)閺?fù)合鍍有利于鎳的沉積，可以沉積更多的鎳層。而PA66/Ni-Ag織物的飽和磁化強(qiáng)度(11 emu/g)明顯小于PA66/Ni織物的飽和磁強(qiáng)度(18 emu/g)和PA66/Ag-Ni織物的飽和磁化強(qiáng)度(23 emu/g)，這是因?yàn)殄冩噷颖槐砻娓采w。

2．4 電磁屏蔽性能分析

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

圖4顯示了30-1500MHz頻率范圍內(nèi)(a) PA66，(b) PA66/Ag，(c) PA66/Ni，(b) PA66/Ni-Ag， (e) PA66/Ag-Ni電磁屏蔽效能。圖中(a)可以看出單獨(dú)的PA66沒有電磁屏蔽效能，圖(b)和(c)單獨(dú)鍍屏蔽材料的屏蔽曲線較為平緩，波動(dòng)較小。說明(b)PA66/Ag和(c)PA66/Ni織物在30～1500MHz范圍內(nèi)屏蔽效能比較平穩(wěn)。PA66/Ag織物的屏蔽效能在28～30dB之間，PA66/Ni織物的屏蔽效能在36～40dB之間。(d)和(e)復(fù)合鍍PA66織物在30～350MHz之間是隨著時(shí)間的增大屏蔽效能增大，350～1500MHz屏蔽效能基本穩(wěn)定。(d)PA66/Ag-Ni織物在30～350MHz屏蔽效能從46 dB漲到60dB，并且350～1500MHz屏蔽效能保持在60dB左右。(e) PA66/Ag-Ni織物比PA66/Ni-Ag織物的電磁屏蔽效能高，在30～350MHz屏蔽效能從46漲到71dB， 350～1500MHz屏蔽效能在65～70dB之間。說明PA66/Ag-Ni材料屏蔽性能也優(yōu)于PA66/Ni-Ag屏蔽材料。

2．5 耐蝕性能分析

表5 樣品的腐蝕性能

采用動(dòng)電位極化測量來評(píng)估PA66鍍層織物的耐腐蝕特性。在室溫下，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%NaCl溶液中獲得(a) PA66/Ag，(b) PA66/Ni-Ag，(c) PA66/Ni，(d) PA66/Ag-Ni織物的不同鍍層動(dòng)電位極化曲線如圖5所示。 根據(jù)陰極和陽極Tafel曲線的交點(diǎn)計(jì)算腐蝕電位Ecorr和腐蝕電流密度icorr，并將外推的陰極和陽極極化曲線制成表5。

對(duì)于任何極化曲線，還原反應(yīng)主導(dǎo)陰極側(cè)，氧化反應(yīng)主導(dǎo)陽極側(cè)。不同鍍層PA66織物的動(dòng)電位曲線具有相似的形狀。圖中所有樣品的腐蝕電位基于作為參比電極的SCE電極，鉑網(wǎng)作為輔助電極。發(fā)現(xiàn)PA66/Ag織物，復(fù)合PA66/Ni-Ag織物，鍍PA66/Ni織物及PA66/Ag-Ni織物順序腐蝕電位向更正方向移動(dòng)，腐蝕電流正好相反。圖5和表5表明，鍍有Ni和鍍Ni在表層有更好耐腐蝕性能，其中Ag-Ni沉積物具有最大的正腐蝕電位，最小的腐蝕電流密度和最高的極化電阻。因此，復(fù)合鍍PA66/Ag-Ni織物具有最優(yōu)異的耐腐蝕性。

圖5 樣品的極化曲線

3 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)屏蔽機(jī)理的研究可知層狀屏蔽材料的屏蔽性能是由材料的鍍層質(zhì)量和表面磁強(qiáng)度決定的，并且隨著它們的增大而增大。本文經(jīng)過預(yù)處理步驟后化學(xué)鍍Ag、Ni的方法制備了性能優(yōu)良的PA66輕質(zhì)復(fù)合屏蔽材料。通過SEM， VSM、法蘭同軸測試和Tafel測試揭示四種鍍層的不同形態(tài)，所得到PA66/Ag、PA66/Ni、復(fù)合鍍PA66/Ni-Ag、PA66/Ag-Ni織物在導(dǎo)電性，磁性，電磁屏蔽效能和耐腐蝕性能方面表現(xiàn)出不同的性能，其中復(fù)合鍍PA66/Ag-Ni織物性能最為優(yōu)異。