主题：【分享】织物的金属化处理及其产品应用前景

前言



随着科学技术的发展，电子技术的产品已深入到人们生活和工业生产部门的各个角落例如：家庭各种家用电气设备外，移动电话、个人电脑以及办公自动化等等，以极其迅猛的速度渗透到各方面人们在生活中尽情地享受。由电子技术的进步带来的种种方便、欢乐和舒适的同时，出现了一个潜在性问题——电磁波，它会损害人们的健康例如人们长时间工作在电磁波的环境中，容易产生疲劳、视力衰退、头痛、失眠等症状，医学称谓“现代病”为了预防电磁波，屏蔽材料的开发应运而生，织物金属化技术的研究，在纺织化学科研人员中间引起很大的关注。



众所周知，金属化织物屏蔽电磁波，其作用是将电磁波过滤、吸附或反射使之减弱此外，金属化织物还具有其它功能，如抗静电、紫外线屏蔽和抗菌防臭等，因此，织物金属化技术实为一种多功能工艺。



金属化织物中最典型的产品是由金属纤维或纱线织成的织物，这种产品确切地应称谓金属网，主要是由铜、镍、铝、不锈钢或其它合金，甚至金或银纤维组成用于防昆虫、特殊滤层，传送网、防射频和电磁波，以及导电织物等如用铅纤维织成的织物，可作隔音及防X射线的围裙等防护织物其次，由不锈钢等金属纤维与其他纤维混纺织成的织物，这类产品有良好的导电性和屏蔽性，用于高净室空气过滤材料和计算机的遮盖材料等。尚有一种复合结构织物，如铝箔与无纺布、金属薄膜与织物除以上三种金属化织物外，近年来，为适应高科技发展的需要，织物金属化技术也有了长足的进步，开发形成了两种新的工艺技术，一是化学镀(又称湿法)，即织物在水溶液中通过化学反应，使金属还原成原子或分子沉积在纤维或纱线表面二是由涂层、真空镀膜和溅镀组成的干法，直接在织物表面形成金属化结构本文拟就这些新技术及其产品应用开发情况，作一简要介绍，并就教于诸同好。




1．化学镀(湿法)



人们对电镀早就熟识，对化学镀可能有些生疏这两种方法都是在水溶液中进行加工的，故又称湿法电镀是藉电流使溶液中的金属离子还原，在被镀基材表面形成金属膜而化学镀是采用化学品中的还原剂，使金属离子还原沉积形成金属膜电镀一般适用于各种金属导体材料，而化学镀不论导体和绝缘体均可施镀，且无需整流器等电源设备，不论被镀物的形状如何，均能获得均匀的镀层化学镀根据不同镀层要求，可选择不同的工艺条件，只是有含金属离子的污水排放，是个需要认真对待的问题。



化学镀其实是一种古老的镀金属工艺，其源头可追溯到古埃及的制镜术近代的化学镀技术是在塑料上应用以后才引起大家的注意，稍后，纺织品的化学镀技术研究才逐步开展目前，纺织品的化学镀以镀铜、镀镍和镀银为主我国纺织品金属化采用化学镀技术，据有关报导，上海纺织科学研究院在70年代就着手在选定的基布上进行化学镀银工艺的研究，之后发展化学镀铜、镀镍，以及镀铜、镍的复合工艺.

1-1化学镀的原理：



织物化学镀镍是在镍盐的水溶液中，加还原剂(如次亚磷酸盐、硼氢化合物)，使金属镍析出镀布在纤维表面上??

关于化学镀的原理，目前尚无定论，有种种解释：



1.还原成原子状态，氢为中间体的反应机理；



2.氢转移机理；



3.电化学机理；



4.水和金属转换机理等等但在酸性溶液中，下列反应是进行的



NiSO4+2NaH2PO2+2H2O+催化剂 = Ni+2NaH2PO3+H→2+H2↑+H2SO4    (1)



NaH2PO3+H = P+NaOH+H2O  (2)



由于反应(1)，使溶液中硫酸镍浓度降低和pH值下降；反应(2)会产生磷的析出

1-2 化学镀工艺流程：



织物化学镀金属化的工艺流程和装备示意图如图1所示

脱脂→水洗→中和→水洗→催化(敏化) →水洗→活化→水洗→化学镀→水洗→烘干



图1 织物化学镀的基本装置示意图


1-2-1 脱脂：



待化学镀的织物，必须要经过充分前处理，去除油脂、污垢等杂质，使纤维表面呈多孔状如系合成纤维其表面尚需粗糙化处理(如涤纶的碱减量处理)，以提高镀层与基材的紧密附着牢度。因化学镀只是金属与被镀基材之间的物理结合，或称抛锚效果

1-2-2 催化(或敏化)处理：



将织物浸入催化剂溶液(如氯化亚锡等)，并使每根纤维都能均匀吸附，为活化处理奠定良好的基础，作为以后化学镀析出金属的核心

1-2-3 活化



一般是将促进剂(或活化剂)如氯化钯或氯化金等贵金属胶体溶液处理，与纤维上的氯化亚锡反应，使氯化钯还原成钯微粒吸附在纤维表面活化处理后的水洗要妥善控制，水洗不足，活化溶液带入化学镀液会引起自然分解；水洗过份，部分促进剂洗去给化学镀造成困难或使镀层不匀其间的主要反应为：



Sn++ → Sn+++  +2e    (3)



Pd++ + 2e → Pd↓  (4)

1-2-4 化学镀



化学镀溶液由金属盐、还原剂、络合剂、缓冲剂和稳定剂等组成，其主要反应是由还原剂将金属离子还原成金属原子或分子沉积在纤维表面，而原先吸附在纤维上的贵金属(如反应4所示)则起催化作用，从而形成金属膜今以镀铜为例简述如下：



化学镀铜溶液中是以甲醛为还原剂，二价铜离子被还原为金属铜，而甲醛自身则氧化为甲酸根，其反应式为：??



Cu2+ + HCHO+3OH- → Cu + HCOO- + 2H2O  (5)



反应式(5)不是自动催化的，即生成的铜不具催化作用，而由贵金属的催化，还有另一反应：



HCHO+OH- +( Pd、Au或Ag) = HCOO-+H2↑    (6)



反应式(5)和(6)相加即得;



Cu2++2HCHO+AOH-→ Cu+2HCOO-+2H2O+H2↑  (7)



反应式(7)是自动催化反应，即在贵金属催化引发下，反应生成铜的沉积能继续自动催化反应下去由此可认为在化学镀的过程中，反应(5)和(7)是同时存在，以反应(7)占优势而已



在化学镀过程，一是要保持铜溶液的稳定性，二是要控制好铜析出速度，优化化学镀溶液的组成和严格掌握化学镀的工艺技术条件是至关重要的，此外，所用化学品纯度，水的含杂等的影响也不溶忽视。



据称：由化学镀生产的金属化涤纶短纤维，其每根纤维上金属镀层厚度一般为0.01～0.5μm，以0.2～0.3μm厚度为大宗如果说推算成薄型织物(如巴里纱之类)则以每平方米计，镀铜约为30克，镀镍为6克化学镀可根据不同用途要求，改变工艺控制获得所需的金属镀层厚度



在相同的电磁波屏蔽效果时，与金属箔复合产品比化学镀金属的金属耗用量为1%以下化学镀与真空镀和溅镀比有能大量连续生产，生产效率高，镀层厚度调节容易，控制较简便的优点。其最大的缺点是有含重金属离子的污水处理问题其次，化学镀铜或镍时过去大都采用钯或金等贵金属作为活化促进剂，由于其价格昂贵，因此降低成本的研究已引起关注，文献上已有用银盐的介绍。



此外，在化学镀产品中，铜的导电率仅次于银，其电磁波屏蔽性能良好。但在空气中铜容易氧化而影响其耐久性，因此，一般都经后处理，防止其氧化如日本三菱人造丝公司开发在涤纶纤维上化学镀铜或镍的产品Diamex商品，为了防止金属氧化影响各项性能，最后经树脂涂层处理由扫描电镜观察证实：该商品每根纤维上镀金属层厚度为0.06～0.15μm，在所有纤维上都覆盖了金属层。

(三)性能与应用



化学镀金属化织物产品中，以镀铜或镀镍为最多，其中主要基材是涤纶，芳族聚酰胺，玻璃和炭素纤维一些著名的商品如：德国Baymetex、荷兰Devex、美国matasol G，以及日本许多公司都在八十年代就工业化生产