PA66化學(xué)鍍Ag、Ni電磁屏蔽材料的制備及性能研究

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)，而且對人體健康也會造成一定危害[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]?；瘜W(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，但是銀價格較貴?；瘜W(xué)鍍鎳織物表面的金屬鎳化學(xué)穩(wěn)定性好，同時具有穩(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?；瘜W(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

采用動電位極化測量來評估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，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。