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    電磁屏蔽用導電滌綸織物制備新技術及其產業化應用研究

    時間:2020-09-25   訪問量:1873

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    隨著電子技術的快速發展,人們生產和生活中使用的電子產品和設備越來越多,各種電子器件都不同程度的產生電磁波輻射,電磁波輻射不僅造成電子產品之間的相互干擾,而且還污染人類生存的空間,危害人類的健康。

    許多國家都制定了嚴格的電磁輻射防護標準和規定。由于優良的導電性和特殊的結構,表面鍍覆銅和鎳的導電織物(如導電布)可用來屏蔽電磁波輻射和干擾。

    目前,在織物上鍍覆金屬銅主要采用以甲醛為還原劑的化學鍍銅技術,但以甲醛為還原劑的化學鍍銅溶液穩定性差,且甲醛揮發性強、毒性大,被很多國家和地區禁止使用。

    在此背景下,本文針對目前以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅的鍍層結構疏松、電阻率高、次磷酸鈉消耗大以及反應持續性差等問題,系統研究了以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅工藝,并首次將聯吡啶和亞鐵氰化鉀應用于以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅,改善了鍍層的組織結構和導電性能;根據以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅的特點,研究了滌綸織物化學鍍銅前預處理工藝;將以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅技術與化學鍍鎳技術相結合并應用于導電滌綸織物的制備和連續化生產,制備導電滌綸織物的工藝路線為:去油、粗化、敏化、活化、化學鍍鎳、化學鍍銅和化學鍍鎳保護層。

    本文對導電滌綸織物的表面電阻、電磁屏蔽效能、以及鍍層與織物纖維的結合力和抗腐蝕能力等性能進行了重點研究,并且進行了導電滌綸織物工業生產試驗研究。 

    本文主要結論如下: 

    (1)通過對化學鍍銅前織物粗化工藝的研究,氫氧化鈉溶液浸泡滌綸織物的粗化方法最為有效,最佳粗化工藝條件為:氫氧化鈉200g/L;溫度:70℃;時間:10min。在此粗化工藝條件下,織物粗化后的減重率為9.8%左右,織物纖維與金屬鍍層的結合力可以達到最佳的第5級;化學鍍銅活化的最佳工藝路線為:敏化(SnCl_2 8~10 g/L)、離子鈀活化(PdCl2 0.05 ~0.06 g/L)和堿性化學鍍鎳。 

    (2)采用正交實驗方法系統研究了化學鍍銅工藝,實驗分析結果表明影響鍍銅織物表面電阻和沉積速率組成的綜合指標的因素主次順序為:硫酸鎳濃度pH值檸檬酸濃度次磷酸鈉濃度溫度。最佳的化學鍍銅基礎配方和操作條件為:硫酸銅8g/L;硫酸鎳:0.9g/L;次磷酸鈉40g/L;檸檬酸20g/L;硼酸30g/L;pH 9.5;溫度65℃;在保持其它組分和工藝條件不變情況下,分別測定銅離子、鎳離子、次磷酸鈉、檸檬酸、pH值、溫度變化時所對應的沉積速率。通過對沉積速率與各因素的關系曲線作線性回歸分析和計算,得到化學鍍銅反應的動力學方程式為: 

    (3)在最佳基礎配方和操作條件的基礎上,為了進一步優化化學鍍銅工藝,改善鍍層結構與性能,研究了添加劑對化學鍍銅的作用和影響。在化學鍍銅溶液中添加聚乙二醇可以消除鍍層表面的氣體留痕,但化學鍍銅沉積速度明顯加快,導致鍍層疏松,鍍銅織物表面電阻升高;添加20mg/L聯吡啶使織物上化學鍍銅沉積速度由2.56 g/(min·m~2)下降至1.8 g/(min·m~2),鍍層由疏松、多孔變得均勻致密,外觀由暗紅色或棕黑色變成亮銅色,鍍層由(111)晶面擇優取向變為(220)晶面擇優取向,化學鍍銅過程中的NaH_2PO_2/CuSO_4消耗摩爾比由7.05下降至5.5左右,鍍銅重量為30g/m~2的210T織物表面電阻由79 mΩ/sq下降至28 mΩ/sq;溶液中添加2~4mg/L亞鐵氰化鉀使織物上化學鍍銅沉積速度由2.56 g/(min·m~2)下降至約1.95 g/(min·m~2),鍍層中的鎳含量由0.28 wt%下降至0.17 wt%,鍍層變得均勻致密,外觀由暗紅色或棕黑色變成亮銅色,鍍層由(111)晶面擇優取向變為(220)晶面擇優取向,鍍層晶粒尺寸由17.2nm增大到24.7nm,化學鍍銅過程中的NaH2PO2/CuSO4消耗摩爾比由7.05下降至3.5左右,鍍銅重量為30g/m~2的210T織物表面電阻由79 mΩ/sq下降至19 mΩ/sq。 

    (4)隨著織物上銅鍍層重量或鍍層厚度的增加,210T、260T和290T三種型號織物的表面電阻均顯著下降,表面導電能力明顯增強,當鍍銅重量達到30g/m~2時,三種型號織物的表面電阻均小于22 mΩ/sq;當鍍銅重量相同時,織物編織密度增加,織物的表面電阻隨之略微增大;隨著織物上銅鍍層重量增加和導電能力增強,導電織物的電磁屏蔽效能明顯增強;當210T織物上鍍銅重量達到30g/m~2時,在10MHz~20GHz的頻率范圍內電磁屏蔽效能均達到82dB以上;導電織物的電磁屏蔽效能均隨著頻率的增大而減小,隨編織密度或緊度的增加而增大;當化學鍍銅層和化學鍍鎳保護層的重量分別為約30g/m~2和10~12 g/m~2時,金屬鍍層與織物纖維結合牢固,結合力測試后金屬鍍層幾乎不脫落。 

    (5)與長沙鑫邦工程新材料有限公司合作,設計制造了年產12萬平方米導電滌綸織物的工業試驗生產線,并在生產線上進行了工業試驗研究,結果表明:采用去油、粗化、敏化、活化、化學鍍鎳、次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅、化學鍍鎳保護層的工藝技術和路線,可以成功生產得到表面電阻低、電磁屏蔽效能高、金屬鍍層與織物纖維結合良好的電磁屏蔽用導電滌綸織物。制備過程對環境友好,操作簡單,可控性強,生產成本低。 

    本文主要在以下幾個方面進行了創新: 

    (1)針對目前對以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅的研究不夠充分、鍍層結構疏松、電阻率高、次磷酸鈉消耗量大及反應持續性差等問題,系統地研究了以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅工藝,并將亞鐵氰化鉀和聯吡啶作為添加劑應用于以次磷酸鈉為還原劑的化學鍍銅體系,獲得了表面均勻光亮、結構致密、導電性能良好的化學鍍銅層,降低了次磷酸鈉的消耗量。 

    (2)首次將以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅技術成功應用于制備和生產導電滌綸織物,以次磷酸鈉為還原劑化學鍍銅溶液穩定性高,生產成本低且生產過程安全。 

    (3)采用去油、粗化、敏化、活化、化學鍍鎳、化學鍍銅、化學鍍鎳工藝技術和路線成功制備得到表面電阻低、電磁屏蔽效能高的電磁屏蔽用導電滌綸織物。 (4)設計和制造了連續化生產導電滌綸織物的工業試驗生產線,該生產線結構緊湊、簡單,操作方便,加工成本低,可控性強。

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