【簡(jiǎn)介】

 鄭繼業(yè)，張輝

（西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048）

摘要：使用不同種類的分散劑分散磁性納米Fe₃0₄微粒，并將其添加到化學(xué)鍍銀液中，實(shí)現(xiàn)了錦綸織物納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀。借助掃描電鏡、X射線衍射和熱重等分析技術(shù)對(duì)鍍層表面形貌、成分、結(jié)構(gòu)和織物熱性能進(jìn)行了研究，并測(cè)定了織物的電磁波屏蔽效能、表面比電阻和耐磨性能。結(jié)果表明：較普通鍍銀織物，不同分散荊分散納米Fe₃0₄微粒鍍銀層表面形貌有所不同；三聚磷酸鈉分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，晶粒尺寸有所減小，熱起始分解溫度有所升高，耐磨性稍有所增強(qiáng)；當(dāng)增重率相同，納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度低時(shí)，電磁波屏蔽效能稍有所增強(qiáng)；隨著增重率的增加，平均屏蔽效能逐漸增大，表面比電阻逐漸減小。

關(guān)鍵詞：錦綸織物，納米Fe₃0₄微粒，復(fù)合鍍銀，屏蔽效能，耐磨

中圖分類號(hào)：TQ 153  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-4742（2011）05-0040-05

O前言

化學(xué)鍍銀織物質(zhì)地輕薄，柔軟透氣，耐蝕抗菌，屏蔽電磁波安全可靠。在織物上進(jìn)行化學(xué)鍍銀，主要采用甲醛或還原糖與銀氨配位鹽起氧化還原反應(yīng)，在纖維表面沉積一層金屬銀。由于化學(xué)鍍銀不是自催化反應(yīng)，一次施鍍僅能鍍一薄層，且鍍層牢度比較差。隨著對(duì)電磁波屏蔽織物性能要求的提高，單一鍍層的屏蔽織物往往難以滿足使用要求，因此復(fù)合型鍍覆織物是目前重點(diǎn)研究的內(nèi)容。磁性納米Fe₃0₄微粒具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使其表現(xiàn)出與常規(guī)磁性材料不同的特性，在磁記錄材料、磁流體、催化、醫(yī)藥和顏料等方面具有非常廣泛的應(yīng)用^[1]。目前有關(guān)織物化學(xué)鍍銀的文獻(xiàn)較多^[2-6]，但涉及錦綸織物磁性納米Fe₃0₄微?；瘜W(xué)復(fù)合鍍銀的還沒(méi)有。因此，本文首先制備了磁性納米Fe₃0₄微粒，使用5種不同種類的分散劑進(jìn)行分散，然后將其添加到鍍銀液中，對(duì)錦綸織物實(shí)施納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀。測(cè)定了織物的電磁波屏蔽效能、表面比電阻和耐磨性能；研究了納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度和分散劑的種類對(duì)上述性能的影響，并借助掃描電鏡、X射線衍射儀和熱重等測(cè)試技術(shù)對(duì)鍍層性能進(jìn)行了分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

使用的化學(xué)試劑有：三氯化鐵，氯化亞鐵，硝酸銀，氨水，葡萄糖，氫氧化鈉，酒石酸，無(wú)水乙醇，十六烷基三甲基溴化銨（ CTAB），十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），吐溫-80（T-80），三聚磷酸鈉（STPP）和海藻酸鈉（SA），以上試劑均為分析純。

織物選用錦綸平紋織物，經(jīng)、緯紗線線密度均為9.4 tex，經(jīng)、緯紗密度為390×300根/10 cm。

1.2 納米Fe₃0₄微粒制備

將一定量的二價(jià)鐵鹽和三價(jià)鐵鹽的混合溶液添加到燒瓶中，然后將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水加入到燒瓶中并劇烈攪拌，鐵鹽的濃度控制在0.5 mol/L， C_Fe²⁺：C_Fe³⁺：C_OH^- =1：1：6，恒溫30℃水浴處理；待混合溶液由橙紅色逐漸變成黑色后，再繼續(xù)攪拌15 min，結(jié)束反應(yīng)，離心分離，用蒸餾水反復(fù)洗滌直至中性，移去上層清液，在60℃下真空干燥24 h，研磨后即得納米Fe304微粒^[7]。

1.3 錦綸織物納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀

用去離子水分別配制質(zhì)量濃度為2.O g/L的 CTAB，SDBS，T-80，STPP和SA溶液，按照1.O g/L的質(zhì)量濃度向其中添加納米Fe₃0₄微粒，在50 kHz，100 W的條件下超聲波振蕩15 min。然后向化學(xué)鍍銀液中緩慢滴加質(zhì)量濃度為0.04 g/L的納米Fe₃0₄分散液，以制備相同增重率[8]、使用不同分散劑分散的復(fù)合鍍銀織物；另外向鍍銀液中添加SDBS分散的0.04 g/L，0.08 g/L，0.12 g/L和0.16 g/L的納米Fe₃0₄分散液，以制備相同增重率、納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度不同的復(fù)合鍍銀織物。錦綸織物復(fù)合鍍銀工藝流程為：粗化—→水洗—→敏化、活化—→水洗—→解膠—→水洗—→還原—→水洗—→納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀。

化學(xué)鍍銀液配方為：硝酸銀3.5 g/L，氫氧化鈉2.5 g/L，葡萄糖4.5 g/L，酒石酸0.4 g/L，無(wú)水乙醇10 mL/L，氨水適量，pH值11，25℃。

1.4性能測(cè)試和結(jié)構(gòu)表征

化學(xué)復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能和表面比電阻測(cè)試方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。根據(jù)GB/T 21196.3-2007用YG（B） 401D型全自動(dòng)織物平磨儀測(cè)定織物的耐磨性能，加壓質(zhì)量為794 g，有效摩擦直徑為28.8 mm，夾持器與磨臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率為50 r/min，磨料選用滌綸平紋織物，其經(jīng)、緯紗線線密度均為密度均為7.2 tex，經(jīng)、緯紗密度為360×220根/10 cm，平磨一定次數(shù)后，用JA2003型電子天平稱量織物磨損前、后的質(zhì)量，以質(zhì)量損失率作為評(píng)價(jià)耐磨性的指標(biāo)，每種織物測(cè)試3塊，取其平均值。用JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察納米Fe₃0₄微粒和鍍層的表面形貌，并用該儀器配備的X射線能譜儀對(duì)鍍層進(jìn)行成分分析。用XRD-7000S型X射線衍射儀對(duì)納米Fe₃0₄微粒和鍍層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描范圍20°～90°，掃描速率10°/min，掃描步長(zhǎng)0.02°。用VSM型多功能振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)納米Fe3O4微粒進(jìn)行磁性能和參數(shù)分析。用TGA/SDTA851e型熱重／微分熱同步分析儀在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，測(cè)定織物的熱失重曲線，升溫速率10℃/min，升溫范圍35～900℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 電磁波屏蔽效能和表面比電阻分析

圖1為增重率對(duì)普通鍍銀織物的平均屏蔽效能和表面比電阻的影響。由圖1可知：隨著增重率的增加，平均屏蔽效能逐漸增大，而表面比電阻逐漸減小。當(dāng)增重率在42%左右時(shí)，CTAB，SDBS，T-80， STPP和SA分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物（納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度為0.04 g/L）的平均屏蔽效能分別為19.3 dB，48.2 dB，30.8 dB，53.7 dB和41.6 dB；相應(yīng)的表面比電阻為688 Q，14.62 Q，55.54 Q，13.19 Q和17.46 Q。因此當(dāng)增重率接近時(shí)，STPP分散納米Fe₃0₄復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能好于普通鍍銀織物的，SDBS分散納米Fe₃0₄復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能與普通鍍銀織物的相似，CTAB分散納米Fe₃0₄復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能最差。圖2為納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度（SDBS分散）對(duì)復(fù)合鍍銀織物的平均屏蔽效能和表面比電阻的影響（增重率16%）。由圖2可知：隨著納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度的增加，平均屏蔽效能逐漸減小，表面比電阻逐漸增大，說(shuō)明納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度過(guò)大反而不利于鍍銀織物的電磁波屏蔽。

2.2耐磨性能分析

經(jīng)過(guò)500次平磨之后，增重率為12%的普通鍍銀織物的質(zhì)量損失率為2.1%，增重率為60%的普通鍍銀織物的質(zhì)量損失率為4.1%。加入納米Fe₃0₄微粒之后，復(fù)合鍍銀織物的耐磨性能稍有所降低，但質(zhì)量損失率變化不明顯。當(dāng)增重率接近時(shí)，經(jīng)過(guò)15000次平磨之后，普通鍍銀織物（增重率為44%）的質(zhì)量損失率為15.3%；而STPP分散納米Fe₃0₄（納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度為0.04 g/L）復(fù)合鍍銀織物（增重率為42%）的耐磨性稍好于普通鍍銀織物的，質(zhì)量損失率為11.2%。

2.3微觀形貌觀察

圖3為納米Fe₃0₄微粒、普通化學(xué)鍍銀和不同分散劑分散納米Fe₃0₄微粒（0.04 g/L）復(fù)合鍍銀織物的掃描電鏡照片。由圖3（a）可知：納米Fe₃0₄微粒的平均粒徑在25 nm左右，外觀呈球形。由圖3（b）可知：普通鍍銀層表面相對(duì)比較潔凈、光滑，散布著少量的絮狀物，可能為反應(yīng)不徹底的殘留物。由圖3（c）可知：CTAB分散納米Fe₃0₄微粒與鍍銀液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鍍層發(fā)黑，表面絮狀物明顯減少。由圖3（d）～圖3（g）可知：SDBS，T-80，STPP和SA分散納米Fe₃0₄微粒與鍍銀液反應(yīng)所得鍍層的表面絮狀物明顯增多，其中STPP分散所得鍍層表面絮狀物最為嚴(yán)重。隨著納米Fe₃0₄微粒的增加，鍍層表面形貌沒(méi)有明顯變化。

2.4 X射線能譜分析

X射線能譜測(cè)試結(jié)果表明：不同分散劑分散納米Fe₃0₄復(fù)合鍍銀層的主要成分為銀和少量的鐵，其中銀元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在94.5%～98.7%，鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.3%～5.5%，表明化學(xué)復(fù)合鍍銀層中含有納米Fe₃0₄成分。

2.5 結(jié)構(gòu)分析

圖4為納米Fe₃0₄微粒，普通化學(xué)鍍銀和STPP分散納米Fe₃0₄復(fù)合鍍銀的X射線衍射譜圖。由圖4（a）可知：納米Fe₃0₄微粒在2θ= 28°，36°，43°，54°，57°，63°和74°左右出現(xiàn)了衍射峰，分別對(duì)應(yīng)著Fe3O4的（220），（311），（400），（422），（ 511），（440）和（533）晶面，與標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS中磁鐵礦Fe₃0₄（No.19-0629）相一致，為立方反尖晶石結(jié)構(gòu)。根據(jù)Scherrer公式^[9]計(jì)算出（311）晶面處的晶粒尺寸為21.4 nm。由圖4（b）可知：普通化學(xué)鍍銀織物和STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物均在2θ=40°，45°，65°和78°左右出現(xiàn)了衍射峰，（111）晶面處的晶粒尺寸分別為22.1 nm和16.4 nm。因此納米Fe₃0₄微粒的引入使得晶粒尺寸有所減小。由于納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度太低，未發(fā)現(xiàn)其衍射峰。

2.6納米Fe₃0₄微粒磁性能分析

圖5為納米Fe₃0₄微粒的磁滯回線。由圖5可知：納米Fe₃0₄微粒的飽和磁化強(qiáng)度為63 emu/g，剩余磁化強(qiáng)度幾乎為零，所制備的納米Fe₃0₄微粒具有超順磁性。磁性納米Fe₃0₄微粒在外加磁場(chǎng)作用下被磁場(chǎng)所吸引，一旦磁場(chǎng)撤離，微粒本身沒(méi)有殘留磁性。

2.7織物熱學(xué)性能分析

圖6為錦綸織物的TG曲線，表1為測(cè)試結(jié)果。由表1可知：錦綸織物、普通鍍銀織物和STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物都出現(xiàn)了一次熱分解過(guò)程。與錦綸織物相比，普通鍍銀織物的熱起始分解溫度分別降低了1.5℃（增重率50%）和升高了3.5℃（增重率12%）；而STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的熱起始分解溫度升高了12.7℃。因此增重率對(duì)鍍銀織物的熱學(xué)性能有一定影響，而鍍層成分的影響更為顯著。

3 結(jié)論

采用化學(xué)共沉積法制備出了磁性納米Fe₃0₄微粒，使用不同分散劑進(jìn)行分散，然后將其添加到化學(xué)鍍銀液中，實(shí)現(xiàn)了錦綸織物納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀。

（1）電磁波屏蔽測(cè)試表明：當(dāng)增重率和納米Fe₃0₄微粒的質(zhì)量濃度相同時(shí)，不同分散劑分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能有所不同，STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能最好，CTAB分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的最差。隨著納米Fe₃0₄的質(zhì)量濃度的增加，復(fù)合鍍銀織物的電磁波屏蔽效能反而變差。

（2）耐磨性測(cè)試表明：STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的耐磨性能稍好于普通鍍銀織物的。

（3）掃描電鏡和X射線衍射測(cè)試表明：較普通鍍銀織物，分散劑CTAB導(dǎo)致鍍層發(fā)黑，SDBS，

DBS，T-80，STPP和SA導(dǎo)致鍍層表面絮狀物明顯增多，而納米Fe₃0₄微粒對(duì)鍍層表面形貌沒(méi)有明顯影響。 STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀鍍層的結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，晶粒尺寸有所減小。

（4）熱重測(cè)試表明：STPP分散納米Fe₃0₄微粒復(fù)合鍍銀織物的熱起始分解溫度較普通鍍銀織物的有所升高，增重率對(duì)熱起始分解溫度的影響不大，而鍍層成分對(duì)其影響顯著。

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