硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响.pdf

第 卷 第 期 年 月现代纺织技术 .:.硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响孔德玉郭立芸冯新星张华鹏(.浙江理工大学浙江省纤维材料和加工技术研究重点实验室杭州.军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所北京)摘 要:为充分利用金属 的高红外反射率特性采用化学镀银法制备隔热性能优异的锦纶镀银织物以轻薄锦纶织物作为基材采用化学镀银方法将 中的 以纳米颗粒的形式沉积在锦纶织物表面探讨 质量浓度对镀银织物的银沉积层厚度、表面结构与形貌、红外反射率、保暖隔热性能、透气透湿性能、耐摩擦性能的影响 结果表明:质量浓度在 范围内锦纶镀银织物的银沉积层厚度、晶粒尺寸和远红外反射率随着 质量浓度的升高而增加质量浓度越高锦纶镀银织物的克罗值越大对应的隔热性能越好与原始织物相比化学镀银后织物的克罗值最大能提高到原始织物的.倍 随着质量浓度的增加锦纶镀银织物的透气透湿率分别在 和.()以上在摩擦 次后 层失重率约为.质量浓度在 时锦纶镀银织的远红外反射率和隔热性能处于最佳范围组合絮片中镀银织物放置的位置不同会影响组合絮片的克罗值镀银织物放置于絮片上侧时组合絮片的克罗值最高关键词:化学镀银锦纶镀银织物热反射保暖隔热性能硝酸银质量浓度中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:孔德玉()女贵州黔西南州人硕士研究生主要从事镀银织物的保暖隔热性能方面的研究通信作者:张华鹏:.近年来“失温”事件频发在极端寒冷的恶劣环境下往往需要通过高效保暖材料来减缓散热速度传统服装用隔热保暖材料通过高孔隙率蓬松材料储存更多静止空气减少热量的对流和传导从而达到保暖的效果 而普通服装材料的热红外反射率较低几乎没有辐射隔热效果 在服装领域美国国家航天局从 世纪 年代起制做了聚酯膜镀铝太空毯美国 公司将其镀铝膜技术用于外科手术中但该类产品存在不透气、不透湿的问题只能用于应急、静止状态的人体或服装局部采用镀铝薄膜 知名户外和体育用服装品牌商哥伦比亚 年起将镀铝热能反射技术 用于冬季防寒服装为提高热反射面料的透气和透湿性能在 反射和 红外技术中采用在织物表面点状涂敷金属的方式但热红外反射率较低 防寒服装隔热层不仅需要考虑隔热保暖还需要考虑穿着热湿舒适性和应用耐久性轻质、透气、透湿、耐磨、高隔热的保暖材料一直是研究和开发人员追求的方向 年 等提出“个人热管理”概念将提高保暖材料的热红外反射率作为一种保持人体体温的有效方法 等报道了在织物纤维表面或内部添加金属纳米材料来制备热管理材料的方法通过高反射率纳米材料可以将热量有效地反射回人体减少热量损失 目前用于人体热管理的纳米材料包括碳纳米管、石墨纳米片、金属纳米线及纳米颗粒其中金属银()纳米颗粒因具备高红外反射特性而被广泛应用于“个人热管理”中 等通过水热合成法制备 纳米线再用 纳米线分散液浸润棉织物制备了一种 纳米线涂敷棉织物利用金属 层的高红外反射率达到保暖目的但所制备的 纳米线涂敷棉织物水洗一次后热红外反射率降低幅度接近 并且 纳米线价格昂贵比块状 高出约 个数量级而 纳米线网络的 反射效率仍远低于金属 薄膜且 纳米线还存在与基底材料黏附性差的缺点 目前 纳米颗粒沉积织物的方法主要包括:化学镀、真空镀、磁控溅射、水热合成等化学镀银法因成本低且操作简便的优点而被广泛应用研究但基材的不同会导致银沉积层与织物的结合牢度不同镀银织物的透气透湿性能也因基材的不同存在较大差异例如化学镀银棉织物耐摩擦性能差银沉积层与织物之间的结合牢度低化学镀银涤纶织物的透气性差耐磨性也较差不能满足人体所需的穿着耐久性要求 优异的热管理材料应如普通服装一样应具有优良的透气透湿性能(会呼吸)和优异耐摩擦性能为制备隔热性能优异的服装面料本文以轻薄细特锦纶长丝织物为基材采用化学镀银法制备镀银锦纶长丝织物考察沉积条件中硝酸银()质量浓度对化学镀银锦纶织物的沉积层结构与形貌、红外反射率、隔热保暖性能、透气透湿性能以及耐摩擦性能的影响确定适于红外辐射热管理的镀银织物的 质量浓度范围本研究对金属化织物用于人体热辐射管理的研究和开发具有借鉴意义 实 验.实验材料 试剂与仪器材料:()平纹锦纶长丝织物(总密度 )浙江嘉华特种尼龙有限公司 的熔喷涤纶絮片江苏康大无纺有限公司试剂:氢氧化钠()、脂肪醇聚氧乙烯醚()、氯化亚锡()、盐酸()、氨水、葡萄糖、无水乙醇均为分析纯购自上海麦克林生化科技有限公司 去离子水(电导率为 )实验室自制仪器:型电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)型电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司)型集热式磁力搅拌器(常州国宇仪器制造有限公司).化学镀银工艺在预实验的基础上所选择的化学镀银工艺参数如下:除油:将裁剪好的尺寸大小相同的锦纶织物放入 除油液(、)中 中浸泡 烘干 后称重粗化:除油烘干后的锦纶织物放入 的 中超声 敏化:粗化完成后的锦纶织物放入 (称取 溶于 浓 中溶解后加入 去离子水)超声 用冷风吹至半干状态化学镀银:将敏化后的织物投入 银盐溶液(、氨水)中 后缓慢滴入 质量浓度为 的葡萄糖溶液 磁力搅拌 后取出用去离子水洗净烘干并称重.测试与表征.增重率与沉积层厚度测试与计算将织物在烘箱中 条件下烘干称量镀银前后织物的质量织物增重率通过式()计算获得:()式中:为镀银后织物的重量为原始织物重量锦纶镀银织物的沉积层厚度由式()式()计算可得每平方镀银织物上银的体积:()式中:为镀银织物质量差为 密度每平方米镀银织物上单丝总长度:()式中:为经纱里的单丝根数根为纬纱里的单丝根数根为经纱密度根为经纱密度根每平方米镀银织物上单丝表面积:()式中:为单丝直径 为每平方米镀银织物上单丝总长度单丝直径:.()式中:为单丝细度为锦纶纤维密度银沉积层厚度:()式中:为每平方镀银织物上银的体积 为每平方米镀银织物上单丝表面积.表面形貌观察采用 型场发射扫描电子显微镜现代纺织技术第 卷()对织物的表面形貌进行表征将烘干后的织物样品裁剪成相应大小的块状使用导电胶将其固定在载物台上喷金处理后置于 中对其形貌结构进行观察.织物镀层结构分析采用 射线衍射仪()对织物表面镀层的晶体结构进行表征 测试条件为管电压 管电流 扫描范围:扫描速度:()步长.红外反射率采用带有镀金积分球的布鲁克 红外光谱仪在波长.m 范围内对镀银织物的红外反射率进行表征.隔热保暖性能测试采用 纺织品 生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)测试方法和 平板式织物保温仪对镀银织物的隔热性能(保暖率和克罗值)进行测试分析样品尺寸 分别测试了不同 质量浓度所制备的锦纶镀银织物的保温率和克罗值并测试组合絮片(锦纶镀银织物 保暖絮片)中锦纶镀银织物放置的位置不同时的克罗值 测试时保温仪需进行空白实验试验结束后织物预热半小时进行测试.透气透湿性能透气性:采用 纺织品 织物透气性的测定测试方法和 透气性测试仪对锦纶镀银织物的透气性进行测试测试条件为:试样面积 压差为 透气测试仪自动进行测试并设置机内参数透湿性:采用 .纺织品 织物透湿性试验方法 第 部分:蒸发法的测试标准采用蒸发法对织物进行透湿性测试 选用干净的透湿杯加入去离子水至水面离杯口 处将样品覆在杯口处并且密封接口处提前称重记录随之放入 温度 的湿度环境中静置 后取出再次称重 对比前后重量差距通过式()计算得到相应的透湿率()()式中:为透湿率()为同一试验组合体两次称量之差为空白试样的同一试验组合体两次称量之差 为有效试验面积 为试验时间.耐摩擦性能采用马丁代尔磨损仪将直径为 的圆形试样放置在磨台表面截取直径为 的标准毛毯和磨料四块试样夹头表面与磨台表面保持平行试样与标准磨料正面朝外加上()负荷摩擦一定次数后测量织物重量 结果与讨论.沉积层表面形貌与结构分析.增重率与沉积层厚度图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的增重率与银沉积层厚度 由图 可知镀银织物的增重率与银沉积层厚度随着 质量浓度的增加而增加 当 质量浓度为 时的银沉积层厚度最低当 质量浓度为 时银沉积层增重率与厚度达到最高增重率为 厚度为.这表明 质量浓度增加时银沉积层增重率不断增加的同时沉积层的厚度不断增加 这是由于在相同的反应时间内质量浓度越高被还原的 增多 纳米粒子不断堆积导致增重率及沉积厚度增加图 不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的增重率与沉积层厚度.表面形貌分析图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的 图 从图()中可以看出质量浓度为 时织物表面镀层稀薄 纳米颗粒不能均匀的负载于织物上镀层表面仍有许多空白处其原因是镀液中 质量浓度过低还第 期孔德玉 等:硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响原出的 纳米颗粒无法完全覆盖织物中的纤维由图()()可以看出当 质量浓度为 和 时银沉积层分布均匀且银粒子尺寸较小颗粒间紧密结合 由图()可以看出质量浓度为 时沉积出的银粒子尺寸较大堆积层中颗粒间隙较大这是因为镀液浓度过高镀速过快导致还原出的 颗粒较大 沉积层较为疏松 由图()可看出质量浓度为 时沉积出的 颗粒更大在纤维表面包覆更加完整图 不同 质量浓度制备的锦纶织物的 图.沉积层结构分析图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的 谱图 由图 可以看出镀银织物 分别为.、.、.、.和.时出现()、()、()、()和()晶面衍射峰与标准晶态银卡片()进行对比峰形尖锐峰宽狭窄表明沉积在织物表面为纳米银粒子且银微晶晶粒较为完善银镀层纯度较高并且无 化合物的晶面衍射峰说明镀银织物表面银层中所含杂质较少表明成功制备了表面附着纯 纳米粒子的镀银织物根据谢乐公式计算得到不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物表面银沉积层的晶粒尺寸大小结果如表 所示 由表 可知随着 质量浓度增加晶粒尺寸在不同晶面都相应增加呈现增加趋势 与 时相比质量浓度达到 时垂直于()、()、()晶面的晶粒尺寸增加但增幅较小 计算所得颗粒尺寸大小增加趋势与表面形貌所观察到的结果基本一致图 不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物 谱图.红外反射率分析图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的红外反射率 由图 可知质量浓度为 时锦纶镀银织物与未镀银锦纶织物的红外反射率均为 左右 这是因为镀液中 现代纺织技术第 卷表 不同 质量浓度下制备的镀银织物表面沉积层的晶粒尺寸.质量浓度()晶粒尺寸()()()()().质量浓度过低所沉积的 纳米颗粒过少导致 颗粒无法完全覆盖锦纶纤维表面(见图()热红外被暴露的锦纶纤维吸收造成此时的热红外反射率和未镀银织物基本相同 当 质量浓度为 时随着 质量浓度的增加镀银织物的红外反射率呈增加趋势这是因为沉积在锦纶织物上的 纳米粒子增多且银沉积层在纤维表面增厚更多的纤维之间缝隙被银沉积层填充热红外反射有效面积增加更多热红外被反射镀银织物的红外反射率就越高 当 质量浓度超过 时纤维表面的银沉积层继续增厚纤维之间缝隙继续减小更多热红外被反射但此时随着 颗粒尺寸变大银沉积层表面变得更加粗糙造成热红外反射率的减小 在二者共同作用下 在质量浓度为 时镀银织物红外反射率增加幅度下降 图 为锦纶镀银织物镀银前后的 图由图 可以看出即使在 质量浓度为 时镀银后锦纶织物中纱线与纱线、纤维与纤维之间仍然存在缝隙银沉积层未完全覆盖锦纶织物的孔隙图 不同 质量浓度制备的镀银织物的红外反射率.图 锦纶镀银织物的 图.隔热保暖性能图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物的克罗值、保温率和热导率的变化情况 由图 可知未经处理的锦纶镀银织物的保温率最低约为.在 质量浓度范围内随着 质量浓度的增加锦纶镀银织物的保温率呈现增加的趋势 当 质量浓度为 时锦纶镀银织物的保温率略有下降 质量浓度为 时克罗值增幅最大其原因在于:质量浓度为 时银沉积层无法完全覆盖镀银织物表面且红外反射率极低热量无法反射回织物表面而 质量浓度为 时银沉积层几乎完全覆盖镀银织物表面且红外反射率增加了.倍 质量浓度为 时锦纶镀第 期孔德玉 等:硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响银织物保温率和克罗值随 质量浓度的增加而增加这是因为在该浓度范围内镀银织物的红外反射率增加(见图)更多热量被反射 当 质量浓度大于 时所制备的锦纶镀银织物的保温率和克罗值略有下降这是因为随着金属 含量与沉积在织物表面的银层厚度的增加金属的高导热性能不可忽略镀银织物的热导率稍有增加质量浓度过高、银层厚度过厚时镀银织物的保温率和克罗值反而下降图 不同 质量浓度所制备的锦纶镀银织物的保暖性能.由于镀银织物本身轻薄隔热性能较低实际应用时可将其与保暖絮片组合 图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物与絮片不同组合位置时的克罗值 由图 可知与未镀银织物和絮片组合相比镀银织物与絮片组合的克罗值最大可提高镀银织物不同的放置位置影响组合絮片的隔热保暖性 当锦纶镀银织物置于絮片上方时克罗值均高于其他两种组合方式克罗值的 左右 这是因为镀银织物放置在絮片上方时热量通过絮片向外传递当热量传递到絮片顶端时被顶端的锦纶镀银织物反射回絮片内部热量在絮片内部不停反射提高了组合絮片的保暖效用.镀银织物服用性能分析.透气透湿性能图 为不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物透气透湿率的变化情况 由图 可知随着质量浓度的增加制备的锦纶镀银织物的透气率和透湿率呈现降低趋势未处理过的原始锦纶织物透气率为 透湿率为.()当 质量浓度为 时锦纶镀银织物的透气率最低为 透湿率最低为.()质量浓度为 时透气率降幅最大这是由于镀银织物表面由几乎无 颗粒到 纳米颗粒大范围覆盖织物表面的转变 纳米颗粒在一定程度上填充了纤维交织的缝隙中(见图)随着 质量浓度的增加织物表面的银沉积层覆盖率更高一定程度上阻碍了水蒸气的透过但下降不多锦纶镀银织物仍然具有良好的透气透湿性能图 不同 质量浓度制备的锦纶镀银织物与絮片不同组合位置的克罗值.图 不同 质量浓度所制备的锦纶镀银织物透气透湿率.现代纺织技术第 卷.耐摩擦性能为探究锦纶镀银织物中纤维表面与银沉积层的结合力将 质量浓度为 时制备的锦纶镀银织物采用马丁代尔耐磨仪进行耐磨试验摩擦后的锦纶镀银织物的失重率与摩擦次数之间的关系如图 所示 由图 可知锦纶镀银织物在经过 次摩擦后失重率仅有.表明锦纶纤维与银沉积层之间具有良好的结合力锦纶镀银织物具有优异耐磨性 为考察摩擦前后锦纶镀银织物表面银沉积层暴露情况对比分析了不同织物样品的 图谱结果如图 所示 图 中 曲线为原始未镀银锦纶织物的 图 出现振动峰来源于 键伸缩振动 和 处为 反对称伸缩振动峰 出现的振动吸收峰来源于酰胺 带中 伸缩振动 的振动吸收峰源自酰胺 带 形振动和 伸缩振动的耦合 图 中 曲线中的锦纶镀银织物的红外谱图中几乎不显示锦纶的特征峰表明镀银后织物表面被银沉积层所包覆 无法探测到锦纶的基团吸收峰 图 中 曲线为锦纶镀银织物在摩擦 次后的 谱图可看出随着镀银织物的摩擦次数增加位于 和 的特征峰强度逐渐增加这表明摩擦次数增加到 次左右时银沉积层出现部分脱落暴露出部分锦纶纤维图 锦纶镀银织物的摩擦失重率.图 锦纶镀银织物摩擦后.结 论本文以化学镀银工艺在锦纶织物表面沉积银纳米颗粒探究 质量浓度对镀银织物的银沉积层厚度、表面结构与形貌、红外反射率、隔热保暖性能、透气透湿性能、耐摩擦性能的影响结论如下:)镀银织物的银沉积层厚度和晶粒尺寸随着质量浓度的增加而升高当 质量浓度增加到 时镀银织物的银沉积层厚度和晶粒尺寸增加缓慢镀银织物的红外反射率随着 质量浓度的增加而升高当浓度超过 红外反射率增加缓慢)镀银织物的保暖性随着 质量浓度和银沉积层厚度增加而增加当 质量浓度超过 镀银织物的保温率和克罗值略有下降 组合絮片中镀银织物不同的放置位置影响其克罗值锦纶镀银织物放置于絮片上方时组合絮片的克罗值均高于镀银织物放置在絮片中、下方)镀银织物服用性能的分析结果表明随着质量浓度的增加锦纶镀银织物的透气透湿性能呈现下降趋势但仍具有较好的透气透湿性能镀银织物摩擦 次后失重率为.左右参考文献:顾舒婷郝习波.新型服装保暖材料的研究进展.江苏丝绸():.():.第 期孔德玉 等:硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响 .():.():.():.():.():.():.():.():.乔阳阳刘明雪刘琼溪等.磁控溅射技术在纺织领域的应用研究.现代纺织技术():.():.孟祥祯.低温制备银纳米线及其电学性能的研究.北京:北京化工大学:.:.杨陈.超声波处理时间对镀银棉织物性能影响.现代纺织技术():.():.陈虎金娟凤许钰泓等.化学镀银织物电磁屏蔽效能及透湿透气性能研究.丝绸():.():.():.:.戴超华成震今周君儒.全谱拟合法与谢乐公式计算铂纳米晶粒尺寸探讨.冶金分析():.():.:.现代纺织技术第 卷 (.):.:第 期孔德玉 等:硝酸银质量浓度对化学镀银织物隔热性能的影响