1、毕业设计 开题报告 纺织工程 非钯活化的织物化学镀技术的研究 一、选题的背景、意义 众所周知 ,化学镀前的活化对化学镀 本 身影响极大。化学镀自 1964 年开发至今 ,其活化工艺研究连续不断。最初使用的是敏化一活化两步法。 1961年美学者 Shipleyf 首先研究成功敏化一活化一步法 习称的胶体把活化液 ,取得了极其广泛的应用。 金属化织物作为新型电磁兼容 (EMC)材料 ,兼有金属的导电性、电磁屏蔽性和纺织品的柔软、透气特性 ,是新兴且用途广泛的屏蔽材料之一 【 1】 。 化学镀技术在织物金属化领域已有大量研究 【 2】 。 非活化钯织物 对人 体伤害小 ,成本低 ,由于布面与金属钯通
2、过化学键结合而非以往的离子键 ,可提高布面与金属的结合力 ,织物表面电阻降低 ,织物厚度较薄 ,各方面的性能优良 【 3】 。 目前国内外主要的研究有在涤纶织物表面化学镀镍、银、铜以及镍 -铜、镍 -银或镍 -磷等合金。以往人们对活化钯的化学镀镍、镀铜和镀银织物进行了较多的研究，而有关非活化钯的研究较少。因此非活化钯的织物化学镀技术的研究显得更有意义。 在非金属纤维材料表面形成一层贵金属催化活性表面 (称活化 )是生产柔性金属化纺织品的关键工序 ,传统的方法是先采用 NaOH 将涤纶纤维表面粗化 ,再用 氯化亚锡敏化 ,然后再以钯盐在纤维表面发生氧化还原反应 ,形成具有催化活性的金属钯薄层。大
3、多数织物的前处理都采取上述“粗化、敏化、活化”步骤 ,工序繁杂 ,成本较高。采用敏化活化一步法工艺进行前处理 ,简化了前处理的步骤 ,然而仍需用氯化亚锡敏化布面。但氯化亚锡有一定的毒性 ,对呼吸器官、皮肤组织的刺激较大。 采用非活化钯技术对织物进行化学镀，对人体伤害小 ,成本低，布面与金属的结合力提高 ,织物表面电阻降低 ,织物厚度较薄 ,各方面的性能优良。 二、相关研究的最新成果及动态 化学镀概念： 化学镀是一种在无电流通过的情况下，金属 离子在同一溶液中还原剂的作用下通过可控制的氧化还原反应在具有催化表面 (催化剂一般为钯、银等贵金属离子 )的镀件上还原成金属，从而在镀件表面上获得金属沉积
4、层的过程，也称自催化镀或无电镀。 化学镀技术是一种优势明显的材料金属化手段 ,已经应用于材料的防腐、耐磨保护、装饰等领域。电磁屏蔽织物的制备中也引入了化学镀技术 ,由于其获得织物的电磁屏蔽性能优于金属喷镀织物 ,服用性能优于金属纤维混纺织物 ,因此化学镀法制备电磁屏蔽织物乃是国内外学者研究的热点。化学镀层电磁屏蔽的基本原理是利用金属与空气的波阻抗不一致 ,起到对电磁波的 反射作用 【 4-5】 。 国内外研究的历史与现状 （一）非金属化学镀的活化工艺 哈尔滨工程大学化工系的 张永锋 , 马玲俊 , 郭为民等 人详细叙述了近年来国内外非金属化学镀的多种活化工艺及其发展状况。胶体钯活化工艺性能优异
5、，已被广泛应用于各个方面。用非金属代替金属的活化工艺成本低，污染小 【 6】 。 （二） ABS塑料表面化学镀镍无钯活化工艺研究 湘潭大学化学学院的刘铮，肖顺华，林原斌提出了一种非金属表面化学镀镍无钯活化工艺，即在常温下，以 NaBH4为还原剂，在 ABS塑料上沉积活性镍，以此活性镍为活化中心，进行化学镀镍。研 究确定了活化液的最佳配方，并利用均匀设计方法确定了在 ABS塑料表面化学镀镍最佳工艺条件为： 19g/L Ni(Ac)2 4H2O， 22g L NaH2P02， 0.02ml/l N2H4 H20， 40mg L糖精；镀液 pH 值 5 0 5 6，温度 70 80。采用 SEM、
6、XRD、 EDS等手段对镀层的形貌、结构、成分及含量进行了表征。结果表明：所得镀液稳定，镀速快，镍层均匀，结合力强，说明在 ABs塑料表面用该无钯活化新工艺取代钯活化是可行的 【 7】 。 （三）非金属电镀胶体活化液的研究 湘潭大学的高德淑，苏光耀采用钢、 钴、镍等金属 氢氧化物胶体溶液， 作为 ABS塑料 电镀活化处理液时；它们都有不同程度的催化活性，其中以铜一镍组成的混合胶体液的活化效果为最好。当该混合胶体活化液中， Ni3+ Cu3+=0。 5 l， pH值 为 6 0 8 0时，在室温下活化处理 ABS 塑料并经硼氢化钠还原、化学镀铜 电镀铜加厚等，最 终所得试片与贵金属银活化工艺所得
7、试片相比，外观无明显差异 【 8】 。 （四）玻璃表面无钯活化化学镀镍的研究 国防科学技术大学材料工程与应用化学系的傅圣利，李义和，王本根，陈占营利用热还原方法制备活性镍，取代了玻璃 表面化学镀镍用钯活化的方法；探索了活化液的组成和制取活性镍的工艺条件 同时获得了在玻璃表面进行化学镀镍的镀液配方；通过 SEM 对镀层的形貌和组成进行了观测。实验结果表明：所得镀液稳定、镀速好，镀制的镍层均匀、光亮；这说明玻璃表面用镍活化以取代用钯活化是一种可行的方法 【 9】 。 （五）非金属表面无钯活化化学镀镍工艺研究 哈尔滨量具刃具集团有限责任公司的曲荣明等人介绍了一种非金属表面无钯活化化学镀镍工艺 ,即采
8、用不同的前处理方法 ,在常温下 ,用 NaBH4 作还原剂 ,在 ABS 塑料、玻璃、陶瓷表面沉积活性镍 ,以此为活化中 心进行化学镀镍。研究确定了活化液的最佳工艺条件 :NaBH4(g):Ni(Ac)2 4H2O(g):CH3OH(mL)=7:8:100;温度 2030 ;活化时间 2030min。结果表明 :活化效果好 ,镀层均匀 ,结合力强 ,说明该无钯活化工艺是可行的 【 10】 。 （六）玻璃表面的无钯活化化学镀镍 华侨大学材料科学与工程学院的王森林，厦门大学化学系的吴辉煌提出了玻璃表面的一种无钯活化镀镍液配方，该配方由醋酸镍、甲醇、柠檬酸钠和氨组成。将处理后的玻璃浸渍于活化液中，然
9、后进行热处理，最后化学镀镍，可得表面光亮的银白 色的镍镀层 【 11】 。 （七）半导体氧化物对非金属化学镀铜催化作用的研究 秦安师范专科学校化学系的张欣，杨圣谆研究了非金属表面要进行化学镀时，传统的工艺是采取金属 Pd、 Ag等催化剂、经敏化、活化处理，在非金属表面上形成具有催化活性 的金属晶核，然后才能进行化学镀。 但是此法成本昂贵，溶液不稳定，操作繁复，难控制。 本文研完了用 n 型半导体氧化物如 ZnO、 MgO、 Ni202 和 SnO2， 来代替贵金属作化学镀时的催化剂。研宄表明：使用 SnO2 作催化剂，用甲醛作还原剂在陶瓷表面进行化学镀铜时，县 有镀层沉枳速 度快，大面积镀复合
10、格率高，键层质量好， 与基体贴合力特别强等特点。此 外，对于运一催化化学镀铜的机理也作了详细的探讨。最后认为，由于其工艺简单、成本低廉、性能优良，在某些非金属化学镀方面、可以用半导体催化剂来取代贵金属催化剂 12。 （八） 非金属材料化学镀镍活化工艺研究 辽宁电力科学研究所化学所的李兵，重庆大学环境与化学化工学院的魏锡文等人对非金属化学镀镍活化方法的研究进行了概述，提出了以特定镍盐溶液为活化液的直接活化法，代替传统的贵金属活化工艺。采用该活化法可在陶瓷或玻璃基体上生成具有较大催化活性的表面 吸附金属态镍，然后化学镀镍，得到光亮、完整且结合力良好的 Ni-P 合金镀层。对直接活化的原理、活化时间
11、、热处理时间和温度以及活化剂浓度等因素的影响也进行了讨论。 13 化学镀铜可以在任何非导电的基体上进行沉积，利用这一特点得到了广泛的应用。应用最多的是进行孔金属化，来完成双面或多层印制板层间导线的联通。另外其它非金属材料（如塑料、陶瓷等），化学镀铜应用亦很广泛。 为了提高镀铜液的稳定，降低成本， 以铜盐做活化剂，进行化学镀铜 。 由于化学镀镍具有优良的均匀性、硬度、耐磨和耐腐蚀等综合物理化学性能，该项技术已经得 到广泛应用。但化学镀镍的工艺仍有待改进，采用 镍盐做活化剂，进行织物 的 化学镀镍 ，提高生产率，降低成本，减少污染，使更方面的性能更加优良。 由于银耐腐蚀、具有较高的电导率和良好的导
12、热性能、焊接性能及很好的反光能力，因而它在金属表面的保护和防腐方面得到了广泛的应用 【 13】 。以前 化学 银工艺中的 活化剂 采用活化钯，现在寻找新的活化剂如硝酸银等来替代价格昂贵的氯化钯的工艺。所以，应用于织物化学镀的新活化方法的研究显得尤为重要。 现有的普遍采用的化学镀织物还存在着一定的不足。因此，对化学镀的活化剂的研究也是目前发展动向和趋 势。我想，在研究人员的不断努力下，化学镀工艺将变得更加完善，而与其相关问题和难关也将会不断地被解决和攻克。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 （ 1）涤纶织物的碱减量处理的研究。 通过 织物碱减量处理工艺的研
13、究，确定最佳碱液配方和碱处理时间； （ 2） 以铜盐做活化剂，进行化学镀铜的研究。 通过 分析活化液对化学镀工艺条件对镀层质量的影响，得出最佳活化工艺条件。 （ 3）以镍盐做活化剂，进行织物化学镀镍的研究 通过 分析活化液对化学镀工艺条件对镀层质量的影响，得出 最佳活化工艺条件。 （ 4）以硝酸银做活化剂，进行化学镀银的研究。 通过 分析活化液对化学镀工艺条件对镀层质量的影响，得出最佳活化工艺条件。 主要为了研究出非活化钯的最佳活化工艺条件，降低成本，减少污染，使更方面的性能更加优良，化学镀工艺更加完善。 四、论文详细工作进度和安排 2010年 11月 22 日 2011年 1月 10日 调研
14、、收集资料与撰写开题报告。 2011年 1月 11日 2011年 1月 20日 熟悉相关资料，确定实验方案，准备原材料。 2011年 1月 21日 2011年 5月 15日 完成实验 、测试工作，并做好记录。 2011年 5月 16日 2011年 5月 23日 撰写毕业论文，完成论文初稿。 2011年 5月 24日 2011年 05月 26日 毕业论文修改和定稿上交 。 2011年 5月 27日 2011年 05月 30日 指导老师毕业论文评阅 。 2011年 05月 31 日 2011年 06月 10日 毕业答辩及成绩评定 。 五、主要参考文献 【 1】 方景礼 . 化学镀镍诱发过程的研究
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