Меднение волокнистых материалов на основе полиакрилонитрила

В настоящее время резко возросла необходимость создания новых многофункциональных материалов, отвечающих требованиям технологий и потребностей общества. Кроме того, с увеличением количества всевозможных «гаджетов», систем связи, источников электромагнитного «загрязнения» окружающей среды, вызванного функционированием сотовой связи, персональных компьютеров и других источников, актуальной становится защита от излучения, электромагнитных волн радиочастотного диапазона от 30 Гц до 3000 ГГц. Для этих целей можно использовать модифицированные волокна и ткани методом металлизации [1–3].

Наиболее доступным и удобным способом получения металлизированных волокон является химическая металлизация, которая обычно осуществляется путем восстановления металлов из растворов их солей непосредственно на поверхности волокна. Данный метод включает последовательные операции, сопровождающиеся промывкой как горячей, так и холодной, причем после каждой стадии, что значительно повышает экологическую напряженность этого производства [4–5].

Цель работы – изучение экологически безопасного способа меднения тканных ПАНволокнистых материалов для придания им специальных свойств, в частности, повышения электрической проводимости и защиты от электромагнитных излучений радиочастотного диапазона.

Материалы и методы

В качестве объектов исследования выбран тканный материал на основе жгутика полиакрилонитрильного для специальных целей (ООО «СНВ»), ТУ 2272-001-82666421-2009 с изм. 1, с заводскими свойствами [6–8]:

• •    номинальная линейная плотность элементарного волокна 0,12 текс;

• •    номинальная линейная плотность жгута 360 текс;

• •    удельная разрывная нагрузка волокна 450 мН/текс;

• •    удлинение элементарного волокна при разрыве 18 ± 3%.

Проводили химическое меднение двумя способами. Первый представлял собой классическую схему металлизации пластмасс. Технологическая линия такого меднения включала следующие стадии: 1 – обезжиривание; 2 – травление; 3 – сенсибилизацию; 4 – активацию; 5 – акселерацию; 6 – химическое меднение. Металлизацию ПАН-волокнистого материала вторым способом проводили по новой малостадийной и малокомпонентной технологии, которая включает только две основные стадии: активацию поверхности щелочным раствором, определённой концентрации; химическое меднение в электролите, состоящем из 2 компонентов, один из которых медный купорос. Полученные образцы ткани после химического меднения металлизировали гальваническим способом.

Результаты и обсуждение

Проведенный анализ поверхности ПАНволокнистого материала, металлизированного гальваническим способом с предварительным химическим меднением как по традиционной технологии [9–10], так и по малостадийной, показал, что покрытия в 2 случаях равномерные по всей поверхности волокнистого материала и имеют характерный цвет меди (рисунок 1) .

При большем увеличении гальванического покрытия видно, что металлическая медь имеет зернистую структуру при плотной паковке зёрен друг к другу. При этом снижается удельное электрическое сопротивления ПАНволокнистых материалов.

(a)                                      (b)                                      (c)

Рисунок 1. Микроструктура покрытия на ПАН-волокнистых материалах после электрохимического меднения (увеличение х200), полученного по традиционной (a) и малокомпонентой (b) схеме химического меднения, увеличение х500 (c)

• Figure 1.    The microstructure of the coating on the PAN-fibrous materials after the electrochemical copper plating (magnification Х200) obtained by conventional (a) and few component’s (b) the scheme of chemical copper plating, magnification Х500 (с)

Исследование зависимости сопротивления медного покрытия от времени гальванической металлизации в электролите меднения при силе тока 0,02 А и напряжении 2,0 В показало, что сопротивление снижается в обоих случаях и достигает на 60 минуте сопротивления, близкого сопротивлению медного электрода (рисунок 2) .

Металлизированная ткань по малостадийной технологии может применяться в качестве защитного экрана от излучения электромагнитных волн радиочастотного диапазона от 30 Гц до 3000 ГГц. Изучение электромагнитных свойств исследуемых образцов проводили при помощи измерителя электрического поля ИЭП-05 (в качестве источника излучения электромагнитных волн радиочастотного диапазона от 30 Гц до 3000 ГГц выбрали генератор) (рисунок 3).

Рисунок 2. Зависимость сопротивления медного покрытия от времени гальванической металлизации в электролите меднения при силе тока 0,02 А и напряжении 2,0 В, полученного по традиционной и малокомпонентой схеме химического меднения

• Figure 2.    The dependence of the resistance of the copper coating on the time of galvanic metallization in the copper plating electrolyte at a current of 0.02 A and a voltage of 2.0 V, obtained by the traditional and low-component scheme of chemical copper plating

  

  Рисунок 3. Зависимость напряженности электрического поля (Е) от расстояния (l)

  Figure 3. The dependence of the electric field (E) on the distance (l)

  
  

Зависимость напряженности электрического поля от расстояния показала, что напряженность электрического поля с применением защитного экрана из оцинкованной стали снижается в 1,5 раза, тогда как из металлизированной такни на основе ПАН-волокнистых материалов – в 3 раза.

Заключение

Металлизация тканных материалов на основе ПАН-волокнистых материалов в мало-компонентом электролите по малостадийной технологии химического меднения является перспективной, так как получаемые покрытия отличаются высокими электрическими свойствами, при этом снижается экологическая напряженность из-за отсутствия вредных компонентов электролита (кислот при травлении) и промывных вод. Актуальная область применения таких металлизированных волокнистых материалов – защитный экран от излучения электромагнитных волн радиочастотного диапазона от 30 Гц до 3000 ГГц, который снижает напряженность электрического поля в 3 раза.