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纤维组合镀镍铜银及其性能研究(2)

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摘要：

从图2a和图2b可知，Ni/Kevlar?纤维和Cu/Ni/Kevlar?纤维在2θ为20.5°和22.6°处各有1个较强的特征峰，分别为Kevlar?纤维的(110)和(200)晶面。可见随着镀覆的进行，纤维表面金属层厚度增大，纤维基体的特征峰减弱，Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的XRD谱图上已基本看不到基体的特征峰。

Ni/Kevlar?纤维在2θ为38.0°处有1个衍射峰，对应Ag的(111)晶面，这是预处理时留在纤维表面的银所产生的，所以峰强较弱。Ni/Kevlar?纤维在2θ为44.6°处呈现Ni的面心立方(111)晶面特征峰，由德拜?谢乐公式计算得到Ni晶粒尺寸约为0.22 nm。

Cu/Ni/Kevlar?纤维在2θ为43.34°、50.6°和74.1°附近有较强的衍射峰，分别对应Cu的(111)、(200)和(220)晶面，峰形都尖锐，说明镀层的结晶度较好，按(111)晶面的峰强计算得到晶粒尺寸约为0.64 nm。

Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维在 2θ为 38.1°、44.32°、64.44°、77.36°和 81.53°处有强峰，分别对应 Ag 的面心立方(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面。峰形尖锐，结晶度很高。

2.3 结合力

结合力测试结果表明，超声处理后Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的质量约减小了0.8%，电阻由原来的0.2 Ω/cm增大到0.3 Ω/cm，但镀层并没有发生连续的破损，说明镀层与基体之间的结合力良好。

2.4 耐蚀性

从图3可以看出，Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维经HCl、NaOH、NaCl溶液浸泡2 h后电阻变化不大，甚至不变，而 Na2S溶液浸泡对 Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维电阻的影响较大，但电阻仍然维持在较低水平。可见Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维具有较好的耐蚀性。这可能是因为所得电镀银层厚而致密，腐蚀介质不容易入侵。

图3 Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维在不同腐蚀介质中浸泡2 h前后的电阻Figure 3 Electrical resistance of Ag/Cu/Ni/Kevlar?fiber before and after being immersed in different corrosive media

2.5 力学性能

由表1可知，预处理后Kevlar?纤维的平均最大载荷力只是略有下降，说明溶胀浸银预处理基本保持了纤维原有的力学性能。不过由于 Kevlar?纤维表面被嵌入了大量银粒子，其断裂伸长率有所下降。Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的平均最大载荷力与原始Kevlar?纤维基本一致。另外，Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的断裂伸长率由于金属镀层的延展性差而比原始Kevlar?纤维小，但它仍然具有良好的可编织性。

表1 不同Kevlar?纤维的力学性能Table 1 Mechanical properties of different Kevlar?fibers纤维平均最大载荷力/ cN 断裂伸长率/ %Kevlar? 42.33 5.6 V-Kevlar? 39.89 4.4 Ag/Cu/Ni/Kevlar? 42.52 4.0

2.6 热稳定性

从图 4 可知，Kevlar?纤维和 Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的质量损失主要发生在 25 ～ 150 °C 和 500 ～ 700 °C两个区间。在25 ～ 150 °C区间，由于水分的挥发，Kevlar?纤维和Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的质量损失率分别约为6%和0.8%。在150 ～ 500 °C区间，两种样品结构稳定，质量基本不变。在500 ～ 700 °C区间，由于纤维分子键的断裂，原始纤维的质量损失率约为63%，Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的质量损失率约为9.9%，后者的质量损失率较前者低，但二者质量损失的温度区间基本一致，说明金属化处理对纤维热稳定性的影响不大。

图4 Kevlar?和Ag/Cu/Ni/Kevlar?的热失重曲线Figure 4 Thermogravimetric curves for the pristine Kevlar?and Ag/Cu/Ni/Kevlar?

3 结论

采用溶胀浸银工艺预处理Kevlar?纤维，再通过化学镀镍、化学镀铜和电镀银制得Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维。所得Ag/Cu/Ni/Kevlar?纤维的电阻为0.2 Ω/cm，镀层的结合力和耐蚀性良好。镀覆Ag/Cu/Ni组合镀层后，Kevlar?纤维的力学性能和热稳定性基本不受影响，保持了原始纤维的优异性能。

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