基于磁控濺射技術(shù)的功能性紡織品的制備和性能

孟 曉，王永寬，陳韶娟，苗大剛

（青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東青島 266000）

傳統(tǒng)紡織品表面成膜一般有涂層法、化學(xué)沉積法[1]、溶膠-凝膠法等。真空磁控濺射技術(shù)作為一種紡織品表面改性的新方法，具有鍍膜工藝低溫、高速，對(duì)薄膜破壞小，薄膜與基片結(jié)合性好，不易掉落，能精確實(shí)現(xiàn)鍍膜厚度的控制等特點(diǎn)，在紡織品功能性整理中具有重要意義，并且廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各領(lǐng)域。

洪劍寒等[2]研究了氬氣壓強(qiáng)對(duì)磁控濺射鍍銀膜導(dǎo)電性能的影響。孟靈靈等[3]研究了磁控濺射工藝參數(shù)對(duì)滌綸織物表面沉積銅膜性能的影響。鳳權(quán)等[4]利用低溫磁控濺射技術(shù)制備了鍍銀抗菌薄膜復(fù)合材料，并探討了復(fù)合材料的抗菌性和過濾性能。以往，紡織領(lǐng)域?qū)Υ趴貫R射的研究主要集中在濺射工藝參數(shù)（如濺射功率、進(jìn)氣量、工作氣壓、靶基距）、靶材組織和基材結(jié)構(gòu)對(duì)鍍膜產(chǎn)品力學(xué)性能、抗菌性能等的影響[5-10]上。從目前研究的發(fā)展?fàn)顩r來看，紡織品鍍膜厚度對(duì)電磁屏蔽性能、防紫外線性能、透濕性以及導(dǎo)電性的影響的研究比較少，功能性紡織品的研究缺乏必要的理論基礎(chǔ)。

本研究主要是針對(duì)滌綸布進(jìn)行改造，在其表面鍍不同厚度的膜，研究鍍膜厚度與紡織品導(dǎo)電性、透濕性、紫外防護(hù)以及電磁屏蔽之間的關(guān)系，為以后研究功能性紡織品提供一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

1.1.1 材料

基材：2種滌綸布，滌綸貼膜布，單位面積質(zhì)量75 g/m2；滌綸涂層布，單位面積質(zhì)量35 g/m2。

靶材：選擇導(dǎo)電性能良好的金屬銀作為鍍層材料，純度99.99%，直徑50.8mm，厚度5mm。

1.1.2 儀器

JCP350真空磁控濺射鍍膜機(jī)（北京泰科諾科技有限公司），HZY-A220電子天平（福州華志科學(xué)儀器有限公司），掃描電子顯微鏡（復(fù)納科學(xué)儀器有限公司），ST-2258C多功能數(shù)字式四探針測(cè)試儀（蘇州晶格電子有限公司），YG(B)216Ⅲ型織物透濕量?jī)x（溫州際高檢測(cè)儀器有限公司），YG(B)912E型紡織品防紫外性能測(cè)試儀、DR-913G防電磁輻射性能測(cè)試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 磁控濺射

以金屬銀為靶材，2種滌綸布為基材，采用真空磁控濺射鍍膜機(jī)制備納米銀薄膜。

1.3 測(cè)試

1.3.1 SEM

分別將2種滌綸布裁剪成直徑為12 cm的圓形樣品，用膠帶固定在基片上。反應(yīng)腔室抽真空，真空度達(dá)到3×10-3Pa，然后充入氬氣，濺射功率為100W，預(yù)濺2min；打開鍍膜厚度儀，控制鍍膜的厚度，獲得薄膜厚度分別為20、30、40、50、60 nm的樣品，然后用掃描電子顯微鏡表征樣品的表面形態(tài)。

1.3.2 導(dǎo)電性能

采用多功能數(shù)字式四探針測(cè)試儀測(cè)量樣品表面的方塊電阻。因樣品表面有細(xì)微凹凸不平的地方，為了盡可能減少測(cè)量誤差，選取樣品鍍膜的不同位置重復(fù)測(cè)量10次，取平均值。

1.3.3 透濕性

透濕性反映樣品透汽、排汗的能力，是檢驗(yàn)紡織品舒適性的指標(biāo)之一?？椢锏耐笣窳渴侵冈诳椢锏膬擅娲嬖诤愣ㄕ羝麎旱那闆r下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣的量[11]。

本實(shí)驗(yàn)采用蒸發(fā)法測(cè)量試樣的透濕量。首先在透濕杯中裝入35mL蒸餾水，然后把剪好的試樣安裝在透濕杯上。將透濕杯放入透濕箱體內(nèi)（箱內(nèi)設(shè)定溫度23℃，相對(duì)濕度50%），關(guān)閉箱門保持封閉環(huán)境，機(jī)器運(yùn)行0.5 h后，取出透濕杯在電子天平上進(jìn)行稱重，此時(shí)質(zhì)量記為m1；然后把透濕杯重新放入箱內(nèi)，運(yùn)行3 h后，取出稱重，此時(shí)質(zhì)量記為m2；最后計(jì)算出鍍膜樣品的透濕量。透濕量計(jì)算公式如下：

其中，WVT為樣品的透濕量，g/(m2·24 h)；S為樣品測(cè)試面積，m2，實(shí)驗(yàn)中透濕杯測(cè)量面積為28.26 cm2；t為試樣放置時(shí)間，h；m1-m2為水分的減少量，g。

1.3.4 電磁屏蔽性能

采用防電磁輻射性能測(cè)試儀檢測(cè)鍍膜樣品的電磁屏蔽效能。電磁屏蔽的原理就是通過阻斷電磁波的傳遞，抑制電磁干擾，織物的屏蔽效果通常用屏蔽效能（SE）來評(píng)價(jià)[12]：

其中，E0、H0、W0分別為空間中某點(diǎn)未加屏蔽時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和功率；E1、H1、W1分別為加屏蔽后的電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和功率。屏蔽效能SE越大，織物的電磁屏蔽效果越好[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形態(tài)

從圖1可以清晰地看出，經(jīng)過磁控濺射處理，滌綸布表面覆蓋了一層均勻的納米銀薄膜，薄膜的均勻性較好，并且基本連續(xù)，呈現(xiàn)出較好的表面形態(tài)。

圖1 滌綸布的SEM照片

2.2 導(dǎo)電性能

鍍膜樣品的導(dǎo)電性用方塊電阻表示（見表1）。樣品表面未鍍銀膜時(shí)，表面方塊電阻大，不能體現(xiàn)出導(dǎo)電性能。

表1 方塊電阻測(cè)量數(shù)據(jù)

由表1可以看出，隨著鍍膜厚度的增加，2種鍍膜樣品的表面方塊電阻都呈減小的趨勢(shì)，當(dāng)鍍膜厚度達(dá)到40 nm時(shí)，表面方塊電阻迅速下降。說明通過磁控濺射在樣品表面鍍的納米銀薄膜可以增加樣品的導(dǎo)電性，并且隨著鍍膜厚度的增加，導(dǎo)電性能增強(qiáng)。這主要是因?yàn)殡S著鍍膜厚度增加，顆粒密度變大，薄膜的連續(xù)性、致密性和均勻性提高[14]，此時(shí)電子更容易移動(dòng)，薄膜展現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性。

2.3 透濕量

由表2可知，原樣透濕量較低，鍍膜樣品的透濕量均高于原樣；忽略實(shí)驗(yàn)過程中的誤差影響，透濕量基本隨著鍍膜厚度的增加而變大，表明紡織品透濕排汗性能有所改善。

表2 透濕量測(cè)試數(shù)據(jù)

2.4 電磁屏蔽性能

由圖2、表3可知，隨著樣品鍍銀薄膜厚度的增加，織物的電磁屏蔽效能不斷提高，屏蔽率達(dá)到99%以上，并且在絕大多數(shù)頻率下，屏蔽率超過99.99%。這是由于薄膜厚度越厚，薄膜連續(xù)性越好，對(duì)電磁波的反射和吸收效果越好[15]，預(yù)防電磁輻射的效果越好。

圖2 不同鍍膜厚度樣品的電磁屏蔽效果圖

表3 各典型頻率處的屏蔽率

3 結(jié)論

（1）通過磁控濺射技術(shù)在樣品表面鍍一層納米銀膜，可以有效提高樣品的導(dǎo)電性，并且導(dǎo)電性隨著薄膜厚度的增加而增強(qiáng)。

（2）經(jīng)過磁控濺射處理樣品的透濕性高于未處理樣品，透濕量隨著鍍膜厚度的增加而變大，表明處理樣品的透濕排汗性能有所改善。

（3）隨著樣品上所鍍納米銀薄膜厚度的增加，織物的電磁屏蔽能力不斷提升。