膜層厚度對(duì)春亞紡納米表面處理Ti系結(jié)構(gòu)色色牢度的影響

尹華平，侯建洋

（廣東欣豐科技有限公司，廣東開平 529300）

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓阶非竺赖氖挛?，?duì)服裝顏色的要求也越來越多樣化。目前，面料染色主要是借助染料與纖維間發(fā)生物理或化學(xué)結(jié)合，從而使紡織品成為有色物品。但是此種染色方式屬于高能耗、高污染的生產(chǎn)方式，對(duì)環(huán)境造成極大的損害［1］。有些研究者采用化學(xué)鍍方式沉積鍍層［2］，但鍍液的穩(wěn)定性不容易控制，而且在生產(chǎn)過程中容易造成污染。

納米表面處理技術(shù)是一種綠色環(huán)保的加工方式，通過真空磁控濺射沉積鍍膜方式加工布料［3］，具有高濺射速率，基材成膜溫度低，膜層均勻，并且能在基材上鍍覆一層或多層膜層結(jié)構(gòu)［4］。本實(shí)驗(yàn)利用磁控濺射鍍膜方式在春亞紡基布上沉積Ti系結(jié)構(gòu)色膜層，著重研究不同膜層厚度對(duì)春亞紡結(jié)構(gòu)色色牢度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：300T春亞紡（100%滌綸，規(guī)格50D×50D，幅寬150 cm，單位面積質(zhì)量62 g/m2，平紋后整理）；濺射用靶材為Ti靶（純度99.99%），工藝氣體為氬氣、氮?dú)狻⒀鯕飧饕黄浚兌?9.999%）。

儀器：卷繞式磁控濺射鍍膜機(jī)（配有直流與中頻電源，廣東欣豐科技有限公司自主研發(fā)），F(xiàn)imonitor光譜反射在線測(cè)色系統(tǒng)，高倍顯微鏡，預(yù)置式色牢度摩擦儀，SW-12E型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)，汗?jié)n色牢度烘箱，電恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

1.2 結(jié)構(gòu)色工藝

結(jié)構(gòu)色主要由3種功能膜層復(fù)合產(chǎn)生，膜層按照功能劃分為打底層、反射層、生色層。此次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)分析不同膜層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)色色牢度的影響。在磁控濺射真空腔室內(nèi)，靶材與織物距離為60 mm，將幅寬150 cm、長(zhǎng)200 m的基布接入卷繞式磁控濺射鍍膜機(jī)中。設(shè)備本底真空腔室抽至2.0×10-3Pa，并開始煉靶1 h，以清除靶材表面的雜質(zhì)與水汽。設(shè)備車速為1 m/min，按指定配比通入工藝氣體，具體工藝見表1。

表1 結(jié)構(gòu)色工藝參數(shù)

工藝一：以打底層膜層厚度作為變量，膜層逐漸加厚，反射層與生色層膜層厚度不變，共做6組樣品，依次對(duì)比色牢度的變化。膜層厚度用單位工藝長(zhǎng)度靶材耗電量替代。打底層膜層厚度依次為：0、0.08、0.16、0.33、0.58、1.08 kW·h，反射層膜層厚度為0.86 kW·h，生色層膜層厚度為2.5 kW·h。

工藝二：以反射層膜層厚度作為變量，膜層逐漸加厚，打底層與生色層膜層厚度不變，共做6組樣品，依次對(duì)比色牢度的變化。結(jié)構(gòu)色工藝不鍍打底層或打底層膜層厚度過薄會(huì)無法形成結(jié)構(gòu)色。反射層膜層厚度依次為：0.25、0.42、0.83、1.33，1.84、2.55 kW·h，打底層膜層厚度為0.58 kW·h，生色層膜層厚度為2.5 kW·h。

工藝三：以生色層膜層厚度作為變量，膜層逐漸加厚，打底層與生色層膜層厚度不變，共做6組樣品，依次對(duì)比色牢度的變化。打底層膜層厚度為0.58 kW·h，反射層膜層厚度為0.86 kW·h，生色層膜層厚度為：0、0.5、1.5、2.5、3.5、4.5 kW·h。

以上樣品從1#開始編號(hào)，依次為1#～18#。

1.3 測(cè)試

結(jié)構(gòu)色的色牢度指紡織品的顏色對(duì)加工和使用過程中各種作用的抵抗力。根據(jù)試樣的變色和未染色貼襯織物的沾色來評(píng)定色牢度等級(jí)，衡量織物的可加工性及耐用性。按照色牢度標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方式對(duì)耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度、耐汗?jié)n色牢度進(jìn)行檢測(cè)，以探討Ti系結(jié)構(gòu)色在織物上的結(jié)合牢度。在不影響結(jié)論的情況下，為簡(jiǎn)潔起見，下述色牢度評(píng)級(jí)均展示最低等級(jí)。

1.3.1 耐水洗色牢度

按照AATCC 61—2013 1A《家庭和商業(yè)洗滌色牢度測(cè)試方法：加速法》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 耐汗?jié)n色牢度

按照AATCC 15—2013（R2014）《耐汗?jié)n色牢度》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3 耐水色牢度

按照AATCC 107—2013（E2016）《耐水色牢度》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4 耐摩擦色牢度

按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)納米膜層在紡織物上沉積的特性，按照GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》對(duì)耐干摩擦變色牢度痕跡進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Ti系結(jié)構(gòu)色打底層膜層厚度對(duì)色牢度的影響

圖1為打底層膜層厚度分別為0、0.58 kW·h的樣品耐水洗色牢度測(cè)試后的顯微鏡圖片。

圖1 樣品耐水洗色牢度測(cè)試后的顯微鏡圖片

由圖1a可以看出，結(jié)構(gòu)色工藝不鍍覆打底層TiN，皂洗、干、濕摩擦后均存在顏色脫落痕跡，色牢度不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。由圖1b可以看出，鍍覆一定厚度的打底層后，色牢度結(jié)果更優(yōu)。

濺射功率是影響鍍膜產(chǎn)品色牢度的主要因素之一。在一定范圍內(nèi)，濺射功率越大，膜層附著力越大。濺射功率越大，意味著濺射電流、電壓越高，高的濺射電壓使電離離子撞擊的靶材粒子具有更高的能量，從而使基材的結(jié)合力更強(qiáng)［5］。由表2可以看出，結(jié)構(gòu)色工藝中不鍍覆打底層，色牢度表現(xiàn)最差，皂洗后檢測(cè)樣品存在斑狀顏色脫落痕跡；當(dāng)打底層膜層厚度逐漸增加至0.16 kW·h時(shí)，結(jié)構(gòu)色的色牢度達(dá)到最佳；繼續(xù)增加打底層膜層厚度，色牢度經(jīng)檢測(cè)未繼續(xù)得到提升。

表2 不同打底層膜層厚度樣品的色牢度

2.2 Ti系結(jié)構(gòu)色反射層膜層厚度對(duì)色牢度的影響

反射層在結(jié)構(gòu)色膜層中屬于中間膜層，其對(duì)色牢度的影響主要體現(xiàn)在與打底層、生色層的結(jié)合牢度上。不同反射層膜層厚度樣品的色牢度見表3。

表3 不同反射層膜層厚度樣品的色牢度

由表3可以看出，在鍍覆0.58 kW·h的打底層后，變化反射層膜層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)色整體色牢度無影響。當(dāng)反射層膜層厚度為0.25 kW·h時(shí)，由于反射層厚度較薄，反射亮度相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)色顏色亮度偏暗；反射層膜層厚度為0.42 kW·h及以上時(shí)，結(jié)構(gòu)色顏色正常。對(duì)比而言，結(jié)構(gòu)色工藝反射層膜層厚度為0.42 kW·h時(shí)，結(jié)構(gòu)色的色牢度及顏色達(dá)到最佳；繼續(xù)增加反射層膜層厚度，不影響色牢度結(jié)果。為了方便控制，后續(xù)工藝采用0.86 kW·h。

2.3 Ti系結(jié)構(gòu)色生色層膜層厚度對(duì)色牢度的影響

結(jié)構(gòu)色工藝中，調(diào)整生色層的膜層厚度能產(chǎn)生各種色彩。生色層的厚度通常是先確定所需顏色，再根據(jù)目標(biāo)色調(diào)節(jié)生色層的膜層厚度。由表4可以看出，隨著生色層膜層厚度的增加，耐干、濕摩擦色牢度呈下降趨勢(shì)，耐干摩擦變色牢度先下降后上升，其余檢測(cè)項(xiàng)目無明顯區(qū)別。這是由于生色層在結(jié)構(gòu)色工藝中通過疊加膜層層數(shù)來增加膜層厚度，層數(shù)越多，耐摩擦色牢度越差。隨著膜層的疊加，膜層在纖維粗糙多孔隙表面形成了多角度的復(fù)合光，少量膜層脫落對(duì)整體顏色的影響越來越弱，進(jìn)而表現(xiàn)為耐干摩擦變色牢度有所回升。

表4 不同生色層膜層厚度樣品的色牢度

3 結(jié)論

（1）春亞紡Ti系結(jié)構(gòu)色的色牢度主要受打底層膜層厚度的影響，當(dāng)鍍覆膜層耗電量逐漸增加，達(dá)到0.16 kW·h后，色牢度達(dá)到最佳，并基本穩(wěn)定在該水平，不再隨著打底層膜層厚度的增加而明顯變化。

（2）春亞紡Ti系結(jié)構(gòu)色的色牢度不受反射層膜層厚度變化的影響，反射層膜層厚度小于0.42 kW·h時(shí)，結(jié)構(gòu)色顏色偏暗；大于0.42 kW·h時(shí)，結(jié)構(gòu)色顏色相對(duì)較鮮艷。

（3）隨著生色層膜層厚度的增加，春亞紡Ti系結(jié)構(gòu)色的耐摩擦色牢度逐漸變差，耐干摩擦變色牢度先下降后上升。