CN104831527B - 芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺及其制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，基体为芳纶纤维或由芳纶纤维制成的无纬织物，工艺包括：(1)基体在真空度为10Pa～3.0×10‑4Pa、加热温度60℃～180℃的真空室内除水脱气处理；(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10‑1Pa～3.0×10‑4Pa，温度为‑10℃～‑30℃，基体运行速度3.0～10.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生密度为1.0～10.0g/m2的金属离子和纳米粒子，在基体表面全包覆地镀上了粒度小于100nm的纳米金属镀层；(3)将上述材料分切、计量、真空封装。本发明大大降低了水分和紫外线对芳纶纤维的影响，极大地保护了芳纶纤维的优异力学性能。
Description
技术领域
本发明属于功能性纺织材料领域，具体涉及芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺及其制品。
背景技术
由于对位芳纶具有高强度、高模量，间位芳纶具有耐高温、永久阻燃等特点，芳纶可用来制作先进复合材料，用于航空航天、舰船、汽车领域，用于防弹制品、特种防护服装、体育运动器材等产品中。
但芳纶纤维具有较高的结晶度而表面光滑，表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，由于芳纶分子结构中存在大量芳香族环，而使分子链间氢键很弱，横向强度只有纵向强度的20％，尤其当纤维表皮受到破损时，整个纤维化学性能下降很大，因此芳纶的表面处理对复杂材料的力学性能有着决定性的作用。芳纶纤维耐水性较差，在湿环境中，会吸收水分，吸湿率可达7％，水分的存在使纤维结构变得松散，而环境中的水主要是从材料外表面经界面通道浸入材料，因此，水分极大地影响了芳纶材料的性能。
此外，芳纶纤维还存在着耐紫外(UV)性能差的缺点。由于紫外诱发酰胺键的断裂与氧化以及末端基团的分离，同时紫外也易使芳纶纤维的皮层结构老化破坏，是芳纶纤维优异力学性能恶化的主要原因之一。
纳米金属(银、铜、锌、镍及其合金等)是利用先进的纳米技术将金属材料纳米化，所述的金属纳米化粒子平均主要尺寸是小于100nm的单独粒子或粒子聚集体。纳米金属可产生强大和持久的各种性能，如导电性、电磁屏蔽性、防静电性、绝热性和杀菌抗菌性等。基体表面纳米金属化时，还存在一些核心的技术问题，一是纳米金属粒子数量不足和镀层附着力不强，而使材料的各种优异功能不够持久和充足；二是纳米金属镀层其纳米粒子分布范围难控、纳米粒子分布不均匀，使纳米级金属镀层变成为亚微米级甚至是微米级的金属镀层，而微米级金属层的表面性能与纳米级金属层表面所具有的性能(如比表面积、表面效应、体积效应和量子尺寸效应等)有巨大差别；三是基体含水含气率高，会直接影响纳米金属镀层附着力的强弱。
发明内容
本发明的目的是为克服目前产品中芳纶纤维存在的怕水、怕紫外等重大技术缺陷，提供一种芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺及其制品，使镀层附着力强，芳纶纤维或无纬织物的性能稳定、耐久，芳纶纤维在湿环境中不吸收水分，在紫外线照射时不发生纤维皮层结构的老化破坏。
为了实现上述目的，本发明提供的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，基体为芳纶纤维或由芳纶纤维制成的无纬织物，所述工艺包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa～3.0×10-4Pa，加热温度为60℃～180℃，加热时间10～60分钟,进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为-10℃～-30℃，基体运行速度3.0～10.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面全包覆地镀上了纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装。
本发明在基体上全包覆了纳米金属镀层，纳米金属镀层附着力强、均匀性好并且致密，对芳纶纤维或无纬织物表面保护完整，大大降低了水分和紫外线对芳纶纤维的影响，极大地保护了芳纶纤维的优异力学性能。
进一步地，所述复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合。电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式的结合，能很好地控制产生的金属离子和纳米粒子的密度和二者间的比例，使镀层附着力更强、均匀性更好。
更进一步地，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
具体实施方式
本发明提供的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺及其制品，基体为芳纶纤维或由芳纶纤维制成的无纬织物。芳纶纤维可以是对位芳纶纤维1414或间位芳纶纤维1313，无纬织物由前述两种或任意一种芳纶纤维经过特殊工艺制成，织物面上不存在纤维交叉，织物面比较平滑有序。
实施例1
基体为由对位芳纶纤维1414制成的无纬织物，密度200g/m2，宽1360mm，纤度1.65dtex，强度18～22cN/dtex，初始模量≥400cN/dtex。工艺步骤包括：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度80～120℃，加热时间20～50分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.3×10-1Pa，温度为-15℃，基体运行速度为7.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％金属铝作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压360～460V，电流22～28A，采用复合离子镀膜方式产生银离子和纳米粒子，银离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面全包覆地镀上了纳米铝镀层，纳米铝镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。得到的制品在基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
实施例2
基体为由间位芳纶纤维1313制成的无纬织物，密度220g/m2，宽1360mm，纤度2.2dtex，强度3.5～5.0cN/dtex，初始模量30～70cN/dtex。工艺步骤包括：
(1)将基体放置在真空室内，真空度为1.0×10-1Pa，加热温度100～120℃，加热时间20～50分钟，进行基体真空除水脱气处理。
(2)采用幅宽为1400mm的阴极离子镀膜设备，把处理后的基体放置在镀膜设备的放卷装置上，真空度为2.5×10-1Pa，温度为-20℃，基体运行速度为9.0m/min，以99.9％的氩气作为保护气体，流量为1200ml/min，进行基体等离子体表面清洁处理，以99.99％金属铝作为靶材，电弧电流80～120A，磁控电压360～460V，电流22～28A，采用复合离子镀膜方式产生铝离子和纳米粒子，铝离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面全包覆地镀上了纳米铝镀层，纳米铝镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。得到的制品在基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。通过控制等离子体电源的功率和放卷速度，可以调节镀层的厚度。
(3)按要求将上述材料分切，计量，真空封装。
本发明在步骤(1)中，真空度可以在10Pa至3.0×10-4Pa范围内选择，加热温度可以在60℃至180℃范围内选择，加热时间控制在10至60分钟。步骤(1)能有效除去基体上的水分、气泡和杂质，为后续的镀膜做好准备，可以使镀层附着力强，不易脱落。在步骤(2)中，保护气体可以是氩气或氮气，真空度为1.0×10-1Pa至3.0×10-4Pa，温度为-10℃至-30℃，基体运行速度3.0至10.0m/min，产生的金属离子和纳米粒子密度为1.0至10.0g/m2。纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm，相应地，得到的制品的纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm。纳米金属镀层的纳米粒子的粒度在1～50nm为优选，纳米粒子分布范围窄、纳米粒子分布均匀，镀层附着力更强、度量更好。
复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合，该方式能很好地控制产生的金属离子和纳米粒子的密度和二者间的比例，使镀层附着力更强、均匀性更好。金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属及其混合物与合金、以及这些金属的混合物与合金，前述列出的金属为或的关系。最优先的是贵金属，其他的金属对本领域技术人员来说是显而易见的。
本发明所述的全包覆，当基体为由芳纶纤维制成的无纬织物时，是指纳米金属镀层把无纬织物所镀的表面全部覆盖，若是单面镀，纳米金属镀层则覆盖无纬织物的一个面；若是双面镀，纳米金属镀层则覆盖无纬织物的两个面。使用无纬织物单面镀或双面镀所得到的制品，采用多种具体方法制作具体产品，仅使无纬织物被纳米金属镀层覆盖的面暴露在外，能够从根本上阻断了水分、紫外线侵入芳纶纤维的通道，使芳纶纤维在湿环境、紫外线照射环境中也不会受到影响，尤其对纤维力学性能的影响。当基体为由芳纶纤维时，全包覆是指纳米金属镀层把芳纶纤维的表面完全覆盖，使用镀上纳米金属镀层的芳纶纤维，可以编织或制作成各种产品。
本发明从根本上阻断了水分侵入纤维的通道，使芳纶纤维在湿环境中也不会受到影响，尤其对纤维力学性能的影响。从根本上避免了紫外光(UV)对芳纶纤维皮层结构的伤害，使芳纶纤维的耐紫外能力提高，解决了芳纶纤维的老化问题。制品具有良好的防水、透气、导电、抗静电、电磁屏蔽、抗紫外和防红外等功能，使芳纶纤维或无纬织物成为功能材料，应用领域更加宽广。具有纳米金属镀层的纳米粒子分布窄、纳米金属镀层均匀性好、纳米金属表面活性高和无杂质等优点，可连续化生产，成品率高、质量好、性能优异稳定且无污染。
Claims (8)
1.芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，基体为芳纶纤维或由芳纶纤维制成的无纬织物，所述工艺包括以下步骤：
(1)所述基体在真空室内，真空度为10Pa～3.0×10-4Pa，加热温度为60℃～180℃，加热时间10～60分钟，进行基体真空除水脱气处理；
(2)采用阴极离子镀膜设备，以氩气或氮气作为保护气体，真空度为1.0×10-1Pa～3.0×10-4Pa，温度为-10℃～-30℃，基体运行速度3.0～10.0m/min，对基体进行等离子体表面清洁处理，以金属为靶材，采用复合离子镀膜方式产生金属离子和纳米粒子，金属离子和纳米粒子密度为1.0～10.0g/m2，在基体表面全包覆地镀上了纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm；
(3)将上述材料分切、计量、真空封装；
所述复合离子镀膜方式为电弧离子镀膜和磁控溅射镀膜这两种镀膜方式相结合。
2.根据权利要求1所述的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。
3.根据权利要求2所述的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述金属为金、银、铝、铜、锌、铁、镍、钛、铂、钯、钴、钽、稀土金属以及这些金属的混合物与合金。
4.根据权利要求3所述的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述基体为对位芳纶纤维1414、间位芳纶纤维1313或由前述两种或任意一种芳纶纤维制成的无纬织物。
5.根据权利要求4所述的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述基体为由对位芳纶纤维1414制成的无纬织物，纤度1.65dtex，强度18～22cN/dtex，初始模量≥400cN/dtex。
6.根据权利要求4所述的芳纶纤维或无纬织物表面全包覆复合离子镀纳米金属工艺，其特征在于，所述基体为由间位芳纶纤维1313制成的无纬织物，纤度2.2dtex，强度3.5～5.0cN/dtex，初始模量30～70cN/dtex。
7.采用权利要求1所述工艺制备的制品，其特征在于，基体为芳纶纤维或由芳纶纤维制成的无纬织物，采用复合离子镀膜方式在所述基体上镀有纳米金属镀层，纳米金属镀层的纳米粒子的粒度小于100nm。
8.根据权利要求7所述的制品，其特征在于，所述纳米金属镀层的纳米粒子的粒度为1～50nm。
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