CN106592206A - 一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理及制备方法 - Google Patents

一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，所述前处理是指：采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀；一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理的制备方法，先将纺织面料进行前处理，然后将金属镀覆至纺织面料表面；由于本发明采用激光处理技术对纺织面料进行刻蚀前处理，用磁控溅射法沉积导电镀层于经过激光前处理的纺织品表面，可获得具有导电、拒水等多功能的金属镀覆纺织面料。该方法具有无水环保、生产效率高、镀层结合力高、重复性好等特点。

Description

一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理及制备方法
技术领域
本发明属于具有导电、拒水多功能金属化纺织面料领域，具体涉及导电、拒水磁控溅射金属纺织面料。
背景技术
近年来,由于可穿戴设备的发展，柔性导电材料成为研究的热点，对导电织物的需求量不断增加,应用范围不断扩大。导电、拒水金属化纺织面料可以应用于诸多领域，例如电磁屏蔽纺织品、抗静电纺织品、超拒水、可穿戴设备、柔性电路板及吸波材料等含金属或金属化等。传统的导电织物的制备方法是：在高聚物中填充导电相,制成导电纤维后,再织成织物。此法不仅制造工艺复杂,而且还要考虑导电相与基体的亲合性、热膨胀系数、热稳定性以及导电相的加人对纤维机械性能的影响等。
采用磁控溅射技术在织物表面沉积导电涂层是一种具有很好市场前景和竞争力的技术，且日渐成熟，获得的导电镀层更薄，生产流程环保，结合牢度更高。如在金属/涤纶长丝织物溅射金属薄膜，涂层越厚、基体织物孔隙率越低，屏蔽效能越高，导电效果越好。
由于金属镀层与织物之间的结合力较差，不牢固，最终将会影响到其用途。为了改善镀层与织物之间的结合力、提高导电织物的导电性及拒水性，获得持久性的功能纺织品,须对织物进行前处理。
激光加工的实质是激光将能量传递给被加工材料,使被加工材料发生物理或化学变化,从而达到加工的目的。激光技术具有方向性好、亮度高、单色性和相干性好、无污染等优点，因此在航天、通信、医学等领域都有着广泛的应用。如人造卫星激光雷达测距仪、激光引信。激光技术在纺织行业的应用主要有激光裁剪、激光缝纫、激光变形、激光改性,以及激光切割、激光烧毛、激光固色、激光防伪和激光漂白等。如织物受到能量密度为50mJ/cm2的激光单脉冲，在亚微米范围内进行纤维表面改性，纤维织物表面发生化学变化，增加活性基团，同时织物表面的粗糙度提高。
目前激光技术在纺织品方面主要仅应用于染色、纺织品印花、激光雕刻、溶胶凝胶表面功能处理、纺织品的激光焊接和过滤等。激光技术尚未用于磁控溅射金属镀层与纺织品增强结合力、提高导电性与拒水性等方面。因此，若能将激光技术应用于此，通过改变激光处理参数对织物进行表面处理，获得磁控溅射金属镀层织物的镀层与织物的结合力、导电性及拒水性可随着激光刻蚀纤维织物表面程度增加而增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理及制备方法，所得纺织材料具有导电和拒水等功能。
本发明的技术方案：
本发明提供一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，所述前处理是指：采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀。
所述前处理是指：先将纺织面料在有机溶剂中超声处理去除杂质，再采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀，然后水洗，干燥备用。
所述激光刻蚀法为：采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度为100～5000，Q频为1～25，打标间距为0.01～1.5mm，激光功率为1％～100％。
所述打标速度为200～3500，Q频为1～20，打标间距为0.01～1mm。
所述打标速度为200～2500，Q频为1～15，打标间距为0.02～0.8mm。
另一目的是：提供一种使用上述权利要求1～5任一所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理的制备方法，先将纺织面料进行前处理，然后将金属镀覆至纺织面料表面。
所述的金属镀覆是指磁控溅射镀覆法。
所述磁控溅射镀覆法为：采用磁控溅射法，将靶材溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为5min～5h，镀覆电流为0.1～1A，镀覆气压为1.0×10-1～3.0×10-1Pa。
所述磁控溅射镀覆法为：将纺织面料固定于靶材正上方的样品架上，需镀覆的面朝下，接着抽真空至气压为0.5×10-5～15.5×10-5Pa，充入氩气至镀覆气压，随后溅射靶材进行镀覆，镀覆结束后，取出纺织品即可。
所述金属为铜、银、不锈钢和镍中的一种或至少两种的组合，所述纺织面料为天然纤维面料、化学合成纺织面料和混纺面料中一种或至少两种的组合。
本发明的有益效果：
本发明采用激光处理技术及磁控溅射沉积技术在纺织品表面镀覆导电、拒水镀层，提高镀层沉积量和与纺织品的结合牢度，从而获得具有优异导电性及拒水效果的纺织面料，具有环保、生产效率高、结合力高、重复性好等特点，且得到的纺织面料具有导电、拒水、抗静电等功能特性。该方法工艺简单，成本低，无水环保，能够在纺织面料表面形成均匀、牢度高的导电、拒水性功能金属镀层。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的激光前处理磁控溅射纳米铜芳纶纤维表面扫描电镜图(放大50000倍)。
图2为本发明实施例1制备的激光前处理磁控溅射纳米铜芳纶纤维织物的接触角。其中，(a)为原始芳纶织物的接触角，(b)为经过激光前处理后溅射镀铜芳纶织物接触角。
图3为本发明实施例2制备的激光处理磁控溅射镀铜竹浆纤维织物接触角。其中，(a)为原始竹浆纤维织物的接触角，(b)为经过激光前处理后溅射镀铜竹浆纤维织物接触角。
具体实施方式
本发明所述的一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，所述前处理是指：采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀。
所述前处理是指：先将纺织面料在有机溶剂中超声处理去除杂质，再采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀，然后水洗，干燥备用。
所述激光刻蚀法为：采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度为100～5000，Q频为1～25，打标间距为0.01～1.5mm，激光功率为1％～100％。
所述打标速度为200～3500，Q频为1～20，打标间距为0.01～1mm。
所述打标速度为200～2500，Q频为1～15，打标间距为0.02～0.8mm。
另一目的是：提供一种使用上述权利要求1～5任一所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理的制备方法，先将纺织面料进行前处理，然后将金属镀覆至纺织面料表面。
所述的金属镀覆是指磁控溅射镀覆法。
所述磁控溅射镀覆法为：采用磁控溅射法，将靶材溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为5min～5h，镀覆电流为0.1～1A，镀覆气压为1.0×10-1～3.0×10-1Pa。
所述磁控溅射镀覆法为：将纺织面料固定于靶材正上方的样品架上，需镀覆的面朝下，接着抽真空至气压为0.5×10-5～15.5×10-5Pa，充入氩气至镀覆气压，随后溅射靶材进行镀覆，镀覆结束后，取出纺织品即可。
所述金属为铜、银、不锈钢和镍中的一种或至少两种的组合，所述纺织面料为天然纤维面料、化学合成纺织面料和混纺面料中一种或至少两种的组合。
实施例1
将尺寸为10cm×10cm的芳纶纤维织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度1000，Q频为5，打标间距为0.1mm，激光功率为3％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为50min，镀覆电流为0.15A，镀覆气压为2.4×10-1Pa。
所得镀铜芳纶织物的微观结构与宏观性能如下：
1、纳米导电铜镀层的形貌：
图1为纳米铜膜扫描电子显微镜(SEM)照片。由图1可见，纳米铜粒子颗粒尺寸均匀、颗粒较小，纳米铜粒子密实地沉积在芳纶纤维表面，形成一个连续、完整、致密的铜膜，铜膜表面较为平整；纳米铜粒子密实地堆积在纤维表面，完全包覆芳纶纤维表面，纳米铜粒子尺寸均匀、颗粒较小，形成完整致密地铜膜。
2、溅射镀铜芳纶纤维的导电性：
表1为磁控溅射镀铜芳纶的表面电阻，原始芳纶表面电阻无穷大，不导电，而经过磁控溅射镀铜的芳纶织物表面电阻为129.2Ω/sq，表明织物导电性较好。这是由于经过磁控溅射镀铜后，芳纶织物表面沉积大量铜原子，铜导电性极佳，且沉积铜原子将纤维与纤维之间空隙填满，织物表面连通，从而大大提高了芳纶织物导电性。从表中可以看出，在经过激光前处理后，电阻有明显变化，经过磁控溅射镀铜的芳纶织物表面电阻下降至33.9Ω/sq，表明织物导电性极佳。表明激光前处理对芳纶溅射镀铜具有积极的影响。
表1.磁控溅射镀铜芳纶的表面电阻
3、溅射镀铜芳纶织物的拒水效果：
图2为溅射镀铜芳纶织物的接触角，其中，(a)为原始芳纶织物的接触角，(b)为经过激光前处理后溅射镀铜芳纶织物接触角。由图可见，原始芳纶织物的接触角仅为100.2°，拒水效果较差，因为纤维与纤维之间的空隙较大，水容易渗透。而经过磁控溅射镀铜芳纶织物的接触角增大至132.5°，表明，当芳纶纤维表面沉积金属铜后，疏水性提高，这是因为铜沉积在芳纶纤维表面及纤维和纤维之间空隙中，阻碍了水的渗透、吸收及毛细作用，因此，提高了芳纶纤维的拒水效果。
实施例2
将尺寸为10cm×10cm的竹浆纤维织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度1500，Q频为5，打标间距为0.1mm，激光功率为5％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为60min，镀覆电流为0.2A，镀覆气压为2.6×10-1Pa。
1、溅射镀铜芳纶纤维的导电性：
表2.磁控溅射镀铜芳纶的表面电阻
2、溅射镀铜芳纶纤维的拒水性：
图3为溅射镀铜竹浆纤维织物的接触角，其中，(a)为原始竹浆纤维织物的接触角，(b)为经过激光前处理后溅射镀铜竹浆纤维织物接触角。由图可见，原始竹浆纤维织物的接触角仅为71.8°，拒水效果较差，因为纤维与纤维之间的空隙较大，水容易渗透。而经过磁控溅射镀铜竹浆纤维织物的接触角增大至137.7°，表明，当竹浆纤维表面沉积金属铜后，疏水性提高，这是因为铜沉积在竹浆纤维表面及纤维和纤维之间空隙中，阻碍了水的渗透、吸收及毛细作用，因此，提高了竹浆纤维织物的拒水效果。
实施例3
将尺寸为10cm×10cm的涤纶织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度2500，Q频为25，打标间距为0.1mm，激光功率为5％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为60min，镀覆电流为0.2A，镀覆气压为2.6×10-1Pa。
实施例4
将尺寸为10cm×10cm的涤纶织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度200，Q频为20，打标间距为0.1mm，激光功率为4％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为60min，镀覆电流为0.2A，镀覆气压为2.6×10-1Pa。
实施例5
将尺寸为10cm×10cm的棉织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度3500，Q频为5，打标间距为0.1mm，激光功率为3.5％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为60min，镀覆电流为0.2A，镀覆气压为2.6×10-1Pa。
实施例6
将尺寸为10cm×10cm的涤纶织物分别用丙酮和乙醇超声波清洗30min，取出织物烘干；采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度5000，Q频为15，打标间距为0.1mm，激光功率为5.5％。处理后的纺织品经过水洗烘干，固定在磁控溅射设备样品台上，将铜靶溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为60min，镀覆电流为0.2A，镀覆气压为2.6×10-1Pa。
以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化，凡在本发明独立权要求范围内变化的，均属本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，其特征在于：所述前处理是指：采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，其特征在于：所述前处理是指：先将纺织面料在有机溶剂中超声处理去除杂质，再采用激光刻蚀法在纺织品表面一面或两面进行刻蚀，然后水洗，干燥备用。
3.根据权利要求2所述的一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，其特征在于：所述激光刻蚀法为：采用激光雕刻机，在纺织品表面刻蚀，打标速度为100～5000，Q频为1～25，打标间距为0.01～1.5mm，激光功率为1％～100％。
4.根据权利要求3所述的一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，其特征在于：所述打标速度为200～3500，Q频为1～20，打标间距为0.01～1mm。
5.根据权利要求4所述的一种导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理，其特征在于：所述打标速度为200～2500，Q频为1～15，打标间距为0.02～0.8mm。
6.一种使用上述权利要求1～5任一所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料前处理的制备方法，其特征在于：先将纺织面料进行前处理，然后将金属镀覆至纺织面料表面。
7.根据权利要求6所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料的制备方法，其特征在于：所述的金属镀覆是指磁控溅射镀覆法。
8.根据权利要求7所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射镀覆法为：采用磁控溅射法，将靶材溅射沉积至纺织品表面，镀覆时间为5min～5h，镀覆电流为0.1～1A，镀覆气压为1.0×10-1～3.0×10-1Pa。
9.根据权利要求8所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料的制备方法，其特征在于：所述磁控溅射镀覆法为：将纺织面料固定于靶材正上方的样品架上，需镀覆的面朝下，接着抽真空至气压为0.5×10-5～15.5×10-5Pa，充入氩气至镀覆气压，随后溅射靶材进行镀覆，镀覆结束后，取出纺织品即可。
10.根据权利要求6所述的导电、拒水磁控溅射金属纺织面料的制备方法，其特征在于：所述金属为铜、银、不锈钢和镍中的一种或至少两种的组合，所述纺织面料为天然纤维面料、化学合成纺织面料和混纺面料中一种或至少两种的组合。
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