TWI651147B - 一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種方法利用雷射蝕刻來製造用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物，並不需要使用聚合物、油墨、糊劑和添加劑，本發明方法包括使用一前段金屬化步驟或織物材料的一部分金屬化製程和一後續金屬移除步驟，該移除步驟係為一快速局部蒸發製程，也可以在一或同時兩織物表面進行，並經由上述之雷射源執行。

Description

一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法

本發明涉及一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法。

習知用於在一人工合成的單線織物材質上產生標誌、圖案、圖像、圖形，文字或其他美化或幾何圖案的標記之產生需要使用一大規模的快速製程，是一件非常困難的操作。

當轉移油墨，聚合物或膏狀物料到織物上，在傳統印刷方法中，如絲網印刷或噴墨法，如需修改將會使得整個過程非常複雜和昂貴。

因此，常見方式為使用可棄式粘帶或膠帶需要黏附在織物材料底部，以防止油墨的洩漏，或是在可棄式條帶上進行印刷製程，然後利用適用的粘著劑印刷圖案轉移到織物上。

傳統的打印處理非常複雜，因此如不採取適當的測量幾乎是不可能可將印刷圖案轉移到織物上。此外，閃爍或垂落現象經常發生，而對所期望的最終印刷圖案產生不良影響。

在這方面，需指出的是，即使採用適當的測量，是由該印刷圖案僅能產生於織物材料的單一表面。

此外，基於美觀的考量，有時是必須使用具有金屬化效果的織物，但這可能是無法使用填充聚合材料產生。

因此，在這樣的情況下，就需要進行織物材料的金屬化處理。

此外，當需要在金屬化的織物材料上再次產生圖案時，也必須要適當地修改上述方法，並將該方法應用至一個已先處理的金屬化織物。

另一常見方式為利用所謂的化學蝕刻過程來處理織物材料，其中是利用織物基材的自由基化學反應來達到材料移除目的，該化學蝕刻處理可在金屬化織物上形成圖案。

化學蝕刻過程的第一階段包括製備功能性模板，以便用於在金屬化織物材料上形成所期望的圖案上功能，並透過光罩蝕刻或光蝕刻技術將模板上的圖案轉移至可感應紫外線輻射的一薄層材料，然後覆蓋該紡織基底表面。

該光罩蝕刻步驟如下：-在基片上佈塗一感光膜(抗蝕劑)；-將該基片上未被光罩蝕刻模板所定義之圖案覆蓋的抗蝕劑膜區域曝露於一紫外線輻射下；-將抗蝕劑膜的已曝露區域進行顯影(正像製程)；-蝕刻位於該非覆蓋區域之感光膜下方之金屬膜；-剝離。

顯影過程十分重要地影響圖案品質。

該蝕刻是用於形成圖案元素的一個過程，其包括除去多餘的金屬，從而留下唯一目標金屬區域。

該剝離或移除步驟通常是於一酸浴中進行。

而蝕刻劑，蝕刻時間，溫度和攪拌均為製程控制參數。

剝離是用於除去殘留的感光膜的一步驟。

該剝離步驟不可使得底層金屬層發生劣化，也不可污染金屬層。

本發明的目的是提供一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的新製造方法，其克服了上述現有技術的缺點，因此，這是完全獨立於傳統的聚合物，墨水，漿糊和添加劑材料的印刷技術。

在上述的目的範圍內，本發明的主要目的是使圖像、標誌、措辭、圖案和任何所需類型符號和用以美化或標記幾何圖案產生於部分金屬化精密合成線織方形網織物上，而不需添加塗膏、油墨或添加劑材料也不需進行打印過程的情況下，但是有選擇性地去除沉積的金屬材料。

本發明的另一個目的是提供可供美化或標記用途的織物材料，在不改變織物材料孔隙率的情況下，藉以保持可出汗或一般網孔、聲學和濾波特性。

根據本發明的方法，可以將方形網狀合成單線織物材料的所有一般功能與美化和/或標記功能整合，而區分其特徵不同於傳統織物或基材例如連續膜或該等材料。

本發明的另一個目的是提供這樣一種可被由滾輥製程(roll-to-roll process)，連續運轉的製造方法而不需要“片狀”元件的製程操作。

根據本發明，此方法包括一步驟：在一人工合成單線織物表面的整個表面上塗佈金屬，其次是一過量金屬的移除步驟，以提供一個預設圖案。

本發明的方法中所用的基材是一種人工合成單線精密方形網狀織物，其具有非常均勻的結構和網狀開口，高機械強度和加工特性，因此對需要最佳的彈性、重量輕、可出汗性、精度和性能均勻等特徵的所有製程而言，一精密單線織物成為一理想的基體材料。

上述織物材料是非常均勻的材料，具有十分固定的重量、厚度、表面特性、低溫性能，相對於其他柔性基材，如聚合物薄膜、TNT、多線織物材料、紙張等而言更加優良。

上述的均勻性是存在於一整個布輥和從任一織物捲到另一織物捲。

織物的主體材料製造時有非常細微的容差，從而提供了一種具有十分優良的流動滲透率和幾何性質以及高重現性的美化性紡織基材。

上述均勻度是由於固定的孔隙尺寸和用於織造的織物材料之單線性能的效果。

此外，本發明的精密織物材料對於氣味、水氣和濕氣具有非常良好的抵抗性，並是由一種穩定並可複產的在工業標準品質所製成。

本發明的較佳合成單線方形網狀精密織物材料是由該基底 織物是由聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚醚砜、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚亞苯基硫化物、聚醚醚酮、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯所製成之，而且該織物具有一網狀開口範圍少於或等於2500微米，每公分4-600針的開口。該單線程織物材料紡織結構具有以下幾個特點：(4-600公分線長)，線直徑(10-500微米)，編織，重量(15-300克/平方公尺)，厚度(15-1,000微米)。

每件織物材料均可作為用於再製美化圖案之基底。

根據本發明，利用包含一些技術或方法組合的一特有製程來在紡織基底上形成整合圖案。

根據本發明所提供之方法可被利用到其他的彈性基底上，如聚合物薄膜、TNT、多線織物、紙張、薄膜、非織造材料、天然纖維織物。

可獲得之結果是一個帶有圖案的織物材料並具有較佳的柔韌性、輕量性、一體化、大小和尺寸特徵，以達到美化的目的和預期的應用。

根據本發明，該方法包括將一金屬塗佈於該合成單線織物材料的單一或兩表面的一塗佈步驟，其藉由濺射或電鍍沉積或化學氣相沉積，物理氣相沉積，化學沉積或將不同的金屬片層設置於該合成單線織物上。

金屬材料的移除是利用一快速和局部的金屬材料蒸發程序，其藉由一“雷射蝕刻”製程在上述的方法所述之金屬包覆織物材料上進行。

上述揭露的方法也可以被應用到範圍廣泛的合成單線織物材料，依其編織單線的化學性質可將彼此區分，使紡織結構(線數/公分、 線直徑、編織、重量、厚度)的加工和表面處理(“白色”織物，經過洗滌和熱固性，彩色織物材料，經電漿處理織物，金屬化織物等等)。

上述兩製程階段和相關方法，可以應用在最合適的組合以達到所需的美化圖案。

濺射鍍膜是其中最有彈性的方式，用以在紡織品的表面上物理沉積金屬或非金屬塗層的方法。

該塗層材料係以一金屬板形式被填入在真空室中作為陰極。

在將處理室內部形成真空後，將一製程氣體送入其中(一般通常使用氬氣，因為它的高原子量)。

然後，提供一預定電壓和並將氣體送入處理室。

氣態正離子係用以對負陰極進行一加速製程，進而將金屬板的原子噴出，將它們均勻地沉積於放置在處理室中的單線織物上。

不同於其他真空沉積方法，此處並沒有融合的材料，因此可被沉積的材料(主要是金屬和其合金，以及其它有機材料)具有高沉積效率和精確的控制。

本方法所使用的金屬和合金係包括鋼、鈦、銅、鋁、鉻和貴金屬。

利用相同的方法和設備，也可以進行反應性濺射：除了上面提到的氣體，如氮或氧的反應性氣體也可送進處理室，氮化物或所沉積的金屬氧化物，如二氧化鈦或TiN則會在基底上形成。

該濺射方法可在具有絕緣性和導電性的兩種單線織物材料上進行。

由不同的材料組成的一些陰極可放入到濺射系統中，以形成多重系統。

此外，可以藉由改變反應氣體的組合來修改各個層的組合。

塗層的厚度範圍是從10奈米到微米。

在所謂的“磁控濺射”方法中，沉積系統包括有可產生一靜磁場的一被動器件。

帶電離子和顆粒(受洛倫茲力所影響)偏離磁場流線配置，進而撞擊幾次需被沉積之目標層，藉以有效增加製程效率，因為在電漿中加入更大量材質量。

改變製程參數將可提供具有不同性質(沉積層的電導率、厚度、重量(g/m2))的金屬層。

藉由控制置於該處理室內中目標件的製程參數(基材被處理的速度，發電機功率等等)和環境條件(壓力，真空度，用於氣體)將可以控制此製程。

該濺射方式可提供具有非常良好品質的導電膜，經由特殊設計的修改，將可使表面具有美化特性而不同於堆積階段的原料。

濺射法提供幾個特別組合優勢：這是一種非常乾淨並且經濟有效的的塗佈製程，此方法提供一種非常輕薄均勻的塗層。

此外，在低溫乾燥的過程中，不需對紡織基材進行化學或熱蝕刻，可保留其基本結構的特點。

此外，該濺射製程在基片上的薄膜提供了一無法破壞的結合，因為該結合係形成於分子層級，並且提供操作靈活性大於其他塗佈法。 此外，由於是一個冷溫過程，也可用於將範圍廣泛的導電、半導電和絕緣材料沉積於任何所需類型的單線織物材料上。

電偶電沉積過程中利用電流在一預定的表面上提供金屬塗層。

該金屬和合金的電沉積方法包含有一電解水溶液，其主要構成是由有塗層其中的金屬鹽。

在一盆槽中，提供所謂的電鍍浴，其含有需沉積之金屬鹽的水溶液，並設有兩電極。

跨越該兩電極，一電壓源施加的電位差。

在這樣的條件下，需被沉積之金屬的陽離子被驅動朝向陰極(帶負電荷)，而陰離子則向陽極移動(帶正電荷)。

由於施加兩發生器電極之間的位差或電壓差所產生的電場，陽離子向負極遷移，陰離子則向正極遷移，進而一電流將會流通過該溶液。

在接觸電極時，該溶液的離子受一氧化還原反應影響進行電子轉移，分別造成陰極減少和陽極氧化。

在電解槽中，需要被塗佈的物件被耦合置電流源的負極以形成陰極，而陽極則耦合至正極，以將電路關閉。

在溶液中的自由狀態金屬離子係被釋放在陰極表面上，進而慢慢地塗佈成為一薄金屬層。

較佳的陽極包含有需要被沉積的金屬板或棒，在電解過程 中，它會被消耗，以彌補被釋放於陰極上的離子溶液。

該電沉積過程可包括兩貴金屬如銀，金，及常見的金屬，如鎳，鐵，鋅和銅。

已沉積的晶體結構會影響物品的機械和物理性能，例如導電性、表面硬度、耐磨損性和均勻度，並且被下列主要操作參數所控制：電浴電解質的組成和濃度、電流密度、施加於電極之電壓、溫度，pH值，電鍍槽液攪拌。

被沉積的金屬層是幾十微米或更小的尺寸，而電鍍浴則具有一電流密度(A/dm2)的定值，在加上已知的沉積速度或速率，便足夠適當地設定所需要的時間，以形成所需的鍍層厚度。

利用上述技術其中之一的雷射燒蝕過程來處理金屬合成單線織物材料，將下方加以解釋。

該方法提供了一種快速和局部的金屬蒸發，可在任一或同時兩表面上進行，係利用一特別設計和選擇的雷射源以防止任何燃燒、熔化或織物退化現象。

使用於雷射燒蝕過程中的材料係為具有一金屬塗層在其中之一表面上的單線高分子織物材料，並具有不同的紡織結構、重量、厚度和金屬化(該金屬、其合金和半導體選自鎳、金、鋼、銅、銀、鋁、鈦、鉻、錫、銦錫氧化物、鋅鋁氧化物、錫氟氧化物、錫銻氧化物)。

該雷射束將被的金屬塗層所“吸收”，而不需要修改它的聚合物群，因為該塗層對雷射束而言是透明的。

該雷射束係為一種低功率和高密度光束，其具有約1,000奈 米，或從1080至354奈米的波長。也可以使用頻率從100赫茲到500MHz的一連續或脈衝方式操作。

該脈衝持續時間範圍較佳為從2000億分之一秒至10飛秒，以加強金屬層蒸發並抑制底部基底的熱擴散。

在這樣的應用中，二極管雷射器是較佳的選擇，但經過適當的修改，也可以使用固體狀態雷射器、光纖雷射器或CO₂雷射。

在過程中，係利用一透鏡聚焦系統使得金屬化織物材料上的雷射束產生聚焦，另搭配上鏡頭移動的測微調整。而織物材料上的光束移動是利用笛卡爾坐標軸、一機器人手臂、一透鏡系統和/或一多個具有檢流計頭的反射鏡一起配合所產生的。

此外，在織物材料上之雷射束的移動是一光束和織物材料之移動組合，在上述之任一方式中，每次織物材料的位移係產生於兩支撐件間所提供之低張力下(最好是布輥滑動所驅動，並有少許拉和反拉的力量，設置於雷射頭下方)。

如果多層金屬塗層需進行一燒蝕處理，其中金屬塗層的厚度和蒸發潛熱兩者的組合會傳熱至該聚合物基材(熱傳導)，便需要加入一冷卻系統以便快速的排熱。

例如，可以使用一空氣控制對流法或一冷卻劑系統，或是一水浴法部分織物浸泡於一冷卻槽中。在某些情況下，如果厚度或所需要移除的材料量較大，那就有需要使用一抽吸系統，以防止被移除之金屬顆粒又被輸送到馬達而再次沉積在織物表面上，而對圖案的美化特徵產生負面影響。

運用於金屬化單線織物的雷射燒蝕過程步驟中包括有：選擇一最佳波長，其可被金屬材料吸收並穿透聚合物(合成單線構成)而不被吸收。

具有一組雷射波長的雷射束係用來照射/操作兩面單線織物。金屬吸收該雷射束並利用蒸發法將其移除，同時穿過對雷射波長而言為透明的聚合物，並不需蝕刻或修改該聚合物，被由底層金屬材料吸收，並再利用蒸發移除。

在不同的織物(具有不同的紡線化學組成，織物織法(線數/公分、螺紋直徑、編織、重量、厚度)，加工和金屬化設計)上進行的測試所使用的雷射源有兩種：一雷射源，具有一最大功率10瓦，和一發射波長為1064奈米，一最小光點尺寸為50微米。另一纖維雷射源的一最大功率為30瓦，一發射波長為1070奈米，和一最小光點尺寸為80微米。

較小的光點尺寸可加強分辨率值，而最終結果主要是受基材的影響，如線/公分數和紡線尺寸。

當紡線直徑減小，線數/公分數的增加，分辨率便會增加。

該兩雷射源均是以脈衝法操作，並具有一電流計雷射束驅動系統。

藉由上述方法，便可保有雷射加工過程中的所有獨特優點：圖像或圖案的精確度和相同度，較佳再造率，短操作時間，被處理材料之裝載和卸載系統(若是輥輪加工的紡織物料，便可使用常見的捲繞和退繞系統)，一高靈活性的電子控制整體設備容許由電腦改變和快速地修改需再現的圖案。

不同於一般化學蝕刻處理，例如化學蝕刻處理的速度慢得多而無法處理織物卷，而且為了做出不同圖案還需要專用的模板。

經由上述之兩種雷射組件已取得一些樣品和特點，在不同的織物(具有不同的紡線化學組成，織物織法(線數/公分、螺紋直徑、編織、重量、厚度)和金屬化設計)：PES 90.64不銹鋼金屬化、PES 150.27不銹鋼金屬化、PES 180.27不銹鋼金屬化、PES 190.31不銹鋼金屬化、PES 90.40鎳金屬化、PES 165.34鎳金屬化、PA 43.61鎳金屬化、PES 90.64銅金屬化、PES 190.31銅金屬化、PA 43.61銅金屬化、PES 90.64鋁金屬化、PES 150.27鋁金屬化、PES 180.27鋁金屬化、PES 190.31鋁金屬化、PES 40.90鈦壓延與金屬化、PES 90.64鈦金屬化、PES 150.27鈦金屬化、PES 180.27鈦金屬化以及PES 190.31鈦金屬化。

在上述代碼中，字母後的第一個數字代表聚合物，係與織物的線數/公分數量有關，而第二個數字代表紡線直徑。

在上述任一情況下，根據實驗室安排該製程方法被執行，透過改變製程參數，以確定最佳操作條件的相結合窗口。

由操作測試可發現，可移除金屬是一完整過程並不會損壞該聚合物。

正如上面所提到的，已知當光點尺寸減小，移除材料之餘微量的最小尺寸可相應地減小，但主要還是取決於在基底織物。

根據特定的織物類型和金屬所獲得的最佳製程參數，為了示範目的可作出特別複雜的圖案如：一再造字詞，有陰影的顏色效果的圖片和照片。

除了方形網格合成單線織物的基本特徵，不同於傳統織物或基底，如薄膜或連續物料，本發明的方法提供一種快速靈活的方式在輥對輥製程中產生美化或標記效果。

該方法適用於一些不同領域的應用，如聲學領域，汽車領域，家用電器，醫療保健，醫療診斷，化學消費品，軍事物流，出版領域中。

更具體地說，它一般是適用在任何應用需要高操作靈活性與均勻特性結果，如重量、厚度、高精確度和良好的出汗和散熱特性。

所適用之範圍廣泛的產品可提供現代化解決方案，例如可用於過濾應用製程，也就是可選擇改良後的基底(網孔，紡線直徑，線數/公分)、基底顏色、類型、用以達到預期的美化效果所需沉積之金屬材料的顏色和層數。

相對於傳統膜織物，該合成單線織物之柔韌性和機械性能均更佳提高，而且，該合成單線織物材料具有非常好的加工性能(如密封或焊接，切割，鑽孔等)，這也取決於良好的配合和組裝設施。

因此本發明可完全實現預期的目標和目的。

事實上，本發明所提供之方法是完全不同於傳統的印刷製程需要使用聚合物、油墨、糊劑和添加劑，也可適用於合成單線織物或某些預先金屬化的合成單線織物材料。

本發明方法包括使用一前段金屬化步驟或織物材料的一部分金屬化製程和一後續金屬移除步驟，該移除步驟係為一快速局部蒸發製程，也可以在一或同時兩織物表面進行，並經由上述之雷射源執行。

該圖案可為金屬化的織物上的一正片或負片圖案，並可產生於其中之一或同時兩表面上，視所需的之美化效果決定。

此外，作為基底的織物材料，在進行金屬化製程前，可以是一白色織物或是一帶有預定顏色織物，以在金屬被移除後可提供所需的美化效果。

基於同樣的原因，它也可使用不同的金屬合金，以提供不同的美化效果。

該方法所使用的材料，以及大小和形狀均可以依照所需之要求而不同。

Claims (14)

1. 一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，一彈性基材由精密合成單一線織方形網狀(precision synthetic single thread woven square mesh)或細孔織物(pore fabric)所構成，而該網狀或細孔織物係以編織包含從聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚醚碸、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚亞苯基硫醚、聚醚醚酮、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯材料中選用的一聚合物的線而成，該彈性基材具小於或等於2,500微米的網織開口或細孔，4-600織/公分，線直徑為10-500微米；該彈性基材其重量15-300g/m²，厚度15-1,000微米，該精密織物的至少一表面部分或全面塗覆金屬塗層，且藉由使用雷射光在該至少一金屬塗層表面上移除金屬圖樣，該金屬塗層吸收該雷射光，藉由蒸發而除去該金屬塗層，同時穿過為了雷射光而呈透明的該聚合物之材料，該雷射光並未改變該織物細孔，藉此保留該精密織物的透水、透聲和過濾特性，該雷射光以連續或脈衝範圍100Hz至500MHz的頻率運作，脈衝持續時間為200奈秒至10飛秒，波長為1,080nm至354nm，電源功率為5至100瓦，雷射光點的尺寸為10至200微米，該雷射光藉由測微控制聚焦鏡系統而聚焦在該彈性基材上，並因該雷射光和該彈性基材的結合運動而受驅動穿過該彈性基材。
2. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該雷射光受一直角坐標軸驅動裝置、一機械人手臂、一鏡頭(lens)和/或包括一電流測定頭組件的反射鏡系統所驅動。
3. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該雷射光為一二極體雷射、一固態雷射、一光纖雷射或一二氧化碳雷射。
4. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該雷射光引發該金屬塗層的快速且局部蒸發，而該彈性基材無燃燒、熔解或剝蝕現象。
5. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該雷射光從該彈性基材的一表面或同時從兩表面上除去該金屬塗層。
6. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該方法在該彈性基材上提供一圖樣、標誌、文字、符號或任何標的之美觀/記號性圖樣。
7. 如專利申請範圍第1至7任一項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該方法包括一冷卻步驟，以預防該織物出現剝蝕現象。
8. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該金屬係藉由選用下列其中一項工法塗覆而成：噴濺、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電鍍沉積、化學沉積。
9. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該金屬塗層的厚度為10至5,000nm，為單層或多層金屬塗層。
10. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該金屬塗層係以金屬材料及相關合金或選自鎳、金、鋼、銅、銀、鋁、鉻、鈦、氧化銦錫、氧化鋅鋁、氧化錫氟、氧化錫銻的半導體材料製成。
11. 如專利申請範圍第1項所述的一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法，其中該彈性基材係以白色或彩色織物材料製成。
12. 一種以專利申請範圍第1至11任一項以一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法所製造的織物，其中該織物為一種可排汗且組合式(modular)的織物材料。
13. 如申請專利範圍第12項所述之以一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法所製造的織物，其中該織物具備高度彈性以及機械特性，藉此提供該織物更好的耐用性。
14. 如申請專利範圍第12項所述之以一種用以美化或標記使用之部分金屬化精密合成線織方形網織物的製造方法所製造的織物，其中因織物部分金屬化的正或負極偏振，該織物可用做為美觀布料，或將這項應用與一般科技織物的進一步典型應用結合。