磁控濺射工藝參數(shù)對鈦金屬鍍膜滌綸織物耐磨性的研究

王 磊 郭興峰

(天津工業(yè)大學紡織學院，天津，300160)

磁控濺射工藝參數(shù)對鈦金屬鍍膜滌綸織物耐磨性的研究

王 磊 郭興峰

(天津工業(yè)大學紡織學院，天津，300160)

為了研究磁控濺射鍍膜工藝參數(shù)對鍍膜織物耐磨性的影響，以滌綸織物為基材，采用磁控濺射工藝，在不同鍍膜時間、不同鍍膜壓強、不同鍍膜功率下對滌綸織物進行鍍鈦，然后對鍍膜織物進行摩擦處理，通過顯微鏡觀察，分析鍍膜工藝參數(shù)對耐磨性的影響。實驗研究表明，鍍膜織物的耐磨性與摩擦次數(shù)的有關，摩擦次數(shù)越多，鍍膜織物耐磨性越強。隨著鍍膜時間的增加，鍍膜織物的耐磨性越強;隨著鍍膜壓強的增加，鍍膜織物的耐磨性在0.8 Pa時，達到最大。隨著鍍膜功率的增加，鍍膜織物的耐磨性逐漸增強。

磁控濺射，滌綸織物，耐磨性，鍍膜參數(shù)

通過對紡織材料的表面改性，可使紡織品獲得新的功能，擴大其應用。對紡織材料進行表面改性的方法很多，在紡織材料表面鍍膜是進行表面改性的一個重要途徑。表面鍍膜工藝有化學鍍、涂層、真空鍍膜、磁控濺射鍍膜。與這些鍍膜工藝相比，磁控濺射鍍膜技術由于膜基結合力好、基材溫度低、濺射率高、裝置性能穩(wěn)定等優(yōu)點［1-2］，能更好的實現(xiàn)材料的表面改性和功能化。大多數(shù)人研究鍍膜織物的導電、抗紫外線、防輻射等性能［3-7］，但對基材與納米薄膜間的結合力研究很少。而在鍍膜織物的實際應用中，紡織材料基材與納米薄膜間的結合力是衡量鍍膜質量的一個重要方面。本文以機織滌綸長絲織物作為基材，采用磁控濺射工藝，在不同工藝條件下對滌綸織物進行鍍鈦金屬膜，然后研究鍍膜工藝參數(shù)對鍍膜織物膜基結合力的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

平紋組織的滌綸長絲織物:經紗線密度6.0 tex，緯紗線密度5.4 tex，經緯紗密度(427×370)根/10 cm，樣品尺寸15 cm×15 cm;

磨料:雜種羊毛織制的精梳平紋織物，經紗密度，190根/10 cm，緯紗密度120根/10 cm，面密度:195 g/m2，直徑至少140 mm;

濺射靶材:99.99%的鈦金屬;工作氣體:氬氣，純度99.99%。

1.2 實驗儀器

JPGF-450I型磁控濺射鍍膜儀，北京北儀創(chuàng)新真空技術有限公司，配有射頻和直流電源;YG(GB)401D型全自動織物平磨儀，溫州市大榮紡織標準儀器廠;XTS-30體視顯微鏡，北京泰克儀器有限公司產品。

1.3 實驗方法

1.3.1 鍍膜織物的制備

在磁控濺射鍍膜儀真空室內，把濺射用鈦靶材安裝在基材上方，靶材與基材二者之間相距60 mm。首先抽真空室氣體，抽至真空室壓強為2.0 mPa，再充入氬氣，然后在不同的氬氣壓強、濺射功率和濺射時間工藝條件下，分別制備鈦金屬鍍膜織物樣品。

1.3.2 摩擦實驗

把制備好的鍍膜織物剪成直徑38 mm的圓試樣，用黃色純毛織制的精梳平紋織物作磨料 ，采用40 mm×40 mm李莎茹運動曲線，載荷為(395±2)g，在織物平磨儀對鍍膜織物進行摩擦，分別摩擦500和1 000次，然后觀察織物表面膜的變化，來分析磁控濺射工藝參數(shù)對鍍膜織物耐磨性的影響。

1.3.3 鍍膜形貌觀察

圖1圖2分別是在120 s、0.49 Pa和400 W的條件下制備的鍍膜織物摩擦500和1 000次的圖像。由圖1可以看出織物紗線之間仍然有空隙，經過摩擦500次之后鍍膜織物組織點的膜部分被磨掉，繼續(xù)摩到1 000次后組織點的膜越來越少，那么組織點的灰度越來越小。

圖1 摩擦500次形貌

圖2 摩擦1 000次形貌

1.3.4 鍍膜織物分析

本文是利用灰度的大小來表征鍍膜織物表面膜的耐磨性。用體視顯微鏡觀察摩擦前后的鍍膜織物，然后分析鍍膜織物表面膜的磨損情況。為了更好的反映織物表面磨損情況，采用從下往上照的光線照射織物，如圖3如果組織點鈦膜被磨掉的越多，從下面射出的光線透過織物組織點越多，組織點的灰度越小，那么灰度越大，說明鍍膜織物耐磨性越好。

圖3 摩擦1 000次形貌

利用軟件采集摩擦前后試樣圖片灰度的大小［8］。左上角第一個緯組織點作為起點，向下(或向右)依次選取緯組織點(經組織點)的灰度值，每個試樣沿經、緯向分別選取8和7個組織點，每個組織點再取5個值，先求每個組織點的灰度值再計算所有組織點的灰度，這樣得到該試樣的灰度值。

2 結果與討論

2.1 濺射氬氣壓強對鍍膜織物耐磨性的影響

從圖4可以看出，當濺射氬氣壓強為0.5～0.8 Pa時，膜的厚度增加，灰度迅速增加，當氬氣壓強達到0.8 Pa時，灰度達到最大值。當濺射壓強超過0.8 Pa后，膜的厚度降低，灰度下降。說明當濺射室氬氣壓強達到一定程度時，濺射室內的氬氣密度增大，使濺射粒子與氬原子相互碰撞的次數(shù)增多，從而降低了濺射粒子本身的能量，導致薄膜的沉積速率減?。?］，因而鍍膜的厚度變薄，灰度就降低。摩擦500次和摩擦1 000次后灰度與原織物相比變化不大，說明膜的厚度較厚，經摩擦后透過組織點的光線變化不大。

圖4 摩擦前后鍍膜織物灰度隨濺射壓強變化曲線

2.2 濺射時間對鍍膜織物耐磨性的影響

從圖5可以得到，隨著濺射時間的增加，鍍膜織物的金屬膜層逐漸變厚，灰度值逐漸變大。開始階段織物的灰度增加的幅度比較小，當濺射時間在120～200 s之間時，鍍膜織物的灰度迅速增大，在200 s之后，灰度的變化不大。

圖5 摩擦前后鍍膜織物灰度隨濺射時間變化曲線

在40～120 s時，經摩擦500次的鍍膜織物的灰度與沒經過摩擦的織物的灰度相差比較大。因為鍍膜時間在40和80 s時膜較薄，經過摩擦500次后，從下往上光線差不多可以透過織物，所以灰度變化很大。在 40～120 s時，經過摩擦1 000次和摩擦500次的二者之間的灰度變化相比在200和220 s時相差較大。因為摩擦1 000次后組織點的鍍膜幾乎磨掉，灰度差異較大;而在200和220 s時，鍍膜織物的金屬膜相對比較厚，經過1 000次摩擦后鍍膜還沒有被磨透，所以摩擦1 000和500次后鍍膜織物灰度差異不大。

2.3 濺射功率對鍍膜織物耐磨性的影響

由圖6可以看出，隨著濺射功率的增加，織物表面的膜層逐漸變厚，灰度值逐漸增大。當200～400 W時，灰度增加較大，濺射功率繼續(xù)加強，織物的灰度增加減慢。因為隨著濺射功率的增加，濺射粒子束的能量增強，沉積速率提高，鍍膜厚度增大，耐磨性增強。

圖6 摩擦前后鍍膜織物灰度隨濺射功率變化曲線

摩500次與原樣的之間灰度的變化比摩500到1 000次的之間灰度變化大的多，說明最外面的膜的附著力比較小，越靠里的膜附著力越來越大，膜的耐磨性越強。隨著濺射功率的增加，使沉積時的溫度逐漸上升，提高了薄膜和錦綸基體的附著力和膜層致密度［10］，有利于鍍膜的耐磨性。

3 結論

(1)鍍膜織物的耐磨性與織物的摩擦次數(shù)有關，摩擦次數(shù)越多，耐磨性越好，即織物的灰度越大，耐磨性越好。

(2)當濺射壓強在0.8 Pa時，灰度達到最大值。隨著濺射時間的增加，織物金屬膜層逐漸變厚，灰度值逐漸變大。隨著濺射功率的增加，織物金屬膜層逐漸變厚，灰度值逐漸變大。

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Preparation of titanium coated polyester fabrics and study on wear resistance

Wang Lei，Guo Xingfeng
(School of Textiles，Tianjin Polytechnic University)

To investigate the effect of magnetron sputtering process parameters on the wear resistance of titanium coated fabrics，the polyester fabric was taken as the substrate，titanium film was coated on the fabric at different coating time，pressure，power.Then the coating fabric was rubbed，coating’s attrition rate through the microscope was observed，and the effect of coating process parameters on the wear resistance was analyzed.The experimental study indicated that the attrition rate of coating is related with friction times，the more the number of friction，the greater the wear resistance.With increase of coating time，the coating fabric’s resistance became stronger;when coating pressure is 0.8 Pa，the resistance reaches the apex of the grey value.Along with the deposition power increases，the wear resistance of coated fabrics strengthens.

magnetron sputtering，polyester fabric，wear resistance，sputtering parameter

TS156

A

1004－7093(2011)10－0038－04

2011－05－24

王磊，男，1986年生，在讀碩士研究生。主要研究方向為醫(yī)用紡織品。

郭興峰，E-mail:xfguo@tjpu.edu.cn.