膜厚儀在納米表面處理織物結構色生產中的應用

關德輝，鄧天澤，王忠雨，熊少妹

（廣東欣豐科技有限公司，廣東開平 529300）

傳統染整行業中，織物的印染加工需耗費大量的水資源和化學染料、助劑等，這些化學物質的使用及排放對環境造成了極大的破壞。國家環保政策日趨嚴厲，傳統染整行業的發展日益艱難［1］。納米表面處理技術中的磁控濺射法可在織物表面沉積納米膜層，利用物理光學原理實現結構色，不需要化學試劑染色，并可節約大量水，是一種無污染的新型織物顏色制備方式，對于降低環境壓力、開發新的紡織品顏色生產方式有十分重要的意義［2-3］。

在織物基底上用磁控濺射法制備結構色的過程中，織物表面納米膜層的厚度直接關系到結構色的顏色表現，而膜層厚度往往與濺射電源的濺射效率、沉積時間等因素有關。因此，對于織物結構色生產的卷繞鍍膜來說，有必要關注濺射電流的調整、生產所需的靶材數量、靶材不同階段濺射速率的變化及其他干擾因素對膜厚及顏色的影響。由于織物的不透明性和表面的不平整性，很難用臺階儀或者電鏡分析出織物上膜層的光學厚度或物理厚度；而用光度計指導織物結構色的制備有一定實用性，但在生產工藝等因素發生變化時，很難量化調整相關的可控因素來實現織物結構色穩定的重復生產［4］。本研究在卷繞鍍膜區域設置位置固定的膜厚儀，利用膜厚儀的監測及相關數據換算指導織物表面結構色的重復、穩定生產。

1 實驗

1.1 材料與設備

材料：新、舊圓柱鈦靶各一根（舊圓柱Ti靶的剩余壽命約50%），滌綸織物春亞紡（幅寬為24 cm），高純氬氣、氮氣、氧氣（純度99.999%）。

設備：卷繞磁控濺射鍍膜機（公司自主研發），SQM-160型膜厚儀［英?？担◤V州）真空儀器有限公司，配有旋轉靶位、直流電源］，便攜式測色儀（深圳市三恩時科技有限公司）。

1.2 結構色的制備

采用卷繞磁控濺射鍍膜方法，樣品為幅寬24 cm的春亞紡長卷，基布安裝后進行必要的抽氣、預濺射。調整好膜厚儀的參數，由于此次制備的結構色由3層不同膜層組成，故在膜厚儀里依次設置好膜層1（FILM1）、膜層2（FILM2）、膜層3（FILM3）對應的密度因子、Tooling值、Z-比值以備用。

分別鍍覆3段春亞紡，每段2 m，傳動速度為0.5 m/min。靶材選用新圓柱Ti靶，保持膜層1和膜層2的參數不變，以膜層3的電流為變量，以總膜厚不變為目標，記錄實際鍍膜層數，工藝參數見表1～3。

表1 第1段春亞紡工藝參數

表2 第2段春亞紡工藝參數

表3 第3段春亞紡工藝參數

靶材使用舊圓柱Ti靶，重復前面的實驗步驟，工藝參數見表4～6。

表4 第4段春亞紡工藝參數

表5 第5段春亞紡工藝參數

表6 第6段春亞紡工藝參數

1.3 測試

結構色的顏色：采用便攜式測色儀進行測試，輔以目視檢測。

色差：參照GB/T 8424.3—2001《紡織品 色牢度試驗色差計算》進行測試，計算式為：

ΔE*ab=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

式中，ΔE*為總色差；ΔL*、Δa*、Δb*均為顏色參數。

2 結果與討論

2.1 鍍膜春亞紡的顏色

上述6段工藝處理后，春亞紡的顏色測試結果見表7。

表7 鍍膜春亞紡的顏色

2.2 鍍膜春亞紡的色差

以第1段春亞紡顏色值作為基準，另外5段分別與第1段進行比較，色差分別為：ΔE*12=1.70、ΔE*13=1.14、ΔE*14=1.21、ΔE*15=1.66、ΔE*16=1.05。紡織品的變色評定（GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗評定變色用灰色樣卡》）見表8。參照紡織品變色國標評級，本實驗色差對應的色牢度等級可以達到4級及以上，目測色差較小，說明顏色的重現誤差已達到了國家標準。因此，參照膜厚儀顯示相同膜厚而進行的不同工藝生產的春亞紡顏色展現出良好的重現性。

表8 GB/T 250—2008色差評級標準

2.3 結果分析

在春亞紡基布結構色生色層膜厚一致的情況下，濺射電流或靶材壽命在一定程度上的改變僅影響顏色的生色速率，不影響最終顏色的重現性。不同工藝生產的基布顏色色差能控制在1.70以內，對應的色牢度變色達到4級，符合常規紡織品對色差的要求。

在生產速率改變時，膜厚儀可檢測膜厚，以此監測春亞紡結構色生色層的顏色效果，確保春亞紡結構色的重現性，對紡織品結構色量產的生產控制具有實際指導意義。

3 結論

在卷繞磁控濺射法制備織物基底結構色的過程中，濺射電流或靶材壽命在一定范圍內的改變僅在生色速率上稍有影響，基本不影響最終顏色的重現性；用膜厚儀監控各個膜層的總厚度，只要膜層總厚度保持與之前的生產工藝一致，就能夠使不同批次的紡織品顏色色差達到紡織品變色國標評級要求。本研究對紡織品結構色的量產具有實際指導意義。