磁控濺射納米膜與不同紡織基材的結(jié)合牢度

劉明雪， 趙 倩， 王曉輝， 劉瓊溪， 邵建中

(1. 浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018；2. 廣東欣豐科技有限公司， 廣東 江門 529300； 3. 北京納米生色科技有限公司， 北京 100089)

顏色是紡織品的一個重要元素。傳統(tǒng)的紡織品著色方法為色素著色(又稱化學(xué)生色)，該方法是通過在紡織品上施加化學(xué)著色劑(染料或顏料)來實現(xiàn)的，其基本原理是基于有色物質(zhì)對光的選擇性吸收作用[1]。這種傳統(tǒng)的紡織品著色方法因水資源的大量消耗和嚴(yán)重的廢水排放污染問題而面臨巨大壓力。結(jié)構(gòu)生色(又稱物理生色)是物體自身特殊的組織結(jié)構(gòu)對光的散射、色散、衍射或干涉等作用而產(chǎn)生的視覺效果。近年來，仿生結(jié)構(gòu)生色受到紡織染整界越來越多的關(guān)注，其突出優(yōu)勢是：1)無需應(yīng)用染料或顏料等化學(xué)著色劑的生色方法，符合紡織染整的生態(tài)化和可持續(xù)發(fā)展的需要；2)具有靈動多變的生色效果，結(jié)構(gòu)色通常鮮艷明亮，并伴隨虹彩效應(yīng)(顏色隨觀察角的變化而變化)，實現(xiàn)色素著色無法實現(xiàn)的特殊視覺效果[2-3]。

磁控濺射鍍膜技術(shù)是物理氣相沉積的一種，具有沉積速率高，對膜層損傷小，制備的薄膜純度高且致密均勻，可實現(xiàn)大面積鍍膜且厚度均勻等突出優(yōu)點，是目前應(yīng)用最廣泛的薄膜制備技術(shù)之一，也是實現(xiàn)紡織品多功能化的重要途徑[4]。利用磁控濺射技術(shù)在紡織品表面沉積金屬納米膜而獲得結(jié)構(gòu)生色紡織品是一種新的紡織品生態(tài)著色方法[5-6]。目前利用磁控濺射技術(shù)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色方面的研究報道較少，尤其是磁控濺射紡織品結(jié)構(gòu)色牢度方面的研究工作更是鮮有報道。蘇喜林等[7]申請了關(guān)于利用磁控濺射在金屬、合金或玻璃上沉積TiO2膜得到不同顏色的結(jié)構(gòu)色專利；杜文琴[8]通過采用射頻磁控濺射法在滌綸平紋白坯布上濺射SiO2、TiO2周期薄膜，獲得具有虹彩效應(yīng)的結(jié)構(gòu)色；Diop等[9]在柔性基底上制備Ag/TiO2納米復(fù)合薄膜，得到仿生結(jié)構(gòu)色；袁小紅等[10-12]利用磁控濺射技術(shù)在滌綸機(jī)織物上制備納米Ag/TiO2復(fù)合膜，分析了厚度與結(jié)構(gòu)色的關(guān)系。然而，以上研究大都是以金屬合金等硬質(zhì)材料作為基底材料，或者是以合成纖維滌綸織物為基底材料，得到的結(jié)構(gòu)生色材料的色牢度較好。葉麗華等[13]在蠶絲織物上構(gòu)建結(jié)構(gòu)生色膜，得到的結(jié)構(gòu)生色蠶絲織物顏色鮮艷，但與滌綸織物相比，色牢度差。蔡珍[14]提出磁控濺射參數(shù)對織物顏色變化的影響，并發(fā)現(xiàn)磁控濺射膜對滌綸織物的結(jié)合牢度優(yōu)于蠶絲織物，且磁控濺射電流對磁控濺射薄膜與基底材料的結(jié)合牢度有一定影響。Scholz等[15]在二氧化硅纖維表面沉積多層金屬(銀、銅、鉑、鉑/銠、金)薄膜，獲得了較好的抗菌效果和抗遠(yuǎn)紅外輻射功能，紅外反射率高達(dá)95%～96%，但是結(jié)合強(qiáng)度不足，經(jīng)低溫等離子體表面改性處理后顯示出很高的粘結(jié)強(qiáng)度。有文獻(xiàn)介紹了開發(fā)的連續(xù)磁控濺射結(jié)構(gòu)生色織物生產(chǎn)線，制備出漸變色、金屬色、礦石色、角度色和雙面色等系列結(jié)構(gòu)生色紡織品，展示了紡織品“干法著色”技術(shù)的發(fā)展前景[16-17]。然而，在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，棉和蠶絲等天然纖維上的磁控濺射膜的耐皂洗色牢度很差，存在整層膜脫落問題，極大地限制了磁控濺射結(jié)構(gòu)生色技術(shù)在紡織領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。關(guān)于紡織基材上磁控濺射結(jié)構(gòu)生色技術(shù)研究的其他報道甚少，尤其是關(guān)于改善磁控濺射膜在天然纖維紡織基材上結(jié)合牢度的研究。

針對上述磁控濺射結(jié)構(gòu)生色紡織品研究開發(fā)方面存在的瓶頸問題和研究現(xiàn)狀，本文以3種典型的纖維材料(棉、滌綸和蠶絲)作為基底材料，通過直流磁控濺射鍍膜技術(shù)在織物上沉積納米金屬銅膜和鈦膜，從織物的含水率和低溫等離子體表面改性處理等不同角度研究造成不同纖維基材上磁控濺射納米膜結(jié)合牢度不同的深層次原因，為改善磁控濺射納米膜在棉和蠶絲等天然纖維織物上的結(jié)合牢度，進(jìn)而拓展磁控濺射“干法著色”技術(shù)在天然纖維紡織品生態(tài)著色方面上的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

織物：滌綸織物為白色平紋長絲織物，面密度為72 g/m2；棉織物為白色斜紋織物，面密度為150 g/m2； 蠶絲織物為白色平紋電力紡，面密度為20 g/m2。

靶材：金屬銅(Cu，99.99%)，金屬鈦(Ti，99.99%)，漳州市和琦靶材科技有限公司。

濺射氣體：高純氬氣(Ar≥99.999%)，上海五鋼氣體責(zé)任有限公司。

藥品和試劑：凈洗劑，浙江傳化集團(tuán)有限公司；皂片，上海制皂廠。

1.2 實驗儀器

JGP300型單靶磁控濺射鍍膜設(shè)備(北京聯(lián)科融陽科技有限公司)；SK3200LH型超聲波清洗器(上?？茖?dǎo)儀器有限公司)；MT-Serios型恒溫恒濕箱(施都凱儀器設(shè)備(上海)有限公司)；L-12C型常溫振蕩試色機(jī)(廈門瑞比有限公司)；HD-1B型冷等離子體改性處理儀(常州中科常泰等離子體科技有限公司)；ULTRA55型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(德國Carl Zeiss公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 織物預(yù)處理

為保證磁控濺射織物表面的清潔度，對市售購置的滌綸織物、棉織物和蠶絲織物在使用前進(jìn)行清洗預(yù)處理。清洗條件為：凈洗劑質(zhì)量濃度2 g/L，浴比1∶50， 時間20 min，溫度隨纖維類別不同而分別設(shè)定為：滌綸織物95 ℃，棉織物95 ℃，蠶絲織物 60 ℃。 清洗處理后用溫水和去離子水分別沖洗3次，室溫晾干。若非特殊說明，將織物熨燙平整后剪裁成尺寸為50 mm ×50 mm的樣品，裝入樣品袋，待用。

1.3.2 初始含水率調(diào)控

將樣品完全浸漬于去離子水中5 min，取出樣品后用紙巾吸除水分至含水率100%左右，再將各樣品置于恒溫恒濕箱中，設(shè)置濕度分別為90%、70%、50%、30%、10%，待樣品達(dá)到設(shè)定濕度后，將樣品置入可密封的樣品袋中，緊接著進(jìn)行磁控濺射鍍膜處理。

1.3.3 低溫等離子體表面改性處理

將樣品剪成15 cm×8 cm，應(yīng)用低溫等離子體表面改性設(shè)備，在室溫、氧氣氣氛條件下進(jìn)行織物的低溫等離子體表面改性處理，處理功率分別為50、150、250、400 W，處理時間為60 s。處理結(jié)束后即刻進(jìn)行磁控濺射鍍膜處理。

1.3.4 磁控濺射鍍膜處理

采用直流磁控濺射法在不同纖維的織物基材表面沉積納米金屬銅膜和金屬鈦膜。采用靶材在下、基材在上的濺射方式，設(shè)定靶材與基材之間的距離為80 mm，本底真空度為6.6×10-4Pa，以保證納米金屬膜的純度，濺射氣體為高純氬(99.999%)，先進(jìn)行5 min預(yù)濺射，以除去靶材表面的雜質(zhì)；磁控濺射條件為：氬氣流量30 mL/min，濺射功率80 W，濺射壓強(qiáng)(2.0±0.1) Pa，濺射時間60 s。

1.3.5 磁控濺射納米膜織物的色牢度測試

依據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》，采用常溫振蕩試色機(jī)進(jìn)行測試，用變色及沾色用灰色樣卡來評定磁控濺射納米膜織物的耐皂洗色牢度。

依據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》，采用摩擦色牢度儀進(jìn)行測試，用沾色用灰色樣卡來評定磁控濺射納米膜織物的耐摩擦色牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同紡織基材上磁控濺射膜的色牢度

表1示出不同磁控濺射薄膜結(jié)構(gòu)生色織物的色牢度。可以看出，對于滌綸織物基材的磁控濺射結(jié)構(gòu)生色膜，無論基材是滌綸仿蠶絲織物還是滌綸歐根紗織物，也無論是企業(yè)連續(xù)化磁控濺射生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，還是實驗室間隙式磁控濺射設(shè)備上制備的樣品，色牢度都較好，耐摩擦色牢度(干摩)均為 5級， 耐皂洗色牢度均可達(dá)3～4級。然而，對于天然纖維基材(棉斜紋布和棉平紋布、蠶絲斜紋綢和蠶絲緞紋綢)，無論是企業(yè)磁控濺射生產(chǎn)線上產(chǎn)品，還是實驗室制備的磁控濺射樣品，色牢度都較差，耐摩擦色牢度為4級，耐皂洗色牢度為0級，完全不耐皂洗。由此可見，織物的組織結(jié)構(gòu)對磁控濺射薄膜生色織物的色牢度幾乎沒有影響，而纖維的種類對磁控濺射薄膜生色織物的色牢度有顯著影響，尤其是對耐皂洗色牢度的影響非常突出，因此，本文后續(xù)將從不同角度重點研究不同纖維紡織基材對磁控濺射薄膜結(jié)構(gòu)生色織物色牢度的影響。

表1 不同磁控濺射薄膜結(jié)構(gòu)生色織物的色牢度Tab.1 Color fastness of structurally colored fabrics with magnetron sputtering thin-film 級

2.2 含水率對磁控濺射膜結(jié)合牢度的影響

不同紡織纖維的含水率具有明顯差異，滌綸為疏水性纖維，標(biāo)準(zhǔn)回潮率僅為0.4%；棉和蠶絲則為親水性纖維，標(biāo)準(zhǔn)回潮率分別為7.5%和8.5%[18]。鑒于滌綸織物上磁控濺射納米膜的結(jié)合牢度明顯優(yōu)于蠶絲和棉織物，以及含水率通常對于干法處理(電子束輻照改性、常壓等離子體改性等)的效果具有負(fù)面影響的文獻(xiàn)報道[19]，本文首先推測纖維的不同含水率可能是造成磁控濺射膜與纖維基材結(jié)合牢度不同的重要原因，因此，設(shè)計和研究了不同初始含水率對滌綸、棉和蠶絲織物上磁控濺射納米膜織物的色牢度影響實驗，結(jié)果如表2所示。

由表2可知：以滌綸織物作為基底材料時，隨著初始含水率的增加，磁控濺射薄膜織物的耐皂洗色牢度沒有發(fā)生變化；以棉和蠶絲織物作為基底材料時，磁控濺射薄膜織物的色牢度也沒有隨含水率的變化發(fā)生改變。表明紡織基材的初始含水率對磁控濺射薄膜織物的色牢度沒有明顯影響。但是，在

表2 初始含水率與納米膜織物耐皂洗色牢度的關(guān)系Tab.2 Relationship between initial moisture content and colorfastness to soaping of nano-films fabrics 級

實驗過程中發(fā)現(xiàn)：隨著纖維材料初始含水率的增加，磁控濺射鍍膜腔室達(dá)到本底真空的時間延長；在相同初始含水率的情況下，疏水性的滌綸織物比親水性的棉織物達(dá)到本底真空的時間要短得多，如圖1所示。結(jié)合表2和圖1結(jié)果，并結(jié)合磁控濺射儀器的工作原理，經(jīng)分析討論獲知，樣品的初始含水率僅僅影響磁控濺射鍍膜設(shè)備達(dá)到設(shè)定的本底真空度的時間，而在達(dá)到了該設(shè)定的真空度前提下，腔室內(nèi)高度真空的環(huán)境使織物上的實際含水率都已達(dá)到幾乎相同的狀態(tài)(含水率幾乎為零)，因而在本實驗范圍內(nèi)，織物的初始含水率對磁控濺射薄膜與基底材料的結(jié)合牢度幾乎沒有影響。當(dāng)然，對于連續(xù)化加工的磁控濺射生產(chǎn)線而言，由于織物是以一定的速度連續(xù)進(jìn)入腔室，因而初始含水率的差別可能在一定程度上影響腔室內(nèi)的實際真空度和織物上的實際含水率，以致影響鍍膜效果。

圖1 初始含水率與磁控濺射本底真空時間關(guān)系Fig.1 Relationship between initial moisture content of fabrics and vacuum time

滌綸織物比棉織物易達(dá)到本底真空是因為棉纖維含有較多的親水性基團(tuán)，對水的結(jié)合力較強(qiáng)，要把這些較強(qiáng)結(jié)合的水分抽出需要更長的抽真空時間。

2.3 等離子體處理對納米膜織物牢度影響

織物的低溫等離子體表面改性是利用等離子體中的高能粒子，如電子、離子等，對纖維表面的氧化、刻蝕等作用，除去纖維表面的弱界面層，增加纖維的極性及表面粗糙度，活化纖維，使纖維與其他材料的化學(xué)鍵合、物理嵌合作用增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)其他材料與纖維界面之間的結(jié)合牢度[20-23]。同時，低溫等離子體表面改性也是一種干法處理方法，有利于與磁控濺射薄膜結(jié)構(gòu)生色這種干法著色方法相配合，因而，研究了低溫等離子體表面改性對滌綸、棉和蠶絲織物磁控濺射樣品色牢度的影響實驗，結(jié)果如表3所示。

表3 薄膜織物耐皂洗色牢度Tab.3 Color fastness to soaping of magnetron sputtering coated fabrics 級

由表3可知，經(jīng)氧等離子體表面改性處理后的滌綸基底上磁控濺射薄膜的耐皂洗色牢度從3～4級提高到4級，表明氧等離子體表面改性有利于提高滌綸織物基材與磁控濺射薄膜之間的結(jié)合牢度。然而，棉纖維和蠶絲纖維的織物經(jīng)低溫等離子體表面改性后，磁控濺射薄膜織物的耐皂洗色牢度沒有得到改善。

為進(jìn)一步了解低溫等離子體表面改性對棉和蠶絲等天然纖維基材上磁控濺射薄膜生色織物色牢度的影響，對棉和蠶絲織物進(jìn)行了進(jìn)一步的實驗，一方面降低皂洗溫度至室溫，另一方面改變等離子體表面改性處理功率，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯觯寒?dāng)氧等離子體表面改性處理的功率增加到50 W 時，棉和蠶絲織物上磁控濺射薄膜的結(jié)合牢度似乎略有提高；隨著氧等離子體處理功率的進(jìn)一步增大，磁控濺射薄膜與織物的結(jié)合牢度表現(xiàn)得越來越差。綜合表3和圖2信息可知，氧等離子體表面改性處理對磁控濺射薄膜與不同纖維材料基底的結(jié)合牢度具有不同的影響。由纖維材料的理化性能以及SEM照片分析認(rèn)為，滌綸織物基材上磁控濺射膜耐皂洗色牢度好的根本原因是因為滌綸屬熱塑性纖維，當(dāng)磁控濺射的高能粒子沉積到纖維上時其動能轉(zhuǎn)化為熱能，使粒子沉積點的纖維在瞬間局部軟化甚至熔融，產(chǎn)生局部包埋粒子或粘結(jié)粒子的效果。低溫等離子體處理使滌綸表面的粗糙度增加，在高能濺射粒子的作用下更易局部軟化和熔融，對金屬粒子的粘結(jié)作用更顯著，表現(xiàn)為更好的耐皂洗色牢度。而棉和蠶絲纖維無熱塑性，對濺射粒子無熔融粘結(jié)作用，且棉和蠶絲均為親水性纖維，在皂洗過程中易吸濕溶脹，水分子的侵入會削弱纖維與納米粒子之間的作用力，使膜層易脫落。經(jīng)等離子體處理后，織物表面的纖維分子有一定的損傷或有一定的脆弱點，在皂洗過程中表面活性劑和機(jī)械力的作用下，已損傷或已有脆弱點的纖維更易水解溶落[24-25]，濺射在織物上的粒子也隨之脫落，表現(xiàn)為更差的耐皂洗色牢度。

圖2 氧等離子體改性處理功率對磁控濺射薄膜織物的耐皂洗色牢度影響Fig.2 Effect of oxygen plasma treatment power on color fastness to soaping of magnetron sputtering coated fabrics

2.4 磁控濺射鍍膜織物的形貌分析

圖3示出滌綸、棉和蠶絲纖維的表面形貌圖?？梢钥闯觯簻炀]表面光滑；棉纖維表面呈微孔結(jié)構(gòu)，扭曲且表面粗糙；蠶絲纖維表面較光滑，粗糙度較低，有明顯的縱向條紋。

圖3 滌綸、棉和蠶絲纖維的表面形貌圖Fig.3 FESEM images of original polyester(a), cotton(b) and silk fiber(c) surfaces

圖4為磁控濺射鍍膜織物的表面形貌圖?？梢钥闯觯簾o論是金屬銅粒子還是金屬鈦粒子濺射到滌綸表面上，金屬粒子都呈規(guī)則圓形且粒徑較小，分布均勻，金屬粒子注入或是半包埋在纖維上，粒子周圍有纖維熔融粘結(jié)的現(xiàn)象；棉纖維上的金屬粒子呈針狀，細(xì)長且粒度小，金屬粒子部分嵌入棉纖維表面微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)，部分附著在纖維表面；蠶絲纖維表面上的金屬粒子基本呈圓形，粒徑大小不一，分布較分散，部分金屬粒子嵌在蠶絲纖維表面微孔中，部分附著在纖維表面。不同纖維基材上粒子形貌的差別可能與纖維表面形貌的差別相關(guān)。棉纖維表面多孔、粗糙、扭曲，可能對金屬粒子在其表面的沉積成形有一定的導(dǎo)向性，致使金屬粒子呈針狀；滌綸和蠶絲纖維表面光滑，金屬粒子的沉積幾乎各向同性，粒子呈圓形。

圖4 磁控濺射納米粒子的纖維表面形貌圖Fig.4 FESEM images of copper nano-particles (a) and titanium nano-particles (b) magnetron sputtered fiber surfaces

圖5示出磁控濺射金屬納米薄膜織物皂洗后纖維的表面形貌?？汕逦赜^察到，經(jīng)皂洗后滌綸表面依然有較多的粒子存在，而在棉和蠶絲纖維上的粒子幾乎全部脫落。

圖5 磁控濺射納米膜織物皂洗后的纖維表面形貌圖Fig.5 FESEM images of magnetron sputtered and soap washed sample surfaces.(a)Copper nano-particles sputtered and soap washed;(b) Titanium nano-particles sputtered and soap washed

濺射過程通常被認(rèn)為是彈性碰撞的直接結(jié)果，濺射完全是動能的交換過程[4]。高能濺射粒子沉積到纖維表面時動能轉(zhuǎn)換成熱能。經(jīng)查閱資料[4]獲知，銅的濺射能量閾值為17 eV，鈦的濺射能量閾值為 20 eV。一定的能量(E)與一定的質(zhì)量(m)相對應(yīng)，如質(zhì)能方程(1)所示。玻爾茲曼常數(shù)是關(guān)于溫度和能量的物理常數(shù)，將粒子的能量從電子伏特轉(zhuǎn)換到開氏溫度，如能熱轉(zhuǎn)換方程(2)所示。

E=mc2

(1)

(2)

式中：c為光速m/s；T為熱力學(xué)溫度，K；k為玻爾茲曼常數(shù)，1.38×10-23J/K。由式(1)和(2)計算出電子經(jīng)過1 V的電位差加速后的動能，最終可得該電子在 1 V的電位差加速后產(chǎn)生的溫度高達(dá) 105℃ (不考慮能量損失)[4]。滌綸為聚酯纖維，當(dāng)溫度為230～240 ℃ 時，達(dá)到滌綸的軟化點，非晶區(qū)的分子鏈運動加劇，分子之間的作用力被拆開。當(dāng)磁控濺射的高能金屬粒子沉積到纖維表面時，粒子的動能轉(zhuǎn)換成熱能，足以使粒子與纖維接觸點位置的滌綸瞬間局部軟化甚至熔融，對濺射粒子起到粘結(jié)作用，故而滌綸織物基材上磁控濺射納米粒子膜的結(jié)合牢度好。棉纖維為典型的纖維素纖維，蠶絲纖維則為典型的蛋白質(zhì)纖維，二者均不存在軟化點，高能粒子沉積到纖維表面時部分注入到纖維表面微孔中，部分附著在纖維表面，纖維對粒子無粘結(jié)作用，粒子與纖維之間的作用力較弱。這無疑是棉和蠶絲等天然纖維基材上磁控濺射膜的結(jié)合牢度不及滌綸基材的根本原因。

結(jié)合表1和圖4、5進(jìn)一步分析，滌綸、棉和蠶絲3種不同纖維基材上磁控濺射膜的耐摩擦色牢度差別不大，而耐皂洗色牢度差別懸殊。此外，棉和蠶絲表面沉積的金屬粒子都有部分嵌入纖維表面的現(xiàn)象，這與棉和蠶絲織物上磁控濺射膜在皂洗過程中易整體脫落的現(xiàn)象似乎不相吻合。這些現(xiàn)象都促使進(jìn)一步思考纖維親疏水性差異對磁控濺射結(jié)構(gòu)生色膜耐皂洗色牢度的重要影響。棉和蠶絲均為親水性纖維，在皂洗過程中纖維易吸濕溶脹，溶脹后的纖維微隙變大，納米粒子與纖維之間的作用力削弱，即使有部分嵌入纖維表面的粒子也易松動，在表面活性劑和機(jī)械力的作用下更易脫落。這可能是解釋棉和蠶絲基材上磁控濺射膜的耐皂洗色牢度比耐摩擦色牢度差得多的原因，也是解釋棉和蠶絲纖維上似乎有很多粒子嵌入纖維微孔，但耐皂洗色牢度卻很差的原因。滌綸是一種疏水性纖維，水的存在對纖維的膨化和紗線的吸濕蠕動等影響很小，而且前述的熔融粘結(jié)作用對納米粒子起到很好的穩(wěn)固作用，因而滌綸基材上磁控濺射膜的耐皂洗色牢度明顯優(yōu)于棉和蠶絲基材上的狀況。

在探明上述棉和蠶絲基材上磁控濺射膜結(jié)合牢度差的根本原因以及皂洗過程中水對削弱纖維和粒子之間作用力的負(fù)面作用后，本文課題組嘗試從提高纖維表面接受納米粒子的粘結(jié)活性和降低織物表面潤濕性2方面對纖維進(jìn)行改性處理，取得了顯著提高棉和蠶絲織物上磁控濺射膜結(jié)合牢度的預(yù)期效果，為拓展磁控濺射技術(shù)在紡織品生態(tài)著色和功能整理方面的應(yīng)用做了有益的嘗試。

3 結(jié) 論

以滌綸、棉和蠶絲3種典型纖維的織物作為柔性基底材料，在室溫條件下，采用直流磁控濺射法沉積納米銅和納米鈦薄膜，研究了不同纖維基底材料與磁控濺射納米膜的結(jié)合牢度不同的原因，得到如下主要結(jié)論。

1)纖維基材的初始含水率并非是影響不同親疏水性纖維基材上磁控濺射膜結(jié)合牢度的主要原因。在正常的磁控濺射設(shè)備條件下，初始含水率只影響達(dá)到設(shè)定腔室真空度的時間，而不影響磁控濺射膜的結(jié)合牢度。

2)低溫等離子體表面改性有利于進(jìn)一步提高滌綸織物基材上磁控濺射膜的結(jié)合牢度，但不能改善棉和蠶絲等天然纖維織物基材上磁控濺射膜的結(jié)合牢度，過強(qiáng)的等離子體處理甚至?xí)M(jìn)一步削弱天然纖維基材與磁控濺射納米粒子的結(jié)合力。

3)滌綸為熱塑性纖維，存在軟化點，磁控濺射高能粒子沉積到纖維表面時動能轉(zhuǎn)化為熱能，使滌綸瞬間局部軟化甚至熔融，粘結(jié)濺射粒子展示出較高的結(jié)合強(qiáng)度，且滌綸為疏水性纖維，水對滌綸微結(jié)構(gòu)的影響小，皂洗過程幾乎不影響納米粒子對基底織物的結(jié)合牢度。棉和蠶絲纖維并非熱塑性纖維，沒有軟化點，纖維對磁控濺射粒子無熔融粘結(jié)作用，而且棉和蠶絲均為親水性纖維，具有高吸濕溶脹性，皂洗過程中水分子的侵入削弱纖維和納米粒子間的作用力，且溶脹后的纖維空隙變大，即使有部分嵌入的粒子也會松動脫落，致使濺射膜與織物基材的結(jié)合牢度差，易整層脫落。