真空鍍膜技術在毛織物上的應用

1、2013級物理學 畢業(yè)論文學生姓名：賴世榮學 號：20110664137學院、系：機電工程學院專 業(yè)：物 理 學題 目：真空鍍膜在毛織物中的應用研究指導教師：曾振武 講師/碩士2016年 11月25日一、 引言1二、 真空鍍膜機理2三、 實驗21. 實驗材料22. 實驗工藝3四、 實驗結(jié)果測試3五、 結(jié)論4真空鍍膜在毛織物中的應用研究13物理學 賴世榮學號 20110664137 摘 要:文章從真空鍍膜的機理入手, 通過在羊毛織物上鍍鋁和鈦 2 種金屬, 詳細比較了在經(jīng)不同表面處理的羊毛織物上, 分別鍍不同的金屬膜, 織物對微波的屏蔽效果, 著重分析了毛織物的表面處理程度、所鍍金屬、鍍膜時間等

2、影響因素;探討了在毛織物上鍍膜的特殊方法及其可行性, 提出了真空鍍膜在毛織物應用上具有巨大潛力。1、 引言 真空鍍膜技術起源于 20 世紀 30 年代，直到 80 年代才形成工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，廣泛應用于電子、裝飾裝潢、通訊、照明等工業(yè)領域。真空鍍膜是在真空環(huán)境下，金屬或金屬氧化物變成氣態(tài)原子或分子，沉積在金屬或非金屬表面而形成。和傳統(tǒng)的電鍍法相比，真空鍍膜具有低能耗、無毒、無廢液、污染小、成本低、裝飾效果好、金屬感強等優(yōu)點，是一項很有發(fā)展前途的新技術。 目前使用最廣泛的鍍膜方法，主要有熱蒸發(fā)鍍膜法和磁控濺射法。 在人類不斷提高生活質(zhì)量的同時, 各種污染也隨之產(chǎn)生。繼“廢氣、廢水、廢渣和噪音”四

3、大污染之后 ,微波輻射這一“隱形殺手”對人類生存空間所造成的污染也日益引起了人們的關注。微波是電磁波中的超高段, 其頻率范圍為 300 MHz 3000 GHz 。隨著電子產(chǎn)品的日益普及, 微波輻射幾乎無處不在, 如微波爐、電視、電腦、音響、電冰箱、手機、電熱毯、電炒鍋以及一些物理、化學儀器等,所產(chǎn)生的微波都會對人體造成危害。近來人們不僅要求商品包裝膜具有耐熱性和高阻隔性 ,而且要求有良好的透明度和優(yōu)良的可微波性 .制取高阻隔性透明薄膜方法之一就是在塑料薄膜上真空鍍 SiOx ,鍍氧化硅膜的無機層致密 ,具有高阻隔性 ,同時耐高溫、透明、微波透過性能良好 ,又有類似玻璃容器的保鮮保香作用.可以

4、用于蒸鍍的原料除 SiOx 外 , 還有 Al2 O3 , Mg O, TiO2 , Gd2 O3 , Y2 O3 等.我國政府 1989 年頒布了“環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準(GB9175 -88)” ,規(guī)定一日電磁波輻射劑量密度不得超過 0.3 mWh cm2 , 若在電磁輻射功率密度大于 1 mW cm2 環(huán)境下工作時, 必須穿戴個人防護用品, 且一天 8 h 的日輻射平均能量密度也不得超過 0.3 mWh cm2 , 一般不容許在功率密度超過5 mW cm2 環(huán)境下工作 。解決微波污染問題的途徑主要有 2 種 一是距離保護 二是屏蔽保護。前者主要是根據(jù)微波;輻射強度隨距離增大而迅速衰減的原理,

5、 依靠與輻射源保持較大的距離達到一定的保護作用。而后者主要是利用材料對微波的吸收 反射等屏蔽作用以達到對人體進行防護的效果。美國很早就采用化學鍍銀織物和金屬纖維混紡織物進行防護,80 年代計算機操作人員就穿金屬化織物防護服 ;德國采用化學鍍鎳織物 ;日本采用金屬化織物;瑞士、韓國及臺灣地區(qū)等采用多元素或多離子化織物等。國內(nèi)研制的防護材料基本上和國際同步, 只是應用范圍僅限于軍工、科研等領域, 沒有廣泛轉(zhuǎn)為民用。目前在化纖上進行鍍膜處理的較多, 而由于天然纖維的一些特性, 如回潮率大, 含水量多,導致鍍膜有一定困難?；谑袌霭l(fā)展的需求和應用前景 ,本文嘗試在純毛織物上鍍鋁和鈦2 種金屬 ,分析了

6、在毛織物上鍍膜的特殊方法及其可行性。人們在塑料表面真空鍍上金屬膜. 經(jīng)過表面金屬化處理之后 ,完全絕緣的塑料表面具有金屬那樣反射、吸收、傳導和衰減電磁波的特性 ,能夠起到屏蔽電磁波干擾的作用。同理，將鍍膜應用在毛織物上也能起到相同的效果。據(jù)海關統(tǒng)計，2010年19月中國羊絨及毛織物品出口總計92563萬美元，同比增長23.2%。其中羊絨、無毛絨出口1901噸，金額14116萬美元，同比分別增長44%和64%；羊絨毛織物品78447萬美元，同比增長17.9%。具體而言：羊絨紗線出口2837噸，金額23779萬美元，同比分別增長22%和44.8%；羊絨圍巾8162萬美元，同比增長15.3%；羊絨衫

7、43040萬美元，同比增長7%。2010年上半年羊絨產(chǎn)業(yè)的一個顯著特點是，原料價格雖高位運行，但市場終端產(chǎn)品銷售價格未出現(xiàn)相應幅度調(diào)整，羊絨深加工企業(yè)利潤并沒有和出口額同步上漲。他預計2010年下半年羊絨出口增幅會出現(xiàn)一定程度回落，羊絨行業(yè)出口整體向好，預計2010年增幅在15%左右。2010年，歐、美、日、韓等我國服裝行業(yè)主要出口國家和地區(qū)需求也出現(xiàn)明顯反彈。在外貿(mào)需求的拉動下，毛織物品市場出口量不斷上揚，尤其是來自歐美國家的訂單數(shù)量大增，不少織造企業(yè)甚至有些應接不暇，企業(yè)工人都在加班加點完成訂單，毛織企業(yè)普遍感受到了這一輪市場復蘇帶來的暖意。但是，在外貿(mào)普遍向好的同時，我們也看到了壓力的存

8、在，這主要原因在于原材料產(chǎn)品和運費價格的上漲、毛織行業(yè)面臨的招工難和加薪潮、人民幣升值以及貿(mào)易保護主義日趨嚴重等四方面。現(xiàn)在毛織品平均利潤率為3%5%，而且企業(yè)議價能力比較低，這四方面的壓力使得盛澤外貿(mào)型企業(yè)陷入進退兩難境地，一面是瘋狂上漲的原材料價格，另一面是歐美等主要紡織品進口商因各種因素不斷壓低的報價。若這樣的局面在今后持續(xù)下去，將會進一步積壓低微的紡織業(yè)利潤空間，毛織企業(yè)面臨的選擇將會是停產(chǎn)倒閉或放棄海外毛織物市場。毛織物外觀光澤自然，顏色瑩潤，手感舒適，重量范圍廣，品種風格多。用毛織物制做的衣服挺括，有良好的彈性，不易折皺，耐磨，吸濕性、保暖性、拒水性較好，但易被蟲蛀，需經(jīng)防蛀整理或

9、保藏時使用防蛀藥劑。2、 毛織物毛織物可分為精紡呢絨、粗紡呢絨和長毛絨3類 精紡呢絨用精梳毛紗織制。所用原料纖維較長而細，梳理平直，纖維在紗線中排列整齊，紗線結(jié)構(gòu)緊密。精紡呢絨的經(jīng)緯紗常用雙股3660公支毛線。品種有花呢、華達呢、嗶嘰、啥味呢、凡立丁、派力司、女衣呢、貢呢、馬褲呢和巧克丁等。多數(shù)產(chǎn)品表面光潔，織紋清晰。粗紡呢絨用粗梳毛紗織制。因纖維經(jīng)梳毛機后直接紡紗，紗線中纖維排列不整齊，結(jié)構(gòu)蓬松，外觀多茸毛。粗紡呢絨的經(jīng)緯紗通常采用單股416公支的毛紗。品種有麥爾登、海軍呢、制服呢、法蘭絨和大衣呢等。多數(shù)產(chǎn)品經(jīng)過縮呢，表面覆蓋絨毛，織紋較模糊，或者不顯露。長毛絨經(jīng)紗起毛的立絨織物。在機上織成

10、上下兩片棉紗底布，中間用毛經(jīng)連結(jié)，對剖開后，正面有幾毫米高的絨毛，手感柔軟，保暖性強。主要品種有海虎絨和獸皮絨。精紡呢絨一般幅寬為144厘米或 149 厘米，粗紡呢絨為143、145或150厘米，長毛絨為118122厘米。一般輕薄的精紡呢絨僅重100克/米2，厚重的在380克/米2以上。粗紡呢絨輕薄的僅180克/米2，厚重的可達670克/米2以上。長毛絨為430850克/米2。毛織物可分為粗針毛織物和細針毛織物，粗針毛織物一般用一些凹凸立體的花型，扭繩搬花，夾色鏤空等工藝技術多個混合交叉進行織造。有花型美觀大方，粗獷立體感強，秋冬做外套舒適保暖時尚，并且花型長久不變等優(yōu)點。細針毛織物是毛織行業(yè)

11、主要生產(chǎn)的物品，一般夾色做各種比例的色塊和各種衫型款式，現(xiàn)代工藝和電腦橫機的發(fā)展使細針毛織物款式更加豐富，花型時尚美觀立體多樣，色彩絢麗和諧豐富，結(jié)合各種輔料和美化工藝織造的毛織物深受現(xiàn)代女性的歡迎喜愛。有適合滿足四季穿著要求的各種毛織物，女性主要在春秋季節(jié)穿著，冷暖溫度適宜，美觀大方時尚。塑型修身美體，能夠很好的體現(xiàn)女性的線條美.身體曲線美，坑條毛織物在這方面是布料等其他工藝產(chǎn)品沒法比的，合身舒適也是它重要的工藝要求和優(yōu)點。是毛織物受現(xiàn)代女性的歡迎喜愛的主要原因之一。 優(yōu)缺點堅牢耐磨、質(zhì) 、保暖、有彈性、抗皺、不易褪色。缺點：氈化反應(易縮水)；羊毛容易被蟲蛀，經(jīng)常磨擦會起球；長期置于強光下

12、會令其組織受損，耐熱性差。3、 真空鍍膜機理真空鍍膜常用的方法有真空蒸發(fā)鍍膜、磁控濺射鍍膜和離子鍍膜，真空蒸發(fā)鍍膜在真空環(huán)境下加熱鍍膜材料 , 使它在極短時間內(nèi)蒸發(fā) ,蒸發(fā)了的鍍膜材料分子沉積在塑料表面上形成鍍膜層. 此法簡單便利、操作容易、成膜速度快、效率高 ,是薄膜真空制備中最為廣泛使用的技術 ,但薄膜與基體結(jié)合較差 ,工藝重復性不好 ,只能蒸發(fā)鋁這樣的低熔點金屬.磁控濺射鍍膜是在真空中充入惰性氣體 ,并在塑料基體和金屬靶之間加上高壓直流電 ,由輝光放電產(chǎn)生的電子激發(fā)惰性氣體 ,產(chǎn)生等離子體 , 等離子體將金屬靶材的原子擊出 ,沉積在塑料基體上.由于濺射原子能量比蒸發(fā)原子能量高 1 2 個

13、數(shù)量級 ,高能量的濺射原子沉積在基體時轉(zhuǎn)換的能量多 ,甚至可發(fā)生部分注入現(xiàn)象 ,同時濺射成膜過程中 ,基體始終在等離子區(qū)中被清洗和激活 , 因此濺射鍍膜與塑料表面的附著力要比蒸發(fā)鍍膜好 ,膜層致密、均勻 ,如配合適當?shù)墓ぜD(zhuǎn)動 ,可在復雜表面上獲得較均勻的鍍層.離子鍍膜是蒸發(fā)工藝與濺射技術的結(jié)合 ,它是在鍍膜的同時采用荷能離子轟擊工件表面和膜層 ,使得鍍膜層和基體結(jié)合力好 ,不易脫落. 由于金屬原子的能量低于蒸鍍時的能量 ,即使是耐熱性較差的塑料 ,在其表面也可生成穩(wěn)定性良好的金屬薄膜.任何一種金屬或非金屬 ,在真空(空氣壓力在10-2 10-3 Pa 范圍)環(huán)境下, 它們的熔點和沸點都比在大

14、氣狀態(tài)下要低很多。如鋁在大氣狀態(tài)下沸點為2 200 , 而在真空環(huán)境下沸點為850 。在真空和高溫環(huán)境中使金屬熔化、蒸發(fā) ,加上真空環(huán)境中殘留的氣體分子極少 , 對金屬的氧化和分子之間碰撞都非常小, 當被熔化的金屬溫度升至沸點時,金屬就大量蒸發(fā)并向周圍飛濺。飛濺的金屬分子遇到鍍件表面就會被吸收、沉積, 凝結(jié)成膜,這就是真空鍍膜。4、 實驗1. 實驗材料實驗中選用了 4 塊純毛織物:A 是未經(jīng)任何表面處理的毛織物坯布 ;B 是未經(jīng)任何表面處理的毛織物條染坯布 ;C 是經(jīng)部分表面處理的毛織物;D 是經(jīng)完全表面處理的毛織物。表面處理主要是熨燙、烘干 ;表面電凈處理 ,去除油脂污垢等。所鍍金屬為鋁和鈦

15、。 設備與儀器 DM600 型真空鍍膜機, ZC36 型高阻計 , 網(wǎng)絡分析儀。2. 實驗工藝在 5 ×10-3 Pa 的真空室內(nèi), 充入純度為 99.999 %的氬氣,采用面蒸發(fā)源的磁控濺射鍍膜法,分別在 4 塊不同的毛織物上鍍鋁和鈦 2 種金屬,鍍膜時間大約為 15 min5、 實驗結(jié)果測試4.1 表面電阻的測量準備 6.5 cm ×11 cm 的鍍膜織物, 用 ZC36 型高阻計測量各膜層的表面電阻 ,測試結(jié)果見表 1 。由表 1 可見, 屏蔽效果與表面電阻值存在密切的關系 , 表面電阻值越大時 , 屏蔽性能越差;反之越好。表 1 各膜層的表面電阻織物金屬ABCD鋁(

16、Al) 5 ×10101.7 ×10104.5 ×1091.0 ×109鈦(Ti) 3.8 ×10114.0 ×10112.8 ×10111.2×1011 4.2 微波透過屏蔽效率測量實驗選擇網(wǎng)絡分析儀 ,采用同軸波導測試法,測試面積為 6.5 cm ×11 cm , 測試波段為 2 250 2 650 MHz 。測量指標采用透過屏蔽效率 , 每隔 10 MHz 測一次, 共測試出 41 組數(shù)據(jù)。電磁波(微波屬于電磁波)在鍍膜織物表面屏蔽過程機理如圖1 所示。根據(jù) Schelkunoff 理論 ,電磁屏蔽

17、效果公式 :S(dB)=A +R +B 式中 ,S 屏蔽效果(dB);A 吸收損耗(dB),電磁波在金屬內(nèi)的傳輸衰減;R 反射損耗(dB),電磁波在第 1 邊界(R 1)和第 2 邊界(R2 )上的反射損失;B 多重輻射損耗(dB)。根據(jù)上述公式分別計算出 8 塊鍍膜織物的屏蔽效率,并從中選出有代表性的 4塊進行對比分析,結(jié)果見圖 2 。其中 , B 未經(jīng)表面處理的條染坯布鋁 ;D 經(jīng)完全表面處理的織物鍍鋁 ;C 經(jīng)部分表面處理的物鍍鈦; D 經(jīng)完全表面處理的織物鍍鈦 。根據(jù) ASTMD4935 -99 屏蔽效率公式:(%)=(1 -10-dB10 )×100分別計算出織物在頻率2

18、250 2 650 MHz 處的平均屏蔽效果和屏蔽效率, 結(jié)果見表 2 ,對比分析結(jié)果見圖 3 。項目BD C D 平均屏蔽效能 dB0 .329 2681 .430 9760 .255 366 0.352 927平均屏蔽效率 (%)7 .3028 .075 .717 .81表 2 織物在頻率 2 250 2 650 MHz 處的平均屏蔽效果和屏蔽效率6、 結(jié)論鍍膜是功能性紡織品的發(fā)展方向之一, 它可以保護人體免受微波輻射的傷害。在毛織物上可以鍍鋁、鈦等金屬 ,且在本實驗條件下 ,鍍鋁對微波的屏蔽效果要比鍍鈦好。如果鍍膜前對織物進行表面處理(如烘干,控制回潮率,表面電凈處理等),能提高屏蔽效果

19、。實驗中所鍍膜的屏蔽效果尚不夠理想, 如果要提高屏蔽效果, 可以延長鍍膜時間, 增加膜厚,但織物服用性能也會隨之受到影響。7、 結(jié)束語毛織物成為當今社會極為關注的課題 ,真空鍍膜技術能夠在毛織物表面形成一層光亮的金屬鍍膜層 ,其應用領域非常廣泛 ,已經(jīng)涉及到光學、磁學、電子學、機械、建筑等領域. 真空鍍膜具有低能耗、無毒、無廢液、污染小、成本低、裝飾效果好、金屬感強等優(yōu)點，是一項很有發(fā)展前途的新技術。參考文獻 : 1 商思善.電磁波屏蔽織物的產(chǎn)生與發(fā)展 J .現(xiàn)代紡織技術, 2002 ,(4):48-52 . 2 凱瑟 B E .電磁兼容原理 M .北京:電子工業(yè)出版社, 1985 . 3 喬楠, 張?zhí)K晉.微波輻射對人體健