磁控濺射法制備防水透濕織物

1、第19卷第4期高分子材料科學與工程V o l.19,N o.42003年7月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G Jul.2003磁控濺射法制備防水透濕織物孫銀潔,馬林,齊宏進(青島大學化工系,山東青島266071摘要:利用磁控濺射法制備了防水透濕織物。主要研究了功率、靶距、工作壓力和沉積時間四個工藝參數(shù)對織物應用性能的影響。結果表明這四種參數(shù)對PET基防水透濕織物的拒水性能變化規(guī)律和改變程度各有不同,但對織物透氣性,透濕性影響不大,基本上保持了原有織物的透氣性及透濕性。關鍵詞:磁控濺射;防水織物;透氣性;透濕性

2、;聚四氟乙烯;聚對苯二甲酸乙二酯中圖分類號:O646.8文獻標識碼:A文章編號:100027555(20030420188204近年來,我們采用離子束濺射技術使織物在其表面生成了一層含氟高分子拒水膜1,2。由于膜僅附著于纖維表面,故織物保存了原有的孔隙及透氣、透濕性5;因濺射能量大,足以使PT FE靶斷裂成以C2F4為主的小基團3,4,進而與織物表面基團反應,聚合成膜,故牢度好;且膜薄透明、柔韌,使織物保持了原有的風格、手感和顏色,克服了傳統(tǒng)防水透濕織物加工復雜,耐水壓低,附著牢度差,柔軟性差,有機溶劑回收費用高且易造成環(huán)境污染及成本高等致命弱點。考慮到其簡單的一步法工藝及連續(xù)化加工的應用前景

3、,與傳統(tǒng)方法相比,具有明顯的特點和優(yōu)勢。這是一種新理念的防水透濕織物,在學術上及應用方面都具有重要意義。最近我們利用磁控濺射技術,以聚四氟乙烯等物質作靶材,制備了一系列防水透濕織物。本文對其應用性能進行了研究。1實驗部分1.1實驗材料PET織物:20c m×20c m,30塊,市售,前處理及具體過程見文獻5。1.2實驗工藝條件從碳氟膜的制備研究來看,對于一定的濺射設備,影響膜性質的因素主要有功率、時間、壓力和基底與靶之的間距離,因此選取四種不同工藝參數(shù)來制備防水透濕織物,具體工藝參數(shù)見T ab.1。Tab.1D ischarge condition sN um ber Pow er(

4、WP ressure(PaT i m e(m inD istance(mm 12005×10-11207023005×10-11207034005×10-11207045005×10-11207056005×10-11207063001×10-11207073003×10-11207083005×10-11207093008×10-1120701030010×10-112070113005×#215;10-16070133005×10-19070

5、143005×10-112070153005×10-115070163005×10-112050173005×10-112060183005×10-11207070193005×10-112080203005×10-1120901.3拒水性能的研究利用承德試驗機廠生產的JY282型靜態(tài)接觸角測定儀。試驗條件:溫度20.0,濕度65%。1.4透氣性能的測試收稿日期:2002209217;修訂日期:2003201218基金項目:國家自然科學基金(50,173013和山東省自然科學基金(Y99F04資助項目作者簡介:孫銀潔(197

6、5-,女,碩士生.聯(lián)系人:齊宏進.利用日本KA TO T ECH 公司生產的KES 2F 82A P 型透氣儀進行測定。1.5透濕性能的測試采用日本KESP 2TL II 型精密熱物性測試儀進行測試。測試條件:溫度19.520,濕度66%67% 。F ig .1Relation between power and con tact an -gle (F ig .2Relation between pressure and con tactangle (F ig .3Relation between ti m e and con tact angle(2結果與討論2.1拒水性能從F ig .1F

7、 ig .4可以看出,除有一條件下的織物接觸角為82.5°,其它的接觸角均大于90°,表現(xiàn)出良好的拒水性能, 但各工藝條件對拒水性能影響不一。F ig .4Relation between distance and con tactangle (1功率對接觸角的影響最大。當功率從200W 變化到600W 時,接觸角從137.5°減小到105.1°。由前面XPS 的研究2可知,這是由于功率的增大導致氟碳比的減小,氟碳比的減小是碳氟膜表面結構中富氟的-CF 3和-CF 2-的數(shù)量的減少。因為在濺射時,靶材首先被入射的氬離子破壞成CF x 類型碎片,入射離子的

8、能量不同使得CF x 類型碎片分布也不相同;同時,靶材仍有可能局部受熱產生少量的碎片離子,特別是低分子量離子碎片增多,同時,碎片離子在等離子區(qū)域會產生各種各樣的自由基、正離子、負離子等活性離子。功率的增大使得各種基團碎片產生碰撞的幾率增大,最終形成的碳氟膜中-CF 3、-CF 2-、-CF -、-C -CF -和-C -也呈現(xiàn)復雜變化。功率增大,所需能量高的碳的問題增加。而在提高拒水性上,各種含氟基團排列順序為CF 3>CF 2>CF ,因為氟是憎水性基團,含氟越少,拒水性越差。(2壓力增加有利于提高拒水性能。這是因為壓力增加,轟擊靶材的離子增多,同時對基底的轟擊也增強,使-C -

9、類型的比例減小。與功率的影響相比,增加幅度不是太大,從117.4°到138.8°,這與XPS 2研究中壓力對提高氟碳比的程度不大的結果是一致的。(3時間從60m in 增加到150m in ,除11號樣品,其它的拒水性能基本變化不大,時間主要影響成膜厚度,而不是組成。對11號樣品,拒水性能差可能是由于時間短,碳氟膜還未能覆蓋基底所造成的。981第4期孫銀潔等:磁控濺射法制備防水透濕織物(4靶距對拒水性能影響較為復雜。在60 mm80mm之間拒水性能較好,而靶距過小或過大時拒水性差,這說明靶距過近或過遠對成膜不利,60mm到80mm是合適的靶距,其防水透濕織物的拒水性能最佳。

10、2.2透氣性能織物的透氣性決定于織物的經緯紗線間以及纖維間空隙的數(shù)量與大小,亦即與經緯密度、經緯紗線特數(shù)、紗線捻度等因素有關,此外還與纖維性質、織物厚度、體積、質量等因素有關6。對于經濺射處理的織物的透氣性不僅與以上因素有關,而且還與沉積在纖和靶距的透氣性數(shù)據的不規(guī)律性也有關。由于我們選用的是同一組織結構的織物,在研究透氣性時可忽略織物本身的影響。Tab.2Gas per m eability of PETs at differen tpowers before and af ter sputter i ng(kPa s mN um ber12345Tab.3Gas per m eabilit

11、y of PETs at differen t pres-sures before and af ter sputter i ng(kPa smN um ber678910Tab.4Gas per m eability of PETs at differen t ti m e before and af ter sputter i ng(kPa s mN um ber1112131415Tab.5Gas per m eability of PETs at differen t dis-t ance before and af ter sputter i ng(kPa smN um ber161

12、7181920從T ab.2看出,功率增加,透氣性略有上升,盡管沉積速率的研究表明碳氟膜厚度隨功率增加而增加,但織物在濺射過程中經歷了離子轟擊、沉積、刻蝕等復雜的變化,使得纖維變形,纖維與纖維間的孔隙擴大,并超過了厚度的增加,有利于透氣性的改善。T ab.2、T ab.3、T ab.4、T ab.5表明壓力、時間和靶距對透氣性的影響更為復雜,從影響幅度看,功率和靶距影響較大,時間和壓力影響較小。總的來說,濺射后織物的透氣性與原織物相比變化不大,基本上不影響織物的舒適性。Tab.6M o isture-per m eability of PETs at dif-feren t powers be

13、fore and af ter sput-ter i ng(W (m2 K(m2 KKTab.9M o isture-per m eability of PETs at differen t dist ance before and af ter sputter i ng(W(m2 K2.3透濕性能從T ab.6,T ab.7,T ab.8,T ab.9中數(shù)據可以看出,處理后織物的透濕性隨工藝條件變化不大,因此可以得出結論:在所選定工藝條件范圍內,PET基底上沉積碳氟膜不影響織物原有的透濕性,這一點對保持防水透濕織物的舒適性是非常重要的。3結論(1功率、壓力、時間和靶距對PET基防水透濕織物的

14、拒水性能的影響規(guī)律和影響程度不同。拒水性隨功率的增加而減小,影響幅度最大;壓力增加使拒水性增加,但幅度不大;在一定時間之后拒水性變化不大;靶距的影響較為復雜。(2濺射后的織物透氣性、透濕性變化不091高分子材料科學與工程2003年大,基本上保持了原有的透氣性。參考文獻:1Q i H J ,Sui K Y ,Fu Y B ,et a l .AA TCC ,Chalo tter ,U .S .A .,1999:524.2Q i H J ,Fu Y B ,Sui K Y ,et a l .Second A sian 2Euro 2pean Internati onal Conference on P

15、 las m a Surface Engi 2neering ,Beijing ,Ch ina ,1999:131.3H ishm eh G A ,Barr T L ,Sk lyarov A .J .V ac .Sci .T echno l .,1996,A 14(3,M ay June :13301338.4M arechal N ,Pauleau Y .J .V ac .Sci .T echno l .,1992,A 10(3,M ay June :477483.5王東(W AN G Dong ,劉萍(L I U P ing ,齊宏進(Q I Hong 2jin .青島大學學報(Journ

16、al of Q ingdao U niver 2sity ,1999,14(4:13.6趙書經(ZHAO Shu 2jing 主編.紡織材料實驗教程(T extile M aterial Experi m ent T uto rial .北京:中國紡織出版社(Beijing :Ch inese T extile P ress ,1994:436.STUDY OF D ISCHARGE PARAM ETERS ON APPL IED PROPERT IES OF FL UOROCARB ON COAT INGS D EPOSITEDON PET FABR I CS B Y M AGNETRON

17、SPUTTER INGSUN Y in 2jie ,M A L in ,Q I Hong 2jin(D ep .of Che m .E ng in .,Q ing d ao U n iversity ,Q ing d ao 266071,Ch ina ABSTRACT :W aterp roof and m o istu re 2p er m eab le fab rics w ere p repared by m agnetron sp u ttering po lytetrafluo roethylene (PT FE target on to po lyethylene tereph t

18、halate (PET sub strate .Effect of discharge p aram eters (pow er ,p ressu re ,ti m e ,distance on app lied p roperties of fluo rocarbon coatings depo sited on PET fab rics w as studied .T he w ater con tact angle of the w aterp roof b reath 2ab le fab ric w as found to decrease rem arkab ly w ith po

19、w er bu t to rise w ith p ressu re due to the changes in the coating com po siti on .T he depo siti on ti m e m ain ly affects coating th ickness o ther than com po siti on .T he m o istu re per m eab ility of these coated fab rics is near that of the uncoated fab rics since on ly the fiber su rface

20、 has been individually covered w ith the coated grain s w h ile the fab rics still rem ain o riginal num erou s po res .T he T SD has been cho sen to be 60mm ,at w h ich has good hydrop hob icity and gas 2m o istu re p er m eab ility of coatings .It p roved to be feasib le that p reparing w aterp ro

21、of and m o istu re 2p er m eab le fab rics by m ean s of m agnetron spu ttering .Keywords :m agnetron spu ttering ;w aterp roof fab rics ;gas per m eab ility ;m o istu re p er m eab ility ;PT FE ;PET(上接第187頁。continued from p .187PREPARAT I ON AND STUDY ON PROPERT IESOF THE PPy MM T COM POSITESZHAO J

22、 in 2ling ,W AN G L i 2x in ,R EN L i ,W U Chun 2ru i ,SON G Fang(Institu te of P olym er S cience and E ng neering ,H ebei U n iversityof T echnology ,T ian J in 300130,Ch ina ABSTRACT :Po lyp yrro le M on tm o rillon ite (PPy MM T com po sites have been p repared by chem 2ical po lym erizati on of pyrro le w ith w ater as so lven t in the p resen t of FeC l 3.T he effects of r