一種紗線連續金屬鍍膜的方法及裝置的製作方法

2023-09-23 23:39:00

專利名稱：一種紗線連續金屬鍍膜的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及功能紡織品技術，具體為一種利用磁控濺射技術使紗線連續金屬鍍膜 的方法及裝置。
背景技術：
在織物表面塗鍍各種金屬薄膜，不僅保留了織物柔軟、易彎曲等特性，還可以改變 織物的表面性能，賦予其各種新的功能，例如抗靜電、抗菌、防紫外線、防水、阻燃等，提高了 織物的使用範圍、檔次和附加值。在織物表面鍍金屬膜的方法有真空沉積法、化學鍍層法、磁控濺射法等。真空沉積 法形成的薄膜不夠均勻緻密，附著力差，膜層容易脫落，難以適應長期的應用。化學鍍層法 是在反應液中進行，因此會產生加工汙染。磁控濺射法可以在織物上形成厚度為納米級的 薄膜，具有沉積速度快、向基材入射能量低(溫度低)、鍍膜與織物的結合力大、成膜均勻性 好、汙染小、易於工業化生產等優點，因而在功能紡織品(金屬化紡織品)的應用中，具有良 好的發展前景。採用磁控濺射技術在織物上鍍膜時，可採用二次法和一次法。二次法是先將織物 的一面朝向靶材，並在織物面向靶材的一面上沉積金屬膜，獲得單面金屬化織物，然後再將 織物的另一面朝向靶材，並在織物的另一面上也沉積金屬膜，最終獲得雙面都有鍍膜的金 屬化織物。這種二次鍍膜的方法，不僅鍍膜效率低，鍍膜的面積也受到限制。一次法具有雙 面鍍膜功能，即一次完成磁控濺射鍍膜的方法，例如，中國實用新型專利CN201381360Y號 報導的「在帶狀纖維織物上磁控濺射納米銀的卷繞鍍膜機」，可以在織物的正反兩面同時鍍 制銀金屬膜。無論是一次法還是二次法，鍍膜都是覆蓋在織物表面的纖維上，而處於織物內部 的纖維，並不能被金屬膜覆蓋(參見圖1。圖1所示的鈦金屬化滌綸織物呈現的亮暗不同區 域，是經紗和緯紗對入射光線的不同反射造成的，織物表面各處均呈暗灰色)。雖然宏觀上 織物兩面似都被金屬膜覆蓋，但在經緯紗的交織點處，由於上、下層紗線的相互覆蓋作用， 在上層紗線的背面或者下層紗的上面，並不能被鍍膜所覆蓋。圖2是從圖1的金屬鍍膜織 物中拆出的經紗外觀照片圖。從該圖中可以明顯地看到，紗線上被金屬膜覆蓋的黑區和未 被金屬膜覆蓋的白區交替存在；同樣，從金屬鍍膜織物中拆出的緯紗也有類似情況。這種經 紗和緯紗未被金屬膜覆蓋區域的存在，將在一定程度上影響金屬化織物的品質和功能。在 申請人:檢索的範圍內，有關利用磁控濺射技術使紗線金屬鍍膜的文獻尚未見報導。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種紗線連續金屬鍍膜 的方法及裝置。該方法採用磁控濺射技術，可實現在紗線表面上的金屬鍍膜，且工藝簡單， 鍍膜均勻，適於工業化生產；該裝置適用於本發明所述的方法，且結構簡單，使用方便，適用 於工業化使用；所製得的紗線適於進一步織造加工，可製作高品質的金屬化織物。
本發明解決所述方法技術問題的技術方案是；設計一種紗線連續金屬鍍膜的方 法，該方法採用如下工藝(1).先將真空室的壓力抽至< 2X10_3Pa，然後充入氬氣，使真空室的工作壓強達 到 0. 5-3. OPa ；(2).再把紗線平行往復地連續引進真空室的磁控濺射區內，在100-2000W的濺射 功率下，使金屬不斷地沉積在紗線的表面上鍍膜，然後卷繞即得；所述的磁控濺射區是指由 兩塊間隔40-200mm平行放置的矩形靶材構成的區間；所述紗線通過磁控濺射區內的時間 為 300-30 秒。本發明解決所述裝置技術問題的技術方案是設計一種紗線連續金屬鍍膜裝置，該裝置適用於本發明所述的紗線連續金屬鍍膜方法，包括真空室和其內間隔40-200mm平 行安裝的兩塊靶材，兩塊靶材之間構成磁控濺射區，其特徵在於真空室內按工藝路線還依 次安裝有退紗筒、張力裝置、前導紗轉子、後導紗轉子、導紗器和卷繞筒；所述退紗筒活套在 錠杆上，卷繞筒用鍵安裝在傳動軸上；安裝在真空室外邊的伺服電機及其控制機構控制驅 動傳動軸轉動卷繞；所述的磁控濺射區設計在所述前導紗轉子與後導紗轉子之間。與現有技術相比，本發明方法採用磁控濺射技術，且紗線是在運動中連續鍍膜，紗 線在兩個對靶之間的濺射區內往返多次，因而紗線鍍膜工藝簡單，鍍膜均勻，可同時獲得多 根連續的金屬化紗線；本發明裝置適用於本發明所述的方法，且結構簡單，操作方便，適用 於工業化生產；所製得的紗線適於進一步織造加工，可製作高品質的金屬化織物。


圖1是傳統製備方法所製得的磁控濺射鈦金屬化滌綸織物的照片圖，它表達了傳 統磁控濺射鍍膜織物的外觀鍍膜形態。圖2是圖1所述傳統方法所製得的磁控濺射鈦金屬化滌綸織物中拆出來的紗線外 觀照片圖，它說明了傳統磁控濺射金屬化織物中的鍍膜在紗線上是交替分布的情形(黑區 為金屬鍍膜覆蓋區；白區為未被金屬鍍膜覆蓋區)。圖3是本發明紗線連續鍍膜裝置一種實施例的整體結構及工藝過程示意圖。圖4採用本發明紗線連續鍍膜方法製備的鈦金屬化紗線照片圖。其中，圖4(a)是 鈦金屬鍍膜滌綸束絲照片圖；圖4(b)是鈦金屬鍍膜丙綸單絲照片圖；兩幅照片都說明了本 發明方法及裝置的鍍膜能夠均勻完全覆蓋在紗線的表面上，沒有未覆蓋白區。
具體實施例方式下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明實施例僅用於進一步詳細描述本發 明，不限制本發明申請權利要求的保護範圍。本發明設計的紗線連續金屬鍍膜方法(簡稱方法，參見圖1-4)，該方法採用磁控 濺射技術和如下工藝1.先將真空室1的壓力抽至< 2X10_3Pa，然後充入氬氣，使真空室的工作壓強達 到 0. 5-3. OPa ；2.再把紗線平行往復地連續引進真空室1的磁控濺射區內，在100-2000W的濺射 功率下，使金屬不斷地沉積在紗線的表面上鍍膜，然後卷繞即得；所述的磁控濺射區是指由兩塊間隔40-200mm平行放置的矩形靶材2構成的區間；所述紗線通過磁控濺射區內的時間 為 300-30 秒。本發明方法操作時，可預先將經過丙酮(或酒精)清潔的 紗線纏繞在退紗筒3上， 清潔紗線的目的是清除紗線表面的油劑、汙物，以提高鍍膜與紗線的結合牢度。所述的紗線 包括短纖維紗線和長絲紗線。本發明方法鍍膜時，先將真空室的壓力抽至10_3Pa，然後充入氬氣至工藝設 定的工作壓強；在濺射鍍膜過程中，氬氣原子被電離成離子狀態，氬離子在高壓電場作用下 加速，與靶材2的表面相撞擊，靶材2表面的原子因吸收氬離子的動能而脫離原來的晶格束 縛狀態，結果是靶材2原子逸出靶材2的表面飛向紗線，並在紗線上沉積成薄膜。紗線受靶 材2兩側的前、後導紗轉子5/4的引導，在兩個靶材2構成的濺射區內往返多次(至少3次， 但也可以為1次，實施例為9次)，使紗線連續多次濺射鍍膜。這種設計一方面提高了紗線 鍍膜的效率；另一方面改善了紗線鍍膜的質量。本發明方法的濺射功率、濺射時間、工作壓強是磁控濺射的工藝參數，它們影響金 屬膜的沉積速度。同時，濺射時間的選擇還與濺射功率的大小有關，採用的濺射功率小，鍍 膜時間可以長；反之，鍍膜時間應縮短，以免紗線在鍍膜時因熱量積聚過多而產生斷頭。鍍膜後的紗線，可被均勻纏繞在卷紗筒12上，卷紗筒12在伺服電機8和控制機構 的控制下積極傳動。調節伺服電機8的轉速，可以調節紗線通過磁控濺射區的時間，實現鍍 膜工藝的控制。鍍膜結束後，將金屬化的紗線從真空室1中取出，然後經過常規的整經、穿經等工 藝，再利用傳統的織機或經編機，就可以織成機織物或經編針織物；也可以直接在緯編機上 織成針織物。本發明同時設計了紗線連續金屬鍍膜裝置(簡稱裝置，參見圖3)，該裝置適用於 本發明所述的方法，包括真空室1和其內間隔40-200mm平行安裝的兩塊靶材2，兩塊靶材2 之間構成磁控濺射區，其特徵在於真空室1內按工藝路線還依次安裝有退紗筒3、張力裝置 9、前導紗轉子5、後導紗轉子4、導紗器6和卷繞筒12 ；所述退紗筒3活套在錠杆10上，卷 繞筒12用鍵安裝在傳動軸7上；安裝在真空室1外邊的伺服電機8及其控制機構14可控 制驅動傳動軸7轉動卷繞；所述的磁控濺射區設計在所述前導紗轉子5與後導紗轉子4之 間。為了提高鍍膜效率和效果，所述的前導紗轉子5和後導紗轉子4至少為平行安裝 的2組(即2個前導紗轉子5和兩個後導紗轉子4 ；1個前導紗轉子5和1個後導紗轉子4 為1組，兩組導紗轉子上下平行安裝)，以使紗線往復多次通過磁控濺射區。為簡單，退紗 筒3採用了消極傳動。所述錠杆10垂直安裝的真空室1內的一側。所述傳動軸7垂直安 裝在真空室1內的另一側。卷繞筒12採用積極傳動，通過伺服電機8及其控制機構14可 控制驅動傳動軸7轉動，帶動用鍵固定在傳動軸7上的卷繞筒12穩定轉動。為了進一步提高鍍膜效率和保證鍍膜質量，本發明裝置的進一步特徵是(參見圖 3)，所述的退紗筒3、張力裝置9、導紗器6和卷繞筒12為2-6組，且退紗筒3上下串聯活套 在錠杆10上，卷繞筒12上下串聯用鍵固定安裝在傳動軸7上，張力裝置9和導紗器6分別 平行安裝在磁控濺射區的兩側；所述每一組退紗筒3、張力裝置9、導紗器6和卷繞筒12對 應有平行安裝的2-6組所述的前導紗轉子5和後導紗轉子4。
本發明裝置的進一步特徵還在於，當退紗筒3為2個以上時，上下串聯活套在錠杆 10上的相鄰退紗筒3之間安裝有託盤11，或者說每個退紗筒3的下面均安裝有託盤11 ；所 述每個卷繞筒12的下面均安裝有定位螺母13，或者說相鄰卷繞筒12之間安裝有定位螺母 13。設計託盤11的目的是託持退紗筒3，以避免上面退紗筒3的重量施加於其下面的退紗 筒3，影響消極退繞的退紗筒3與錠杆10之間的摩擦阻力，造成退繞紗線間張力的不均勻。 設計定位螺母13的目的與設計託盤11的目的類似，避免上下卷繞筒12相互幹擾，同時定 位好卷繞筒12，便於其均勻穩定卷繞。本發明工作原理和過程是退紗筒3活套在錠杆10上，它在紗線張力的拖動下繞 錠杆10迴轉而退繞出紗線。退出的紗線首先經過張力裝置9獲得適當的張力，張力的大小 以使紗線在磁控濺射區不產生鬆弛為原則，越小越好，以避免在鍍膜過程中紗線產生拉伸 變形。紗線經前導紗轉子5的引導，進入兩塊平行靶材2構成的磁控濺射區內，再經後導紗 轉子4引回，如此紗線在磁控濺射區內平行往返多次，使從靶材2上濺射的金屬原子或原子 團不斷地沉積在紗線上，最終在連續紗線表面形成均勻的金屬膜。完成鍍膜的紗線卷繞在 卷紗筒12上。在卷繞過程中，導紗器6引導紗線上下往復移動，使紗線在卷紗筒12上排列 均勻、平整。卷紗筒12的迴轉由控制機構14控制伺服電機8驅動傳動軸7實現，調節伺服 電機8的轉速，即可以調節紗線運動的速度，最終調節紗線在濺射區通過的時間，即濺射時 間，控制鍍膜質量。控制機構14及其控制驅動的伺服電機8為現有技術。完成鍍膜後的紗線，可以採用傳統的機織或針織方法加工成質量優良的金屬化織 物 。 本發明未述及之處適用於現有技術。下面給出本發明的具體實施例。實施例1採用本發明方法和裝置製備鈦金屬化丙綸單絲紗。選用60tex丙綸單絲和鈦金屬 靶材2，在磁控濺射鍍膜裝置的真空室1內，把預先卷繞有紗線的5個退紗筒3，上下串聯活 套在錠杆10上，相鄰的退紗筒3之間安裝有託盤11，兩塊靶材2以120mm的間隔平行排列， 從每個退紗筒3上退繞下來的紗線由對應的張力裝置9對其施加張力，經對應的前、後導紗 轉子5、4的引導在所述靶材2構成的磁控濺射區中間反覆穿過鍍膜，然後經對應的導紗器 6引入相應的卷繞筒12上卷繞。當各根紗線在本發明連續鍍紗裝置上布置好以後，關閉真空室1，先將真空室1的 壓力抽至2X10_3Pa，充入氬氣至壓強1. OPa，在濺射功率1200w、濺射時間120s條件下，在 紗線上連續鍍制金屬膜，直至連續紗線被完全卷繞到卷紗筒12上，結束鍍膜過程，即製備 出鈦金屬化丙綸單絲紗(參見圖4(b))。實施例2先將真空室1的壓力抽至1. 8X 10_3Pa，然後充氬氣至工作壓強1. 5Pa，在濺射功率 2000W、鍍膜時間60S條件下，製備出鈦金屬化丙綸單絲紗。餘同實施例1。實施例3先將真空室1的壓力抽至1. 5X 10_3Pa，然後充氬氣至工作壓強1. OPa，在濺射功率 500W、鍍膜時間180S條件下，製備出鈦金屬化丙綸單絲紗。餘同實施例1。實施例4
採用IStex滌綸束絲紗，以鈦金屬為靶材，先將真空室抽至壓強2 X 10_3Pa，然後充 氬氣至工作壓強1. 5Pa，在濺射功率300W、鍍膜時間60S條件下，製備出鈦金屬化的滌綸紗 (參見圖4(b))。餘同實施例1。
權利要求
一種紗線連續金屬鍍膜方法，該方法採用如下工藝(1).先將真空室的壓力抽至≤2×10-3Pa，然後充入氬氣，使真空室的工作壓強達到0.5-3.0Pa；(2).再把紗線平行往復地連續引進真空室的磁控濺射區內，在100-2000w的濺射功率下，使金屬不斷地沉積在紗線的表面上鍍膜，然後卷繞即得；所述的磁控濺射區是指由兩塊間隔40-200mm平行放置的矩形靶材構成的區間；所述紗線通過磁控濺射區內的時間為300-30秒。
2.一種紗線連續金屬鍍膜裝置，該裝置適用於權利要求1所述的紗線連續金屬鍍膜 方法，包括真空室和其內間隔40-200mm平行安裝的兩塊靶材，兩塊靶材之間構成磁控濺射 區，其特徵在於真空室內按工藝路線還依次安裝有退紗筒、張力裝置、前導紗轉子、後導紗 轉子、導紗器和卷繞筒；所述退紗筒活套在錠杆上，卷繞筒用鍵安裝在傳動軸上；安裝在真 空室外邊的伺服電機及其控制機構控制驅動傳動軸轉動卷繞；所述的磁控濺射區設計在所 述前導紗轉子與後導紗轉子之間.
3.根據權利要求2所述的紗線連續金屬鍍膜裝置，其特徵在於所述的前導紗轉子和後 導紗轉子至少為平行安裝的2組。
4.根據權利要求2或3所述的紗線連續金屬鍍膜裝置，其特徵在於所述的退紗筒、張力 裝置、導紗器和卷繞筒為2-6組，且退紗筒上下串聯活套在錠杆上，卷繞筒上下串聯用鍵安 裝在傳動軸上，張力裝置和導紗器分別平行安裝在磁控濺射區的兩側；所述每一組退紗筒、 張力裝置、導紗器和卷繞筒對應有平行安裝的2-6組所述的前導紗轉子和後導紗轉子。
5.根據權利要求4所述的紗線連續金屬鍍膜裝置，其特徵在於所述退紗筒的下面安裝 有託盤；所述卷繞筒的下面安裝有定位螺母。
全文摘要
本發明公開一種紗線連續金屬鍍膜方法及裝置。該方法採用如下工藝1.先將真空室的壓力抽至≤2×10-3Pa，然後充入氬氣，使真空室的工作壓強達到0.5-3.0Pa；2.再把紗線平行往復地連續引進真空室的磁控濺射區內，在100-2000w的濺射功率下鍍膜，然後卷繞即得；磁控濺射區是指由兩塊間隔40-200mm平行放置的矩形靶材構成的區間；紗線通過磁控濺射區內的時間為300-30秒。該裝置適用於本發明紗線連續金屬鍍膜方法，包括真空室和其內兩塊靶材構成磁控濺射區，其特徵在於真空室內按工藝路線還依次安裝有退紗筒、張力裝置、前導紗轉子、後導紗轉子、導紗器和卷繞筒以及傳動裝置和控制機構等。
文檔編號C23C14/35GK101871166SQ201010197610
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者劉建勇, 孟慶濤, 郭興峰 申請人:天津工業大學