关晓宇，郭兴峰，肖 惠

（1.天津工业大学 纺织学院，天津 300160；2.中国纺织信息中心，北京 100742）

磁控溅射镀膜锦纶织物的耐磨性研究

关晓宇1，2，郭兴峰1，肖 惠1

（1.天津工业大学 纺织学院，天津 300160；2.中国纺织信息中心，北京 100742）

以钛金属为靶材、以锦纶织物为基体，通过改变溅射时间，溅射功率和溅射气压，制备出钛金属镀膜锦纶织物试样，然后进行摩擦试验.采用扫描设备获得了织物摩擦前后的图像，利用软件neoimaging测试织物组织点处的亮度，以相对亮度的变化反映镀膜的磨损.研究表明：随着溅射时间和溅射功率的增加，镀膜的耐磨性提高；较为合适的溅射气压是0.5～3 Pa，溅射气压过高，耐磨性反而降低.

磁控溅射；锦纶织物；耐磨性；工艺参数

对纺织品表面进行金属化改性，可以赋予其许多新的特殊功能，如抗菌防臭、防紫外线、阻燃、电磁屏蔽、抗静电等[1－2].在纺织品表面涂镀金属薄膜的方法主要有磁控溅射法、化学镀法、蒸发沉积法和喷涂法等，利用磁控溅射技术在纺织品表面沉积的金属薄膜，其薄膜的致密性好，与织物的结合力强，成膜均匀性好，且镀膜过程不产生环境污染，因而受到国内外学者的重视[3－5].采用磁控溅射技术在纺织品表面镀金属膜的研究，主要集中在薄膜的制备工艺、薄膜的形貌结构和制备工艺对织物功能性的影响等方面[6－8].在镀膜织物的应用过程中，耐磨性是影响其性能的一项重要指标，本文首先探索金属化锦纶织物耐磨性的定量评价方法，然后研究磁控溅射工艺参数对耐磨性的影响，以便为钛金属化织物的合理制备提供依据.

1 试验部分

1.1 钛金属镀膜织物的制备

采用锦纶平纹织物为基材、钛金属（99.995%）为靶材，织物经纬纱密度均为221根/5 cm，在JPGF－450I型磁控溅射镀膜机上，织物试样被固定在水冷旋转工件盘上，以使溅射的金属粒子能均匀分布在基材表面.实验中首先将溅射室抽至本底真空2.0×10－3Pa，然后充入高纯度氩气（99.99%）作溅射气体，通过改变镀膜工艺参数：镀膜时间、溅射功率和工作压强，制备了16种不同工艺条件下的钛金属镀膜锦纶织物.

1.2 织物摩擦试验

将制备的镀膜织物裁成直径40 mm的圆试样，固定在YG401型马丁代尔耐磨仪，采用黑色纯毛华达呢作磨料，在载荷为7.92 N条件下分别摩擦500次和1 600次，然后比较织物表面的形态变化，以分析磁控溅射工艺参数对镀膜织物耐磨性的影响.

2 织物图像的采集与处理

在标准“金属化纺织品镀层耐磨牢度的测定”[9]中，是采用试样被磨损时的摩擦次数来反映耐磨性，但检验试样是否被磨损是定性的，且操作不方便.本文首先将织物表面形态转换成图像，然后利用软件检测摩擦前后的织物表面亮度，通过亮度的变化反映试样的磨损情况.

2.1 织物图像的采集

将摩擦前后的试样由扫描仪进行扫描，设定的分辨率为1 200 dpi，从而得到了织物的表面形态图像.图1所示为锦纶钛镀膜织物在摩擦前、摩擦500次和1 600次后，织物表面形貌的变化情况，镀膜条件为溅射功率400 W、真空室气压0.5 Pa、溅射时间120 s（记为 400 W/0.5 Pa/120 s）.

由图1（a）可见，织物表面经纬组织点的黑白不同，在经组织点的区域黑，而在纬组织点的区域较白.但实际织物表面的镀膜非常均匀，并不存在黑白的变化，出现的原因是在扫描过程中，经纱和纬纱对入射光线的反射程度不同，纬纱的反射光强而经纱的反射光弱.若把织物旋转90°重新扫描，则会出现纬组织点暗而经组织点亮的情况.

随着织物所受摩擦次数的增加，织物表面的镀膜变薄甚至被磨透，图1中的经组织点逐渐变白、亮度增加，特别是在凸起位置的组织点处，因而通过组织点亮度的变化，能够反映镀膜磨损的变化.

2.2 织物表面亮度的测定与处理

在制图软件neoimaging中，纯白图片的亮度值为255，纯黑图片为0，利用该软件对扫描的图片进行处理，测定一根经纱方向上连续20个经组织点的亮度值，然后计算其平均值.由于织物品种不同，其亮度也不相同，镀膜前锦纶织物的平均亮度值为252.75、方差0.887 5，为了便于与其他镀膜织物比较，采用了相对亮度R：

式中：T为测定织物的亮度；T0为原织物亮度.

3 工艺参数对钛镀膜织物耐磨性的影响

溅射时间、功率和工作压力是影响镀膜性能的工艺参数，对不同工艺参数下获得的镀膜织物，分别测试其摩擦前、摩擦500次和1 600次的亮度值，然后计算其相对亮度.

3.1 溅射时间对耐磨性的影响

图2反映了锦纶镀膜织物相对亮度随镀膜时间的变化情况.

从摩擦前的相对亮度变化曲线可以看出，随着溅射时间的增加，织物金属膜层逐渐变厚，相对亮度值逐渐变低，当溅射时间超过80 s以后，相对亮度的变化已经很小.

织物经500次和1 600次摩擦后，仍然表现为溅射时间长则相对亮度较低.观察摩擦的镀膜织物，在表面凸起的组织点处，镀膜被首先磨损，但镀膜并没有与纤维脱落，而是变薄、甚至被磨透.摩擦1 600次的相对亮度普遍比摩擦500次的高，但在40 s和80 s时，二者差异较小，分别为2.4%和1.6%；而在120 s和160 s时，二者差异较大，分别为6.9%和9.2%；在200 s和220 s时，二者差异又较小，分别为3.8%和2.7%.原因在于40 s和80 s的镀膜较薄，500次的摩擦已基本将组织点的镀膜磨透，继续摩擦只会使组织点的织物变薄，亮度略有上升；在120 s和160 s，500次的摩擦还没有将镀膜磨透，到1 600次时镀膜已被磨透，使亮度上升较大；而在200 s和220 s时，1 600次摩擦还没有磨透镀膜，因而亮度差异不大.

3.2 溅射功率对耐磨性的影响

溅射功率对以锦纶为基体的镀膜织物的影响如图3所示.

随着溅射功率的增加，使得溅射粒子束的能量提高，一方面薄膜沉积速率提高，镀膜厚度增大；另一方面沉积时的温度逐渐上升，提高了薄膜和锦纶基体的附着力和膜层致密度[10]，有利于镀膜的耐磨性.

3.3 溅射气压对磁控溅射镀膜织物耐磨性的影响

溅射气压对锦纶织物耐磨性的影响如图4所示.从图4可以看出，当溅射气压为0.5～3 Pa时，镀膜织物无论是摩擦前还是摩擦后，亮度值只是小幅波动，而当溅射气压达到5 Pa时，亮度值大幅.提高，镀膜的耐磨性下降.这是由于过高的溅射气压，使溅射室内的氩气密度增大，溅射粒子与氩原子相互碰撞次数增多，降低了其本身的能量，结果导致薄膜的沉积速率减小[11].

4 结论

采用扫描设备将织物摩擦前后的表面形貌转化为图像，利用软件neoimaging测试织物组织点处的亮度，以相对亮度的变化反映镀膜的磨损.

在磁控溅射的工艺参数对锦纶织物钛金属镀膜的耐磨性影响中，随着溅射时间和溅射功率的增加，镀膜的耐磨性提高；较为合适的溅射气压为0.5～3 Pa，溅射气压过高，耐磨性反而降低.

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Study on wear resistance of magnetron sputtering nylon fabric

GUAN Xiao－yu1，2，GUO Xing－feng1，XIAO Hui1
（1.School of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China；2.China Textile Information Center，Beijing 100742，China）

Basing on the titanium metal and nylon fabric，by changing the sputtering time，sputtering power and sputtering pressure，the specimen of nylon fabric coated with titanium can be

，and then the friction experiment is done.The images of the fabric before and after friction are obtained by scanning equipment，and then the software of neoimaging is applied to test the brightness of fabric neoimaging point in order to reflect the changes of the wear coating with the changes of relative brightness.It is shown that as the sputtering time and sputtering power increases，the wear resistance of coatings grows higher as a consequence；the more appropriate sputtering pressure is 0.5－3 Pa，when the sputtering pressure is too high，the wear resistance decreases.

magnetron sputtering；nylon fabric；wear resistance；parameters

TS156；TQ153.3

A

1671－024X（2010）05－0049－03

2010－06－28 基金项目：天津市科技发展计划项目（06YFJZJC14800）

关晓宇（1987—），男，助理工程师.

郭兴峰（1964—），男，博士，教授，硕士生导师.E－mail：xfguo@tjpu.edu.cn