金属镀膜非织造材料的开发及性能研究

丁一洝，孟猛，蒋继红，周颖，颜小庆，袁静，邢平，钱程

（1．嘉兴学院 材 料与纺织学院，浙江嘉兴314001；2．杭州可靠护理用品股份有限公司，浙江杭州311300）

非织造材料由于摈弃了传统纺织在纺纱方面的并条、粗纱、细纱、络筒以及织造方面的整经、浆纱、织造 （或针织）等工序，是一种生产流程短、自动化程度高、生产成本低的高效率生产方法，因而应用领域非常广泛．［1－2］近年来，开发功能性非织造材料成为了研究热点，通过一定的物理或化学改性，可以赋予传统非织造材料更好的保温性、屏蔽效应、抗辐射、抑菌等特殊功效，［3－6］拓宽其应用领域．

等离子体磁控溅射是一种比较前沿的物理改性方法，其工作原理是在真空条件下，利用气体放电使气体或靶材物质部分电离，并在气体离子或靶材物质离子的轰击下，将靶材被蒸发的物质沉积在基材上，具有对基材适应性好、工艺温度低、成膜速度快、镀膜组织致密、与基材结合力强、无污染等优点．［7－8］运用等离子体磁控溅射技术在水刺非织造布表面镀上一层或多层纳米金属膜，将暴露在表面的纤维毛羽遮盖掉，赋予非织造布更加光滑的表面，便于后续的制造印刷加工，同时不影响原有非织造布的使用性能，本文对此进行了初步尝试．

1 实验部分

1．1 实验材料和设备

水刺非织造布 （纤维组成为70%涤纶／30%粘胶，平均质量为40 g／m2），由嘉兴市弘扬无纺新材料有限公司提供；定制的阴极多层复合离子柔性镀膜设备，工作幅宽1．4 m，可工业化金属镀膜加工．

1．2 实验仪器

YG （B）026 H－250型电子织物强力机；YG （B）022D型自动织物硬挺度试验仪；YG461E电脑式透气性测试仪；YG601Ⅰ／Ⅱ型电脑式织物透湿仪；YG141 N型数字式织物厚度仪；YG （B）606D型平板式保温仪；LFY－304耐摩擦色牢度；LC－ZC11D－4手摇式兆欧表．

1．3 实验方法

1．3．1 水刺非织造布工艺流程

配棉→开松→输送→喂棉→梳理→交叉铺网→预湿→正反面水刺→干燥定形→ （分切）卷取→包装．

1．3．2 等离子体磁控溅射加工工艺流程

非织造布的金属镀膜制备采用了实验室小型设备，具体工艺流程如下：

上料→抽真空 （粗抽，使内部气压达10～10－1Pa，精抽，使内部气压达到10－1～10－3Pa→镀膜→放气→成品）．

2 结果与讨论

图1 镀膜单根纤维横截面 （放大500倍）

2．1 非织造布金属镀膜的结构

镀金属膜后非织造布中的单根纤维横截面如图1所示，镀膜前后非织造布表面变化情况如图2．

从图2中的标尺对比可以看出，图 （b）中纤维直径略大于图 （a）中纤维直径，这是由于采用等离子体和磁控溅射相结合的技术轰击金属靶材，使金属离子定向进入材料中，导致金属离子的动能转化为材料中的热能，因此，在非织造布的表面产生了纳米级金属镀层，所以直径增加不是很明显．另外，从图 （c）中可以明显看出镀层的纹理．本次所镀金属膜的种类及顺序为：第一步，镀两层无氧铜作为基底膜；第二步，镀四层高纯度铝膜；第三步，镀四层316L不锈钢膜作为保护层．因而在图 （c）中明显看到不同金属膜之间的分层结构，三种不同金属膜紧紧包裹在纤维表面，并赋予非织造布光滑的表面特征．

图2 镀膜前后非织造布正面电镜图

2．2 金属镀膜水刺非织造布的物理性能

对金属镀膜前、后的水刺非织造布进行了性能测试，结果见表1．

表1 镀膜和未镀膜水刺非织造布物理性能

从表1可以看出，镀膜后非织造布的重量增加了3．2 g／m2，即增加了7．9%．另外，镀膜后非织造布厚度要小于镀膜前，可能是镀膜层将布表面的毛羽遮盖掉，使纤维表面更加光滑，导致镀膜非织造布的厚度下降．

从透气性看，无镀膜比镀膜后非织造布透气性大12．4%，原因是金属镀膜后，非织造布之间的空洞、缝隙会在一定程度上由于金属原子的填充而变小，导致透气性能有所下降．镀膜后的透湿性小于未镀膜非织造布，但当镀膜层向上放置测量时，这个差别会减小，可能是纤网中纤维之间良好的毛细效应，将部分纤维间毛细孔堵住，导致透湿性能有所下降．

经过镀膜后的水刺非织造布的纵、横向强力均有明显提高，主要因为纤维表面包覆了一层金属镀膜，对非织造布强力的增加有一定的贡献．此外，根据GB／T 3920—1997标准的测试结果表明，镀膜与水刺非织造布的结合力非常牢固，具有较好的干磨和湿摩擦牢度．

从电阻值的测试结果看，非织造布镀膜面的电阻值为0．01Ω／inch2，而没有经过镀膜的非织造布电阻值为无限大，表明单面镀膜的非织造布已经具有了较好的抗静电和屏蔽性能．此外，弯曲刚性的测试结果表明，镀膜后对非织造布的柔软性影响不大．

2．3 金属镀膜水刺非织造布的保温性

对金属镀膜前、后水刺非织造布的保温性进行测试，结果见表2．

表2 保温性测试结果

从表2可见，镀金属膜的克罗值和保温率均大于未镀金属膜的非织造布，后者的传热系数大于前者，表明镀金属膜可改善非织造布的保温性．由于人体的热量散失是以辐射方式为主，［9］而所穿材料的表面金属化可以将人体辐射的热量一定程度的进行反射，从而达到保温效果．

3 结论

从上述实验结果可以看出，经过镀金属膜的水刺非织造布具有更好的强力和抗静电性 （导电性），对材料的保温性有较好的改善作用．同时，对材料的透气、透湿性和手感影响不大，且对基材的结合牢度较高．由于金属镀膜将位于表面的纤维包覆完整，将纤维毛羽压倒在金属镀膜内层，使布面具有较亮的金属光泽，并且非常光滑，具有良好的单面拒水性．如果再经过印刷加工，在平整的布面印制各种不同的颜色和花型，可用于制作抗静电壁纸、特种墙面装饰材料以及高档卫生护理垫的表层材料等，是一种具有高附加值的非织造产品．

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