膜层厚度对春亚纺纳米表面处理Ti系结构色色牢度的影响

尹华平，侯建洋

（广东欣丰科技有限公司，广东开平 529300）

随着社会的发展，人们越来越追求美的事物，对服装颜色的要求也越来越多样化。目前，面料染色主要是借助染料与纤维间发生物理或化学结合，从而使纺织品成为有色物品。但是此种染色方式属于高能耗、高污染的生产方式，对环境造成极大的损害［1］。有些研究者采用化学镀方式沉积镀层［2］，但镀液的稳定性不容易控制，而且在生产过程中容易造成污染。

纳米表面处理技术是一种绿色环保的加工方式，通过真空磁控溅射沉积镀膜方式加工布料［3］，具有高溅射速率，基材成膜温度低，膜层均匀，并且能在基材上镀覆一层或多层膜层结构［4］。本实验利用磁控溅射镀膜方式在春亚纺基布上沉积Ti系结构色膜层，着重研究不同膜层厚度对春亚纺结构色色牢度的影响。

1 实验

1.1 材料和仪器

材料：300T春亚纺（100%涤纶，规格50D×50D，幅宽150 cm，单位面积质量62 g/m2，平纹后整理）；溅射用靶材为Ti靶（纯度99.99%），工艺气体为氩气、氮气、氧气各一瓶（纯度99.999%）。

仪器：卷绕式磁控溅射镀膜机（配有直流与中频电源，广东欣丰科技有限公司自主研发），Fimonitor光谱反射在线测色系统，高倍显微镜，预置式色牢度摩擦仪，SW-12E型耐洗色牢度试验机，汗渍色牢度烘箱，电恒温鼓风干燥箱。

1.2 结构色工艺

结构色主要由3种功能膜层复合产生，膜层按照功能划分为打底层、反射层、生色层。此次实验重点分析不同膜层厚度对结构色色牢度的影响。在磁控溅射真空腔室内，靶材与织物距离为60 mm，将幅宽150 cm、长200 m的基布接入卷绕式磁控溅射镀膜机中。设备本底真空腔室抽至2.0×10-3Pa，并开始炼靶1 h，以清除靶材表面的杂质与水汽。设备车速为1 m/min，按指定配比通入工艺气体，具体工艺见表1。

表1 结构色工艺参数

工艺一：以打底层膜层厚度作为变量，膜层逐渐加厚，反射层与生色层膜层厚度不变，共做6组样品，依次对比色牢度的变化。膜层厚度用单位工艺长度靶材耗电量替代。打底层膜层厚度依次为：0、0.08、0.16、0.33、0.58、1.08 kW·h，反射层膜层厚度为0.86 kW·h，生色层膜层厚度为2.5 kW·h。

工艺二：以反射层膜层厚度作为变量，膜层逐渐加厚，打底层与生色层膜层厚度不变，共做6组样品，依次对比色牢度的变化。结构色工艺不镀打底层或打底层膜层厚度过薄会无法形成结构色。反射层膜层厚度依次为：0.25、0.42、0.83、1.33，1.84、2.55 kW·h，打底层膜层厚度为0.58 kW·h，生色层膜层厚度为2.5 kW·h。

工艺三：以生色层膜层厚度作为变量，膜层逐渐加厚，打底层与生色层膜层厚度不变，共做6组样品，依次对比色牢度的变化。打底层膜层厚度为0.58 kW·h，反射层膜层厚度为0.86 kW·h，生色层膜层厚度为：0、0.5、1.5、2.5、3.5、4.5 kW·h。

以上样品从1#开始编号，依次为1#～18#。

1.3 测试

结构色的色牢度指纺织品的颜色对加工和使用过程中各种作用的抵抗力。根据试样的变色和未染色贴衬织物的沾色来评定色牢度等级，衡量织物的可加工性及耐用性。按照色牢度标准及检测方式对耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度、耐汗渍色牢度进行检测，以探讨Ti系结构色在织物上的结合牢度。在不影响结论的情况下，为简洁起见，下述色牢度评级均展示最低等级。

1.3.1 耐水洗色牢度

按照AATCC 61—2013 1A《家庭和商业洗涤色牢度测试方法：加速法》进行测试。

1.3.2 耐汗渍色牢度

按照AATCC 15—2013（R2014）《耐汗渍色牢度》进行测试。

1.3.3 耐水色牢度

按照AATCC 107—2013（E2016）《耐水色牢度》进行测试。

1.3.4 耐摩擦色牢度

按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测试。根据纳米膜层在纺织物上沉积的特性，按照GB/T 250—2008《纺织品 色牢度试验评定变色用灰色样卡》对耐干摩擦变色牢度痕迹进行评级。

2 结果与讨论

2.1 Ti系结构色打底层膜层厚度对色牢度的影响

图1为打底层膜层厚度分别为0、0.58 kW·h的样品耐水洗色牢度测试后的显微镜图片。

图1 样品耐水洗色牢度测试后的显微镜图片

由图1a可以看出，结构色工艺不镀覆打底层TiN，皂洗、干、湿摩擦后均存在颜色脱落痕迹，色牢度不能满足产品质量要求。由图1b可以看出，镀覆一定厚度的打底层后，色牢度结果更优。

溅射功率是影响镀膜产品色牢度的主要因素之一。在一定范围内，溅射功率越大，膜层附着力越大。溅射功率越大，意味着溅射电流、电压越高，高的溅射电压使电离离子撞击的靶材粒子具有更高的能量，从而使基材的结合力更强［5］。由表2可以看出，结构色工艺中不镀覆打底层，色牢度表现最差，皂洗后检测样品存在斑状颜色脱落痕迹；当打底层膜层厚度逐渐增加至0.16 kW·h时，结构色的色牢度达到最佳；继续增加打底层膜层厚度，色牢度经检测未继续得到提升。

表2 不同打底层膜层厚度样品的色牢度

2.2 Ti系结构色反射层膜层厚度对色牢度的影响

反射层在结构色膜层中属于中间膜层，其对色牢度的影响主要体现在与打底层、生色层的结合牢度上。不同反射层膜层厚度样品的色牢度见表3。

表3 不同反射层膜层厚度样品的色牢度

由表3可以看出，在镀覆0.58 kW·h的打底层后，变化反射层膜层厚度对结构色整体色牢度无影响。当反射层膜层厚度为0.25 kW·h时，由于反射层厚度较薄，反射亮度相对较低，结构色颜色亮度偏暗；反射层膜层厚度为0.42 kW·h及以上时，结构色颜色正常。对比而言，结构色工艺反射层膜层厚度为0.42 kW·h时，结构色的色牢度及颜色达到最佳；继续增加反射层膜层厚度，不影响色牢度结果。为了方便控制，后续工艺采用0.86 kW·h。

2.3 Ti系结构色生色层膜层厚度对色牢度的影响

结构色工艺中，调整生色层的膜层厚度能产生各种色彩。生色层的厚度通常是先确定所需颜色，再根据目标色调节生色层的膜层厚度。由表4可以看出，随着生色层膜层厚度的增加，耐干、湿摩擦色牢度呈下降趋势，耐干摩擦变色牢度先下降后上升，其余检测项目无明显区别。这是由于生色层在结构色工艺中通过叠加膜层层数来增加膜层厚度，层数越多，耐摩擦色牢度越差。随着膜层的叠加，膜层在纤维粗糙多孔隙表面形成了多角度的复合光，少量膜层脱落对整体颜色的影响越来越弱，进而表现为耐干摩擦变色牢度有所回升。

表4 不同生色层膜层厚度样品的色牢度

3 结论

（1）春亚纺Ti系结构色的色牢度主要受打底层膜层厚度的影响，当镀覆膜层耗电量逐渐增加，达到0.16 kW·h后，色牢度达到最佳，并基本稳定在该水平，不再随着打底层膜层厚度的增加而明显变化。

（2）春亚纺Ti系结构色的色牢度不受反射层膜层厚度变化的影响，反射层膜层厚度小于0.42 kW·h时，结构色颜色偏暗；大于0.42 kW·h时，结构色颜色相对较鲜艳。

（3）随着生色层膜层厚度的增加，春亚纺Ti系结构色的耐摩擦色牢度逐渐变差，耐干摩擦变色牢度先下降后上升。