利用磁控溅射技术制备多功能导电纺织品及其稳定性的研究

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磁控溅射技术相对于其他成膜技术具有无法比拟的优良性能,比如沉积速度快、温度低、环保等优良的性能,因此该技术得到了广泛的应用,但是磁控溅射技术制备特定功能纺织品对基材有一定的选择性,另外,制备的纺织品的稳定性还有待提高。因此,本工作将磁控溅射技术和纺织品联系在一起,利用磁控溅射技术制备功能性纺织品,使纺织品具有一些独特的性能比如电磁屏蔽、导电、紫外防护、抑菌等性能。然后通过前后整理的方法,拓宽了磁控溅射技术对于基材的选择范围,提高磁控溅射技术制备的功能纺织品的稳定性。本论文的主要研究内容和结论包括以下三个部分:(1)利用磁控溅射技术按照一定的镀覆参数将Ag镀覆到涤纶(PET)机织物和丙纶(PP)无纺布上。探究溅射功率与溅射速率的关系,膜厚与导电以及结晶性能的关系。结果表明,在较小溅射功率下速率更加稳定。镀覆的机织物导电性较差,主要由于机织物表面空隙较大,镀覆薄膜为纳米级别,镀覆Ag薄膜没有形成连续的导电膜;镀覆的PP无纺布具有良好的导电性,主要因为PP无纺布的连续化结构可以形成连续的镀覆Ag薄膜。在所镀覆Ag层厚度内,当厚度超过20 nm时,织物开始具有导电性,且镀覆PP无纺布的导电性与Ag层厚度成正比,当厚度超过10 nm时织物具有一定的结晶性。(2)为了获得导电PET织物,首先通过前处理的方式,在织物表面浸压聚丙烯酸酯(PA),使PET机织物表面变得连续。为了探究不同镀覆结构对织物导电性及其它性能的影响,本论文利用磁控溅射技术将银和钛按不同的顺序和含量镀覆到PA处理过的PET织物的表面,形成Ag单层、Ti/Ag/Ti三层和Ti-Ag合金薄膜镀覆的功能导电纺织品。通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对织物进行表征。并且测试了织物的导电性,接触角(CA),柔韧性和附着力。最后,用所制得的样品制作了一个简单的电路来展现织物的导电性能。研究结果表明:通过PA预处理PET织物表面可以形成一层连续薄膜,使织物表面连续。镀覆的PA涂层PET织物表现出优异的导电性能,在镀覆的样品中,Ag镀覆样品的电阻值为1.89Ω/sq,CA为135°,Ti/Ag/Ti镀覆薄膜电阻为5.1Ω/sq,CA为137°。Ti-Ag合金镀覆的PA涂层PET织物的电阻值为3.4Ω/sq,CA约为130°。此外,样品保持理想的柔韧性,单层Ag和Ti-Ag合金膜具有较好的镀覆牢度。但是,单层Ag镀覆的样品抗硫化性能较差。本研究的处理方法可以使表面不连续的织物经过磁控溅射镀覆后具备良好导电性,拓展了磁控溅射技术的应用范围。由于制备的织物具有优异的导电性,这种织物可以成为一种有前景的智能纺织品材料。(3)利用磁控溅射技术和后整理相结合的方法制备具有较高稳定性的多功能导电PP无纺布。基于(2)的实验结果,和实验步骤的简化综合考虑,我们采用Ag单层膜来镀覆PP无纺布。首先,通过磁控溅射系统对PP无纺布进行镀覆,在织物表面形成一层Ag膜。随后,用多巴胺溶液处理镀层织物。通过扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS)来表征织物,同时测试织物的导电性,电磁屏蔽性(EMI SE),抗菌活性,稳定性及洗涤耐久性。研究结果表明,在经过多巴胺处理后,Ag膜表面沉积了聚多巴胺(PDA)颗粒或PDA薄膜。经过多巴胺处理后的镀银PP无纺布的导电性和电磁屏蔽性能与未经多巴胺处理的镀Ag样品存在差异,但是差异不大。在本课题实验范围内经多巴胺处理后织物的电阻均低于12.6Ω/sq,并且仍然表现出优异的电磁屏蔽性能,电磁屏蔽值均高于25 d B。多巴胺处理后,织物的抗菌活性增强。同时,经多巴胺溶液处理后的样品表现出优异的抗硫化性,并且具有良好的耐洗涤性。所以该方法被认为是制备稳定多功能导电纺织品的有效方法。
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