膜厚仪在纳米表面处理织物结构色生产中的应用

关德辉，邓天泽，王忠雨，熊少妹

（广东欣丰科技有限公司，广东开平 529300）

传统染整行业中，织物的印染加工需耗费大量的水资源和化学染料、助剂等，这些化学物质的使用及排放对环境造成了极大的破坏。国家环保政策日趋严厉，传统染整行业的发展日益艰难［1］。纳米表面处理技术中的磁控溅射法可在织物表面沉积纳米膜层，利用物理光学原理实现结构色，不需要化学试剂染色，并可节约大量水，是一种无污染的新型织物颜色制备方式，对于降低环境压力、开发新的纺织品颜色生产方式有十分重要的意义［2-3］。

在织物基底上用磁控溅射法制备结构色的过程中，织物表面纳米膜层的厚度直接关系到结构色的颜色表现，而膜层厚度往往与溅射电源的溅射效率、沉积时间等因素有关。因此，对于织物结构色生产的卷绕镀膜来说，有必要关注溅射电流的调整、生产所需的靶材数量、靶材不同阶段溅射速率的变化及其他干扰因素对膜厚及颜色的影响。由于织物的不透明性和表面的不平整性，很难用台阶仪或者电镜分析出织物上膜层的光学厚度或物理厚度；而用光度计指导织物结构色的制备有一定实用性，但在生产工艺等因素发生变化时，很难量化调整相关的可控因素来实现织物结构色稳定的重复生产［4］。本研究在卷绕镀膜区域设置位置固定的膜厚仪，利用膜厚仪的监测及相关数据换算指导织物表面结构色的重复、稳定生产。

1 实验

1.1 材料与设备

材料：新、旧圆柱钛靶各一根（旧圆柱Ti靶的剩余寿命约50%），涤纶织物春亚纺（幅宽为24 cm），高纯氩气、氮气、氧气（纯度99.999%）。

设备：卷绕磁控溅射镀膜机（公司自主研发），SQM-160型膜厚仪［英福康（广州）真空仪器有限公司，配有旋转靶位、直流电源］，便携式测色仪（深圳市三恩时科技有限公司）。

1.2 结构色的制备

采用卷绕磁控溅射镀膜方法，样品为幅宽24 cm的春亚纺长卷，基布安装后进行必要的抽气、预溅射。调整好膜厚仪的参数，由于此次制备的结构色由3层不同膜层组成，故在膜厚仪里依次设置好膜层1（FILM1）、膜层2（FILM2）、膜层3（FILM3）对应的密度因子、Tooling值、Z-比值以备用。

分别镀覆3段春亚纺，每段2 m，传动速度为0.5 m/min。靶材选用新圆柱Ti靶，保持膜层1和膜层2的参数不变，以膜层3的电流为变量，以总膜厚不变为目标，记录实际镀膜层数，工艺参数见表1～3。

表1 第1段春亚纺工艺参数

表2 第2段春亚纺工艺参数

表3 第3段春亚纺工艺参数

靶材使用旧圆柱Ti靶，重复前面的实验步骤，工艺参数见表4～6。

表4 第4段春亚纺工艺参数

表5 第5段春亚纺工艺参数

表6 第6段春亚纺工艺参数

1.3 测试

结构色的颜色：采用便携式测色仪进行测试，辅以目视检测。

色差：参照GB/T 8424.3—2001《纺织品 色牢度试验色差计算》进行测试，计算式为：

ΔE*ab=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

式中，ΔE*为总色差；ΔL*、Δa*、Δb*均为颜色参数。

2 结果与讨论

2.1 镀膜春亚纺的颜色

上述6段工艺处理后，春亚纺的颜色测试结果见表7。

表7 镀膜春亚纺的颜色

2.2 镀膜春亚纺的色差

以第1段春亚纺颜色值作为基准，另外5段分别与第1段进行比较，色差分别为：ΔE*12=1.70、ΔE*13=1.14、ΔE*14=1.21、ΔE*15=1.66、ΔE*16=1.05。纺织品的变色评定（GB/T 250—2008《纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡》）见表8。参照纺织品变色国标评级，本实验色差对应的色牢度等级可以达到4级及以上，目测色差较小，说明颜色的重现误差已达到了国家标准。因此，参照膜厚仪显示相同膜厚而进行的不同工艺生产的春亚纺颜色展现出良好的重现性。

表8 GB/T 250—2008色差评级标准

2.3 结果分析

在春亚纺基布结构色生色层膜厚一致的情况下，溅射电流或靶材寿命在一定程度上的改变仅影响颜色的生色速率，不影响最终颜色的重现性。不同工艺生产的基布颜色色差能控制在1.70以内，对应的色牢度变色达到4级，符合常规纺织品对色差的要求。

在生产速率改变时，膜厚仪可检测膜厚，以此监测春亚纺结构色生色层的颜色效果，确保春亚纺结构色的重现性，对纺织品结构色量产的生产控制具有实际指导意义。

3 结论

在卷绕磁控溅射法制备织物基底结构色的过程中，溅射电流或靶材寿命在一定范围内的改变仅在生色速率上稍有影响，基本不影响最终颜色的重现性；用膜厚仪监控各个膜层的总厚度，只要膜层总厚度保持与之前的生产工艺一致，就能够使不同批次的纺织品颜色色差达到纺织品变色国标评级要求。本研究对纺织品结构色的量产具有实际指导意义。