全國染整新技術應用推廣協作網 楊棟梁
（原載；全國紡織品保健技術交流研討會會議資料集p16-36
第五屆全國印染后整理學術討論會論文集p.209-222）
前言
隨著科學技術的發展，電子技術的產品已深入到人們生活和工業生產部門的各個角落例如：家庭各種家用電氣設備外，移動電話、個人電腦以及辦公自動化等等，以極其迅猛的速度滲透到各方面人們在生活中盡情地享受。由電子技術的進步帶來的種種方便、歡樂和舒適的同時，出現了一個潛在性問題——電磁波，它會損害人們的健康例如人們長時間工作在電磁波的環境中，容易產生疲勞、視力衰退、頭痛、失眠等癥狀，醫學稱謂“現代病”為了預防電磁波，屏蔽材料的開發應運而生，織物金屬化技術的研究，在紡織化學科研人員中間引起很大的關注。
眾所周知，金屬化織物屏蔽電磁波，其作用是將電磁波過濾、吸附或反射使之減弱此外，金屬化織物還具有其它功能，如抗靜電、紫外線屏蔽和抗菌防臭等，因此，織物金屬化技術實為一種多功能工藝。
金屬化織物中最典型的產品是由金屬纖維或紗線織成的織物，這種產品確切地應稱謂金屬網，主要是由銅、鎳、鋁、不銹鋼或其它合金，甚至金或銀纖維組成用于防昆蟲、特殊濾層，傳送網、防射頻和電磁波，以及導電織物等如用鉛纖維織成的織物，可作隔音及防X射線的圍裙等防護織物其次，由不銹鋼等金屬纖維與其他纖維混紡織成的織物，這類產品有良好的導電性和屏蔽性，用于高凈室空氣過濾材料和計算機的遮蓋材料等。尚有一種復合結構織物，如鋁箔與無紡布、金屬薄膜與織物除以上三種金屬化織物外，近年來，為適應高科技發展的需要，織物金屬化技術也有了長足的進步，開發形成了兩種新的工藝技術，一是化學鍍(又稱濕法)，即織物在水溶液中通過化學反應，使金屬還原成原子或分子沉積在纖維或紗線表面二是由涂層、真空鍍膜和濺鍍組成的干法，直接在織物表面形成金屬化結構本文擬就這些新技術及其產品應用開發情況，作一簡要介紹，并就教于諸同好。
1．化學鍍(濕法)
人們對電鍍早就熟識，對化學鍍可能有些生疏這兩種方法都是在水溶液中進行加工的，故又稱濕法電鍍是藉電流使溶液中的金屬離子還原，在被鍍基材表面形成金屬膜而化學鍍是采用化學品中的還原劑，使金屬離子還原沉積形成金屬膜電鍍一般適用于各種金屬導體材料，而化學鍍不論導體和絕緣體均可施鍍，且無需整流器等電源設備，不論被鍍物的形狀如何，均能獲得均勻的鍍層化學鍍根據不同鍍層要求，可選擇不同的工藝條件，只是有含金屬離子的污水排放，是個需要認真對待的問題。
化學鍍其實是一種古老的鍍金屬工藝，其源頭可追溯到古埃及的制鏡術近代的化學鍍技術是在塑料上應用以后才引起大家的注意，稍后，紡織品的化學鍍技術研究才逐步開展目前，紡織品的化學鍍以鍍銅、鍍鎳和鍍銀為主我國紡織品金屬化采用化學鍍技術，據有關報導，上海紡織科學研究院在70年代就著手在選定的基布上進行化學鍍銀工藝的研究，之后發展化學鍍銅、鍍鎳，以及鍍銅、鎳的復合工藝.
1-1化學鍍的原理：
織物化學鍍鎳是在鎳鹽的水溶液中，加還原劑(如次亞磷酸鹽、硼氫化合物)，使金屬鎳析出鍍布在纖維表面上
關于化學鍍的原理，目前尚無定論，有種種解釋：
1.還原成原子狀態，氫為中間體的反應機理；
2.氫轉移機理；
3.電化學機理；
4.水和金屬轉換機理等等但在酸性溶液中，下列反應是進行的
NiSO4+2NaH2PO2+2H2O+催化劑
= Ni+2NaH2PO3+H→2+H2↑+H2SO4 (1)
NaH2PO3+H
= P+NaOH+H2O (2)
由于反應(1)，使溶液中硫酸鎳濃度降低和pH值下降；反應(2)會產生磷的析出
1-2 化學鍍工藝流程：
織物化學鍍金屬化的工藝流程和裝備示意圖如圖1所示
脫脂→水洗→中和→水洗→催化(敏化) →水洗→活化→水洗→化學鍍→水洗→烘干
圖1 織物化學鍍的基本裝置示意圖
1-2-1 脫脂：
待化學鍍的織物，必須要經過充分前處理，去除油脂、污垢等雜質，使纖維表面呈多孔狀如系合成纖維其表面尚需粗糙化處理(如滌綸的堿減量處理)，以提高鍍層與基材的緊密附著牢度。因化學鍍只是金屬與被鍍基材之間的物理結合，或稱拋錨效果
1-2-2 催化(或敏化)處理：
將織物浸入催化劑溶液(如氯化亞錫等)，并使每根纖維都能均勻吸附，為活化處理奠定良好的基礎，作為以后化學鍍析出金屬的核心
1-2-3 活化
一般是將促進劑(或活化劑)如氯化鈀或氯化金等貴金屬膠體溶液處理，與纖維上的氯化亞錫反應，使氯化鈀還原成鈀微粒吸附在纖維表面活化處理后的水洗要妥善控制，水洗不足，活化溶液帶入化學鍍液會引起自然分解；水洗過份，部分促進劑洗去給化學鍍造成困難或使鍍層不勻其間的主要反應為：
Sn++
→ Sn+++ +2e
(3)
Pd++ + 2e → Pd↓ (4)
1-2-4 化學鍍
化學鍍溶液由金屬鹽、還原劑、絡合劑、緩沖劑和穩定劑等組成，其主要反應是由還原劑將金屬離子還原成金屬原子或分子沉積在纖維表面，而原先吸附在纖維上的貴金屬(如反應4所示)則起催化作用，從而形成金屬膜今以鍍銅為例簡述如下：
化學鍍銅溶液中是以甲醛為還原劑，二價銅離子被還原為金屬銅，而甲醛自身則氧化為甲酸根，其反應式為：
Cu2+
+ HCHO+3OH- → Cu + HCOO- + 2H2O (5)
反應式(5)不是自動催化的，即生成的銅不具催化作用，而由貴金屬的催化，還有另一反應：
HCHO+OH-
+( Pd、Au或Ag) = HCOO-+H2↑ (6)
反應式(5)和(6)相加即得;
Cu2++2HCHO+AOH-→ Cu+2HCOO-+2H2O+H2↑ (7)
反應式(7)是自動催化反應，即在貴金屬催化引發下，反應生成銅的沉積能繼續自動催化反應下去由此可認為在化學鍍的過程中，反應(5)和(7)是同時存在，以反應(7)占優勢而已
在化學鍍過程，一是要保持銅溶液的穩定性，二是要控制好銅析出速度，優化化學鍍溶液的組成和嚴格掌握化學鍍的工藝技術條件是至關重要的，此外，所用化學品純度，水的含雜等的影響也不溶忽視。
據稱：由化學鍍生產的金屬化滌綸短纖維，其每根纖維上金屬鍍層厚度一般為0.01～0.5μm，以0.2～0.3μm厚度為大宗如果說推算成薄型織物(如巴里紗之類)則以每平方米計，鍍銅約為30克，鍍鎳為6克化學鍍可根據不同用途要求，改變工藝控制獲得所需的金屬鍍層厚度
在相同的電磁波屏蔽效果時，與金屬箔復合產品比化學鍍金屬的金屬耗用量為1%以下化學鍍與真空鍍和濺鍍比有能大量連續生產，生產效率高，鍍層厚度調節容易，控制較簡便的優點。其最大的缺點是有含重金屬離子的污水處理問題其次，化學鍍銅或鎳時過去大都采用鈀或金等貴金屬作為活化促進劑，由于其價格昂貴，因此降低成本的研究已引起關注，文獻上已有用銀鹽的介紹。
此外，在化學鍍產品中，銅的導電率僅次于銀，其電磁波屏蔽性能良好。但在空氣中銅容易氧化而影響其耐久性，因此，一般都經后處理，防止其氧化如日本三菱人造絲公司開發在滌綸纖維上化學鍍銅或鎳的產品Diamex商品，為了防止金屬氧化影響各項性能，最后經樹脂涂層處理由掃描電鏡觀察證實：該商品每根纖維上鍍金屬層厚度為0.06～0.15μm，在所有纖維上都覆蓋了金屬層。
(三)性能與應用
化學鍍金屬化織物產品中，以鍍銅或鍍鎳為最多，其中主要基材是滌綸，芳族聚酰胺，玻璃和炭素纖維一些著名的商品如：德國Baymetex、荷蘭Devex、美國matasol G，以及日本許多公司都在八十年代就工業化生產
日本有關公司的化學鍍商品如表1所示。
表1 化學鍍商品
|
廠商 |
商標 |
基材 |
鍍覆層 |
|
東邦縲縈 |
ペスファィトMC |
炭素纖維腈綸纖維 |
鎳(02μ).銅、鎳 |
|
東麗 |
|
炭素纖維 |
銅、鎳 |
|
高瀨染工 |
メタアクス(Metex) |
滌綸等纖維 |
銅、鎳HT |
|
セレン |
フラット |
同上 |
同上 |
|
帝人 |
ヘルツ |
多孔滌綸纖維 |
同上 |
|
日東紡 |
Nemi glass |
玻璃纖維 |
鎳 |
|
旭硝子 |
|
玻璃纖維 |
鎳 |
|
日清紡 |
テンジ-メツシコ |
滌綸長絲 |
銅、鎳、銅+鎳 |
|
酒伊 |
ユミツク |
滌綸纖維 |
銅(防銹處理) |
|
三菱人造絲 |
Dimex |
滌綸(長/短) |
鎳、銅 |
茲將日本部分化學鍍商品的有關性能介紹如下：
高瀨染工是日本第一家于1982年推出化學鍍銅、鍍鎳織物的公司，配合日本半導體工業的迅猛發展，無疑該公司也是日本生產化學鍍產品的大戶，其產品的特性如表2所示：
表2 Metex織物的特性
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|
單位 |
102 |
302 |
PT201 |
銅箔(參考) |
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結構 |
織物的纖維 織物組織 所鍍金屬 |
|
滌綸 平紋 鎳 |
滌綸 平紋 鎳 |
腈綸 平紋 銅 |
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物理 性能 |
斷裂強度 經 緯 |
Kg/5cm |
67 50 |
22 18 |
35 37 |
|
|
斷裂伸長 經 緯 |
% |
20 19 |
31 46 |
20 17 |
|
|
|
撕破強力 |
G |
3200 |
466 |
— |
|
|
|
柔軟度 |
cm |
46 |
— |
— |
|
|
|
電氣 性能 |
表面電阻 |
Ω |
0.38 |
0.56 |
0.05 |
0.01 |
|
電磁波屏蔽 (電場) |
30dB |
59 |
56 |
55 |
57 |
|
|
300dB |
57 |
44 |
67 |
76 |
||
|
1000dB |
40 |
32 |
46 |
60 |
||
|
規格 |
織物厚度 |
cm |
0.21 |
0.13 |
0.13 |
|
|
布幅 |
mm |
110 |
110 |
110 |
|
|
|
長度 |
M |
200(最大) |
200(最大) |
200(最大) |
|
|
注：表面電阻與屏蔽效果的關系是：表面電阻值越低，屏蔽性能越好；而影響屏蔽性能的因素尚有鍍覆的金屬種類，金屬中的含雜、鍍覆層厚度以及織物本身的厚度等
日清紡公司開發以滌綸長絲為基材，用連續化方法生產的化學鍍金屬商品，其商品名為：デンジ-メツシユ據稱該產品的特征為：“一是優良的導電性(猶如金屬)；二是電磁波屏蔽效果好(100～500MHz時為40～50dB)；三是手感柔軟，屈曲不會損傷；四是透氣性、可縫性、裁剪方便等象一般織物；五是透視性良好(透光率為33～65%)；六是與樹脂、塑料、粘合劑的粘結性優良；七是可染成各種顏色；八是具有難燃性；九是匹長每卷為30～100米共有三個品種，具體性能如表3所示：
耐銹的問題：
化學鍍金屬化織物，要在長期使用過程中保持其良好的電磁波屏蔽效果，則鍍層金屬在大氣中耐銹蝕是一個重要問題今以MT系列商品即鍍鎳(MT-1)，鍍銅(MT-2)是經樹脂涂層防銹處理的，鍍銅+鍍鎳后經炭黑處理(MT-3)，三種樣品，按JISZ 2371的鹽水噴霧法進行耐銹試驗，其結果如表4所示
由此可知，在單獨鍍銅的情況下，雖經防銹處理，由5%食鹽水噴淋8小時后，其電磁波屏蔽效果下降幅度已不小了而鍍鎳或鍍銅與鍍鎳復合的樣品，其效果基本不變
表3 MT系列產品的性能
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|
MT1 |
MT2 |
MT3 |
|
|
織組 |
紗織物 |
紗織物 |
紗織物 |
|
|
密度(meth)* |
100～250 |
100～250 |
100～250 |
|
|
基材 |
滌綸長絲 |
滌綸長絲 |
滌綸長絲 |
|
|
鍍金屬 |
鎳 |
銅 |
銅+鎳 |
|
|
鍍金屬量(%) |
15～20 |
15～20 |
15～20 |
|
|
鍍膜厚度(mm) |
0.07～0.08 |
0.07～0.08 |
0.07～0.08 |
|
|
布幅(mm) |
1070～1350 |
1070～1350 |
1070～1350 |
|
|
長度(1卷米數) |
30～100 |
30～100 |
30～100 |
|
|
色澤 |
銀白色 |
紅銅色 |
銀白色 |
|
|
使用溫度(℃) |
～150 |
～150 |
～150 |
|
|
表面電阻(Ω／D) |
2 |
0.3 |
0.5 |
|
|
電場 屏蔽 |
100MHz |
40dB |
47dB |
46dB |
|
250MHz |
38dB |
46dB |
46dB |
|
|
500MHz |
35dB |
43dB |
44dB |
|
|
750MHz |
34dB |
42dB |
42dB |
|
|
1000MHz |
32dB |
38dB |
37dB |
|
|
透光率(%) |
33～65 |
33～65 |
33～65 |
|
注：測定值是135目的織物
表4 化學鍍產品的耐銹性
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MHZ |
|||||
|
100 |
250 |
500 |
750 |
1000 |
||
|
鍍銅(MT-2) |
噴霧前 |
47dB |
46dB |
43dB |
42dB |
38dB |
|
噴霧后 |
30dB |
28dB |
25dB |
23dB |
22dB |
|
|
鍍鎳(MT-1) |
噴霧前 |
40dB |
38dB |
35dB |
34dB |
32dB |
|
噴霧后 |
41dB |
38dB |
34dB |
34dB |
32dB |
|
|
鍍銅、鍍鎳(MT-3) |
噴霧前 |
46dB |
46dB |
44dB |
42dB |
37dB |
|
噴霧后 |
46dB |
46dB |
45dB |
41dB |
38dB |
|
注：試樣為135目，5%NaCl溶液，45℃，噴霧8小時
鍍銅鍍鎳效果的比較：
滌綸織物上，由化學鍍銅或鎳后，當其鍍覆量銅為30g/M2，而鎳為6g/M2時，對電場的屏蔽效果經測定如圖1所示
銅鎳復合鍍的性能：
滌綸織物經堿減量粗糙化處理后，經敏化和活化處理，在銀鹽催化下，織物在鍍銅液中銅離子在銀的催化作用和還原劑作用下，沉積在織物表面上。然后，再在鍍鎳液中鎳離子在銅的催化作用下，在銅層上形成鎳層。.
在下列條件下(見表5)鍍銅和鍍鎳的滌綸織物，與未處理織物的光電子能譜圖如圖2所示。
表5 銅鎳復合的工藝條件
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鍍銅 |
鍍鎳 |
||
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水合硫酸銅 |
15ｇ/1 |
水合硫酸鎳 |
22ｇ/1 |
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EDTA |
25ｇ/1 |
檸檬酸鈉 |
30ｇ/1 |
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甲醛 |
10ml/1 |
次亞磷酸二氫鈉 |
20ml/1 |
|
聚乙二醇 |
5mｇ/1 |
硼砂 |
5mｇ/1 |
|
pH |
12.5 |
pH |
10 |
|
溫度 |
60℃ |
溫度 |
60℃ |
|
時間 |
5min |
時間 |
10min |
|
溶浴 |
1︰100 |
溶浴 |
1︰100 |
|
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圖2A 未處理織物的光電子能譜圖 |
圖2B 銅鎳復合鍍滌綸織物的光電能譜圖 |
由圖2中可見，銅鎳復合鍍后的滌綸纖維表面的成份主要為鎳和銅，在結合能131.2ev處有一強度很弱的磷的光電子峰?？梢?，在鍍層中有極少量的磷存在，這與采用次亞磷酸二氫鈉作還原劑有關。
經銅、鎳復合后織物主要物理性能如表6所示：
表6 物理性能
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白坯 |
鍍銅后 |
銅鎳復合鍍合 |
|
斷裂強力(N) |
472 |
402 |
407 |
|
鍍金屬量(%) |
— |
9.7 |
10.7 |
|
透氣量(cm３／m２／sec) |
889 |
532.4 |
438.6 |
|
彎曲長度(cm) |
2.05 |
1.89 |
2.02 |
|
彎曲剛度(×10-3cN·cm) |
1.23 |
1.17 |
1.27 |
由上表可知，經化學鍍后，由于堿減量粗化處理斷裂強力有所下降，但化學鍍后上升到400N以上，而透氣度也稍有下降，剛柔性和懸垂性基本無變化。
銅鎳復合金屬化滌綸織物有良好的導電性，如圖3所示。
圖中曲線表明：銅鎳復合鍍與鍍銅的導電性與織物上金屬鍍量成正比，當織物上金屬含量達4.8%以上時，織物的表面電阻迅速下降，其質量比電阻在10-2Ω·gcm-2，織物表面已基本建立了連續的金屬膜；當金屬量達12.5%時，表面電阻下降趨勢平緩，當金屬量為16%時，鍍銅與銅鎳復合鍍的表面電阻已趨于一致。
鍍銅和銅鎳復合鍍金屬化滌綸織物的耐摩擦性能和耐洗性，分別為圖4、5所示。
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圖4 表面電阻與摩擦次數的關系 |
圖5 表面電阻與洗滌次數的關系 |
以此可知：銅鎳復合鍍織物的耐摩性和耐洗性優于鍍銅織物，表明銅鎳復合鍍的鍍層結合牢度良好，穩定性也有較大的提高。
用途：
化學鍍金屬化織物具有優良的導電性，手感柔軟，變形性好，重量輕和良好的加工性能(裁剪、縫紉、粘合和焊接)，故有十分誘人的應用前景。
其主要用途為：電磁波屏蔽材料，用于不同類型的電子設備的顯示部分泄漏的電磁波的濾波板，如VDT，CRT或DA濾波板等；以及電磁波防護服，可保護長年在電子設備前工作人員的身體健康。微波(雷達波)反射材料，如Bayer公司生產的鍍鎳織物制成的雷達反射器，用以快速指示救生船或筏子在海中的具體方位，以便組織救護藉低壓電的低溫發熱材料、導電和防靜電用紡織品等等。
以外，金屬化織物與其它材料有優良的粘合性，可制成各種復合材料，在電子工業、汽車工業、航空工業等方面有許多新的應用領域。.
三．涂層(層壓)真空鍍和濺鍍
（一）涂層(層壓)
用涂層整理技術使織物金屬化，是在涂層整理劑中添加一定量的金屬粉末(片狀)，如通常用的鋁粉為片狀，它在涂層漿中的含量可高達60%以上，經涂布后，能使織物表面產生鋁的光澤。一般情況下，任何一種織物都可以作金屬化織物的基布不同的基布可以采用不同的涂層工藝，最簡單的是直接涂層工藝。一次涂布還是多次涂布，視產品質量要求而定如基布對張力敏感(如針織品)，則應采用轉移涂層工藝為保持金屬光澤，尤其是鋁、銅等易于氧化變色，最后應在表面涂一薄層透明性極好的涂層劑作為保護層。
涂層法生產的金屬化織物，其金屬光澤不如層壓整理的好，但它有很好的粘結性、撓曲性、耐磨性和耐化學藥品性，這些取決于涂層劑的性能和涂層工藝的技術條件。
涂層法金屬化織物視產品的使用溫度，其基布可分成如下幾種：一般用途的產品，其基布是棉、滌棉、高濕模量粘膠，錦綸和滌綸等；使用溫度較高的產品，可用玻璃纖維，芳族聚酰胺為基布；要耐高溫的產品是以Kevlar和PBI(聚苯并咪唑)等耐高溫纖維為基布當然涂層劑也要選用相應耐高溫的品種。這類金屬化織物主要用途是用于熱輻射屏蔽材料，燙衣板面料，高溫管道包扎，絕熱防護服以及熱氣球等。
涂層法金屬化織物，若在其涂層上再植入緊密排列的高折射率玻璃微珠，以金屬層(如鋁)為反射層，可制成高亮度的反光織物，可用于安全防護材料。在黑夜可以增加汽車前燈、火光或探照燈光的反射強度，使佩帶此材料的人員或目標易于被覺察，以致減少事故或組織救援等。
要求金屬光澤高的產品，一般是用由真空鍍或濺鍍的金屬薄膜與織物層壓加工制成根據用途和特性要求，薄膜通常是滌綸薄膜，也可以是聚乙烯或聚酰胺薄膜。金屬以鋁為主，因其價格便宜加工方便，為防止鋁在空氣中氧化變色，大都要進行表面保護性涂層處理。
層壓用的鍍金屬滌綸薄膜，其厚度為1/4～1/2m/m，而其中金屬沉積厚度小于1μm，透光率可達75～85%，金屬沉積厚度可根據最終用途而定。鍍金屬滌綸薄膜可與任何基布層壓，如機織物、針織物和無紡布。其纖維也包括用高科技生產的芳族聚酰胺，炭素纖維和聚苯并咪唑纖維等。
層壓生產的金屬化產品大量用于生產墻紙，裝璜標簽，汽車裝飾及太陽能控制薄膜，現在又在食品的微波加熱包裝材料方面找到了新的應用領域。
另一種常見的金屬化的方法，是將轉移鍍金屬薄膜，經熱(壓)轉移到織物上，其過程如圖7所示.
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1. 塑料薄膜或離型紙 2.表層(剝離層) 3.著色 4.真空鍍鋁層 5.熱敏粘著劑 圖7 轉移金屬膜的過程 |
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據稱利用轉移金屬化產品的各項堅牢度良好，可以利用這種方法開發各種顏色的金屬光澤的流行面料，且透氣性和保溫(保冷)效果良好。
（二）真空鍍［11］［12］
真空鍍膜技術是二十世紀初期開發的，最初將金屬沉積在玻璃上用于禮品包裝隨著科學技術的發展，真空鍍膜成本逐步降低，以及精密控制金屬沉積厚度的新技術開發，使它的推廣應用奠定了良好的前景。
真空鍍技術的特征：
1.利用真空的壓力差產生的物理能量(易于蒸發)；
2.在真空中，釋放的金屬原子的飛行距離增大(在真空中，減少了釋放的金屬原子與氣體分子碰撞的能量損失)；
當真空容器內的壓力為P(torr)與氣體原子或分子的平均自由行程λ(mm)之間的關系是：λ=102/p如果壓力為10-5torr，則λ約為10M即從標靶飛出的金屬原子或分子，在與容器的氣體碰撞后，能飛行約10米。
3.釋放出的金屬原子不與氣體分子碰撞，從而防止了產生化學反應(與空氣碰撞會產生氧化或氮化)；
4.保持被鍍物體表面清凈，可改善金屬原子與纖維的附著牢度。
織物(或薄膜)裝在真空室的卷繞裝置上，將真空室抽真空達加工材料所需的真空度然后，將盛金屬的坩鍋加熱到金屬氣壓明顯大于殘余的真空壓力，這時已達金屬沸點以下(在常壓下鋁的汽化溫度為1200～1250℃)，會產生大量的金屬蒸發作用。在如圖8所示的真空鍍膜裝置中，織物經過位于熔融金屬坩鍋上方的水冷卻輥筒上，與金屬蒸氣接觸，在織物表面迅速凝成固體。其原理與水蒸汽在玻璃表面冷凝相似。真空鍍金屬膜的生產速度極快，可達150～450m/min但真空鍍膜設備價格較大，據88年資料介紹為100～150萬美元。
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圖8 表示操作原理的蒸發室截面示意圖 |
圖9 真空鍍金屬化織物的結構示意圖 |
真空鍍的金屬膜比最薄的金屬箔要薄得多，如真空鍍鋁層的厚度為0.04μm～0.05μm。如果要求較高的導電性和反射率或不透光性，可提高真空鍍金屬層的沉積厚度。通常以鍍鋁為多，若要更高的導電性和/或耐腐蝕性，可以鍍銀或其它金屬真空鍍金屬織物的結構，如圖9示意：
即一般由基布底涂，真空鍍鋁和表涂組成如基布含有一定水份，會使真空度下降，經防濕處理或底涂后，還可以增加金屬沉積附著牢度。因真空鍍鋁是在高真空條件下屬物理性金屬沉積。而表涂中添加著色涂料可增加彩色效果，其次是防止鍍鋁層氧化和提高耐化學藥品性能。另外，表涂層如要進行印花，則其涂層劑品種要注意選擇。
真空鍍鋁織物，在纖維表面附著的鋁層是極薄的，其光澤耐久性和附著牢度是質量的重要問題。這種產品和前述轉移金屬膜層壓產品的質量，在日本是采用金銀絲相同的試驗方法，其各項標準如表7所示。
由真空鍍膜技術生產的金屬化織物，不論是再經層壓或是金屬直接沉積在織物上的產品，在國外主要用于百頁窗簾，各種電磁波屏蔽，防熔融金屬飛濺的防護服、墻紙，消防和化學部門的防護服，食品輸送袋，包裝料，游泳池和游樂場涼棚，充氣結構薄膜，農用遮光罩，反射性地面覆蓋物絕熱材料和建筑材料，防曬布(如遮光外套和服裝內襯)，裝飾織物，商標，氣球和壓敏膠標簽等。
表7 真空鍍金屬織物和轉移層壓金屬化織物的試驗項目與標準要求
|
試驗項目 |
試驗方法 |
真空鍍織物 |
轉移層壓織物 |
|
耐光 |
JIS L 0842(蘭色標準) |
4～5 |
4～5 |
|
洗滌 |
JIS L 0842 A-1 |
4～5 |
4～5 |
|
摩擦 |
JIS L 0849-(壓重200g，100次) |
4～5 |
4～5 |
|
耐揉 |
JIS L 1079-5-10B(加壓 0.5kg，100次 |
4 |
稍有變化 |
|
熱洗 |
JIS L 0845(1號，60℃) |
5 |
5 |
|
汗漬(酸性)(堿性) |
JIS L 0848A |
5 |
5 |
|
// |
JIS L 084B |
4～5 |
4～5 |
|
氯漂 |
JIS L 0884 |
5 |
5 |
|
亞硫酸氣體 |
JIS L 0858 |
4 |
4 |
|
氧化氮氣體 |
JIS L 0855 |
4 |
4 |
|
干洗 |
JIS L 0860(石油系溶劑+洗滌劑) |
5 |
5 |
|
耐溶劑 |
JIS L 0861(四氯乙烯) |
4～5 |
4～5 |
|
耐酸 |
2%草酸溶液，室溫10分鐘 |
5 |
5 |
|
耐熱 |
JIS L 0879(180℃，20Sec) |
5 |
5 |
|
耐洗性 |
JIS L 0217(不含磷洗滌劑，弱洗，20次) |
合格。光澤微有變化 |
合格。鍍層無損傷 |
(三)濺鍍(Sputrering)［12］［16］
在高科技應用開發中，真空技術水平的提高和應用領域的擴大是人所共知的。其中半導體工業迅猛發展就是與高真空技術的應用直接相關，而金屬、機械加工、玻璃和膠卷等的工業生產中的表面處理，也是離不開高真空技術的應用，并促使真空技術由高真空向超高真空和極高真空水平發展。
真空是容器的壓力比周圍大氣壓低的程度，其分級為：低真空技術(～ltorr)、中真空技術(10-2～10-4torr)、高真空技術(10-4～10-7torr)、超高真空技術(10-7～10-14torr)和極高真空技術(10-14～torr)。
在染整生產中的真空干燥和真空脫水只是低真空水平而已，即使是低溫等離子體技術也是中、低真空條件下實現的，金屬的濺鍍在高真空條件下才能實現。
1．濺鍍處理
織物濺鍍可在如圖10示意的直流二級濺鍍裝置中進行先將裝置內壓力抽至5×10-6～10-5torr，然后，真空裝置內注入少量氬氣(惰性氣體)使其真空度達0.1～0.01torr范圍通電流使兩極之間的直流電流和電壓調節至100～1000伏和10～200安范圍，兩極間會放電使氬氣形成正離子A+r作為電子載體，由陽極向陰極上的金屬標靶表面飛行。由于金屬標靶表面的垂直磁場作用，使電子成擺線高速旋轉加速，當與陰極上金屬標靶磁撞，由A+r的碰撞能使金屬標靶表面的金屬以原子(或分子)狀態濺涂附著在織物表面上。眾所周知金屬原子(或分子)的結晶能在5ev左右，而在濺鍍中A+r的碰撞能在10～數十ev.范圍。由此可知，金屬在織物上附著牢度要比真空鍍牢些。但成膜速度較慢，調節金屬膜厚度方便若抽真空后，注入反應性氣體(如N2)，則金屬標靶釋出原子(或分子)與反應性氣體反應，形成陶瓷膜，又稱反應濺鍍。
濺鍍除用直流方式外，還有高頻(RF)和磁控管(MG)等方式，不同方式運作的真空度要求稍有差異如表8所示。
表8 不同濺涂方式
|
方式 |
工作真空度 |
|
直流(DC)濺鍍
|
二極10～10-1Pa |
|
三極10-1～10-2Pa |
|
|
四極10-1～10-2Pa |
|
|
高頻(RF)濺鍍 |
～10-1Pa |
|
磁控管(MG)濺鍍 |
～10-1Pa |
|
濺鍍(S槍) |
～10-1Pa |
|
離子軸濺鍍 |
10-2～10-3Pa |
注：1torr=133Pa
濺鍍時，不同金屬標靶使被鍍制品可獲得不同性能，按用途歸納起來如下：
表面硬度：TiN,Cr,TiC,W.
裝飾性：TiN,Al,Cr,Au,NiCr
電氣性：Au,Cu,Cr,Ag,Pd,
光學性：SiO2,TiO2，Al2O3，TiN，Al
耐腐飾性：Cr，Ta，Ti，Zn.
2. 濺鍍與真空鍍的比較
濺鍍能將不同的金屬，合金及金屬氧化物分層或混合層濺鍍，并能在一次加工過程中形成獨特的組合層，這是真空鍍膜無法做到的。在織物金屬化加工應用方面，兩者的比較，如表9所示。
表9 真空鍍和濺鍍金屬化的比較
|
|
真 空 鍍 |
濺鍍 |
|
真空度(torr) |
10-3～10-4 |
10-5～10-6 |
|
金屬靶 |
單一金屬 |
單一金屬～合金 |
|
附著牢度 |
一般視基材的表面狀態 |
良好 |
|
粒子附著動能 |
(0.1～數eV) |
(10～數十eV) |
|
膜厚 |
視蒸發速度 |
最薄 |
|
生產效率 |
高 |
低 |
|
成本較 |
低 |
高 |
|
能耗 |
較低 |
較高 |
|
裝置 |
便宜 |
價昂 |
|
加工纖維類別 |
天然～合纖 |
合纖 |
|
用途 |
廣 |
開發前途廣闊 |
由此，對濺鍍織物的纖維種類有一定要求，即耐熱性低和纖維分子結構中有親水性基的會有一定影響.凡含親水性基的纖維，應在限定的條件下加熱，去除纖維中以氫鍵形式的結合水.在真空容器中水的沸點降低，水份是容易排除的.基于以上情況，基材是滌綸、丙綸和聚乙烯纖維是沒有什么問題，而芳族聚酰胺和聚酰胺等較為麻煩了。.
3．濺鍍處理中有關問題：
（1）纖維種類的影響
滌綸、棉和粘膠纖維的三種織物，采用磁控管和高頻二種方式濺鍍鋁和銅的試驗表明：滌綸織物易于濺鍍，且磁控管方式比高頻方式更適宜。在棉和粘膠織物濺鍍后，鍍鋁的呈灰色，而鍍銅的變成青銅色，表示均有金屬光譯消失現象。這可能與纖維的標準含濕率有關。滌綸纖維為0.4%，棉為8%而粘膠纖維為11%，在真空放電時會受到水分子的干擾。其實，這個現象鈴木等早就指出：耐熱性低和含親水基團的纖維會影響鍍膜再有纖維中產生的氣體，以及氬氣含不純物也會影響的成膜。
（2）收縮與泛黃問題
滌綸織物濺鍍后，工藝條件與產品的收縮率和泛黃度關系，如圖11A，B所示：
|
|
|
○經 ●緯
MG方式 氣壓1×10-3torr 濺鍍5分鐘 ■緯 RF方式 氣壓7×10-3torr 濺鍍30分鐘 圖11A 功率與收縮率和泛黃度的關系 |
|
|
|
真空度(×10-3torr)
真空度(×10-3torr) ○經 ●緯 MG方式 功率150W 濺鍍5分鐘 ■緯 RF方式 功率150W 濺鍍30分鐘 圖11B 真空度與收縮率和泛黃度的關系 |
由圖11可知：
磁控管(MG)濺鍍時，電流功率在250W以上滌綸織物的收縮率有急劇增加的傾向，但在100W以下泛黃度已很高了由此可知，在濺鍍的初期泛黃速度比鋁膜成長的速度快，所以適宜的電流為150～200W。在高頻(RF)濺鍍時，電流為150W以下處理，已有某種程度的收縮，要控制是不可能的。
濺鍍時，真空度與收縮率的關系是：MG濺鍍時，真空度在1～7×10-3torr范圍，對收縮率幾乎無影響，在真空度較高的情況，對泛黃影響甚小，可認為最適宜的真空度為1～3×10-3torr。RF濺鍍時，對收縮率最適宜的真空度為7×10-3torr，且不會泛黃。
MG濺鍍時間為5分鐘，收縮率和泛黃度均良好。
RF濺鍍時，電流功率與真空度對滌綸織物收縮率和泛黃度的影響，與熱能有關其時基質表面溫度據測定可高達200℃，這是金屬標靶發出的熱輻射及其受電子轟擊所產生的熱量所致，而滌綸纖維的軟化點和熔融溫度較低。
（3）各種金屬的成膜速度：
由鋁、銅和不銹鋼(SUS)的成膜厚度與濺鍍時間之間，可計算出其成膜速度，如表10所示試驗數據表明：鍍鋁時，MG濺鍍的成膜速度比RF快。在高真空中RF濺鍍會收縮和泛黃；而MG濺鍍時，真空度為1×10-3torr時處理，可提高成膜速度，以及纖維損傷也較小。
表10 各種濺鍍處理條件的成膜速度
|
試料 |
真空度(torr) |
電力(W) |
成膜速度(nm/min) |
備 注 |
|
A1 |
1×１０-３ |
２００* |
４８ |
*表示MG |
|
A1 |
1×１０-３ |
１５０* |
２５ |
|
|
A1 |
７×１０-３ |
１５０ |
５ |
|
|
Cu |
6×10-３ |
２００ |
１８ |
|
|
SuS |
5×１０-３ |
２００ |
９ |
由此可認為：濺鍍的成膜速度為Cu＞SuS＞Al。這與文獻上稱濺鍍率與金屬原子序數有同樣的依存關系。X衍射分析結果表明：濺鍍的銅膜和鋁膜屬結晶態的銅和鋁，而SuS膜是Fe.Cr.Ni非晶態。
4．濺鍍產品的特性
以滌綸纖維為基材的織物，由不銹鋼、銅、鋁等金屬濺鍍處理后，其各項性能可歸納如下：.
(1) 風格：
經濺鍍鋁、銅及不銹鋼的滌綸織物的風格，可由其透氣性和剛柔性變化來表示，如表11所示：
由表11可知：未濺鍍滌綸織物的透氣性為32～34cm3/
cm2/sec，在試驗的鍍膜厚度范圍內，未見膜厚對透氣性的影響。這與金屬膜包裹在每根纖維表面上，而不是附著在纖維的間隙處有關。濺鍍織物的剛柔性與未處理織物之比，其變化范圍為4～24%，即稍有些發硬的傾向，與一般的樹脂整理和熱定形處理的變化相仿而已。金屬給人的印象是很硬的，而0.1μm金屬膜附著在纖維上，不僅對透氣性沒有影響，而且金屬的硬性也沒有顯示出來。
表11 各種金屬濺鍍滌綸織物后的風格
|
試樣 |
透氣量 cm3/cm2/sec |
剛柔性 m/m(%) |
膜厚(μm) |
備注 |
|
Pet(0) |
33.6 |
54 |
—— |
1.試樣()內表示濺鍍的時間(分鐘) 2.剛柔性用懸臂法測定，移動長度為m/m% 是對未濺鍍試樣的比率，數字在括中 |
|
A1(5) |
33.5 |
64(19) |
0.12 |
|
|
SuS(10) |
34.1 |
56(4) |
0.09 |
|
|
Cu(5) |
33.2 |
67(24) |
0.09 |
|
|
Cu(10) |
33.8 |
63(17) |
0.18 |
|
|
Cu(15) |
33.3 |
63(17) |
0.23 |
|
|
Cu(30) |
33.6 |
61(13) |
0.5 |
(2) 熱傳導性：
熱傳導性是在標準物質(發泡聚乙烯HPE、有機硅、石英)上，測定濺涂金屬織物的，其結果如表12所示。
表12 濺鍍各種金屬膜的熱傳導性
|
試樣(PET) |
HPE W/(mxk) 0.0354效率% |
有機硅W/(mxk) 0.2491效率% |
石英W/(mxk) 1.357.效率% |
|
A1(5) |
4.8 |
1.7 |
0.5 |
|
SuS(10) |
0 |
0.3 |
0.1 |
|
Cu(5) |
2.3 |
0.8 |
0.1 |
|
Cu(10) |
4.0 |
1.3 |
1.4 |
|
Cu(15) |
8.8 |
5.0 |
2.7 |
注：試樣( )內表示濺鍍時間，分鐘。
熱傳導效率(%)=(A-B)/B×100
A.濺鍍金屬織物與標準物質的熱傳導率
B.未濺鍍織物與標準物質的熱傳導率
由以可知，滌綸織物濺鍍鋁或銅后，其熱傳導性有增加的傾向，且隨著鍍膜厚度的增加。其熱傳導率確認是隨之增加的。
(3)導電性：濺鍍銅的滌綸織物的導電性，其表面電阻和體積電阻的測定結果，如表13所示。
表13 濺鍍銅滌綸織物的導電性
|
試樣 |
表面電阻Ω |
// |
體積電阻 |
|
// |
正面(濺鍍) |
反面 |
Ωcm |
|
PET |
10 １５ |
１０１５ |
１０１５ |
|
PET Cu(5) |
10１５ |
１０１５ |
１０１4 |
|
PET Cu(10) |
１０１５ |
１０１５ |
１０１4 |
|
*PET兩面濺鍍 |
10７ |
１０7 |
１０7 |
|
*PET一面填料層兩面濺鍍 |
102 |
１０2 |
１０3 |
|
*PET薄膜 |
１０ |
１０１５ |
１０１2 |
|
*紙 |
102 |
１０１2 |
１０１0 |
注：*各種基材濺鍍銅5分鐘
電阻在107以上，直流電壓100V(超高電阻計)
電阻在107以下，直流電壓1V(デジタルマメ——タ—)
滌綸織物是絕緣體，其表面電阻和體積電阻都在10１５水平，經濺鍍銅、鋁或不銹鋼后，其導電性幾乎沒有變化。但是，在玻璃表面濺鍍同樣的金屬后，會由絕緣體變成導電體了。滌綸織物鍍金屬后仍不具導電性，可能是0.1μm左右厚度的金屬膜尚不足使由滌綸長絲組成的經緯紗之間緊密接觸之故，滌綸織物經兩面濺鍍、滌綸薄膜和紙濺鍍后，確認有導電性，可作為補充說明。
（4）光學特性：
滌綸織物經濺鍍金屬膜后，對光的吸收、透射、反射及其遠紅外輻射功能的變化，可以滌綸紡粘無紡布(50g/M2)濺鍍0.04μm厚度金屬層與未處理試樣的測定表示之，如圖12所示。
由上圖可知：未濺鍍的滌綸無紡布，其反射率和透射率均較大，而吸收甚小經濺鍍不銹鋼后，其反射率和透射率在整個波長范圍內都很小，根據此特性可作為保溫絕熱材料。通常情況可采用真空鍍鋁技術來達到此目的。同樣，在陽光下，濺鍍不銹鋼試樣的表面溫度也比未處理試樣的高，又表明有蓄熱功能，而濺鍍金屬的滌綸紡粘無紡布的遠紅外輻射功能，測定結果如圖13所示。
.表14 濺鍍不銹鋼的滌綸無紡布的耐化學藥品性能
|
化學品(浸24hr) |
滌綸無紡(300g/M2) |
|
水 |
無變化 |
|
食鹽(30g/1) |
無變化 |
|
硫酸(50g/1) |
無變化 |
|
冰醋酸(300g/1) |
無變化 |
|
酒石酸(100g/1) |
無變化 |
|
鹽酸(100g/1) |
無變化 |
|
硝酸(100g/1) |
無變化 |
|
氬氮化鈉(100g/1) |
金屬顯著脫落 |
上圖表明：濺鍍電阻大的金屬，其遠紅外吸收和輻射率較大。
賦予織物在陽光下吸收蓄熱和從人體發散遠紅外的吸收輻射功能，已廣泛用于暖爐、臥具、
（5）衣料和運動服等。
耐化學品和耐久性：
滌綸無紡布濺鍍0.04μm不銹鋼(SUS304)后，其耐化學藥品的性能試驗，結果如表14表示。
試驗結果表明：濺涂不銹鋼的無紡布耐酸性良好，在氫氧化鈉溶液中，可能是氫氧化鈉使滌綸纖維產生水解致使金屬脫落。
濺鍍鋁、銅和不銹鋼的滌綸織物，其耐光(電弧法)、洗滌和摩擦牢度試驗結果如表15所示：
表15 濺鍍織物的染色堅牢度
|
牢度\濺鍍 |
A1 |
SUS |
Cu |
備注 |
||
|
耐光 |
4～5 |
4～5 |
4～5 |
照射20hr |
||
|
洗滌 |
裉色 |
4～5 |
4～5 |
1～2 |
A-2法 |
|
|
沾色 |
滌綸 |
5 |
5 |
5 |
||
|
棉 |
5 |
5 |
5 |
|||
|
摩擦 |
干 |
2 |
1～2 |
2 |
試驗機Ⅱ型 |
|
|
濕 |
4 |
4～5 |
4 |
|||
說明濺鍍金屬膜的耐光牢度照射20小時后仍良好，洗滌后幾乎不沾色，鍍銅的易于變色，濕摩擦牢度較干摩擦好。
（6）其它：
濺鍍金屬織物的性能除上述外，還有抗菌防臭功能，根據日本大阪府立產業技術總研究所稱，還可開發光干擾發色的產品。
5．用途
目前，濺鍍由于成本較高，尚只能少量生產，一定程度上限制了它的推廣應用，只是在一些特殊場合下，尤其是它的組合層產品，能滿足其它方法無法達到的性能要求例如：計算機和其它電子設備的電磁干擾屏蔽，即制成簾或罩去阻隔電子竊聽，導電材料、紅外線反射材料，窗戶節能系統，控溫毯，以及太空及軍事方面的應用等。
五．結語
織物金屬化處理是改變織物(纖維)表面性能的工藝技術，屬材料科學中廣泛應用的表面處理范疇?？椢锝浗饘倩幚砗?，不僅未變改纖維原有的特征(如剛柔性、服用性、可裁剪和縫紉性等)，同時，增加一些新的功能性(如電磁波干擾屏蔽，吸熱蓄熱性等)，擴大了織物適用的領域。
金屬化織物除在服裝和室內裝飾方面增添了新的產品外，在各產業部門已開拓了廣闊的發展前景。其主要用途為：各種要求的防護服(防熱輻射、防金屬飛濺等)，遮光和節能窗簾、隔熱罩、焊工安全屏、管道包扎物、熱氣球、安全標志、包裝材料、食品微波加熱包裝袋、電磁波和射頻干擾屏蔽材料、紅外線反射、雷達反射材料、防竊聽以及太空和軍事等方面。
織物的金屬化處理技術，是以金屬粉末(片狀)和其原子或分子狀態，由直接或間接方式附著在織物表面上的，其附著牢度與加工時的工藝技術條件直接有關。上述的化學鍍、涂層(層壓)、真空鍍和濺鍍，其基本原理可視作涂層整理，以致有人稱濺鍍為電子涂層了。
在當前的織物金屬化處理的產品中，以能大批量生產的涂層(層壓)和化學鍍加工的為大宗?；瘜W鍍生產過程中有含重金屬離子污水的排放，其發展必將受到環境保護的制抑。從產品綜合性能上看來，濺鍍產品日后將會有良好的發展前景。真空鍍和濺鍍都是在真空狀態下加工，金屬以原子或分子狀態，在織物(冷卻)表面上沉積堆砌成膜的，根據一些用電鏡觀察，纖維上金屬沉積層厚度稍差異，即與坩鍋或標靶垂直面的沉積層稍厚些。
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