与本发明有关的纤维板是包含纤维板的一种功能性纤维板, 该纤维板包括合成纤维,其一面或者双面被涂覆含有金属氧化物 的物理气相沉积膜,上述金属氧化物的特征在于:包含普通氧化 物作为主要成分、并含有少量具有低于普通氧化物化合价的氧化 物的混合物。
本发明中使用的合成纤维包括用于通常的编织和针织应用的 热塑性合成纤维,例如,聚酯纤维、尼龙纤维、
丙烯酸类纤维 (acrylic fiber)和聚酰亚胺纤维等。特别是从低
含水量、容易进 行金属和金属氧化物的物理气相沉积以及优异的气相沉积膜耐用 性的观点来看,其优选为聚酯纤维。该合成纤维可以是人造短纤 维或长丝形式的;在无纺织物的制造中不经过改性而使用化学短 纤维或长丝;但是,当作为用于编织物(woven goods)或者针织 物(knit goods)的结构纱而使用时,优选例如单丝纱和复丝纱等长 丝纱。
在本发明中,利
用例如真空气相沉积、离子束法、溅镀法等 物理气相沉积的方法,优选溅镀法,在上述纤维板的一面或者两 面上形成含有金属氧化物例如钛氧化物的薄膜。上述金属氧化物 包括含有负2价氧的普通氧化物作为主要物质,并且其中混和少 量具有低于普通氧化物的化合价的氧化物作为次要成分(下文称 为的较低价氧化物)。例如,在钛的氧化物中,四价氧化物TiO2 被认为是普通氧化物,二价氧化物TiO和三价氧化物Ti2O3被认 为是较低价氧化物。所以,钛氧化物的气相沉积膜是通过上述普 通化合价的氧化物(四价氧化物)和较低化合价的氧化物(二价 或三价氧化物)的混合物而形成的。
在如溅镀等物理气相沉积中,当在含有微量氩气的密闭反应 室中溅射
蒸发金属时,金属被供应至室中的少量氧气所氧化,并 被
吸附在纤维板上,但是,当所供应的氧气的量达到生产普通氧 化物所需的足够量时,只生成普通氧化物,同时,目标金属的表 面被氧化,从而大幅减少蒸发的金属量,产率降低。
相反,当所供应的氧气量低于普通氧化物生产所需的量时, 上述较低价氧化物与普通氧化物同时生成,这些较低价氧化物以 混合物的形式吸附在纤维板上,此外,由于目标表面没有被氧化, 蒸发的金属量没有降低,从而防止产率的降低。所以,通过形成 含有上述混合物的气相沉积膜、调整气相沉积膜的厚度可以向气 相沉积膜提供电导性、防热性以及其他功能并保持透明性。而且, 在上述溅射的情况下,通过向氩气和氧气中混合微量的氮气,可 以将产率提高至更好的水平。
为了将供应的氧气量调整至低于生产普通氧化物所需的量, 最好在蒸发的金属通过溅射时产生
等离子体时,测定由蒸发金属 发出的光特有的
亮度,例如,发光度,并调节供应的氧气量使发 光度维持在恒定的水平。例如,在金属为钛的情况时,当钛经过 溅射蒸发生成等离子体时发出
波长为453nm的可见光,在缺乏氧 气的情况下,蒸发速度达到最大,亮度最强;当供应过量的氧气 时,蒸发速度达到最小,亮度也降低。因此,根据发光度调节氧 气的供应量可以控制较低价氧化物的数量。而且,还可以利用任 何理想的与发光度相关的强度指标来替代发光度本身。
具有低于上述普通氧化物的化合价的氧化物,换句话说,较 低价氧化物的混合含量优选为全部氧化物的0.1-20重量%;当 混合物含量低于0.1重量%时,不能获得功能例如电导性和防热 性,而且,产率显著降低;相反,当含量大于20重量%时,金属 颜色很明显,而且,可见光的透明度不够,纤维板的特性丧失。 此外,上述物理溅
镀膜的厚度优选为5-500nm,特别地为30- 300nm;当厚度低于5nm时,不能获得例如电导性、防热性、红 外照射阻断、紫外照射阻断等功能,当厚度大于500nm时,就不 能看见纤维板的结构纤维、颜色、图案等,从成本的观点来看, 也很难达到实际运用。
而且,对于可见光在波长550nm的透光率,上述物理气相沉 积膜的透光率优选为30%以上,当低于30%时,纤维板表面的颜 色和图案[和]纤维不再是可见的,纤维板的特性丧失。
此外,红外线照射和紫外线照射的透光率是通过较低价的氧 化物的混合物含量而确定的,但是,当目标包括阻断红外线照射 时,优选将上述混合物含量设定在较高水平并将波长1000nm的 红外
辐射透光率抑制到70%以下。另外,当目标包括阻断紫外线 照射时,优选将上述混合含量设定在较低水平,并将波长400nm 的
紫外辐射透光率抑制到50%或更少。
附图说明
图1是涉及工作
实施例1的溅射装置的截面图。
图2是表示气相沉积膜的透光率的曲线图。
图3是表示气相沉积膜的光反射率的曲线图。
发明实施例
实施例1
作为纤维板,利用使用聚酯纤维复丝纱作为经线和
纬线的编 织织物,通过溅射在纤维板表面形成厚度为5-50nm、优选为30 -300nm的钛氧化物的透明涂层。
图1表示溅射装置的一个例子,可密闭的室10被水平分隔物 11分成位于下面的溅射室12和位于上面的织物室13,在下面的溅 射室12的中间,含有钛的平板靶14被固定于半空的靶源15上, 利用经过该靶源15的冷水从底部冷却靶14。将
阳极16水平地固 定在靶14的右上方和左上方,在该阳极16和靶14之间,利用直 流电源17,施加200-1000V的直流
电压。
将水冷的圆筒18水平地固定在上述阳极13的上方并自由旋 转,在其左上方和右上方分别水平地固定纤维板传送轴19和纤维 板F卷绕轴20,而且,这些轴可以自由旋转。因此,缠绕于传送 轴19的预处理纤维板F被拉出,并通过在左上方的导轮21缠绕 于上述水冷圆筒18,通过在右上方的导轮22而缠绕在卷绕轴20 上。另外,将真空
泵23、供应氩气的钢瓶24和供应氧气的钢瓶 25分别连接于上述室10。
在上述装置中,转动传送轴19、卷绕轴20和水冷圆筒18, 织物F在水冷圆筒14上冷却的同时,以固定的速度沿逆
时针方向 传送,将织物F的表面
温度维持在60℃以下。另一方面,驱动真 空泵23降低室10的内压
力至约1.3×10-3Pa,接着,分别从供 应氩气的钢瓶24和供应氧气的钢瓶25输入氩气和氧气以调节室 10的内压力至大约1×10-2Pa,然后进行溅射,从靶14发出的 钛与氧气反应而形成钛氧化物,氧化物粘附在上述纤维板F上形 成透明的物理气相沉积膜。
此时,当观察到通过靶14上方的等离子体的蒸发的钛的亮度 时,进行溅射;在这期间,通过调节从供应氧气的钢瓶25输送至 室10的氧气的量,将上述蒸发钛的发光度或者任何理想的与发光 度相关的强度指标控制在上述试验测得的固定的水平;用这种方 法,钛的氧化物包括普通氧化物和较低价氧化物[的混合物],形成 较低价氧化物的数量占金属氧化物的总量为0.1-20重量%的混合 物吸附在纤维板F上。此外,调节纤维板F的移动速度,从而使 含有上述钛氧化物的物理气相沉积膜的厚度为5-500nm。
在上述工作实施例中,当供应至室10的氧气量被设定得更 高,并且,当发光度被设定得更低时,普通氧化物增加,较低价 氧化物减少,物理气相沉积膜的透明度增加。另一方面,当供应 的氧气量被设定得更低,并且,当发光度(强度)被设定得更高 时,普通氧化物减少,较低价氧化物增加,物理气相沉积膜的透 明度降低,金属颜色变得更强烈。而且,通过上述的发光度的调 节,可以将可见光的透光率维持在20%或更高,而将红外射线的 透光率或者紫外射线的透光率抑制在70%或更低。
通过使用含有聚酯纤维复丝纱的经编针织物(warp-knit fabric)作为上述纤维板,除此之外,通过按照上面的描述进行溅 射而获得具有
导电性和防热性纤维板,此外,其被赋予经编针织 物的特性,并具有30%或更高的可见光透光率、70%或更低的红 外射线透光率或紫外射线透光率。
另外,通过使用含有聚酯长丝的纺丝粘合无纺织物作为上述 纤维板,除此之外,通过按照上面的描述进行溅射,从而获得具 有导电性和防热性纤维板,其被赋予纺丝粘合的无纺织物特性, 并具有30%或更高的可见光透光率、70%或更低的红外射线透光 率或紫外射线透光率。
实施例2
利用图1中的溅射装置,在含有编织物、针织品或者无纺织 物等的纤维板的一个表面上进行溅射,从而形成上述物理气相沉 积膜,之后,暂
时移开上述纤维板,然后,倒转正
反面并重新连 接至溅射装置,接着,与上述同样地在另一面上进行溅射,从而 制得纤维板,该纤维板在正反面上具有上述物理气相沉积膜,并 具有30%以上的可见光透光率、70%以下的红外线透光率或者紫 外线透光率,而且,其被赋予纤维板的特性以及可见的颜色和图 案,而没有金属颜色。
实施例3
在上述密闭的室内,成排安装2套气相沉积装置,在
正面和 背面上连续地进行溅射以形成上述物理气相沉积膜。例如,1号水 冷圆筒和2号水冷圆筒平行地安装在密闭反应室内中心的左右两 边,位于左边的1号水冷圆筒沿逆时针方向与位于右边的2号水 冷圆筒沿着顺时针方向分别旋转;溅射是通过从左边缠绕纤维板 进行以至纤维板的背面与1号水冷圆筒的下半部分
接触,接着,[板] 引向2号水冷圆筒的右上方,溅射通过从右边缠绕纤维板开始以 使纤维板的正面与2号水冷圆筒的下半部分接触而进行。
作为工作实施例1中的纤维板F,使用将聚酯复丝用于经线 和
纬纱的190支的塔夫绸(taddeta),通过溅射在其中一个表面 上形成钛氧化物的透明物理气相沉积膜。使用“双
磁控管阴极等 离子发射探测器”(“von Alden”,Germany)控制氧气供应量; 利用
准直管(collimator)取出对金属钛特有的单色光(波长 453nm)而测定发光度,上述发光度表示为强度,其中,氧气供 应为零时的发光度为100,氧气供应过量时的发光度为10;当强 度设定为50时,获得试样A。当强度设定为30时,获得试样B。
利用
X射线光
电子分光光度法分析试样A和试样B的物理气 相沉积膜的组成。SSX-100型X射线
光电子分光光度计(SSI Co.) 用作分析装置。用单色的AlKα(100W)作为x射线发射源而进 行分析,在强度为50的试样A中,在四价的普通氧化物中大约存 在5%的三价的较低价氧化物Ti2O3。而且,在强度为30的试样 B中,几乎全部用四价普通氧化物TiO2形成气相沉积膜。气相沉 积膜中的钛和氧的比例在试样A中为1/2.15,在试样B中为 1/2.39。此外,比较上述试样A和试样B的外观,该比较结果与 上述分析结果示于表1.
表1
试样A 试样B 强度 气相沉积膜的厚度(μm) 外观 钛/氧(
原子比例) 低价氧化物含量 50 50 无色透明 1/2.15 5% 30 50 无色透明 1/2.39 0%
在厚度为50μm的含有聚对苯二
甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)的透明薄膜上形成上述钛氧化物的气相沉积膜,从 而测量上述气相沉积膜的电导性和透光率。此时,通过分6个步 骤改变强度70,60,50,40,30,20而制备试样1-6.然后,分 别对这些试样1-6测定电导性、波长400-1000nm的透光率和光 反射率。电导性示于表2,透光率示于图2,光反射率示于图3。
表2
试样编号 1 2 3 4 5 6 强度 70 60 50 40 30 20 电导率(Ω/cm) 8×103 1×104 7×104 4×107 - -
如上述表2所示,当以
电阻值比较电导率时,强度为70、含 有最低价氧化物的试样1具有最低的电阻值;随着较低价氧化物 的量减少时,电阻值按照强度为60的试样2、强度为50的试样3、 强度为40的试样4的次序降低;强度为30的试样5和强度为20 的试样6的电阻值不能测量,其电导率基本为零。
此外,关于如图2所示的透光率,低强度的试样4-6具有高 透光率,透明性增加,相反,高强度的试样1-3的透明度降低, 外观表现出金属颜色的倾向。而且,强度为20的试样6,在包括从 波长400nm至1000nm的紫外线至红外线整个范围内的透光率为 60%或更高。在强度为30的试样5中,波长400nm的紫外线透 光率小于50%,但是,对于剩余的可见光和红外线,其透光率为 50-70%。强度为40的试样4中,红外线透光率小于70%,虽 然表现出稍类似于试样3的趋势。
另外,强度为50的试样3中,波长550nm的可见光透光率 约为50%,400nm的紫外线透光率约为45%,波长1000nm红 外线透光率约为43%。此外,强度为60的试样2中,从波长400nm 的紫外线至波长700nm的可见光范围内,观察到大致相等的在 40-45%的范围内的透光率;波长超过700nm时,透光率逐渐降 低,在红外线波长1000nm的透光率约为35%。另外,强度为70 的试样1中,从波长400nm的紫外线至波长1000nm的红外线, 透光率从37%逐渐降低至30%,而且上述膜在波长400nm处的 透光率约为85%,在波长550nm处的透光率约为88%,在波长 1000nm处的透光率约为89%;向右存在非常微弱的上升趋势。
另一方面,如图3所示,在低强度的试样4-6中,光反射率 向右具有稍微的下降趋势,在高强度的试样1-3中,向右表现出 稍微升高的趋势。然而,强度为20的试样6在可见光范围内的波 长500-600nm,表现出约28%的最高反射率,在紫外线一侧上 存在突然下降的拐点,而红外线一侧是逐渐下降的,曲线呈现出 山的形状。并且,在强度为30的试样5和强度为40的试样4中, 向右的下降趋势差不多相同,波长400nm的反射率约为33%, 波长1000nm的反射率为17-19%。
此外,强度为50的试样3,在可见光范围内的波长500- 600nm表现出约19%的最低反射率,波长400nm和1000nm的 反射率逐渐增加至22%~23%。另外,强度为60的试样2,在 波长550nm以下,表现出大致相同的16-17%的光反射率,波 长1000nm的光反射率逐渐上升至26%。另外,强度为70的试 样1中,光反射率大致与波长呈线性地增长,在波长400nm处约 为18%,在波长1000nm处约为37%。而且,膜本身的光反射率, 在400-1000nm的整个波长范围内,表现出约11%的定值。
如上所述,由于在本发明涉及的功能性纤维板中,构成物理 气相沉积膜的金属氧化物不但含有普通氧化物,还含有少量较低 价氧化物,通过在混合物的量中设置较低价氧化物的量,可以保 持气相沉积膜的透明性,而使得纤维板的颜色和图案变得可见, 并保留了纤维板的流行性和特性,同时,利用气相沉积膜还提供 了例如电导性、防热性、红外线阻断、紫外线阻断、防尘、抗菌 和耐蚀等功能。而且,产率令人满意,并具有优异的洗涤性和抗 剥落性。因此,上述功能性纤维板非常适合于用作工业材料,例 如,网筛和
过滤器等,昆虫网、房屋涂层材料以及户外帐篷、雨 伞、室内装饰壁板材料、
天花板材料和内部材料等,其具有优异 的耐蚀性和洗涤性等,且能够满足流行性和各种功能性。
虽然上文描述了本发明的3个实施例,但是,应当理解为: 在没有背离附后的
权利要求书中体现的本发明的涵义和范围的条 件下,可以对本发明进行改变和修正。