Металлизация

Компанией «Технические ткани» разработан метод металлизации синтетических текстильных материалов ионно-плазменным распылением. Суть метода заключается в том, что на поверхности ткани или нетканого полотна осаждается тонкая пленка металла или сплава, придающая им новые свойства. Обработка происходит в условиях низкотемпературной плазмы, при этом материал сохраняет мягкий гриф, воздухо и влагопроницаемость, драпируемость и прочностные характеристики.

Металлический слой существенно повышает удельное поверхностное электрическое сопротивление материала, что придает ему отличные антистатические свойства. Такие ткани и нетканые материалы совершенно не электризуются при эксплуатации. Более того, можно изготовить электропроводящий текстильный материал, способный паяться.

Металлизированные ткани и нетканые материалы обладают хорошим экранирующим эффектом, обеспечивают защиту человека и техники от воздействия электромагнитных полей и инфракрасного излучения.

Для нанесения покрытия мы используем: алюминий, бронзу, серебро, сплавы титана, нержавеющую сталь и другие металлы.

Металлизированные ткани и нетканые материалы могут применяться в следующих областях:

• изготовление взрывобезопасных фильтров для угольных шахт, предприятий химической, металлургической, пищевой и фармацевтической промышленности;
• изготовление теплоотражающих покрытий;
• изготовление материалов, не допускающих присутствия статического электричества;
• шторы «чистых комнат» и в операционных;
• изготовление спецодежды персонала, работающего в электронной промышленности и энергетике, в целях защиты от вредного воздействия ВЧ и СВЧ излучений;
• изготовление бактерицидных фильтров.

Полезно знать

В настоящее время все более актуальной становится необходимость производства и использования металлизированных текстильных материалов. На сегодняшний день такие материалы востребованы и в ближайшем будущем спрос на них будет расти. Это связано, прежде всего, с ростом количества источников электромагнитного «загрязнения» окружающей среды, вызванного появлением сотовой связи, персональных компьютеров и других источников ВЧ- и СВЧ- излучения. Изготовление одежды, экранирующей от электромагнитных полей, ИК-излучения, получение текстильных материалов с антистатическими, бактерицидными, электропроводящими, радиоотражающими, теплоотражающими и другими специальными свойствами требует использования металлизированных текстильных материалов. Металлизированные ткани и нетканые материалы по своим свойствам более универсальны, чем металлизированные пленки, производство которых налажено, но которые не пригодны для изготовления одежды и других изделий. Другое дело — металлизированный текстильный материал. Ткани, как известно, пропускают через себя водяные пары и воздух, они хорошо драпируются, прекрасно облегают любые выступы и впадины покрываемых поверхностей, устойчивы к физико-механическим воздействиям и, наконец, они намного долговечней пленок.

Существующие методы металлизации текстильных материалов из растворов электролитов экологически вредны т.к. при их производстве используются агрессивные и токсичные вещества, требующие утилизации. Текстильные материалы, металлизированные электрохимическим методом, имеют плохой товарный вид, жесткий гриф, покрытие обладает недостаточной адгезией к субстрату. Кроме того, данный способ не позволяет с достаточной точностью контролировать электропроводность ткани и другие ее свойства, имеющие большое значение для дальнейшего применения.

Существует также возможность металлизации текстильных материалов методом вакуум-термического испарения. Однако этот способ ограничивается возможностью напыления на текстильные материалы только тонких пленок алюминия, что существенно ограничивает его применение. Кроме того, процесс с трудом поддается контролю и получение тонких пленок алюминия заданной толщины (сопротивления) весьма проблематично.

Нами предлагается использовать для металлизации текстильных материалов метод магнетронного распыления, получивший широкое применение в микроэлектронике, однако до сих пор практически не применявшийся в текстильной промышленности. Метод основан на использовании аномального тлеющего разряда в инертном газе, с наложением на него кольцеобразной зоны скрещенных неоднородных электрического и магнитного полей, локализующих и стабилизирующих газоразрядную плазму в прикатодной области. Положительные ионы, образующиеся в разряде, ускоряются в направлении катода, бомбардируют его поверхность в зоне эрозии, выбивая из нее частицы материала. Покидающие поверхность мишени частицы осаждаются в виде пленки на подложке (ткани). Высокая кинетическая энергия частиц обеспечивает хороший уровень адгезии образующейся пленки к подложке.

Метод магнетронного распыления реализуется в достаточно глубоком вакууме (порядка 5х10-5 мм рт.ст.) и позволяет наносить на ткани тонкие пленки меди, алюминия, титана, латуни, серебра, нержавеющей стали, бронзы и других металлов и их сплавов. Способ позволяет наносить на текстильные материалы также соединения некоторых металлов с кислородом или азотом. Например, можно наносить на поверхность тканей нитрид титана, получая ткань, окрашенную «под золото» или ткани с перламутровым эффектом.

Особенно необходимо отметить тот факт, что данный способ практически не загрязняет окружающую среду. Отсутствует необходимость в использовании каких-либо химических материалов, а значит – в очистке сточных вод, что должно скомпенсировать затраты, связанные с повышенным энергопотреблением оборудования в связи с необходимостью достаточно глубокого вакуумирования и использования магнетрона. Установка оборудования не требует наличия специальных инженерных коммуникаций: станций очистки сточных вод, парогенераторов и паропроводов, химстанций и т.п. Это позволяет использовать данное оборудование даже в условиях малых предприятий.

Недавно, нами была запущена в работу экспериментальная промышленная установка УМН-180. Установка имеет рабочую ширину 180 см и позволяет металлизировать ткани, нетканые полотна и пленки шириной до 170 см. При этом на поверхности материала осаждается тонкая пленка настоящего металла или сплава, придающая тканям благородный и оригинальный оттенок, например, перламутровый или металлический блеск нержавеющей стали, титана, золота, серебра, алюминия, бронзы и т.п. Указанные цвета и оттенки не достижимы ни одним из известных на сегодняшний день способов облагораживания текстильных материалов: гладкое крашение, пигментная печать, металлизация из растворов электролитов, вакуум-термическое испарение.

Поскольку обработка тканей происходит в мягких условиях, так называемой низкотемпературной плазмы, ткань сохраняет мягкий гриф, воздухо- и влагопроницаемость, драпируемость, прочностные характеристики.

Напыление слоя металла приводит к появлению у ткани электрической проводимости. В отличие от других способов металлизации, способ магнетронного распыления позволяет достаточно тонко регулировать толщину металлического слоя, а значит и его сопротивление, что очень важно при создании структур с определенной проводимостью. Появление проводимости приводит к тому, что синтетические ткани или нетканые материалы приобретают антистатические свойства. Это весьма важно, например, для создания искробезопасных фильтров использующихся на взрывоопасных производствах (угледобывающая, деревообрабатывающая, пищевая промышленность).

Б.Л. Горберг, Заведующий лабораторией ионно-плазменных процессов ИГХТУ, к.т.н. с сайта ivtechnomash