Modifikace povrchu textilních materiálů

Transkript

1 Modifikace povrchu textilních materiálů Petr Louda a Jiří Militký b Günter Nocke c a) Technická Univerzita v Liberci, Katedra materiálu, Hálkova 6, Liberec, Czech Republic, petr.louda@vslib.cz b) Technická Univerzita v Liberci, Katedra textilních materiálů, Hálkova 6, Liberec, Czech Republic, jiri.militky@vslib.cz c) University of Applied Science Zittau/Görlitz, PF 1455, D-02763, BRD Abstract One of ways to enhance useful value of the solid matter is positive influencing of its surface properties. Besides of "conventional" technologies of surface treatment of textile material as are procedures of laminating, depositing etc. begines the enforcement of modern plasma technologies of surface treatment. These technologies can be characterised like a quantitative step for some surface properties - e.g. chemical resistance (highly surpassing values for traditional treatments), both heat and electrical conductivity (that can be quite different from value of substrate), reflexivity, high temperature resistance (so called temperature barrier), wear resistance (due to high hardness of the coating), appearance etc. These technologies in comparison with "conventional" technologies of surface treatment are favourable from technological point of view, because these are practically wasteless and and minimum disposing with harmfull chemicals occurs. The submitted work gives an overview of exploitation possibilities of plasmatically created coatings at finishing of textile materials first of all regarding to current abilities of coating centers and needs both of production practice and consumer industry. 1. ÚVOD Jednou z cest, jak úspěšně zvýšit užitnou hodnotu pevné látky, je pozitivní ovlivnění jejich vlastností na povrchu. Vedle "konvenčních" technologií úpravy povrchu textilního materiálu, se v poslední době začaly prosazovat moderní plazmové technologie povrchových úprav. Jedná se především o povlakovací technologie typu PVD ( Physical Vapour Deposition ). Tyto technologie je možno charakterizovat, jako kvalitativní skok u některých vlastností povrchu - např. chemická odolnost ( vysoce převyšující hodnoty tradičních úprav ), vodivost tepelná i elektrická ( které mohou být zcela odlišné od substrátu ), reflexivita ( např. pro svrchní oděvy ), odolnost proti vysokým teplotám ( tzv. teplotní bariera ), otěruvzdornost ( díky vysoké tvrdosti povlaku ), barevnost, vzhled atd.. Jejich průmyslové nasazení v ČR může částečně zmírnit propad textilního průmyslu díky vyšší přidané hodnotě a výhodnějšímu poměru cena/hmotnost.

2 2. POVLAKOVACÍ TECHNOLOGIE Vzhledem k podmínce nízkých povlakovacích teplot jsou pro modifikaci povrchů textilních materiálů přednostně používány procesy na principu fyzikálních metod povlakování PVD ( Physical Vapour Deposition ), které umožňují povlakování kovy i jejich nitridy, oxidy atd. za nízkých teplot. Princip metody spočívá v tom, že kovová složka se v procesu převádí z pevného do plynného skupenství buď: vakuovým napařováním (evaporation), které je založeno na odpařování materiálu ve vakuu a na kondenzaci par odpařovaného materiálu na substrátu, katodovým naprašováním (sputtering) to je založeno na rozprašování pevného terče proudem kladných iontů z plazmatu obklopujícího terč a na kondenzaci částic rozprášeného terče na substrátu, reaktivním iontovým povlakováním (ion plating), kde je povlakovaný povrch bombardován vysokoenergetickými částicemi. Těmito technologiemi lze připravovat širokou škálu povlaků jako např. TiN, ZrN, HfN, CrN, TiAlN, TiAlSiN a jejich kombinace. Vrstvy jsou přitom připravovány za termodynamicky nerovnovážných podmínek, což umožňuje přípravu naprosto nových typů materiálů s unikátními fyzikálními vlastnostmi. Mezi ně se řadí především multivrstevné systémy a nanokrystalické kompozity. Pro efektivní povlakování textilních materiálů byla postavena depoziční zařízení s magnetrony umožňujícími povlakování pásů o šířce až několika metrů. 3. DRUHY POVLAKŮ Základní typy povlaků můžeme rozdělit na vzhledové a funkční. 1. povlaky vzhledové - organoleptické - ovlivňující např. omak a lesk textilního materiálu dekorativní - vrstvy dosahují teplých barevných odstínů a jejich využití pro dekorativní úpravu povrchů je proto velice vhodné barevné - barevné odstíny povlaků jsou měřeny v barevných souřadnicích podle mezinárodního systému CIEL, což umožňuje do určité míry kvantitativní vyjádření stupně barevnosti 2. povlaky funkční - bariérní - izolanty popř. vodiče - antistatické a elektrické vlastnosti, hořlavost a odolnost vůči vysokým popř. nízkým teplotám (ochranné oděvy - rukavice, vesty) reflexní povlaky - technické textilie - kosmos chemicky a biologicky odolné vrstvy - speciální filtry pro agresivní prostředí, implantáty kompozitní struktury - zesílení a tvar matrice, tvarová paměť agro-textilie - podkladové vrstvy, drenáže Každá ze skupin má své specifické vlastnosti přizpůsobené pro konkrétní použití. Povlaky umožňují mimo jiné také tvorbu gradientních povrchů, které vznikají na základě multivrstev při povlakování.

3 4. APLIKAČNÍ MOŽNOSTI Povlakování textilních materiálů přinese v nejbližší době rozšíření možností optimalizace jejich užitných vlastností jako např. zvýšení odolnosti proti otěru ( zapříčiněné vysokou tvrdostí povlaků ). Dále jejich využití v medicíně díky určitým antibakteriálním účinkům některých povlaků, zejména TiN a ZrN. Důležité je také povlakování některých protetických výrobků, jak ve stomatologii, tak např. v ortopedii. Vhodné povlaky totiž vedle chemické ochrany vykazují i podstatně vyšší biokompatibilitu než základní materiál. Využití reflexních a tepelně-odolných povlaků na technických textiliích je možno předpokládat např. na svrchních oděvech pro extrémní podmínky - skafandry v kosmickém prostoru, metalurgické provozy, hasičské a záchranářské sbory. Značný rozvoj modifikací povrchu za účelem tvorby tzv. inteligentních materiálů lze předpokládat v textilním průmyslu pro volný čas, především pro sportovní potřeby. Na následujících obrázcích Obr. 1 - Obr. 5 jsou prezentovány PVD povlaky vytvořené na různých podkladových materiálech ve firmě Techno-Coat Oberflächentechnik GmbH, Zittau, BRD na průmyslovém povlakovacím zařízení HTC 1000/4 ABS TM. Za pozornost vedle klasických textilních materiálů jako např. polyamidy a polyestery stojí povlakované tkaniny ze skelných popř. uhlíkových vláken. Obr. 1 Ti povlak na tkanině z polyamidového vlákna Nylbag 940 Obr. 2 CrN povlak na tkanině ze skelného vlákna GW

4 Obr. 3 Ag povlak na tkanině z polyesterového vlákna Polytex 350 5x Obr. 4 Ag povlak na netkané textilii Colbond Wovens W100 8x Obr. 5 NbN povlak na aramidovém vlákně Kevral Kerbgeweb Hledání dalších vhodných aplikací PVD povlaků na textilních materiálech je dalším cílem autorů tohoto příspěvku.

5 5. ZÁVĚR Předložená práce podává přehled o možnostech využití plazmaticky vytvářených povlaků při úpravě textilních materiálů především s ohledem na současné možnosti povlakovacích center a potřeby výrobní praxe i spotřebního průmyslu. Při rostoucím masovém nasazení těchto povlakovacích technologií současně klesá cena povlakování a tím se postupně odbourává jedna z hlavních překážek většího rozšíření těchto technologií. Další překážkou jsou technická omezení, ta jsou ale také postupně odstraňovány. Tyto technologie v porovnání s "konvenčními" technologiemi povrchových úprav vychází také příznivěji z ekologického pohledu, neboť jsou prakticky bezodpadové a používání škodlivých chemikálií je minimální. 6. POUŽITÁ LITERATURA [1] SEDLÁČEK, V.: Povrchy a povlaky kovů, ČVUT Praha, [2] BURAKOVSKI, T. - WIERZCHON, T. : Inžynieria powierzchni metali, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, [3] MITURA, E. - MITURA, S. - NIEDZIELSKI, P. - HAS, Z. - WOLOWIEC, R. - JAKUBOWSKI, A. - SZMIDT, J. - SOKOLOWSKA, A. - LOUDA, P. - MARCINIAK, J. - KOCZY, B.: "DLC coatings for biomedical applications", Diamond Rel. Materials, 3(1994)896. [4] MITURA, S. - NIEDZIELSKI, P. - JACHOWICZ, D. - LANGER, M. - MARCINIAK, J. - STANISHEVSKI, A. - TOCHINSKI, E.- LOUDA, P. - COUVRAT, P. - DENIS, M. - LOURDIN, P: Influence of Carbon Coatings Origin on the Properties Important for Biomedical Application, Diamond and Related Materials, 5(10)(1996). [5] LOUDA, P. - NIEDZIELSKI, P.- PRZYMUSIALA, P: Biocompatibility of nanocrystalline Diamond films. 7th International Summer School Mielno '96 "Modern Plasma Surface Technology" Poland (1996). [6] HOLSTEIN, F. - LOUDA, P.: Bio-compatible Low Reflective Coatings for Surgical Tools using Reactiv DC-Magnetron Sputtering and Arc-Evaporation a Comparison regarding Steam Sterilization Resistance and Nickel Diffusion, 26 th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films, San Diego, USA, April 12-15(1999) G1-8. [7] DIETZEL,Y. - PRYBOROWSKI,W. - NOCKE, G. - OFFERMAN, P. - HOLSTEIN, F. - MEINHARDT, J.: Investigation of PVD coatings on polyamid fabrics. Surface and Coating Technology 135 (2000)