一种吸波复合大纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于吸波大纤维技术领域，具体涉及吸波复合大纤维，为海藻酸类化合物、二维黏土材料、纤维素和碳纳米管交联复合的宏观大纤维，且其纤维中负载有金属盐。本发明专利技术还公开了所述大纤维的制备方法及其在吸波领域的应用。本发明专利技术研究发现，所述的大纤维具有良好的吸波性能和机械性能。性能和机械性能。性能和机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种吸波复合大纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米黏土基吸波复合材料
，具体涉及吸波大纤维


技术介绍

[0002]进入21世纪以来，电子化和信息化技术发展的势头愈发迅猛，各种电子和通信设备进入了人们的日常生活。在有限的空间内，人体无法承受高强度的电磁辐射，高精尖的设备也无法在电磁干扰下正常运行，可以说电磁辐射已然成为一个棘手且亟待解决的难题。
[0003]电磁波吸收材料，通过将电磁能量转化为热能以及其它形式的能量，实现对电磁波的衰减与吸收，可以在很大程度上解决电磁污染以及雷达隐身问题。因此，基于人民安全防护意识的增强与电磁污染防护的需求，开发具有较宽的吸收频带、较大的吸收程度、较薄的高性能吸收材料已迫在眉睫。
[0004]然而，现有的吸波材料主要是铁氧体之类的吸波材料，其因自身密度大、有效吸波频段窄、匹配厚度大等缺点已无法满足新时代对吸波材料的要求。另外，其容易团聚，从而降低磁导率和磁损耗、恶化吸波性能。因此，开发出轻质高效的电磁波吸收材料不管是对国土安全还是日常生产生活都有着建设性的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术第一目的在于，提供一种防止电磁波污染，成本低，加工方便，防辐射能力强的吸波复合大纤维(本专利技术也简称为大纤维)。
[0006]本专利技术第二目的在于，提供一种吸波复合大纤维的制备方法。
[0007]本专利技术第三目的在于，提供所述的吸波复合大纤维在吸波领域特别是吸波纺织领域中的应用。
[0008]一种吸波复合大纤维，为海藻酸类化合物、二维黏土材料、纤维素和碳纳米管交联复合的宏观大纤维，且其纤维中负载有金属盐；
[0009]所述的纤维素为复合的纳米纤维素；
[0010]所述的金属盐为亚铁、钴中的至少一种元素的水溶性盐。
[0011]本专利技术所述的吸波大纤维，通过纤维素、二维黏土材料、碳纳米管、海藻酸类化合物相互交织连接，以自组装的方式交织形成具有宏观尺度的纤维。该复合纤维基于各成分以及形貌的协同，可以表现出优异的机械以及吸波性能，研究发现，本专利技术所述的复合纤维在整个2
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18GHz频段内，具有较大的介电常数与损耗因子，这使该材料成为一种新型的对2
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18GHz频段电磁波吸收的吸波复合材料，可用于纺织领域减少电磁辐射对人体的伤害。
[0012]本专利技术中，黏土材料、纤维素和碳纳米管协同成分交织形成的纤维基质以及纤维基质中负载的金属盐的进一步协同是改善所述大纤维机械结构和吸波性能的关键。研究还发现，进一步控制成分、比例和赋存结构，有助于进一步改善所述的大纤维的机械性能以及吸波性能。
[0013]本专利技术研究发现，采用二维结构的黏土材料有助于和所述的其他成分以及结构联
合实现协同，有助于改善大纤维的机械性能，还能意外地改善吸波性能。
[0014]作为优选，所述的二维黏土材料为蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种。
[0015]优选地，所述的二维黏土材料沿纤维长度方向有序排列。本专利技术研究发现，该优选结构的材料，有助于进一步改善大纤维的机械性能以及吸波性能。
[0016]本专利技术中，复配的纳米纤维素能够和其他成分协同，有助于改善大纤维的吸波以及机械性能。
[0017]优选地，纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的两种及以上的混合物；
[0018]进一步优选，所述的纤维素为纤维素纳米晶和细菌纤维素；更进一步优选，二者的重量比为1～3：1～3。
[0019]优选地，所述的金属盐为亚铁、钴中的至少一种元素的水溶性盐，进一步优选为氯化亚铁、氯化钴、硫酸亚铁、硫酸钴中的至少一种。采用优选的金属盐，能够改善大纤维的吸波等性能。
[0020]优选地，所述的金属盐包含亚铁和钴盐；进一步优选的亚铁和钴的摩尔比为1～4：0.5～1；进一步优选为1～2:1。
[0021]优选地，所述的海藻酸类化合物为水溶性的海藻酸及其盐，优选为海藻酸钠、海藻酸钾中的至少一种。
[0022]本专利技术中，所述的金属盐浸润渗透在大纤维材料体系中。
[0023]本专利技术中，所述的吸波复合大纤维，各成分的重量百分比为：
[0024]二维黏土材料10～40wt.％；
[0025]纤维素5～15wt.％；
[0026]碳纳米管5～20wt.％；
[0027]金属盐1～10wt.％；
[0028]余量为海藻酸交联基础纤维。
[0029]优选地，所述的纳米黏土基吸波复合大纤维具有粗糙表面；
[0030]优选地，单根纳米黏土基吸波复合大纤维的直径为20
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200μm。
[0031]本专利技术还提供了一种纳米黏土基吸波复合大纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0032]步骤(1)：获得分散有二维黏土材料和纤维素的分散液A；获得分散有碳纳米管的海藻酸类化合物的分散液B；所述的纤维素为复合的纳米纤维素；
[0033]步骤(2)：将分散液A和分散液B混合，得到纺丝原液；将纺丝原液挤到凝固液中进行交联，得到原丝；所述的凝固液为溶解有能促进海藻酸及其盐交联的助剂；
[0034]步骤(3)：将得到的原丝进行定向干燥，得到干丝；
[0035]步骤(4)：通过浸渍方法在干丝中负载金属盐，制得所述的纳米黏土基吸波复合大纤维；
[0036]所述的金属盐为亚铁、钴中的至少一种元素的水溶性盐。
[0037]本专利技术人早期尝试在成丝过程中添加具有吸波功能的碳材料，旨在获得具有吸波性能的大纤维，然而事与愿违，研发初期一直难于达到预期的具有吸波性能的大纤维，专利技术人经过深入研究，初步发现导致吸波大纤维没有达到预期的原因可能是材料不兼容、团聚、材料的赋存结构不恰当等。为解决吸波大纤维难于成功制备以及机械和吸波性能不理想的
问题，本专利技术人经过深入研究发现，通过二维黏土材料、纤维素的预改性，以及碳纳米管和海藻酸类化合物的预改性，进一步配合物料成分、交联成丝手段、定向干燥以及浸渍负载金属盐工艺的联合，成功制备了吸波大纤维，材料的机械以及吸波性能得到明显改善。
[0038]本专利技术中，所述材料的形貌、预改性以及所述的成丝手段、定向干燥手段、浸渍法负载金属盐的手段的协同联合是成功实现吸波纤维制备、并改善大纤维的机械以及吸波性能的关键。
[0039]本专利技术所述的制备方法，所述的黏土材料是二维黏土材料，如此能够和制备方法中的成分以及工艺协同，改善机械强度以及吸波性能；本专利技术中，所述的二维黏土材料可以是公知的二维片层结构的黏土材料，例如可以是蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种。
[0040]本专利技术所述的制备方法中，所述的复合的纳米纤维素指由两种及以上的不同种类的纳米纤维素复合得到。作为优选，所述的纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的两种或三种。优选地，纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的两种及以上的混合物。进一步优选，所述的纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸波复合大纤维，其特征在于，为海藻酸类化合物、二维黏土材料、纤维素和碳纳米管交联复合的宏观大纤维，且其纤维中负载有金属盐；所述的纤维素为复合的纳米纤维素；所述的金属盐为亚铁、钴中的至少一种元素的水溶性盐。2.如权利要求1所述的吸波复合大纤维，其特征在于，所述的二维黏土材料为蒙脱石、高岭石、累托石中的至少一种；优选地，所述的二维黏土材料沿纤维长度方向有序排列；优选地，纤维素为纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体和细菌纤维素中的两种及以上的混合物；优选地，所述的金属盐为氯化亚铁、氯化钴、硫酸亚铁、硫酸钴、氯化钴中的至少一种；优选地，所述的金属盐包含亚铁和钴盐；进一步优选的亚铁和钴的摩尔比为1～4：0.5～1；优选地，所述的海藻酸类化合物为水溶性的海藻酸及其盐，优选为海藻酸钠、海藻酸钾中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的吸波复合大纤维，其特征在于，所述的吸波复合大纤维中，各成分的重量百分比为：二维黏土材料10～40wt.％；纤维素5～15wt.％；碳纳米管5～20wt.％；金属盐1～10wt.％；余量为海藻酸交联基础纤维。4.如权利要求1～3任一项所述的吸波复合大纤维，其特征在于，所述的二维黏土材料沿纤维长度方向有序排列；优选地，所述的吸波复合大纤维具有粗糙表面；优选地，单根吸波复合大纤维的直径为20
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200μm。5.一种吸波复合大纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)：获得分散有二维黏土材料和纤维素的分散液A；获得分散有碳纳米管的海藻酸类化合物的分散液B；所述的纤维素为复合的纳米纤维素；步骤(2)：将分散液A和分散液B混合，得到纺丝原液；将纺丝原液挤到凝固液中进行交联，得到原丝；所述的凝固液为溶解有能促进海藻酸及其盐交联的助剂；步骤(3)：将得到的原丝进行定向干燥，得到干丝；步骤(4)：通过浸渍方法在干丝中负载金属盐，制得所述的吸波复合大纤维；所述的金属盐为亚铁、钴中的至少一种元素的水溶性盐。6.如权利要求5所述的吸波复合大纤维的制备方法，其特征在于，分散液A中，二维黏土材料和纤维素的重量比为1～5：1～2；优选地，分散液A中，纤维素的浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨华明，解维闵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：