一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用，利用不同材料和工艺制成了含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维，其具有相互配合的多层结构，通过石墨烯层、导电金属纳米颗粒层、碳纳米管层、相变层等设置，通过多次吸收和反射，实现内部多次反射衰减，提高了材料的吸收损耗，达到优异的吸波性能，可实现较宽频率范围的电磁屏蔽，使得本不具有吸波能力的原丝在低温或高温的条件下均具备优异的吸波性能；此外，在高温或严寒条件下，材料表面的相变层首先作出反应，通过吸热储能和放热散能来维持材料周围温度保持稳定，保证材料或电子器件的正常工作。保证材料或电子器件的正常工作。保证材料或电子器件的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纺织领域，尤其涉及采用碳系材料例如碳纳米管、石墨烯，或者采用无机金属纳米颗粒，或者采用碳系材料和无机金属纳米颗粒的组合对纤维、纱线或其制品进行吸波改性处理，具体涉及一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，越来越多的电磁波的应用被发现，各种电子高科技的发现为社会生产提供了更高的效率，但在造福人类的同时也给环境带来污染，甚至直接威胁到人类的健康，成为社会及科学界关注的热点问题。常用于控制电磁辐射污染的有效措施是电磁屏蔽，通过电磁屏蔽的方式将辐射强度抑制在安全范围之内。
[0003]目前，将织物制成能够实现电磁屏蔽功能的吸波织物是控制电磁辐射污染的方式之一，传统的吸波织物多是以金属基材料作为功能材料，但实践之后发现，金属基电磁屏蔽织物柔韧性差、舒适性差、工艺相对复杂，且屏蔽电磁波的方式以反射为主，易造成二次污染。
[0004]而碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯等碳系材料具有高比表面积、低密度、通用的可加工性和优异的导电性，被认为是金属材料的良好替代品，目前已有该将碳系材料作为吸波材料的研究，主要的实现方式包括：（1）采用碳系导电聚合物溶液在纤维表面聚合一层纳米薄膜，制备出吸波材料；（2）利用涂层法对织物基布进行涂层整理，以达到吸波性能；（3）采用浸渍法将碳系导电溶液浸渍在纤维纤网上制备吸波材料；然而，随着电子设备功率密度的提高，电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重，该些方法制成的吸波材料存在着电磁屏蔽效果不够且散热性能也不足的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种新的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，该方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维能够兼具优异的电磁屏蔽性能、弹性好和温度自适应功能，高温和低温条件下均能正常工作。
[0006]本专利技术同时还提供了一种上述方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维。
[0007]本专利技术同时还提供了一种上述方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维在制备吸波织物中的应用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的一种技术方案是：一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，该制备方法包括：工序（
ⅰ
）：使含有亲水基团的纤维长丝经摩擦盘假捻器作用，在假捻的过程中将改性碳纳米管分散液均匀涂覆在所述含有亲水基团的纤维长丝上，获得碳纳米管包覆的变形丝；工序（
ⅱ
）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，使其与所述碳
纳米管包覆的变形丝复合，获得复合变形丝；工序（
ⅲ
）：将氧化石墨烯分散液涂覆在所述复合变形丝上，采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且所述含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；工序（
ⅳ
）：在所述多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维；其中，工序（
ⅰ
）中，所述摩擦盘假捻器包括n个具有中空容置腔的转轴、m个具有流体通道的摩擦盘，各个所述转轴上均设置有x个摩擦盘，各个所述转轴上的摩擦盘共同构成x组摩擦盘组件，每组摩擦盘组件包括依次层叠设置的n个摩擦盘，该n个摩擦盘由每个所述转轴上的一个摩擦盘共同组合构成，且任意一个摩擦盘的转动均能带动与其层叠设置的其他摩擦盘发生转动，n、x分别为大于等于3的整数，m为n和x的乘积；各个所述转轴上的摩擦盘所具有的流体通道分别与各自对应的所述转轴上的所述中空容置腔连通，所述中空容置腔用于容纳所述改性碳纳米管分散液，所述改性碳纳米管分散液包括羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管；在摩擦盘转动的过程中，当流体通道与所述含有亲水基团的纤维长丝接触时，经由流体通道流出的所述改性碳纳米管分散液能够涂覆到所述含有亲水基团的纤维长丝上。
[0009]本专利技术方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维包含多层结构，通过各层结构之间的配合实现电磁波在吸收损耗的同时通过多次反射衰减进一步吸收损耗，达到了优异的吸波性能。
[0010]根据本专利技术的一些具体方面，工序（
ⅰ
）中，所述亲水基团为选自羧基、磺酸基、磷酸基、氨基、羟基中的一个或多个的组合。
[0011]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，工序（
ⅰ
）中，所述含有亲水基团的纤维长丝为维纶长丝。
[0012]根据本专利技术的一些优选方面，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的涂覆质量为所述含有亲水基团的纤维长丝的1%
‑
15%。
[0013]根据本专利技术的一些优选方面，工序（
ⅰ
）中，所述改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.4
‑
1.5mg/mL。
[0014]根据本专利技术的一些优选方面，工序（
ⅰ
）中，所述改性碳纳米管分散液由水以及羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管构成，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的长度为0.15
‑
12μm，外径为3.5
‑
20nm。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述改性碳纳米管分散液通过将羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管加入去离子水中，剪切分散100
‑
150min，制得改性碳纳米管分散液。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，羟基化碳纳米管、羧基化碳纳米管均可商购获得，或者按照本领域常规方法制备得到。
[0017]优选地，在本专利技术的一些实施方式中，采用羧基化碳纳米管制备改性碳纳米管分散液，所述羧基化碳纳米管的制备方法包括：将碳纳米管分散于浓硫酸和浓硝酸的混酸中，恒温磁力搅拌器下回流，微孔滤膜过滤后，用去离子水稀释滤液至中性，经真空干燥后，即得。
[0018]进一步地，浓硫酸的质量分数为70%
‑
99%，浓硝酸的质量分数为68%
‑
98%，浓硫酸与
浓硝酸的体积比2.5
‑
3.5:1。
[0019]进一步地，在羧基化碳纳米管的制备过程中，控制真空干燥的温度为50
‑
70℃。
[0020]根据本专利技术的一些优选方面，工序（
ⅰ
）中，在假捻过程中，控制摩擦盘的表面线速度与所述碳纳米管包覆的变形丝离开所述摩擦盘假捻器的速度之比为1.4
‑
2.7∶1，摩擦盘的转速为630
‑
2700rpm。
[0021]根据本专利技术的一些优选且具体的方面，工序（
ⅰ
）中，每个摩擦盘上的流体通道数量具有至少3个，每个流体通道的孔径为1
‑
5mm。
[0022]在本专利技术的一个实施方式中，工序（
ⅰ
）中，n、x分别为3，每个摩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：工序（
ⅰ
）：使含有亲水基团的纤维长丝经摩擦盘假捻器作用，在假捻的过程中将改性碳纳米管分散液均匀涂覆在所述含有亲水基团的纤维长丝上，获得碳纳米管包覆的变形丝；工序（
ⅱ
）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，使其与所述碳纳米管包覆的变形丝复合，获得复合变形丝；工序（
ⅲ
）：将氧化石墨烯分散液涂覆在所述复合变形丝上，采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且所述含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；工序（
ⅳ
）：在所述多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维；其中，工序（
ⅰ
）中，所述摩擦盘假捻器包括n个具有中空容置腔的转轴、m个具有流体通道的摩擦盘，各个所述转轴上均设置有x个摩擦盘，各个所述转轴上的摩擦盘共同构成x组摩擦盘组件，每组摩擦盘组件包括依次层叠设置的n个摩擦盘，该n个摩擦盘由每个所述转轴上的一个摩擦盘共同组合构成，且任意一个摩擦盘的转动均能带动与其层叠设置的其他摩擦盘发生转动，n、x分别为大于等于3的整数，m为n和x的乘积；各个所述转轴上的摩擦盘所具有的流体通道分别与各自对应的所述转轴上的所述中空容置腔连通，所述中空容置腔用于容纳所述改性碳纳米管分散液，所述改性碳纳米管分散液包括羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管；在摩擦盘转动的过程中，当流体通道与所述含有亲水基团的纤维长丝接触时，经由流体通道流出的所述改性碳纳米管分散液能够涂覆到所述含有亲水基团的纤维长丝上。2.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（
ⅰ
）中，所述亲水基团为选自羧基、磺酸基、磷酸基、氨基、羟基中的一个或多个的组合。3.根据权利要求1或2所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（
ⅰ
）中，所述含有亲水基团的纤维长丝为维纶长丝；和/或，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的涂覆质量为所述含有亲水基团的纤维长丝的1%
‑
15%。4.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（
ⅰ
）中，所述改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.4
‑
1.5mg/mL；和/或，工序（
ⅰ
）中，所述改性碳纳米管分散液由水以及羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管构成，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的长度为0.15
‑
12μm，外径为3.5
‑
20nm。5.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（
ⅰ
）中，在假捻过程中，控制摩擦盘的表面线速度与所述碳纳米管包覆的变形丝离开所述摩擦盘假捻器的速度之比为1.4
‑
2.7∶1，摩擦盘的转速为630
‑
2700rpm；和/或，工序（
ⅰ
）中，每个摩擦盘上的流体通道数量具有至少3个，每个流体通道的孔径为1
‑
5mm。6.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（
ⅱ
）中，所述含有导电金属纳米颗粒的纤维的原料包括聚酯、导电金属纳米颗粒，所述聚酯与所述导电金属纳米颗粒的投料质量比为1
‑
10∶1，所述聚酯的熔点为80
‑
150℃；和/或，工序（
ⅱ
）中，所述导电金属纳米颗粒的粒径为300
‑
800nm，所述导电金属纳米颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞菁，邢晓薇，刘宇清，赵友云，董立朋，王治国，
申请(专利权)人：苏州扬越高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：