CN101135071A - 一种纳米吸波纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于吸波防辐射技术领域，它提供了一种纳米吸波纤维，其特征在于这种纳米吸波纤维是由直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒和直径为30nm～2000nm的微纳米纤维组成，纳米吸波功能颗粒与微纳米纤维的质量百分比为3～35∶65～97，利用本发明的制备方法制成的一种纳米吸波纤维不仅具有比普通吸波材料更广的吸波范围、更强的吸波性能，而且纤维本身及其产品都非常柔软，同时吸波材料存在于纤维内部，使吸波纤维的吸波性能更为持久，即使受到摩擦、洗涤等外力作用，吸波材料也不会脱落，产品的吸波性能也不会受到影响；在作为吸波材料的同时，产品还具有抗静电、抑菌、生化防护等性能。

Description

一种纳米吸波纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波防辐射技术领域，它涉及一种纳米吸波纤维及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，电磁辐射对环境的影响日益增大，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料—吸波材料，成为当今材料科学的一大课题。人类对吸波材料的研究始于二战期间，西方国家为实现军事领先，投入巨资研究吸波材料。而今，随着电信业的迅速发展，吸波材料的应用被深入到通讯抗干扰、环保及人体防护等诸多领域。  电磁辐射是通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接和间接的伤害，将吸波材料用于电器、通讯业，可以降低电磁波辐射，确保人体健康。

目前所用的吸波产品基本都是将铁氧体粉体涂覆在产品表面，或者是添加到产品的内部。铁氧体涂覆的产品一般比较柔软，但是在经受摩擦、洗涤等外力作用后很容易脱落，降低产品吸波性能。添加铁氧体得到的材料基本是工业用硬质产品，柔软性、可变形性都很差。

发明内容

本发明提供的一种纳米吸波纤维，是一种含有纳米吸波功能颗粒的微纳米纤维，利用本发明提供的制备方法制备的纳米吸波纤维不仅具有比普通吸波材料更强的吸波性能，而且纤维本身及其产品非常柔软，同时由于吸波材料在纤维内部，使纤维具有了永久性吸波性能，即使受到摩擦、洗涤等外力作用，铁氧体材料也不会脱落，产品的吸波性能也不会受到影响。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种纳米吸波纤维，其特征在于它是由直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒和直径为30nm～2000nm的微纳米纤维组成，其质量百分比为

纳米吸波功能颗粒  3～35

微纳米纤维        65～97

所述的纳米吸波功能颗粒选用锌铬铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体、镍铬铁氧体、锰锌铁氧体、铌锌铁氧体、钡铁氧体、锶铁氧体、钢铁氧体、镁锰铁氧体、钴镍铁氧体、锂锰铁氧体的纳米颗粒或碳纳米管或两者的混合物；

所述的微纳米纤维的原料选用聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒以与按步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～7∶93～99.9的比例加入按步骤(1)制备的纺丝液内制备含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液；用超声波分散设备在超声波分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz条件下对上述含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液进行1min～120min超声波分散的处理，制得含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液；

(3)将按步骤(2)制得的含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。

一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将纳米吸波功能颗粒与微纳米纤维原料的母粒或切片按质量百分比为3～35∶65～97的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米吸波功能颗粒和已熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备并采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米吸波功能颗粒在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米吸波功能颗粒的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。

与现有技术相比本发明的优点是：

本发明提供的一种纳米吸波纤维，是一种含有纳米吸波功能颗粒的微纳米级纤维，由于纤维尺度在微纳米尺寸，在量子效应和纳米效应的共同作用下，这种纳米吸波纤维不仅具有比普通吸波材料更广的吸波范围、更强的吸波性能，而且纤维本身及其产品都非常柔软，同时吸波材料存在于纤维内部，使纤维具有了永久性吸波性能，即使受到摩擦、洗涤等外力作用，吸波材料也不会脱落，产品的吸波性能也不会受到影响。在作为吸波材料的同时，产品还具有抗静电、抑菌、生化防护等性能。

具体实施方式

一种纳米吸波纤维，其特征在于它是由直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒和直径为30nm～2000nm的微纳米纤维组成，其质量百分比为

纳米吸波功能颗粒  3～35

微纳米纤维        65～97

所述的纳米吸波功能颗粒选用锌铬铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体、镍铬铁氧体、锰锌铁氧体、铌锌铁氧体、钡铁氧体、锶铁氧体、钢铁氧体、镁锰铁氧体、钻镍铁氧体、锂锰铁氧体的纳米颗粒或碳纳米管或两者的混合物；

所述的微纳米纤维的原料选用聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒以与按步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～7∶93～99.9的比例加入按步骤(1)制备的纺丝液内制备含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液；用超声波分散设备在超声波分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz条件下对上述含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液进行1min～120min超声波分散的处理，制得含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液；

(3)将按步骤(2)制得的含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。

一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将纳米吸波功能颗粒与微纳米纤维原料的母粒或切片按质量百分比为3～35∶65～97的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米吸波功能颗粒和已熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备并采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米吸波功能颗粒在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)  从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米吸波功能颗粒的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。通过下述实施例将进一步说明本发明，但不能限制本发明的内容。

实施例1：

一种聚酯纳米吸波纤维的制备方法如下：

(1)将微纳米纤维原料聚酯母粒按与溶剂的质量百分比为3∶97的比例溶于质量百分比50∶50的苯酚和对称四氯乙烷的混合溶剂内制备纺丝液；

(2)采用平均直径3nm的纳米吸波功能颗粒镍锌铁氧体以与按步骤

(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1∶99.9的比例加入按步骤(1)制备的纺丝液内制备含有纳米吸波功能颗粒镍锌铁氧体的纺丝液；在分散功率为200W、分散频率为20kHz的条件下用超声波分散设备对上述含有纳米吸波功能颗粒镍锌铁氧体的纺丝液进行120分钟的超声分散，得到含有充分分散的镍锌铁氧体的纺丝液；

(3)将按步骤(2)得到的含充分分散的镍锌铁氧体的纺丝液倒入静电纺丝装置中，在电压为5kV、溶液流量为0.1mL/h、接收距离为25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种镍锌铁氧体与聚酯微纳米纤维的质量比为33∶77、聚酯微纳米纤维平均直径为75nm的聚酯纳米吸波纤维。

实施例2：

一种聚丙烯腈纳米吸波纤维的制备方法如下：

(1)将微纳米纤维原料聚丙烯腈按与溶剂N，N-二甲基甲酰胺的质量百分比为15∶85的比例溶于溶剂N，N-二甲基甲酰胺内制备纺丝液；

(2)采用平均直径为40nm的镁锰铁氧体和平均直径为40nm的碳纳米管的混合物作为纳米吸波功能颗粒，将质量百分比为65∶35镁锰铁氧体和碳纳米管的混合物以与按步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.5∶99.5的比例加入按步骤(1)制备的纺丝液内制备含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液；在分散功率为800W、分散频率为60kHz的条件下用超声波分散设备对上述含有纳米吸波功能颗粒镁锰铁氧体和碳纳米管的纺丝液进行60分钟的超声分散，得到含有充分分散的镁锰铁氧体和碳纳米管的纺丝液；

(3)将按步骤(2)得到的含充分分散的镁锰铁氧体和碳纳米管的纺丝液倒入静电纺丝装置中，在电压为25kV、溶液流量为0.3mL/h、接收距离为15cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种镁锰铁氧体和碳纳米管的混合物与聚丙烯腈微纳米纤维的质量百分比为3∶97、聚丙烯腈微纳米纤维的平均直径为300nm的聚丙烯腈纳米吸波纤维。

实施例3：

一种聚酰胺纳米吸波纤维的制备方法如下：

(1)将平均直径95纳米的纳米吸波功能颗粒钡铁氧体与微纳米纤维原料聚酰胺66切片按质量百分比为10∶90的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物160℃条件下干燥18h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入熔融静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使聚酰胺66切片熔融并保持熔体温度292℃，将钡铁氧体和已熔融的聚酰胺66挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备采用分散功率为1200W、分散频率为120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使钡铁氧体在超声波振动作用下均匀分散在聚酰胺66熔融体内；

(3)从熔融静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的钡铁氧体的聚酰胺66熔融体在电压为50kV、接收距离为5cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波功能颗粒钡铁氧体与聚酰胺微纳米纤维的质量百分比为：10∶90、聚酰胺微纳米纤维的平均直径为1200nm的聚酰胺纳米吸波纤维。

Claims (5)

1.一种纳米吸波纤维，其特征在于它是由直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒和直径为30nm～2000nm的微纳米纤维组成，其质量百分比为

纳米吸波功能颗粒  3～35

微纳米纤维        65～97

2.根据权利要求1所述的一种纳米吸波纤维，其特征在于所述的纳米吸波功能颗粒选用锌铬铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体、镍铬铁氧体、锰锌铁氧体、铌锌铁氧体、钡铁氧体、锶铁氧体、钢铁氧体、镁锰铁氧体、钴镍铁氧体、锂锰铁氧体的纳米颗粒或碳纳米管或两者的混合物。

3.根据权利要求1或2所述一种纳米吸波纤维，其特征在于所述的微纳米纤维的原料选用聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、纤维素、聚乳酸、聚己内酯及其共聚物、聚酰胺、聚氨酯、纤维素、大豆蛋白、蜘蛛蛋白、蚕丝蛋白、羊毛蛋白、兔毛蛋白或驼毛蛋白。

4.根据权利要求1-3所述的一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法是通过如下步骤实现的：

(1)将微纳米纤维原料按与溶剂的质量百分比为2～30∶70～98的比例溶于溶剂内制备纺丝液；所选用的溶剂为苯酚、间甲酚、邻氯酚、三氯甲烷、四氯乙烷、N，N-二甲基甲酰胺、苯、甲苯、三氯苯、硝基苯、乙酸异戊酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、醋酸乙酯、甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、丙酮、环己酮、四氢呋喃、二噁烷、乙醚、石油醚、三氯乙酸、烃类或这些溶剂中两种或两种以上的混合物；

(2)将直径为1nm～100nm的纳米吸波功能颗粒以与按步骤(1)制备的纺丝液的质量百分比为0.1～7∶93～99.9的比例加入按步骤(1)制备的纺丝液内制备含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液；用超声波分散设备在超声波分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120 kHz条件下对上述含有纳米吸波功能颗粒的纺丝液进行1min～120min超声波分散的处理，制得含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液；

(3)将按步骤(2)制得的含充分均匀分散的纳米吸波功能颗粒的纺丝液倒入静电纺丝装置的料筒中，在电压为3kV～50kV、流量为0.1mL/h～0.7mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。

5.根据权利要求4所述的一种纳米吸波纤维，其特征在于其制备方法还可以通过如下步骤实现：

(1)将纳米吸波功能颗粒与微纳米纤维原料的母粒或切片按质量百分比为3～35∶65～97的比例均匀混合得到两者的混合物，并将上述混合物在140～160℃条件下干燥16h～8h；

(2)将按步骤(1)制备的混合物倒入静电纺丝装置的进料口，通过螺杆挤压机的挤压使微纳米纤维原料母粒或切片熔融并保持熔体温度285～292℃，将纳米吸波功能颗粒和已熔融的微纳米纤维原料母粒或切片挤出喷丝口，在熔融过程中使用超声波振动设备并采用分散功率为150W～1200W、分散频率为20kHz～120kHz的工艺对螺杆挤压机施加超声振动，使纳米吸波功能颗粒在超声波振动作用下均匀分散在微纳米纤维原料熔融体内；

(3)从静电纺丝装置的喷丝口挤出的含充分分散的纳米吸波功能颗粒的微纳米纤维原料熔融体在电压为3kV～50kV、接收距离为5cm～25cm的条件下进行静电纺丝，制备得到一种纳米吸波纤维。