CN101709510A

CN101709510A - 高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽功能织物

Info

Publication number: CN101709510A
Application number: CN200910186604A
Authority: CN
Inventors: 吴禄慎; 陈利民; 陈俊声
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2010-05-19

Abstract

一种高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，所述高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物的制备方法为：将织物纤维(包括尼龙、涤纶、锦纶织物纤维)注入阻燃因子，阻燃因子的材质和化学组成为：纳米蒙脱土(Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]5-10％，红磷母料(RP)3～8％，纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)₃～6％，形成阻燃织物纤维；通过羰基气相化学沉积法工艺将羰基铁Fe(CO)₅和羰基镍Ni(CO)₄在一定配比下相混，在温度400℃、惰性气体N₂的保护下进行气相沉积，在纤维布上形成高导电高导磁性磁膜，获得高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。本发明适用于电磁屏蔽领域，特别可适用于微波屏蔽场合和在工频磁场屏蔽场合。

Description

高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽功能织物

技术领域

本发明涉及一种具有高阻燃性与高导电高导磁性的屏蔽功能织物，属特种功能材料技术领域。

背景技术

随着电子科学的迅速发展，移动电话、微波炉、电磁炉、电脑、复印机、电视机、空调、医学核磁共振仪等产品已进入了家庭、办公室和医院，这些电子产品在使用过程中都会产生不同波长的电磁辐射，充斥着整个空间，令人防不胜防，已成为大气污染、水污染、噪音污染之后的第四大污染，对人们的生存环境构成了威胁。因而研究高性能电磁屏蔽织物已是刻不容缓。

从现有技术和市场产品看，电磁屏蔽织物处在比较低档产品的开发，从电磁频谱上看，大都处在射频段100KHz——300KHz的开发研制，而在射频段也大都只在某一段上的开发，对极高频(微波段)、极低频ELF 3-30KHz称工频电磁场，在此频谱中尤以50Hz的工频电磁场最为重要，它主要是由各种电压等级的输电线及各种家用电器所产生的，由于该频谱的开发难度极大，还处于技术空白。另外在所有产品开发中，对高阻燃性要求的电磁屏蔽织物也处于技术空白。

从国内外资料及现有技术看：

1)EP0331160，JP3137213，JP2000333618，JP2000328469，US2002014716，DE10035110，US6365545，US5728461，US6121191，US6265341等均是功能纤维的制备、功能纤维的抗紫外线、抗可见光、抗近红外、抗氧化等方面的报导，无涉及到高性能阻燃和高性能导电导磁兼容的报导。

2)jiangG，Giffere·M等通过化学镀的方法，以轻质非金属粉体的芯材，在外表面进行镀铜、镀镍、镀银处理得到表面金属化的复合粉体。其中镀铜银空心微珠制成的涂层的电磁波屏蔽效能可达到40dB。

3)美国专利U.S.PAT4508640，Kanda等发明了由热塑性树脂与粉末状、纤维状和片状铝、铝合金材料以及电导性碳黑复合具有表面层和电磁屏蔽层的多层结构(似三明治结构)屏蔽材料。该材料在宽频范围内均具有比单纯由铝或碳黑构成的屏蔽材料更好的屏蔽性能，且有较好的力学性能、阻燃性和成形性。

4)美国Brunswick公司利用直径为7μm的极细不锈钢纤维导电填料，填充量占质量的6％，其制成的屏蔽材料其SE值可达40dB。

5)日本的日立化成工业公司采用黄铜纤维做导电填料与ABS树脂制成导电复合材料，其具有刚性好、冲击强度高、屏蔽效果好的特点。

6)近来，美国已开发出一种超细碳黑，可用于电磁屏蔽材料。如Cabot公司研制的Super-Conductive炭黑和哥伦比亚化学公司研发的Conductex40-220炭黑以及日本三菱人造丝公司采用新型炭黑与聚丙烯配合，制备出牌号为ECXZ-111的EMI屏蔽材料。相对密度仅为1.18，其SE值可达到40dB，被誉为世界上最轻的电磁屏蔽材料。

7)Jou W S、Duan Yuping、Liu等利用碳纤维(CF)具有密度小，长径比大，化学稳定性好等优点，易形成导电网络，同时还有强化材料等功能，开发出与环氧树脂复合屏蔽材料，在500MHz时的SE值为37dB。

8)冯永成等研究了碳纳米管对导电涂料导电性能的影响研究，碳纳米管直径越小，导电性越好，屏蔽值越高，碳纳米管长径比为250时，材料可获得最佳导电性能，材料中碳纳米管的含量大于0.8时，材料具有导电性。

9)非晶态软磁合金材料是一种新型的电磁波屏蔽材料，它不但具有高强度、高硬度、高延展性等机械性能和耐腐蚀性，还具有较好的屏蔽性。1976年，国外第一次报导了用非晶软磁合金做屏蔽材料。此后开展了大量的研究，尤以俄罗斯中央黑色研究院最为突出。国内钢铁研究总院王新林等人也在近期开展了这方面的研究并建成750m×750m×750m的屏蔽室，屏蔽值可达34.4dB。

10)管登高等将磁性纤维和非晶磁粉等导磁填料进行偶联处理，制成涂料，在低频区20KHz磁屏蔽值可达14-15dB。在低频磁屏蔽应用中有一定价值。

11)公开号CN101182127公开了一种导电填料的制备方法及其应用，其制备的包银核壳复合粒子导电性能与纯银粉相当，能替代银粉作为屏蔽剂使用，降低了银系屏蔽材料的成本。

12)公告号2270266公开了一种导电的复合软体材料。它是由作为基体的绝缘体材料和位于基体两侧表面的导电功能体所组成，该导电功能体是由采用液相电子交换沉积工艺而在基体两侧表面镀复附着形成的导电物质层所构成的。利用化学镀的方法将金属Al或Cu镀在织物上，对电屏蔽性能效果不错。

13)公告号1247836公开了一种具有导电导磁功能纺织纤维物料及其制备方法，该导电导磁双复功能纺织纤维物料是包含有双复功能纳米粉料与高分子聚合物组合而成，将纳米技术(如强磁性纳米Fe、纳米Fe₂N·α-Fe)引入到传统纺织纤维中去，使纺织纤维具有既导电又导磁功能，制成屏蔽材料后，也兼具双重性，如在10-10000MHz频率下具有电屏蔽效果为60-80dB，磁屏蔽效果为15-30dB，在精密仪器、机要室及人体防护领域具有很好的应用前景。

综上所述，目前国内外所从事的电磁波屏蔽材料的研究、开发、生产、应用，还没有具有高阻燃性与高导电性导磁性兼容为一体的屏蔽功能织物。公告号1247836公开的发明专利《一种具有导电导磁功能的纺织纤维物料及其制备方法》虽是一种很好的既具导电又具导磁的屏蔽织物，使用频带也较宽，屏蔽值也较高，但却无阻燃性能，且在极低频段的工频电磁场还处于空白，尤其是工频磁场范围。美国专利US.PAT4508640涉及到阻燃性，但无具体阻燃性能的表征，屏蔽材料也无导磁性能。其它均是以电屏蔽为主或某段的磁屏蔽研究开发，尤其大都是无阻燃性能，限制了高端和重要领域的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃性能特别好的且使用频带十分宽广的既导电又导磁的屏蔽织物，以适应现代生活对屏蔽织物材料的需求。

本发明的技术方案是：

本发明高阻燃性与高导电高导磁性的屏蔽功能织物的制备方法为：将织物纤维注入阻燃因子，形成阻燃织物纤维；通过羰基气相化学沉积法工艺将其导电导磁金属粒子沉积在阻燃织物纤维布上，获得高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。

本发明所述的阻燃因子包括：纳米蒙脱土(Na_xAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]、红磷料、纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)。将它们按一定比例注入到织物纤维中先获得阻燃织物，然后，采用羰基化汽相工艺将Fe(CO)₅+Ni(CO)₄热分解后沉积在阻燃涤纶上，在阻燃尼龙布上形成高性能导电导磁膜，即可获得所需的高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。

本发明将织物注入阻燃因子的方法是将织物纤维(如尼龙PA)与蒙脱土、红磷料、纳米三氧化二锑等阻燃剂共混挤出成为阻燃织物，使蒙脱土以几纳米——几十纳米厚的片层均匀地分散于织物基体中，形成纳米蒙脱土改性织物，再经后整理成为阻燃织物，用同样的工艺可生产出阻燃尼龙织物、阻燃涤纶织物、阻燃锦纶织物等。

不同含量的纳米蒙脱土Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]和不同含量的红磷(RP)纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)对阻燃性能的影响是明显的，当合适的含量时，如MMT在5～10％范围内，那么就能得到很好的效果，如无熔滴、抑烟、难引燃，弯曲后不易脱落，离火自熄、续燃时间为零秒等优异的阻燃特性。同样红磷和纳米三氧化二锑分别应控制在3～8％和3～6％的范围内，可获得较好的阻燃效果。

对红磷预先须进行包覆Mg(OH)₂的处理，以防止因为红磷的加入使整体材料趋于红色。

本发明将羰基铁与羰基镍作为导电导磁金属，采用羰基化汽相工艺将Fe(CO)₅+Ni(CO)₄热分解后沉积在阻燃织物纤维上形成高性能导电导磁膜，即可获得所需的高阻燃性、高导电导磁性的屏蔽织物。

本发明用不同含量的Fe(CO)₅+Ni(CO)₄对阻燃织物进行气相沉积，可以得出不同的电磁屏蔽性能的屏蔽织物。本发明最佳性能比为Fe(CO)₅(20～80％)+Ni(CO)₄(80～20％)可以获得低频磁导率较高水平(2000～3000)以上，很好地解决低频磁场的屏蔽问题，尤其是工频磁场的屏蔽且能兼容其它波段的屏蔽效能。

本发明的机理为：

蒙脱土(MMT)每个结构单元厚约为1nm，长宽均约100nm的片层，层间有可交换的阳离子，某些有机阳离子型表面活性剂可与其进行阳离子交换进入蒙脱土层间，使层间距扩大，在适当条件下，熔融聚合物等可使层间距进一步扩大，甚至剥离成单层，使蒙脱土以几纳米——几十纳米厚的片层均匀地分散于尼龙(PA)基体中，形成纳米蒙脱土改性尼龙，如将尼龙PA与蒙脱土、阻燃剂共混挤出成为阻燃尼龙，再经后整理成为阻燃尼龙织物，用同样的工艺还可生产出阻燃涤纶织物、阻燃锦纶织物等。这样的尼龙织物阻燃性能特别优异，不易点燃，用丁烷气引燃较长时间才能点着，移去火苗即自息灭。MMT/PA和MMT-阻燃剂/PA若燃烧时很少产生烟雾，而纯尼龙PA一触即烧、燃烧激烈并产生浓烟滚滚，且纯尼龙熔滴严重，PA的燃烧为熔滴燃烧，这是很难解决的问题。而本发明则无熔滴。研究和试验中还发现纳米蒙脱土(MMT)片层在高温下也不分解，在聚合物燃烧过程中起到骨架支撑和阻隔作用，阻止了熔滴的发生。

从燃烧机制上加以分析，由于聚合物机体(如尼龙PA)与粘土片层(MMT)良好的结合和粘土片层的平面取向作用，使织物有很好的气体阻透性，再加上阻燃剂红磷、纳米二氧化锑的作用，如红磷产生磷酸、偏磷酸，这些含氧酸具有极强的吸水性，最终导致聚合物表面碳化，与MMT的硅酸盐片层交替层叠，其中MMT起骨架作用，在聚合物表面共同形成较致密的覆盖层，在整个的燃烧过程中保持了完好的形状不脱落，能隔热、隔氧，即MMT-碳阻隔层阻碍了PA表面热量向内部的传导，同时阻挡了PA内部受热分解产生可燃的有机小分子气体向表面的溢出，即减少了气体可燃物的供给，起到固相阻燃的作用。另外，织物在燃烧过程中，表面均有阻烧物首先与环境中的氧反应，使织物表面氧浓度降低，氧化降解速率，同时表面的氧化物PO·等自由基进入气相后也能捕获燃烧火焰中大量的H·、HO·自由基，切断火焰氧化链反应，起到气相阻燃的作用。

不同含量的纳米蒙脱土Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]和不同含量的红磷(RP)纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)对阻燃性能的影响比较明显，如MMT最初加入1-4％达不到阻燃要求，尤其是不能解决熔滴问题、抑烟问题，只有当合适的含量时如在5～10％范围内，那么就能得到很好的效果如无熔滴、抑烟、难引燃，弯曲后不易脱落，离火自熄、续燃时间为零秒等优异的阻燃特性。同样红磷和纳米三氧化二锑分别控制在3～8％和3～6％的范围内，与MMT有相互的协同作用，性能更佳。在制作过程中还发现红磷的加入使整体材料趋于红色。为此对红磷预先进行包覆Mg(OH)₂的处理。

本发明与现有技术比较的有益效果是：

(1)本发明产品是一种具有高阻燃性、高导电性、高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，它能更广泛地应用于电磁屏蔽领域，特别是在现有技术尚未能解决的微波屏蔽场合和工频磁场屏蔽场合可获得应用。(2)由于本发明的屏蔽织物具有高阻燃特性，在遇到火苗时不能引燃，而相比现有传统产品遇到火苗很快引燃，很快烧毁本身又引燃了其他可燃物，使重要电器设备毁于一旦，所以本产品适用于高阻燃要求场合仪器设备的屏蔽防护。(3)本发明具有宽广的电磁屏蔽效能，从工频电磁场50Hz→高频电磁场(100KHz-30MHz)→超高频电磁场(30MHz-300MHz)→微波电磁场(300MHz-300GHz)均有效，其适用范围更广。(4)本发明在解决人体的磁防护方面真正起到了重大作用。在工频磁场中目前现有技术是无法解决的，而本发明已能较好地解决人体的防护。另外大量的电器设备应用，尤其是精密仪器设备应用于军事控制、指挥等系统的工频、低频、微波电磁场是现有技术无法实现较好的屏蔽效能，本发明可为军事上的应用作出贡献。

本发明适用于电磁屏蔽领域，特别可适用于微波屏蔽场合和在工频磁场屏蔽场合。

附图说明

附图为本发明高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽功能织物制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例1、

根据本发明所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物的制备方法，按表1配方，将尼龙织物与纳米蒙脱土Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]、红磷(RP)、纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)共混、整理制备为阻燃尼龙后，经羰基化汽相工艺将Fe(CO)₅+Ni(CO)₄热分解沉积在阻燃尼龙布上形成高性能导电导磁膜，获得所需的高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。共制备了三批屏蔽尼龙织物产品应用于工频磁场为主兼容其它波段(适用人体防护)的屏蔽效能测试结果见表1，阻燃性能测试见表2。

表1 高阻燃性、高导电、高导磁性的屏蔽织物化学组成(％)与应用效果

表2 高阻燃性、高导电、高导磁性的屏蔽织物阻燃检测结果

实施例2、

根据本发明所述的高阻燃性与高导电导磁性兼容为一体的屏蔽织物的制备方法，按表2配方，将尼龙织物与纳米蒙脱土Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]、红磷(RP)、纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)共混、整理制备为阻燃尼龙后，经羰基化汽相工艺将Fe(CO)₅+Ni(CO)₄热分解沉积在阻燃尼龙布上形成高性能导电导磁膜，获得所需的高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽尼龙织物。共制备了三批以低频磁场应用为主兼容其他波段的屏蔽尼龙织物。(适用各种高压设备及仪器)，其屏蔽效能测试结果见表3。

表3、高阻燃性、高导电、高导磁性的屏蔽织物化学组成(％)与应用效果

实施例3、

根据本发明所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物的制备方法，按表3配方，将尼龙织物与纳米蒙脱土Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]、红磷(RP)、纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)共混、整理制备为阻燃尼龙后，经羰基化汽相工艺将Fe(CO)₅+Ni(CO)₄热分解沉积在阻燃尼龙布上形成高性能导电导磁膜，获得所需的高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。共制备了三批以微波段为主兼容其它波段的屏蔽尼龙织物(适用各种精密仪器及军用电子)，其屏蔽效能测试结果见表4。

表4 高阻燃性、高导电、导磁性的屏蔽织物化学组成(％)与应用效果

Claims

1.一种高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，其特征在于，所述屏蔽织物的制备方法：将织物纤维注入阻燃因子，形成阻燃织物纤维；通过羰基气相化学沉积法工艺将其导电导磁金属粒子沉积在阻燃织物纤维布上，获得高阻燃性、高导电高导磁性的屏蔽织物。

2.根据权利要求1所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，其特征在于，所述阻燃因子的材质和化学组成为：纳米蒙脱土(Na_XAl₂[Si₄O₁₀(OH)₂nH₂O]5-10％，红磷母料(RP)3～8％，纳米三氧化二锑(Sb₂O₃)3～6％。

3.根据权利要求1所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，其特征在于，所述织物纤维包括尼龙、涤纶、锦纶等。

4.根据权利要求1所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，其特征在于，所述羰基气相化学沉积法工艺采用羰基铁Fe(CO)₅和羰基镍Ni(CO)₄在一定配比下相混，在温度400℃、惰性气体N₂的保护下进行气相沉积，在纤维布上形成高导电高导磁膜。

5.根据权利要求1所述的所述的高阻燃性与高导电高导磁性兼容为一体的屏蔽织物，其特征在于，所述羰基气相化学沉积法工艺羰基铁Fe(CO)₅和羰基镍Ni(CO)₄的最佳配比为在混合液中羰基铁Fe(CO)₅为80～20％，羰基镍Ni(CO)₄为20～80％。

6.根据权利要求2特征所述的红磷母料(RP)，其特征在于所述红磷母料外包覆Mg(OH)₂。