CN103696341A - 一种具有吸波功能的人造草 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有吸波功能的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，所述草丝固定在所述草基底上，所述背胶层涂在所述草基底的背面，所述草丝、草基底、背胶层中的任意一个或两个以上的制成材料包含有吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米材料，所述碳纳米材料由采用表面处理剂对碳纳米材料原料进行表面处理得到，其中，在进行表面处理时，表面处理剂与碳纳米材料原料的重量比例为：碳纳米材料原料100份；表面处理剂40～100份。本发明的人造草，由于采用的吸波材料中含有具有吸波功能的碳纳米材料，该碳纳米材料由合适用量的表面处理剂处理得到，在人造草各部分的原料中具有很好的分散性，从而使得人造草的吸波功能大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种人造草技术领域，尤其涉及一种具有吸波功能的人造草。
背景技术
人造草发展到现在已有四十多年的历史，由于人造草克服了天然草在极端的气候条件下无法生长、维护保养困难、使用频率低、铺装困难等缺点，使得人造草具有广阔的发展空间，被广泛应用于比赛和训练场地、广场和学校等综合活动场地，甚至是道路、居住小区、展览馆、屋顶、庭院、公园等绿色装饰场所。人造草发展到现在，人们对其的要求也越来越高，如希望人造草除了代替天然草以外，还具有其他的附加功能，如为了满足一些场地降低电磁辐射要求，一些生产商制造出具有吸波功能的人造草，用来减少或者消除电磁波对人体的伤害及电磁干扰。但目前的具有吸波功能的人造草，虽然具有吸波功能，但吸波功能并不强。
由此可见，如何对现有技术进行改进，提供一种具有吸波功能的人造草，增强其吸波功能，这是本领域目前需要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种具有吸波功能的人造草，增强其吸波功能。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：
一种具有吸波功能的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，所述草丝固定在所述草基底上，所述背胶层涂在所述草基底的背面，所述草丝、草基底、背胶层中的任意一个或两个以上的制成材料包含有吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米材料，所述碳纳米材料由采用表面处理剂对碳纳米材料原料进行表面处理得到，其中，在进行表面处理时，表面处理剂与碳纳米材料原料的重量比例为：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份。
优选地，所述碳纳米材料原料为碳纳米管和/或碳纳米纤维。
优选地，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为10nm～100nm，长度大于0.5μm，纯度大于80%。
优选地，所述碳纳米纤维为多壁碳纳米纤维，直径为100nm～200nm，长度大于0.5μm，纯度大于80%。
优选地，所述表面处理剂为磺酸盐和/或稠环羧酸盐；所述磺酸盐为石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基和烯基磺酸盐、聚氧乙烯醚磺酸盐、多环芳烃磺酸盐缩合物、烷基苯醚磺酸盐中的任意一种；所述稠环羧酸盐为萘基羧酸盐、蒽基羧酸盐、菲基羧酸盐、芘基羧酸盐中的任意一种或两种以上。
优选地，所述吸波材料由导电炭黑和碳纳米材料组成。
优选地，所述草丝的制成材料中含有质量百分比为1%-20%的吸波材料。
优选地，所述草基底的制成材料中含有质量百分比为0.5%～3%的吸波材料。
优选地，所述草基底的制成材料中含有的吸波材料中导电炭黑所占的质量百分比为80%，碳纳米材料所占的质量百分比为20%。
优选地，所述碳纳米材料的制备过程包括如下步骤：
1）将表面处理剂溶解在去离子水中配制成溶液；
2）然后按如下重量比例不断搅拌下加入碳纳米材料原料：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份；
3）再在50℃～150℃温度下利用超声分散1h～24h，即得。
与现有技术相比，本发明的具有吸波功能的人造草，由于其设置的草丝、草底布、背胶层中任意一个或两个以上部件的制成材料包含有吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米材料，所述碳纳米材料由采用表面处理剂对碳纳米材料原料进行表面处理得到，其是通过利用非共价键改性方法，采用合适的表面处理剂对碳纳米管/碳纳米纤维进行表面处理，使得得到的碳纳米材料，其在应用时，添加到草丝、草基底、背胶层中时，在这些部件的原料中的分散性得以提高，提高它们之间的相容性，从而更加有效地发挥碳纳米管/碳纳米纤维在人造草纤维中的吸波功能，制得的人造草能够显著吸收电磁波等，令其转化为热能，减少或者消除电磁波对人体的伤害及电磁干扰。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合通过具体的实施例来对本发明进行详细说明。
吸波材料是指能吸收、衰减入射的电磁波，并将其电磁能转换成热能耗散掉或使电磁波干涉而消失的一类材料。导电炭黑（Conductive Carbon Black，CCB）是具有低电阻性能的炭黑，其特点是粒径小，比表面积大且粗糙，结构高，表面洁净（化合物少）等，可赋予制品导电作用。碳纳米纤维（Carbon Nanofiber，CNF）是经过聚合物纳米纤维通过与氧化和高温烧结获得的碳链纳米纤维（长径比高于1000，界面上不止一个碳链），具有高强模量、高热稳定性、高导电率，可作为理想的吸波材料。碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）是最具代表性的纳米材料，纳米材料由于具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等独特性能，表现出优良的吸波性能，同时具有质量轻、兼容性好、吸波频带宽等特点，是新一代最具有发展潜力的吸波材料。碳纳米管强度高、质量轻、导电、导热性能佳，是理想的吸波材料，在民用领域存在潜在的巨大用途，其复合材料可以减少或者消除电磁波对人体的伤害及电磁干扰。
对吸波复合材料来说，体系的吸波性能取决于导电性能，而导电性能最终是由其所形成的导电网络控制，呈棒状结构的碳纳米管可在聚合物中构建导电网络，降低导电网络逾渗值。因此，设计强而有效的导电网络是改善材料性能的根本途径之一。
本发明的一种具有吸波功能的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，所述草丝固定在所述草基底上，所述背胶层涂在所述草基底的背面，所述草丝、草底布、背胶层中的任意一个或两个以上部件的制成材料包含有吸波材料，所述吸波材料包括碳纳米材料，由采用表面处理剂对碳纳米材料原料进行表面处理得到，其中，在进行表面处理时，表面处理剂与碳纳米材料原料的重量比例分别为：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份。
其中，碳纳米材料原料为碳纳米管和/或碳纳米纤维。
其中，作为优选的技术方案，在草丝、草基底及背胶层的制成材料中均含有吸波材料；作为其他的实施方案，可以仅草丝的制成材料中含有吸波材料，或仅草基底的制成材料中含有吸波材料，或仅背胶层的制成材料中含有吸波材料，或仅草丝和草基底的制成材料中含有吸波材料，或仅草丝和背胶层的制成材料中含有吸波材料，或仅草基底和背胶层的制成材料中含有吸波材料。
其中，作为优选的技术方案，所述碳纳米管采用多壁碳纳米管，其直径为10nm～100nm，其长度大于0.5μm，其纯度大于80%。
其中，作为优选的技术方案，所述碳纳米纤维为多壁碳纳米纤维，直径100nm～200nm，长度大于0.5μm，纯度大于80%。
其中，作为优选的技术方案，所述表面处理剂为磺酸盐和/或稠环羧酸盐。
其中，作为优选的技术方案，所述磺酸盐为石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基和烯基磺酸盐、聚氧乙烯醚磺酸盐、多环芳烃磺酸盐缩合物、烷基苯醚磺酸盐中的任意一种。
其中，作为优选的技术方案，所述稠环羧酸盐为萘基羧酸盐、蒽基羧酸盐、菲基羧酸盐、芘基羧酸盐中的任意一种或两种以上。
其中，作为优选的技术方案，所述吸波材料由导电炭黑和碳纳米材料组成。
其中，作为优选的技术方案，所述草丝的制成材料中含有质量百分比为1%-20%的吸波材料。
其中，作为优选的技术方案，所述草基底的制成材料中含有质量百分比为0.5%-3%吸波材料，所述草基底的制成材料中含有的吸波材料中导电炭黑的质量百分比为80%，碳纳米材料的质量百分比为20%。
其中，作为优选的技术方案，所述碳纳米材料的制备过程包括如下步骤：
1）将表面处理剂溶解在去离子水中配制成溶液；
2）然后按如下重量比例不断搅拌下加入碳纳米材料原料：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份；
3）再在50℃～150℃温度下利用超声分散1h～24h，即得。
至于草丝的主要组成材料、背胶层的主要组成材料、草基底的主要组成材料可选用现有技术中的技术方案，也可采用以下技术方案：
所述草丝由聚乙烯树脂主要制成。
所述草基底主要由聚丙烯材料制成。
所述背胶层是由羧基丁苯橡胶、聚氨酯或热熔胶材料制成。
所述热熔胶材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-醋酸乙烯-乙烯醇共聚物、无规聚丙烯、乙烯-少量α-烯烃共聚物中的一种或几种。
其中，当草丝中含有吸波材料时，其制备过程如下：将吸波材料与草丝的其他原料混合均匀后在200～240℃温度下熔融，再从T型模具头挤出成膜状，以10m/min～15m/min的速度拉伸，同时冷却固化成膜，将薄膜切成窄丝条，在80～100℃温度下沿拉伸方向牵伸5倍后在温度为85～100℃的鼓风式烘箱中进行松弛热处理，制造出人造草草丝。
实施例一
本实施例中的具有吸波功能的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，草丝固定在所述草基底上，背胶层涂在草基底的背面，其中，仅在草丝的制成材料包含有吸波材料，草丝的制备过程如下：
将作为原料的聚乙烯树脂100kg、吸波材料20kg混合均匀后在240℃温度下熔融，从T型模具头挤出成膜状，以15m/min的速度拉伸，同时冷却固化成膜，将薄膜切成窄丝条，在90℃的温度下沿拉伸方向牵伸5倍后，再在90℃的鼓风式烘箱中进行松弛热处理，制造出人造草草丝。
本实施例中的吸波材料为碳纳米材料，采用石油磺酸盐作为表面处理剂，与碳纳米材料原料以：碳纳米材料原料2.5重量份、石油磺酸盐1重量份的比例制成。具体步骤如下：
称取1g石油磺酸盐溶解在5L去离子水中配制成0.2g/L的溶液，然后在不断搅拌下加入2.5g碳纳米管，在50℃下超声分散24h，即得到相应的表面处理的碳纳米管。表面处理完后，将上述碳纳米管溶解在甲苯、二甲苯、DMF或四氢呋喃溶剂中，分散量为0.01%～1%，放置一周后不沉淀。
草基底、背胶层的组成及制备方法可采用现有技术中的技术方案，此处不再赘述。
实施例二
本实施例中的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，草丝固定在所述草基底上，背胶层涂在草基底的背面，其中，仅在草丝及草基底的制成材料中包含有吸波材料，草丝的制备过程如下：
将原料聚乙烯树脂100kg、吸波材料15kg混合均匀后在220℃的温度下熔融，从T型模具头挤出成膜状，以12m/min的速度拉伸，同时冷却固化成膜，将薄膜切成窄丝条，在100℃的温度下沿拉伸方向牵伸5倍后，再在95℃的鼓风式烘箱中进行松弛热处理，制造出人造草草丝。其中，草丝中的吸波材料为具有吸波功能的碳纳米材料。
草基底的制备过程如下：将作为原料的聚丙烯树脂100kg、吸波材料3kg于挤出机中熔融混合均匀，挤出模压成型。这里的吸波材料中导电炭黑的质量百分比为80%，具有吸波功能的碳纳米材料的质量百分比为20%。
本实施例中的具有吸波功能的碳纳米材料，采用萘基羧酸盐作为表面处理剂，与碳纳米材料原料以：碳纳米材料原料2.5重量份、萘基羧酸盐2重量份的比例制成。具体步骤如下：
称取2g萘基羧酸盐溶解在5L去离子水中配制成0.4g/L的溶液，然后在不断搅拌下加入2.5g碳纳米纤维，在60℃下超声分散18h，即得到相应的表面处理的碳纳米纤维。表面处理完后，将上述碳纳米纤维溶解在甲苯、二甲苯、DMF或四氢呋喃溶剂中，分散量为0.01%～1%，放置一周后不沉淀。
背胶层的组成及制备方法可采用现有技术中的技术方案，此处不再赘述。
实施例三
本实施例中的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，草丝固定在草基底上，背胶层涂在草基底的背面，其中，在草丝、背胶层及草基底的制成材料均包含有吸波材料，草丝的制备过程如下：
将作为原料的聚乙烯树脂100kg、吸波材料3kg混合均匀后在230℃温度下熔融，并从T型模具头挤出成膜状，以11m/min的速度拉伸，同时冷却固化成膜，将薄膜切成窄丝条，在85℃的温度下沿拉伸方向牵伸5倍后，再在温度为95℃的鼓风式烘箱中进行松弛热处理，制造出人造草草丝。其中，草丝中的吸波材料为具有吸波功能的碳纳米材料。
草基底的制备过程如下：将作为原料的聚丙烯树脂100kg、吸波材料2kg于挤出机中熔融混合均匀，挤出模压成型。这里的吸波材料中导电炭黑的质量百分比为80%，具有吸波功能的碳纳米材料的质量百分比为20%。
背胶层的制备过程为：将作为原料的羧基丁苯橡胶100kg与吸波材料50kg搅拌均匀后涂覆在装配有草丝的草基底上。背胶层中的吸波材料为具有吸波功能的碳纳米材料。
本实施例中的具有吸波功能的碳纳米材料，采用蒽基羧酸盐作为表面处理剂，与碳纳米材料原料以：碳纳米材料原料2.5重量份、蒽基羧酸盐2.5重量份的比例制成。具体步骤如下：
称取2.5g蒽基羧酸盐溶解在5L去离子水中配制成0.5g/L的溶液，然后在不断搅拌下加入2.5g碳纳米纤维，在80℃下超声分散10h，即得到相应的表面处理的碳纳米纤维。表面处理完后，将上述碳纳米纤维溶解在甲苯、二甲苯、DMF或四氢呋喃溶剂中，分散量为0.01%～1%，放置一周后不沉淀。
实施例四
本实施例中的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，草丝固定在所述草基底上，背胶层涂在草基底的背面，其中，仅在背胶层及草基底的制成材料包含有吸波材料。
草基底的制备过程如下：将作为原料的聚丙烯树脂100kg、吸波材料3kg于挤出机中熔融混合均匀，挤出模压成型。这里的吸波材料中导电炭黑的质量百分比为80%，具有吸波功能的碳纳米材料的质量百分比为20%。
背胶层的制备过程为：将原料羧基丁苯橡胶100kg与吸波材料80kg搅拌均匀后涂覆在装配有草丝的草基底上。背胶层中的吸波材料为具有吸波功能的碳纳米材料。
本实施例中的具有吸波功能的碳纳米材料，采用菲基羧酸盐作为表面处理剂，与碳纳米材料原料以：碳纳米材料原料2.5重量份、菲基羧酸盐1重量份的比例制成。具体步骤如下：
称取1g菲基羧酸盐溶解在5L去离子水中配制成0.2g/L的溶液，然后在不断搅拌下加入2.5g碳纳米管，在100℃下超声分散8h，即得到相应的表面处理的碳纳米管。表面处理完后，将上述碳纳米管溶解在甲苯、二甲苯、DMF或四氢呋喃溶剂中，分散量为0.01%～1%，放置一周后不沉淀。
效果验证：
以下对本发明的具有吸波功能的人造草以及现有技术中的普通人造草以同样的方法进行吸波性能测试。
吸波性能测试采用的是拱桥天线法，在电磁波暗室中将样品平铺在200mm x200mm的金属板上，厚度为4mm，分三个频段（1.0～18.0GHz、18.0～26.5GHz、26.5～40.0GHz）对其进行电磁波吸收效果测试。测试数据如下表1所示：
表1吸波性能测试数据对比
由上表1可以看出，本发明的人造草，相比于现有技术的普通人造草，吸波效果大大提高。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有吸波功能的人造草，包括草丝、草基底及背胶层，所述草丝固定在所述草基底上，所述背胶层涂在所述草基底的背面，所述草丝、草基底、背胶层中的任意一个或两个以上的制成材料包含有吸波材料，其特征在于，所述吸波材料包括碳纳米材料，所述碳纳米材料由采用表面处理剂对碳纳米材料原料进行表面处理得到，其中，在进行表面处理时，表面处理剂与碳纳米材料原料的重量比例为：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份。
2.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述碳纳米材料原料为碳纳米管和/或碳纳米纤维。
3.根据权利要求2所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，直径为10nm～100nm，长度大于0.5μm，纯度大于80%。
4.根据权利要求2所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述碳纳米纤维为多壁碳纳米纤维，直径为100nm～200nm，长度大于0.5μm，纯度大于80%。
5.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述表面处理剂为磺酸盐和/或稠环羧酸盐；所述磺酸盐为石油磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、烷基和烯基磺酸盐、聚氧乙烯醚磺酸盐、多环芳烃磺酸盐缩合物、烷基苯醚磺酸盐中的任意一种；所述稠环羧酸盐为萘基羧酸盐、蒽基羧酸盐、菲基羧酸盐、芘基羧酸盐中的任意一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述吸波材料由导电炭黑和碳纳米材料组成。
7.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述草丝的制成材料中含有质量百分比为1%-20%的吸波材料。
8.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述草基底的制成材料中含有质量百分比为0.5%～3%的吸波材料。
9.根据权利要求8所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述草基底的制成材料中含有的吸波材料中导电炭黑所占的质量百分比为80%，碳纳米材料所占的质量百分比为20%。
10.根据权利要求1所述的具有吸波功能的人造草，其特征在于，所述碳纳米材料的制备过程包括如下步骤：
1）将表面处理剂溶解在去离子水中配制成溶液；
2）然后按如下重量比例不断搅拌下加入碳纳米材料原料：
碳纳米材料原料 100份
表面处理剂 40～100份；
3）再在50℃～150℃温度下利用超声分散1h～24h，即得。
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