CN105420928A

CN105420928A - 一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105420928A
Application number: CN201510741123.5A
Authority: CN
Inventors: 吴再辉; 秦珊
Original assignee: BEIJING GUOKE HUAYI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING GUOKE HUAYI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-11-04
Filing date: 2015-11-04
Publication date: 2016-03-23

Abstract

一种柔性的仿贝壳结构的电磁屏蔽纤维材料及其制备方法，将一定质量的聚合物溶解在定量的溶剂中，室温下剧烈搅拌使其溶解，得到均匀的纯聚合物溶液；将不同质量比的聚合物与高导电粒子同时加入溶剂中，室温下剧烈搅拌溶解，并大功率进行超声处理，得到混合均匀的混合溶液；将纯聚合物溶液与混合溶液分别交替置于电纺装置中，进行交替电纺制备，控制不同的电纺条件，可连续制备柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽复合纤维材料。本发明制备方法简单便捷、产率高、成本低，安全可控，制备的电磁屏蔽纤维材料具有良好的柔韧性和电磁屏蔽效能。

Description

一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电磁屏蔽材料领域，具体涉及一种柔性的仿贝壳结构具有电磁屏蔽效能的纳米纤维复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代医疗科技的发展，人们越来越注重对自身健康状况的实时诊断与监测，应运而生的便是一系列不同功用的医用可穿戴设备。人体微波辐射计是一种基于被动微波辐射原理的人体内部温度检测仪，其能够通过不同的信号分析对人体内部肿瘤等相关疾病进行早期的监测与筛查。然而，在检测人体微弱的微波信号时，周围环境中同时还存在着不同频率的电磁波对其进行干扰，影响检测结果，这就需要一种具有良好电磁屏蔽效能的材料有效地屏蔽掉外部杂波，保证检测的准确性。同时，考虑到人体可穿戴的舒适度，这种电磁屏蔽材料应具备良好的柔性与可变形特性，以适应人体各部位的不同形态。因此，对这种柔性电磁屏蔽材料的研究与制备将是医用可穿戴设备领域中的一个研究热点。

在电磁屏蔽材料的研究中，聚合物基复合材料因其轻质和易加工的特性而受到广泛的关注。常用的制备方法有表面涂覆法(物理镀层、化学镀层)和导电填料填充法，其中，表面涂覆法虽然涂覆均匀可控，但其制备工艺流程冗长复杂，且表面镀层易被剥离；而应用最广泛的导电填料填充法制备的屏蔽材料多是薄膜或片材，柔性差不利于人体的使用，同时，其不连续的生产过程也成为了限制其发展的另一个重要因素。因此，这就需要寻求一种简便高效的制备方法，在提高复合材料屏蔽效能的同时还能保持良好的柔性。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料及其制备方法，该方法制备工艺简单，条件安全可控，可制备具有良好柔性和电磁屏蔽效能的复合纤维材料。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料，由纯聚合物溶液与聚合物/纳米颗粒混合溶液通过静电纺丝的方法制备而成，其为多层纤维膜材料，具有仿贝壳结构；该纯聚合物溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种；该聚合物/纳米颗粒混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为质量比为1:0～1:10的聚合物和高导电粒子，该聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种，该高导电粒子为银粉、铁粉、铜粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化铟锡中的一种或几种。

所述纯聚合物溶液的溶质的分子量为5000～1000000；所述高导电粒子的平均粒径为0～300nm。

改变复合纤维层数目与高导电粒子的含量，可控的调节复合材料的电磁屏蔽效能，可以达到最优配比值，使所述电磁屏蔽纤维材料具有良好的柔韧性和电磁屏蔽效能。

本发明还提供了一种柔性的仿贝壳结构的电磁屏蔽纤维材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)、将一定质量的聚合物溶解在定量的溶剂中，室温下剧烈搅拌使其溶解，得到均匀的纯聚合物溶液；

(2)、将不同质量比的聚合物与高导电粒子同时加入溶剂中，室温下剧烈搅拌溶解，并大功率进行超声处理，得到均匀的聚合物/纳米颗粒混合溶液，其中聚合物和高导电纳米粒子的质量比为1:0～1:10；

(3)、将纯聚合物溶液与聚合物/纳米颗粒混合溶液分别交替置于电纺装置中，进行交替电纺制备，控制电纺工艺参数，连续制备柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽复合纤维材料。

其中：所述步骤(1)和步骤(2)中的聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种，聚合物分子量为5000～1000000；所述步骤(2)中的高导电粒子为银粉、铁粉、铜粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化铟锡中的一种或几种，高导电粒子的平均粒径为0～300nm，所用溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种。

上述方案中，步骤(3)中的电纺工艺参数为：电压5～30kV，溶液注射速度为0.1～1mL/h，接收距离为5～30cm。

本发明的有益效果是：本发明采用静电纺丝的方法制备了柔性的仿贝壳结构聚合物/高导电纳米粒子复合纤维无纺布，构筑多层纤维结构，调节不同的配比可以获得电磁屏蔽效能与力学性能之间的最佳值，从而满足可穿戴设备的应用需求。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料，由纯聚合物溶液与聚合物/纳米颗粒混合溶液通过静电纺丝的方法制备而成，其为多层纤维膜材料，具有仿贝壳结构；该纯聚合物溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种；该聚合物/纳米颗粒混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为质量比为1:0～1:10的聚合物和高导电粒子，该聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种，该高导电粒子为银粉、铁粉、铜粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化铟锡中的一种或几种。

采用上述方法制备柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽复合纤维材料，简单便捷，安全可控。

以下详细说明本发明的具体实施例。

实施例1

采用以下方法制备电磁屏蔽材料1：

1)、将6g的PVDF(聚偏氟乙烯)粉末溶解于44gDMF/丙酮混合溶剂中，其中溶剂DMF与丙酮的质量比为7:3，在室温下磁力搅拌0.5h，形成均匀的纯PVDF溶液。

2)、将0.59g碳纳米管分散于44gDMF/丙酮混合溶剂中，其中溶剂DMF与丙酮的质量比为7:3，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使碳纳米管在溶剂中分散均匀。后将6gPVDF粉末溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PVDF充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料1。

实施例2

采用以下方法制备电磁屏蔽材料2：

2)、将0.59g铁粉分散于44gDMF/丙酮混合溶剂中，其中溶剂DMF与丙酮的质量比为7:3，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使铁粉在溶剂中分散均匀。后将6gPVDF粉末溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PVDF充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料2。

实施例3

采用以下方法制备电磁屏蔽材料3：

2)、将0.59g炭黑分散于44gDMF/丙酮混合溶剂中，其中溶剂DMF与丙酮的质量比为7:3，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使炭黑在溶剂中分散均匀。后将6gPVDF粉末溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PVDF充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料3。

实施例4

采用以下方法制备电磁屏蔽材料4：

1)、将6g的PS(聚苯乙烯)颗粒溶解于44gDMF溶剂中，在室温下磁力搅拌0.5h，形成均匀的纯PS溶液。

2)、将0.59g碳纳米管分散于44gDMF溶剂中，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使碳纳米管在溶剂中分散均匀。后将6gPS颗粒溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PS充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料4。

实施例5

采用以下方法制备电磁屏蔽材料5：

2)、将0.59g铁粉分散于44gDMF溶剂中，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使铁粉在溶剂中分散均匀。后将6gPS颗粒溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PS充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料5。

实施例6

采用以下方法制备电磁屏蔽材料6：

2)、将0.59g炭黑分散于44gDMF溶剂中，在室温下磁力搅拌0.5h，再将其大功率超声分散3h以使炭黑在溶剂中分散均匀。后将6gPS颗粒溶解于上述分散液中，室温下磁力搅拌2h，使PS充分溶解，从而得到分散均匀的混合溶液。

3)、分别将上述两种溶液置于注射器中，注射口用7号针头，放入医用注射泵中，针头与高压电源正极相连，取面积为10×10cm的铝箔作为收集器，其与大地相连。启动电纺系统，交替将上述两种溶液电纺制备2h得到具有多层结构的复合纤维膜。溶液注射速度为1mL/h，电压为12kV，接收距离为15cm，得到具有一定厚度的仿贝壳多层结构电磁屏蔽复合纤维材料6。

综上所述，本发明具有如下优点：

(1)本发明制备方法用静电纺丝的方法可连续的制备柔性的人体微波辐射计用电磁屏蔽纤维材料。

(2)本发明制备方法构筑了仿贝壳多层结构的屏蔽机制，制备工艺简单便捷、产率高，可大面积制备、成本低。

(3)本发明的制备方法制备的电磁屏蔽材料同时具有良好柔性和力学性能，能够满足可穿戴人体微波辐射计用电磁屏蔽材料的参数需求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料的制备方法，其特征在于，它包括：

2.根据权利要求1所述的一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和步骤(2)中的聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种，聚合物分子量为5000～1000000；所述步骤(2)中的高导电粒子为银粉、铁粉、铜粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化铟锡中的一种或几种，高导电粒子的平均粒径为0～300nm，所用溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料的制备方法，其特征在于：

所述步骤(3)中的电纺工艺参数为：电压5～30kV，溶液注射速度为0.1～1mL/h，接收距离为5～30cm。

4.一种柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料，其特征在于，由纯聚合物溶液与聚合物/纳米颗粒混合溶液通过静电纺丝的方法制备而成，其为多层纤维膜材料；该纯聚合物溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种；该聚合物/纳米颗粒混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或多种，溶质为质量比为1:0～1:10的聚合物和高导电粒子，该聚合物为聚偏氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺和聚氨酯中的一种或几种，该高导电粒子为银粉、铁粉、铜粉、炭黑、石墨烯、碳纳米管和氧化铟锡中的一种或几种。

5.如权利要求4所述的柔性的仿贝壳结构电磁屏蔽纤维材料，其特征在于，所述纯聚合物溶液的溶质的分子量为5000～1000000；所述高导电粒子的平均粒径为0～300nm。