CN106903947A - 具有三层结构的片状材料及包含其的衣物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有三层结构的片状材料及衣物。片状材料包括依次设置的第一表面层、中间层和第二表面层，其中第一表面层为镀第一金属的高分子纤维层；中间层为镀第二金属的高分子纤维层；第二表面层为耐水性高分子聚合物涂层。本发明的片状材料为轻量化软体材料，其具有超过90db以上的电磁屏蔽效果，可特别适用于军事作战指挥帐篷、防电磁屏蔽服及电磁屏蔽室等军工领域(例如用于军工电子对抗，军事假目标等)以及航空、航天和海上野外救生领域。
Description
技术领域
本发明涉及纺织领域，具体地涉及具有三层结构的片状材料及包含其的衣物。
背景技术
随着科技的迅速发展，电磁波在航空、航天、通信、家用电器、军事等领域得到广泛的应用，随之电磁污染问题也日渐突出。在世界各地，各种信息网络传递着数以亿计的军事、政治、经济等方面的重要情报和信息，由于电磁波辐射而导致的信息泄密事件也时有发生，直接威胁到国家政治、经济、军事安全。同时，电磁波还会造成武器系统失灵，给作战带来严重的隐患。因此，防止电磁波辐射，以保障信息、武器系统安全以及人体健康成为迫切任务。
为防止电磁辐射造成的干扰与泄露，采用电磁屏蔽材料进行屏蔽是主要防范方法之一。电磁屏蔽织物具有良好的导电性能，又可保持织物材料透气、柔韧、可折叠、粘结等特性，可制成屏蔽服、屏蔽帐篷及屏蔽室材料等，以保障人身、信息安全等，是理想的电磁屏蔽材料。
目前的电磁屏蔽织物主要是在织物表面附着一层导电层，通过反射损耗达到屏蔽的目的。常用的制备技术包括化学镀、电镀、真空镀等。然而，此类电磁屏蔽织物的屏蔽效能一般在30-60db之间，并不能达到更高例如超过60db甚至达到90db以上的屏蔽效能。因此，对于特定领域，例如军工产品等的应用受到限制。
发明内容
针对上述问题，本发明通过设计具有三层结构的片状材料，从不同机制对电磁波传播进行衰减，从而实现优异的电磁屏蔽效果。基于此完成了本发明。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的一方面，提供具有三层结构的片状材料，其包括依次设置的第一表面层、中间层和第二表面层，其中所述第一表面层为镀第一金属的高分子纤维层；所述中间层为镀第二金属的高分子纤维层；所述第二表面层为耐水性高分子聚合物涂层。
在某些实施方案中，所述第一金属选自由铜、镍、银、金、铂金和钯组成的组中的至少一种，所述第二金属为银。
在某些实施方案中，所述耐水性高分子聚合物选自由聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中的至少一种。
在某些实施方案中，所述高分子纤维选自由芳纶纤维、涤纶纤维、尼龙纤维和聚酰亚胺纤维组成的组中的至少一种。
在某些实施方案中，所述中间层中第二金属的含量为30重量％-40重量％。基于中间层的总重量。
在某些实施方案中，所述第一表面层的伸缩率小于10％。
在某些实施方案中，所述中间层通过使用镀第二金属的高分子纤维编织而成，或通过用第二金属镀覆高分子纤维的织物获得。
在某些实施方案中，所述第一表面层中第一金属的含量为20重量％-30重量％。基于第一表面层的总重量。
在某些实施方案中，所述中间层和所述第一表面层之间通过胶粘剂连接。
本发明的另一方面，提供一种衣物，其包括本发明所述的片状材料。
本发明的技术效果：
在某些实施方案中，本发明片状材料为轻量化软体材料，其具有超过60db甚至达到90db以上的电磁屏蔽效果，可特别适用于军事作战指挥帐篷、防电磁屏蔽服及电磁屏蔽室等军工领域(例如用于军工电子对抗，军事假目标等)以及航空、航天和海上野外救生领域。
在某些实施方案中，本发明的片状材料中仅中间层在10MHZ～40GHZ之间的电磁屏蔽为60DB，反射率达98％以上。
在某些实施方案中，本发明的片状材料中第一表面层对于宽频段电磁波(长波，短波，米波)的反射率为96％以上。
在某些实施方案中，本发明的片状材料具有更强的抗磨耗性，进而防辐射能力更持久，使用寿命延长。
在某些实施方案中，本发明的片状材料的伸缩率小于10％因而在保持片状材料的平整、柔软、可裁剪、可粘贴性的同时抗变形，反射率稳定。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限值以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。
本发明中，名词术语既包括单数形式，也包括复数形式，除非上下文另行明确指出。本发明中所述的“至少一种”不仅仅指包含“一个”或“一种”的情况，更重要的还包含“多个”或“多种”的情况。
本发明人发现，电磁波传播穿过屏蔽材料表面时通过不同机制进行衰减：①在入射表面的反射损耗；②未被反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的损耗；③在屏蔽体内部的多次反射损耗。针对上述三种不同机制，本发明人对材料进行了新的设计。具体地，本发明包括以下改进或设计。
为了增强在入射表面的反射损耗，发明人在材料中引入第一表面层，第一表面中镀覆第一金属，第一金属选择相对电导率大的金属，例如铜、镍、银、金、铂金和钯。第一金属可为选自上述金属中的一种或多种。使用具有相对大的电导率的第一金属可增强电磁的反射损耗。在某些实施方案中，第一金属为非金属银，例如铜、镍或铂金。这是因为虽然银具有很高的导电率，但是其化学活性极强，非常容易与其它物质反应生成化合物，这会引起附在纤维表面的银粉末脱落，致使织物的防辐射能力降低甚至消失。从提高耐磨耗性的角度，优选非银金属以便获得更强耐磨耗性的材料。
在某些实施方案中，基于第一表面层的总重量，第一表面层的第一金属的含量为20重量％-30重量％，例如，25重量％。过高的金属含量并不会引起反射损耗的进一步增加，并且会造成成本增加。在某些实施方案中，第一表面层对于宽频段电磁波(长波，短波，米波)的反射率为90％以上，例如96％，优选98％以上。
本发明中第一表面层的伸缩率小于10％，优选小于5％，更优选小于1％，从而保持材料的平整、柔软和可裁剪性。
为了增强未被反射而进入屏蔽体的电磁波被材料吸收的损耗，发明人在本发明的材料中引入了镀第二金属的高分子纤维层作为中间层。中间层中导电率的增加，既有利于材料的反射损耗也有利于材料的吸收损耗。在某些实施方案中，第二金属选择导电性强的金属，例如银，从而在增加导电率的同时，还能避免作为活泼金属的银暴露于材料表面而被磨损消耗。同时由于中间层并不暴露于表面，因此可增加其中第二金属的含量，例如可使其含量达到30重量％-40重量％，例如，32重量％、34重量％、36重量％、38重量％等，由此可增强中间层的导电性，进而提高中间层的电磁波吸收能力。需要说明的是，在镀银材料暴露于表面的情况下，通常银含量并不能达到很高的水平，这是因为高含量的银粉容易发生脱落。
作为镀层(包括第一表面层和中间层)的制备方法，其可通过例如化学镀及电镀将金属镀在织物的表面。例如，将金属的离子镀液通过氧化还原的方法，在例如涤及芳族聚酰胺等织物材料上，进行镀覆等。其优点是不受织物形状及大小的限制，镀层均匀，织物材料柔软，设备投入量也小，但镀层容易被刮擦而失去屏蔽性能。
在可选的实施方案中，通过真空镀制备镀层。例如，在真空和高温状态下，将金属熔化，当被熔化的金属升至沸点时，金属粒子就会蒸发并向织物表面飞溅，从而沉积在织物或纤维表面。其优点是不会造成较大的化学污染、材料美观并且屏蔽效果较好，但镀覆的金属层与织物的结合力较差，容易脱落。
作为另外可选的实施方案，通过磁控溅射镀制备镀层。其主要利用高能离子撞击金属靶材进行能量交换，把从靶材表面飞溅出的靶材原子或分子沉积到纺织基材衬底，形成屏蔽的金属薄膜。磁控溅射镀具体实例包括多靶磁控溅射、磁控扫描、非平衡磁控溅射和脉冲磁控溅射等。磁控溅射镀技术制备的织物材料，对于抑制生物菌活性、纤维抗紫外性能具有明显的作用，其原因可能是由于金属离子存在于织物表面所致。
作为镀层的制备方法，还可例举用镀金属的纤维编织成片状材料的方法。其主要将导电纤维或将其与普通纤维经混纺技术而成。常用的导电纤维主要有镍纤维、铜纤维和碳纤维等，这种工艺制备的电磁屏蔽材料在30-1000MHz频率范围内，屏蔽效果较低，即使进行6层层压，电磁屏蔽材料屏蔽效果也仅能达到55dB左右。目前已知中国山西华丽服饰科技发展有限公司开发的电磁屏蔽织物材料在10GHz时织物的屏蔽性能达到34.77dB。可能为目前已知的最好的屏蔽效果。
本发明人发现通过采用双导电层(第一表面层和中间层)设计，在电磁屏蔽方面实现了预料不到的效果。其原因并不清楚，但发明人推测，本发明的片状材料采用双导电层(第一表面层和中间层)设计，且两层之间具有不同的材质，使得电磁波在不同层之间的传播发生变化，增强了片状材料作为整体在内部的反射频次增加，进而增强损耗。另一方面，单层导电织物材料层由于存在导电不连续点，这些不连续点包括各种织物纤维之间的孔洞和缝隙等，使得单层材料的屏蔽效果降低，而本发明中通过双层设计在两层导电层之间形成了间隙，间隙的存在使得第一层露过的电磁波传播方向发生变化，并被第二层进一步屏蔽或反射，从而使得其屏蔽效果优于单层以及单层简单叠加后的效果。
另一方面，为了增加片状材料的耐环境性，引入第二表面层，其为耐水性高分子聚合物。在某些实施方案中，第二表面层的高分子聚合物通过复合到中间层中与第一表面层相对一面而获得。所述复合包括涂布结合等。在某些实施方案中，耐水性高分子聚合物选自由聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中的至少一种，从而在增强耐水/防水性的同时，增强防盐雾性。在某些实施方案中，第二表面层包含金属颗粒，从而进一步增强电磁屏蔽效果。作为金属颗粒的实例包括，但不限于Cu、Ag、Ni、Al的颗粒，优选Al。
本发明中，第一表面层和中间层之间的结合可通过例如涂布耐水性高分子聚合物到中间层而实现。第二表面层与中间层的结合/复合可通过例如胶粘剂连接。在某些实施方案中，本发明的片状材料具有1-2mm的厚度，例如1.5mm的厚度。厚度过大，不利于材料的柔韧、柔软性。另一方面，厚度过小，则不利于电磁波被材料吸收的损耗。
实施例
实施例1本发明片状材料的制备。
使用镀铜的纤维织物(锦纶66化学镀铜平纹织物，规格：经、纬纱的线密度均为70D，经、纬纱密度分别为380、310根/10cm，铜含量20重量％)作为第一表面层；使用镀银纤维织物(100％银纤维防辐射针织布ZZB-1，来自青岛天银纺织科技有限公司，银含量30重量％)作为中间层；使用TPU薄膜作为第二表面层。
将第一表面层和中间层通过胶粘剂压制成双层结构。取大小为30cm×30cm的双层结构。将其平放在覆膜机(杭州仁协机电科技有限公司)的送台板上。利用100目的钢筛将一定量的TPU热熔胶粉均匀地撒在双层结构表面，按照设定的热胶辊工艺参数(温度130℃，上胶量12g·m-2)在覆膜机上层压复合成形。
实施例2屏蔽效能的评价
根据电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法GJB 6190-2008测试本发明的片状材料及比较用材料的屏蔽效能。其中屏蔽效能(SE)，其定义为在同一激励电平下，有屏蔽材料与没有屏蔽材料时所接收到的功率之比或电压之比：
SE＝20lg(V0/V1)＝10lg(P0/P1) (1)
式中SE为屏蔽效能，dB；V0为无屏蔽材料时的接受电压；V1为有屏蔽材料时的接受电压；P0为无屏蔽材料时的接受功率；P1为有屏蔽材料时的接受功率。
表1屏蔽效果等级
表2本发明材料的屏蔽效果
| SE(dB) | 等级 | |
| 本发明的材料 | 99 | 优 |
| 锦纶66化学镀铜平纹织物 | 25 | 较差 |
| 100％银纤维防辐射针织布ZZB-1 | 60 | 中等 |
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种具有三层结构的片状材料，其包括依次设置的第一表面层、中间层和第二表面层，其中：
所述第一表面层为镀第一金属的高分子纤维层；所述中间层为镀第二金属的高分子纤维层；所述第二表面层为耐水性高分子聚合物涂层。
2.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述第一金属选自由铜、镍、银、金、铂金和钯组成的组中的至少一种，所述第二金属为银。
3.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述耐水性高分子聚合物选自由聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述高分子纤维选自由芳纶纤维、涤纶纤维、尼龙纤维和聚酰亚胺纤维组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述中间层中第二金属的含量为30重量％-40重量％。
6.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述第一表面层的伸缩率小于10％。
7.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述中间层通过使用镀第二金属的高分子纤维编织而成，或通过用第二金属镀覆高分子纤维的织物获得。
8.根据权利要求1所述的片状材料，其中所述第一表面层中第一金属的含量为20重量％-30重量％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的片状材料，其中所述中间层和所述第一表面层之间通过胶粘剂连接。
10.一种衣物，其包括根据权利要求1-9任一项所述的片状材料。
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