CN111455492A - 一种电磁屏蔽纳米纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁屏蔽纳米纤维及其制备方法，使用的纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达350‑600nm；本发明使用二异氰酸酯将具有电磁屏蔽性能的氧化石墨烯与基体聚合物聚酰胺进行交联，一方面，提高氧化石墨烯的分散性，另一方面，将处理后的氧化石墨烯与基体聚合物端部的氨基或羧基(其中氨基比羧基反应活性强)进行反应，纺丝后可以提高纤维的电磁屏蔽性能，屏蔽范围宽，且有助于性能的持久性，本发明采用的方法工艺简单，可以在较温和的条件下即可发生交联。
Description
技术领域
本发明属于纳米纤维材料领域，特别涉及一种电磁屏蔽纳米纤维及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，电子产品和电器得到了广泛应用，但是经过研究证明，这些产品产生的电磁辐射会对人体产生影响，且在军事对抗中，电磁波也会影响信息的安全，因此，有必要开发一种具有高屏蔽效果的电磁屏蔽材料。
目前，制备电磁屏蔽材料一般是将电磁屏蔽材料加入到聚合物中混合后，进行纺丝，但是存在屏蔽效果低以及添加量大的问题，且电磁屏蔽材料存在易团聚、分散性差、耐久性差的问题，影响纤维的力学性能。
纳米纤维由于具有纳米尺度而具有特殊的特点，如具有小尺寸效应、量子尺寸效应，具有吸收频带宽、质量轻等特点，但是现有技术中，常用的纺丝工艺有静电纺丝、干法纺丝、湿法纺丝等工艺，其中静电纺丝可以制得直径较小的纳米纤维，但是此种方法需要构建一个大电场，对设备要求较高。所以，有必要研制一种电磁屏蔽纳米纤维，具有较小直径，较好的电磁屏蔽性能，且性能持久，力学性能较好。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种电磁屏蔽纳米纤维及其制备方法，该方法的工艺设备简单，直径可达纳米级，且电磁屏蔽性能较好，性能持久，力学性能较好。
本发明的一种电磁屏蔽纳米纤维，原料为：聚酰胺、二异氰酸酯、氧化石墨烯、溶剂，获得的纺丝溶液通过气体喷纺工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：聚酰胺45-65、二异氰酸酯15-25、氧化石墨烯3-15、溶剂100-140，所述的二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯。
所述溶剂选自DMF、丙酮、甲酸溶液。
所得纳米纤维直径为350-600nm。
本发明还涉及上述纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)将氧化石墨烯加入到一部分溶剂中，超声分散均匀，然后加入二异氰酸酯，在50-100℃充分反应1-8h，
(2)将聚酰胺加入到剩余溶剂中，在室温下500-600r/min搅拌混合均匀，加入到步骤(1)的溶液中，然后在45-95℃下反应0.5-3h；
(3)将步骤(2)获得的溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.001-100MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.2-12m/s，喷丝口到收集板的距离为5-25cm。
本发明的有益效果在于：
(1)使用的纺丝工艺简单，不需要使用电场，所制备的纳米纤维直径较静电纺丝纤维直径要小的多，可达350-600nm；
(2)本发明使用二异氰酸酯将具有电磁屏蔽性能的氧化石墨烯与基体聚合物聚酰胺进行交联，一方面，提高氧化石墨烯的分散性，另一方面，将处理后的氧化石墨烯与基体聚合物端部的氨基或羧基(其中氨基比羧基反应活性强)进行反应，纺丝后可以提高纤维的电磁屏蔽性能，屏蔽范围宽，且有助于性能的持久性，本发明采用的方法工艺简单，可以在较温和的条件下即可发生交联。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种电磁屏蔽纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)将氧化石墨烯加入到一部分DMF中，超声分散均匀，然后加入异佛尔酮二异氰酸酯，在60℃充分反应2h，
(2)将聚酰胺6加入到剩余溶剂中，在室温下500r/min搅拌混合均匀，加入到步骤(1)的溶液中，然后在50℃下反应1h；
(3)将步骤(2)获得的溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.001MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.2m/s，喷丝口到收集板的距离为15cm。
聚酰胺6 45、异佛尔酮二异氰酸酯15、氧化石墨烯3、DMF 100。
所得纤维平均直径为580nm。
对比例1
为实施例1不加入异佛尔酮二异氰酸酯的方案。
实施例2
一种电磁屏蔽纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)将氧化石墨烯加入到一部分DMF中，超声分散均匀，然后加入六亚甲基二异氰酸酯，在70℃充分反应2h，
(2)将聚酰胺66加入到剩余溶剂中，在室温下600r/min搅拌混合均匀，加入到步骤(1)的溶液中，然后在65℃下反应2h；
(3)将步骤(2)获得的溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为0.01MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.8m/s，喷丝口到收集板的距离为20cm。
聚酰胺66 55、六亚甲基二异氰酸酯15、氧化石墨烯5、DMF 110。
所得纤维平均直径为520nm。
对比例2
为实施例2不加入六亚甲基二异氰酸酯的方案。
实施例3
一种电磁屏蔽纳米纤维的制备方法，包括以下步骤，
(1)将氧化石墨烯加入到一部分DMF中，超声分散均匀，然后加入六亚甲基二异氰酸酯，在65℃充分反应3h，
(2)将聚酰胺6加入到剩余溶剂中，在室温下550r/min搅拌混合均匀，加入到步骤(1)的溶液中，然后在75℃下反应2h；
(3)将步骤(2)获得的溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
纺丝工艺参数：载气压力为1MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为1m/s，喷丝口到收集板的距离为25cm。
聚酰胺6 65、六亚甲基二异氰酸酯20、氧化石墨烯4、DMF 140。
所得纤维平均直径为482nm。
对比例3
为实施例3不加入六亚甲基二异氰酸酯的方案。
对比例4
为使用实施例1的组分及参数进行静电纺丝工艺，纤维直径为1100nm。
对实施例1-3和对比例1-3的纤维进行电磁屏蔽性能测试，使用BDS宽频介电质谱仪对其进行性能测试，测试结果如表1。
表1
| 屏蔽效能dB | 强度(CN/dtex) | 屏蔽效能dB(水洗50次) | |
| 实施例1 | 62 | 4.78 | 53 |
| 实施例2 | 75 | 5.69 | 69 |
| 实施例3 | 70 | 6.02 | 62 |
| 对比例1 | 40 | 3.40 | 28 |
| 对比例2 | 50 | 4.21 | 34 |
| 对比例3 | 47 | 4.81 | 30 |
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种电磁屏蔽纳米纤维，原料为：聚酰胺、二异氰酸酯、氧化石墨烯、溶剂，获得的纺丝溶液通过气体喷纺工艺制备得到，其中各组分的质量份数为：聚酰胺45-65、二异氰酸酯15-25、氧化石墨烯3-15、溶剂100-140，所述的二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯。
2.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，所述溶剂选自DMF、丙酮、甲酸溶液。
3.根据权利要求1所述的纳米纤维，其特征在于，所得纳米纤维直径为350-600nm。
4.一种权利要求1-3中任一项所述的纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
(1)将氧化石墨烯加入到一部分溶剂中，超声分散均匀，然后加入二异氰酸酯，在50-100℃充分反应1-8h；
(2)将聚酰胺加入到剩余溶剂中，在室温下500-600r/min搅拌混合均匀，加入到步骤(1)的溶液中，然后在45-95℃下反应0.5-3h；
(3)将步骤(2)获得的溶液通过计量泵供给到注射器中，通过注射泵使纺丝溶液通过喷丝口挤出，使用高压气体实现对纺丝液细流的拉伸，在收集板上收集获得纳米纤维。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，纺丝工艺参数：载气压力为0.001-100MPa，纺丝溶液供给至喷丝口的速率为0.2-12m/s，喷丝口到收集板的距离为5-25cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200728 |
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