CN111535044B - 具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物及其制备方法，主要操作步骤如下：将导电填料分散液涂覆于纺织物上，制得导电涂层；配制疏水高分子纳米粒子复合溶液，将其涂覆于上述所得的导电棉织物上，制得聚合物复合微球涂层。本发明制备的织物在保持了其柔软性的基础上，赋予了织物较好的电磁屏蔽性能，且通过对其电磁参数进行调控，增加了其吸收损耗，大大降低了电磁波的反射及二次辐射，同时制得的电磁屏蔽织物还兼具疏水的功能，且本制备方法简便、易行，成本低廉。

Description

具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及织物技术领域，尤其是一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物及其制备方法。
背景技术
近年来，人们在日常工作和生活中使用电子产品和设备日渐频繁，而大多数的电子产品都会不同程度地产生电磁辐射。电磁辐射产生的电磁干扰已不仅影响到电子产品的性能实现，而且还严重危害着人类的健康，而电磁屏蔽织物是目前隔离电磁辐射的有效方式之一。
目前市场上传统的电磁屏蔽织物主要有金属纤维混编类织物和金属涂覆类织物等，虽其导电性较高，但因其存在金属纤维或金属层易氧化、易腐蚀、耐磨性差等问题，总体效果仍不理想。近年，非金属类电磁屏蔽织物材料受到了越来越多的关注，尤其是在织物表面涂覆各种导电涂层制得的高导电屏蔽材料，它即可以弥补金属类屏蔽织物的缺陷，又具有加工工艺简单，织物的柔软度高等优点。但上面所述的不管是金属类还是非金属类电磁屏蔽织物，都是通过提高复合材料导电性能，实现高电磁屏蔽效果，其屏蔽作用主要来自于电磁波的反射损耗，而电磁波大量反射又会对环境产生二次污染。另外，作为织物，为了保持其表面清洁会需要经常水洗，然而涂层类的屏蔽织物虽有一定的耐水洗性，但如果长时间浸泡清洗，难免会影响产品的性能和使用寿命，而疏水性织物可以具有防水、防污的自清洁能力，从而避免了织物的反复水洗。目前，常用的疏水织物主要是利用防水剂对织物进行后处理制得的，这不仅增加了制备工序的复杂性，而且经过处理后必然会影响织物自身的功能性及其柔软性。然而目前，具有高吸收特性的电磁屏蔽功能且同时兼具疏水性能的织物材料尚鲜有报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法。
为了解决本发明的技术问题，所采取的技术方案为一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物，包括纺织物和复合于纺织物上的涂层，所述涂层由聚合物复合微球和导电填料以(65-99):(1-35)的质量比组成，所述聚合物复合微球由聚合物树脂和纳米粒子以(70-97):(3-30)的质量比组成。。
作为具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的进一步改进：
优选的，所述纺织物为棉纤维、棉纤维混纺织物、麻纤维、麻纤维混纺织物、化学纤维、化学纤维混纺织物、无纺布中的一种。
优选的，所述导电填料包括第一类导电填料和第二类导电填料，其中，第一类导电填料为金属纳米线、导电纳米微球水性类导电填料中的一种或两种，第二类导电填料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维中的一种或两种及以上。
优选的，所述聚合物树脂为聚偏氟乙烯。
优选的，所述纳米粒子为四氧化三铁、二氧化硅、二氧化钛、钛酸钡、氮化硼中的一种或两种及以上。
为解决本发明的另一个技术问题，所采取的技术方案为一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，该制备方法的具体步骤如下：
S1、将第一类导电填料溶于去离子水中，制得浓度为0.5-5mg/ml的导电填料分散液；
或者，称取质量比为(4-10):1的改性剂和第二类导电填料，加入到去离子水中充分混合，制得浓度为0.5-5mg/ml的导电填料分散液；
将上述导电填料分散液涂覆于纺织物上，然后置于温度为60-100℃的烘箱中30-90min，烘干后纺织物上导电填料的涂覆量为0.5-5mg/cm2，得到导电屏蔽织物，或者重复涂覆-烘干的步骤1次以上，得到导电屏蔽织物；
S2、取70-97质量份的聚合物树脂加入到有机溶剂中，置于60-90℃的温度下搅拌6-12h，制得质量分数为3-15wt％的聚合物树脂溶液，然后向聚合物树脂溶液中加入3-30质量份的纳米粒子，得到聚合物纳米粒子复合溶液；
S3、将步骤S2制得的聚合物纳米粒子复合溶液涂覆于步骤S1制得的导电屏蔽织物上，然后将涂覆后的织物置于温度为10-60℃、湿度60-100％的恒温恒湿箱中反应6-24h，制得负载聚合物复合微球涂层的织物；
S4、将步骤S3得到的织物置于去离子水中浸泡4-12h，之后置于温度为60-100℃的烘箱中30-90min，即制得有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物；
其中，步骤S1、S2不分先后顺序。
作为具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法的进一步改进：
优选的，步骤S1和S3中所述的涂覆采用浸涂、旋涂、喷涂中的一种。
优选的，步骤S1中所述的改性剂为荧光增白剂VBL、海藻酸盐、硅烷偶联剂、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
优选的，步骤S3中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、环己烷、三氯甲烷中的一种。
本发明相比现有技术的有益效果在于：
其一，本发明制得的织物不仅有优异的电磁屏蔽性能，同时还兼具疏水功能，且扫描电镜结果显示经涂覆后的涂层均匀包覆在每根织物纤维的表面，而纤维之间的连接相对较少，最大程度的保持了织物本身的柔软性。
其二，本发明制备的聚合物复合微球涂层，不仅可以调控复合材料的电磁参数，增加阻抗匹配和电磁波的入射吸收，大大降低电磁波的反射及其造成的二次辐射，还可以直接起到疏水的作用，而且聚合物树脂与纳米粒子形成的微纳复合结构，增加了复合材料的表面粗糙度，还可以进一步提高其疏水性能。
其三，本发明的制备方法简单、科学、有效。制备过程所需实验条件要求简单，能耗低，无需昂贵的设备，生产成本低，环保无污染，使用范围广且适合大规模工业化生产的特点，具有很好的商业化应用前景。
附图说明
图1为实施例1中所得具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物1的扫描电镜图片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
首先从市场购得或自行制得：
作为织物的棉纤维及其混纺织物，或麻纤维及其混纺织物，或化学纤维及其混纺织物，或无纺布。
作为导电填料的金属纳米线、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维。
作为疏水高分子材料的聚偏氟乙烯。
作为纳米粒子的四氧化三铁、二氧化硅、二氧化钛、钛酸钡、氮化硼。
对比例1
制备的具体步骤为：
步骤1：将0.1g多壁碳纳米管与0.6g荧光增白剂VBL加入30ml去离子水中，室温下充分搅拌混合，并超声分散3h，制得均匀的多壁碳纳米管分散液；
步骤2：取一块棉纤维织物，厚度2mm，将其在步骤1所得的碳纳米管分散液中充分浸润后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，并重复此浸润-烘干操作2次，得到导电屏蔽棉织物。
对比例2
制备的具体步骤为：
步骤1：将3g聚偏氟乙烯(PVDF)溶于60ml二甲基甲酰胺(DMF)中，于80℃下搅拌8h，配制成均匀溶液后，将其涂覆于棉织物上，之后置于温度20℃，湿度98％的恒温恒湿箱中反应12h；
步骤2：将步骤1得到的棉织物置于去离子水中浸泡10h后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，即得疏水功能棉织物；
实施例1
制备的具体步骤为：
步骤1：将0.1g多壁碳纳米管与0.6g荧光增白剂VBL加入30ml去离子水中，室温下充分搅拌混合，并超声分散3h，制得均匀的多壁碳纳米管分散液；取一块棉纤维织物，厚度2mm，将其在所得的碳纳米管分散液中充分浸润后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，并重复此浸润-烘干操作2次，得到导电屏蔽棉织物；
步骤2：将3g聚偏氟乙烯(PVDF)溶于60ml二甲基甲酰胺(DMF)中，于80℃下搅拌8h，配制成均匀溶液后，将其涂覆于步骤1所得的导电屏蔽棉织物上，之后置于温度20℃，湿度98％的恒温恒湿箱中反应12h；
步骤3：将步骤2处理后的棉织物置于去离子水中浸泡10h后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，即得具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物1。
所制得的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物1进行电镜扫描，扫描电镜图片如图1所示，可以看出导电填料层和聚合物复合微球层都均匀稳定的附着在棉织物纤维的表面，增加了纤维表面的粗糙度。
将对比例1、2和实施例1制得的织物样品进行性能测试，结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002518177150000051
从表1中可以看出，对比例1制得的棉织物有一定的电磁屏蔽性能，但是无疏水性能；对比例2制得的棉织物有一定的疏水性能，但是无电磁屏蔽性能；而实施例1制得的棉织物兼具电磁屏蔽及疏水性能，而且相比较对比例1，其反射系数R值降低，在保持总的屏蔽性能的前提下，大大降低了电磁波的反射及二次辐射。
实施例2
步骤1：将0.1g多壁碳纳米管与0.6g荧光增白剂VBL加入30ml去离子水中，室温下充分搅拌混合，并超声分散3h，制得均匀的多壁碳纳米管分散液；取一块棉纤维织物，厚度2mm，将其在所得的碳纳米管分散液中充分浸润后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，并重复此浸润-烘干操作2次；
步骤2：将3g聚偏氟乙烯(PVDF)溶于60ml二甲基甲酰胺(DMF)中，于80℃下搅拌8h，配制成均匀溶液后，向其中加入0.5g四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子，充分搅拌后，超声5h，制得PVDF/Fe3O4的分散液；
步骤3：将步骤2所得的PVDF/Fe3O4的分散液涂覆于步骤1所得的导电棉织物上，之后置于温度20℃，湿度98％的恒温恒湿箱中反应12h；
步骤4：将步骤3得到的棉织物置于去离子水中浸泡10h后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，即得具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物2。
实施例3
步骤1：将0.1g多壁碳纳米管与0.6g荧光增白剂VBL加入30ml去离子水中，室温下充分搅拌混合，并超声分散3h，制得均匀的多壁碳纳米管分散液；取一块棉纤维织物，厚度2mm，将其在所得的碳纳米管分散液中充分浸润后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，并重复此浸润-烘干操作3次；
步骤2：将3g聚偏氟乙烯(PVDF)溶于60ml二甲基甲酰胺(DMF)中，于80℃下搅拌8h，配制成均匀溶液后，向其中加入1g四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子，充分搅拌后，超声5h，制得PVDF/Fe3O4的分散液；
步骤3：将步骤2所得的PVDF/Fe3O4的分散液涂覆于步骤1所得的导电棉织物上，之后置于温度20℃，湿度98％的恒温恒湿箱中反应12h；
步骤4：将步骤3得到的棉织物置于去离子水中浸泡10h后取出，置于80℃烘箱中烘干60min，即得具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物3。
将实施例1-3制得的电磁屏蔽与疏水功能织物进行性能测试，结果如下表2所示：
表2
Figure BDA0002518177150000071
从表2中可以看出，实施例2相比于实施例1，制得的电磁屏蔽与疏水功能织物的屏蔽性能和疏水性能都有所提高，而且R值减小，这表明在聚合物树脂溶液中添加纳米粒子后对织物进行涂层，不仅可以调控复合材料的电磁参数，大大降低电磁波的反射及二次辐射，还可以进一步提高疏水性能；另外，还可以通过调节导电层及聚合物复合微球层的涂覆量，来制备不同屏蔽疏水性能的织物，以满足不同应用需求。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本领域的技术人员可以对本发明的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明专利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，该织物包括纺织物和复合于纺织物上的涂层，其特征在于，所述涂层由聚合物复合微球和导电填料以(65-99):(1-35)的质量比组成，所述聚合物复合微球由聚合物树脂和纳米粒子以(70-97):(3-30)的质量比组成；所述聚合物树脂为聚偏氟乙烯；所述导电填料包括第一类导电填料和第二类导电填料，其中第一类导电填料为金属纳米线、导电纳米微球水性类导电填料中的一种或两种，第二类导电填料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维中的一种或两种及以上；
其制备方法的具体步骤如下：
S1、将第一类导电填料溶于去离子水中制得浓度为0.5-5mg/ml的导电填料分散液；
或者，称取质量比为(4-10):1的改性剂和第二类导电填料，加入到去离子水中充分混合，制得浓度为0.5-5mg/ml的导电填料分散液；
将上述导电填料分散液涂覆于纺织物上，然后置于温度为60-100℃的烘箱中30-90min，烘干后纺织物上导电填料的涂覆量为0.5-5mg/cm2，得到导电屏蔽织物，或者重复涂覆-烘干的步骤1次以上，得到导电屏蔽织物；
S2、取70-97质量份的聚合物树脂加入到有机溶剂中，置于60-90℃的温度下搅拌6-12h，制得质量分数为3-15wt％的聚合物树脂溶液，然后向聚合物树脂溶液中加入3-30质量份的纳米粒子，得到聚合物纳米粒子复合溶液；
S3、将步骤S2制得的聚合物纳米粒子复合溶液涂覆于步骤S1制得的导电屏蔽织物上，将涂覆后的织物置于温度为10-60℃、湿度60-100％的恒温恒湿箱中反应6-24h，制得负载聚合物复合微球涂层的织物；
S4、将步骤S3得到的织物置于去离子水中浸泡4-12h，之后置于温度为60-100℃的烘箱中30-90min，即制得高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物；
其中，步骤S1、S2不分先后顺序。
2.根据权利要求1所述的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，其特征在于，所述纺织物为棉纤维、棉纤维混纺织物、麻纤维、麻纤维混纺织物、化学纤维、化学纤维混纺织物、无纺布中的一种。
3.根据权利要求1所述的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，其特征在于，所述纳米粒子为四氧化三铁、二氧化硅、二氧化钛、钛酸钡、氮化硼中的一种或两种及以上。
4.根据权利要求1所述的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，其特征在于，步骤S1和S3中所述的涂覆采用浸涂、旋涂、喷涂中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述的改性剂为荧光增白剂VBL、海藻酸盐、硅烷偶联剂、十二烷基苯磺酸钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的具有高吸收特性的电磁屏蔽与疏水功能织物的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、环己烷、三氯甲烷中的一种。
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