CN112267211A - 一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及导电、电磁屏蔽面料技术领域，特别涉及一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料。该电磁屏蔽面料以弹性基布为基材，先对弹性基布进行预牵伸，然后在弹性基布表面溅射导电金属膜，再经热定型制备而成，所述弹性基布的伸长率﹥50％，在伸长50％条件下弹性回复率﹥60％，预牵伸倍数为0.3‑10，所述面料的电磁屏蔽效率SE﹥50dB。本发明还包括一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的制备方法。本发明可有效提高电磁屏蔽效果，且电阻低，柔性好，使用寿命长，生产成本低，绿色环保，值得被广泛推广应用。

Description

一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电、电磁屏蔽面料技术领域，特别涉及一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料及其制备方法。
背景技术
随着现代科技的高速发展和人们生活水平的提高，各种电子设备和家用电器的种类和数量也日益增多，现代科技进步在给人类生活提供种种便利的同时，也带来了许多潜在危害。一种看不见、摸不着的污染源日益受到国内外各界的关注，这就是被人们称为“隐形杀手”电磁辐射。而对于人体这一良导体，电磁波不可避免地会构成一定程度的危害。相关研究表明，频率超过150MHz的电磁波就会对人体健康造成严重影响，电磁辐射不仅会引起人体中枢神经系统的机能障碍和以交感神经疲乏、紧张为主的植物神经失调，造成神经衰弱，而且可能导致人体细胞基因突变，引发细胞癌变、孕妇流产、胎儿畸形等病变。电磁辐射污染问题已成为继水污染、大气污染和固体废弃物污染之后的第四大污染源。由于电磁辐射广泛存在于人们的生活、工作环境中并且日益严重，已经引起人们的关注，所以防护电磁辐射的手段、方法和材料便应运而生。
众所周知，防电磁辐射面料可以有效地反射或吸收有害电磁波，保护人体不受电磁辐射的伤害。因其还具有抗静电、导电等复合功能，越来越受到人们的关注，并已应用于内衣，家纺、特种服装、医疗手术服、体育、部队装备等领域。目前市场上销售的防电磁辐射面料依据应用的原材料及加工方式的不同，分为两种类型：一是采用金属丝与纺织纤维混纺而成的防辐射面料；二是由表面镀金属材料的纺织纤维编织而成的防辐射面料。两者都是采用高导电或磁性金属材料如银、铜、镍等，作为导电或电磁屏蔽功能体，其拥有较高的电磁屏蔽效能，但也存在重量大、柔韧性差、电阻大、易氧化和腐蚀等诸多缺点，严重影响了面料的性能和使用寿命。还有一种是填充型电磁屏蔽复合材料，但其存在短纤维填料含量高、分散性差、频带窄等缺点，因而其应用范围仍然受到一定限制。因此，现亟待开发一种高性能的导电、防电磁辐射面料。
弹性面料具有弹性好、透气性好以及良好的稳定性，可将其作为导电、屏蔽功能载体应用于导电、电磁屏蔽面料，有望弥补现有的导电、防辐射面料的不足。
所谓弹性面料，就是指该材料在一定的拉伸外力作用下，伸长率可以达到60％以上，去除外力后，材料又能自行恢复原伸长的55％左右。与普通的非织造材料相比，弹性非织造材料有着自身优越的特殊功能，是非织造材料新原料、新工艺和新技术的产物。弹性非织造材料与当今世界非织造材料技术创新与高附加值开发的发展趋势相一致，市场潜力巨大，发展前景十分广阔。
目前，在面料上镀金属层，一般是采用传统的化学镀，或是采用传统的溅射技术进行镀层，当采用化学镀时，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法，容易造成水污染。当采用传统的溅射技术溅射时，其仅仅是在面料表面溅射一层金属膜，形成的是平面导电屏蔽通道，即金属膜仅仅镀在上层的纤维层上，至于下层以及下下层的纤维层并不能镀上，所以说，其溅射面积较小，电磁屏蔽效果较差，电阻相对较大。且对面料溅射完成后，由于极易脱粒，不能移动，较为费事费力。
专利CN 103465526 A，公开了一种柔性电磁屏蔽复合材料，其包括表层和导电纤维屏蔽层，所述导电纤维屏蔽层包括基布和导电纤维层，所述导电纤维屏蔽层是将导电纤维长丝束按照等间距排列的方式有规律地平铺在基布上而制得；将上述复合材料以一定的重叠角和重叠层数相互叠合所得的复合材料。虽然该专利制备的复合材料的电磁屏蔽性能得到了显著提高，且具有低成本、宽频带、高性能等特点。但是，该复合材料以一定的重叠角和重叠层数相互叠合所得，结构过于复杂，导电纤维耗量大，生产成本较高，且该复合材料不适合应用于对柔性要求高的领域，如塑形美体用的束缚带，柔性传感器等。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种可有效提高电磁屏蔽效果，电阻低，柔性好，使用寿命长，生产成本低，绿色环保，高性能的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料及其制备方法。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述电磁屏蔽面料以弹性基布为基材，先对弹性基布进行预牵伸，然后在弹性基布表面溅射导电金属膜，再经热定型制备而成，所述弹性基布的伸长率﹥50％，在伸长50％条件下弹性回复率﹥60％，预牵伸倍数为0.3-10，所述面料的电磁屏蔽效率SE﹥50dB。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述弹性基布为弹性织物，所述弹性织物包括针织物、梭织物和非织造材料，所述弹性织物的材料可为尼龙，莱卡，莫代尔，粘胶纤维中的一种或多种纤维的混合。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述弹性基布为弹性非织造布，所述弹性非织造布包括弹性纺粘布、弹性熔喷布、弹性纺粘熔喷复合布、弹性水刺布、弹性针刺布。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述弹性非织造布由如下重量百分比的原料制备而成：聚丙烯0-50％；爽滑剂0-10％；剩余为热塑性弹性体，将上述原料进行混合形成混合料，控制混合料熔融指数为55-1500g/10min(在230℃，2.16kg条件下)，所述非织造布的克重为10-200g/m2，纤维直径为0.2-30um，伸长率为50-1000％，弹性回复率为55-95％。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述热塑性弹性体包括苯乙烯嵌段共聚物，聚氨酯，醋酸乙烯酯，烯烃共聚物；所述爽滑剂包括芥酸酰胺，油酸酰胺，聚乙烯蜡中的一种或几种。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述弹性非织造布为弹性纺粘布，所述混合料的热塑性弹性体与聚丙烯的百分比为90：10。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，所述弹性非织造布为弹性熔喷布，所述混合料的热塑性弹性体与聚丙烯的百分比为95：5。
一种制备基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的方法，包括如下步骤：
(1)、预牵伸：先将弹性基布按一定倍数进行预牵伸处理，预牵伸方向可以是单向，也可以是正交双向，还可是多向；
(2)、溅射处理：将步骤(1)得到的预牵伸状态的弹性基布置入溅射设备，在弹性基布的表面溅射一层导电金属膜，形成复合面料基布；
(3)、热定型处理：对步骤(2)得到的复合面料基布进行热定型处理，热定型时，温度设置为80-180℃，热定型时间设置为0.5-5min；
(4)、解除预牵伸处理：对经热定型处理后的复合面料基布的预牵伸状态进行解除，即得到高性能电磁屏蔽面料。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的制备方法，在步骤(2)中，所述溅射设备的真空度设置为3×10-4-8×10-3Pa，溅射气氛为氩气，氩气流量设置为30-70sccm，溅射功率为30-70W，溅射时间为1-15min。
上述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的制备方法，所述导电金属膜的材料包括银，铜，锌。
本发明基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料及其制备方法的有益效果是：本发明克服了传统的在面料表面溅射一层金属膜仅仅形成平面导电屏蔽通道，溅射面积小，单位平方面积电阻大，电磁屏蔽效率低的技术问题，而是通过先对弹性基布预先牵伸，增大溅射面积，然后再对预牵伸后的弹性基布进行溅射金属膜的方式来制备复合面料，弹性基布回缩后，使得弹性基布不同纤维层上均镀有金属膜，即使得复合面料上形成三维或多维的立体导电屏蔽通道，解决了复合面料柔性差，电阻大，屏蔽效果差的技术问题。
本发明通过采用弹性非织造布作为弹性基布，可增大预牵伸倍数，进一步增大溅射面积，弹性基布回缩后，使得复合面料上形成多维的立体导电屏蔽通道，降低了复合面料的电阻率，屏蔽效率得到有效提高。当对同一面积弹性基布溅射时，通过预牵伸，可减少溅射时间，降低成本，提高生产效率。
本发明高性能电磁屏蔽面料的制备方法，通过采用溅射方式在弹性基布上镀金属膜，替代了传统的化学镀，不会由于化学制剂的使用而污染环境，更绿色环保，且制备方法简单。
附图说明
图1为实施例1弹性熔喷布电镜照片；
图2为实施例1弹性熔喷布电镜照片放大图；
图3为实施例1未预牵伸状态下弹性熔喷布电镜照片；
图4为实施例1未预牵伸状态下弹性熔喷布电镜照片放大图；
图5为实施例2弹性熔喷布电镜照片；
图6为实施例2未预牵伸状态下弹性熔喷布电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；
实施例1
如图1、2、3、4所示，一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，上述电磁屏蔽面料以弹性基布为基材，先对弹性基布进行预牵伸，然后在弹性基布表面溅射导电金属膜，再经热定型制备而成。其中，弹性基布为弹性织物，弹性织物包括针织物、梭织物和非织造材料。
在本实施例中，弹性基布为弹性非织造布，弹性非织造布为弹性熔喷布，该弹性熔喷布由如下原料制备而成：苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，PP，芥酸酰胺，将上述原料进行混合形成混合料。其中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与PP的百分比为95:5，芥酸酰胺的添加量占混合料的5％；控制混合料的熔融指数为300g/10min(在230℃，2.16kg条件下)，制备得到的非织造布的克重为67g/m2，纤维细度为1.23-9.12um，MD伸长率在705-834％之间，CD伸长率在653-722％之间，拉伸100％时，MD的弹性回复率为85-90％，CD弹性回复率为83-89％。
进一步的，该弹性熔喷布的制备方法，包括如下步骤：
(1)、将混合料按比例投入混料机喂料斗，加热熔融，挤条，切粒；其中，熔融温度为170℃。
(2)、将步骤(1)得到的切粒，在210℃下的螺杆挤出机中经高温熔融形成聚合物熔体，经过滤、计量，聚合物熔体从0.25mm喷丝孔挤出，在两侧的高速热空气流牵伸下收集于凝网帘或滚筒上，通过自身余热或轧辊热粘合得到弹性熔喷非织造布。
其中，螺杆挤出机各区温度180，240，280，280，模头温度设置为275℃，热风温度为310℃，热风量为3000m3/h，接收距离为30cm。喷丝孔直径0.25mm，通过纤维自身余热粘结成网。
对上述制备得到的弹性熔喷布进行双向牵伸，牵伸倍数为0.5倍，利用溅射技术，在牵伸后的弹性熔喷布溅射导电金属银膜层，最终制得本发明高性能电磁屏蔽面料。通过四探针电阻测量仪检测所得高性能电磁屏蔽面料，其方阻为3.39Ω，其电磁屏蔽效率SE测量为52dB。
一种制备基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的方法，包括如下步骤：
(1)、预牵伸：先将弹性基布按一定倍数进行预牵伸处理；其中，弹性基布采用SEBS基体的弹性熔喷布，进行双向牵伸，牵伸倍数为0.5倍；
(2)、溅射处理：将步骤(1)得到的预牵伸状态的弹性基布置入溅射设备，在弹性基布的表面溅射一层导电金属膜，形成复合面料基布；其中，导电金属膜的材料为金属银，溅射参数：溅射设备的真空度设置为3×10-3Pa，溅射功率为50W，溅射时间为2min，氩气流量为50scmm；
(3)、热定型处理：对步骤(2)得到的复合面料基布进行热定型处理，热定型时，温度设为120℃，热定型时间设为2min；
(4)、解除预牵伸处理：对经热定型处理后的复合面料基布的预牵伸状态进行解除，即得到高性能电磁屏蔽面料。
通过四探针电阻测量仪检测所得电磁屏蔽面料，其方阻为3.39Ω，其电磁屏蔽效率SE测量为52dB。通过扫描电镜可看出纤维表面银层较为密实，并且形成银层褶皱。同样条件下未牵伸的样品方阻为18.11Ω，纤维表面有明显银层颗粒物，无银层褶皱形成。
实施例2
如图5、6所示，与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，将得到的弹性熔喷布进行双向牵伸的倍数设为1倍。溅射参数：溅射功率设为60W，溅射时间为15min，氩气流量设为50scmm。热定型时，温度设为140℃，热定型时间设为3min。
通过四探针电阻测量仪检测本实施例中所得高性能电磁屏蔽面料，其方阻为0.52Ω，其电磁屏蔽效率SE测量为65dB。通过扫描电镜可看出纤维表面银层较为厚实，有银层堆积褶皱，并且纤维间银层粘连较多。同样条件下未牵伸的样品方阻为9.15Ω，纤维表面无银层褶皱，纤维间银层粘连较少。
本实施例采用苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，PP，以及爽滑剂为原料，使得到的非织造布弹性好，伸长100％时弹性回复率高，机械强度高，不易断裂。由于SEBS的两相结构和非晶结构，赋予非织造布良好的弹性及高的弹性回复率。并且SEBS中烯烃链段同PP之间结构相似，两者相容性高，PP加入后与SEBS的EB段形成物理交联网络，可以改善纯SEBS强力较低的缺陷，大大提高了机械强度，使得非织造布不易断裂。SEBS弹性体的分子链上不饱和双键加氢饱和后，具有更优良的稳定性,良好的耐热性。本发明可通过调节组分比例实现整体材料弹性的可控调节。PP、爽滑剂的添加可改善SEBS的流变性，使得混合料具有较高的熔融指数，使得非制备的非织造布的渗透性、透气性更佳。爽滑剂不仅可以降低SEBS的粘弹性，使得非织造布稳定性较好，还可改善非织造布布面的柔滑手感，降低布层之间的粘性。
然后通过提高模头温度来进一步改善聚合物熔体黏度，最后通过提高牵伸热风温度以及牵伸热风量，促使高聚物熔体从喷丝孔挤出后沿着气流方向均匀运动并被均匀牵伸拉细，最后被运载至凝网帘或滚筒上。通过采用上述原料，并通过将模头温度以及空气热风温度设置为较高，使得牵伸纤维细度减小，相对的，在同一输出速率下，纤维数量增大，纤维间排列紧密，提高了纤维间缠结几率，从而使得非织造布的粘结点增多，非织造布的强力得到大大提高。同时由于爽滑剂的添加，使得纤维之间并丝现象得到有效缓解，透气性得到有效提高。
实施例3
一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，上述电磁屏蔽面料以弹性基布为基材，先对弹性基布进行预牵伸，然后在弹性基布表面溅射导电金属膜，再经热定型制备而成。其中，弹性基布为弹性织物，弹性织物包括针织物、梭织物和非织造材料。
在本实施例中，弹性基布为弹性非织造布，弹性非织造布为弹性纺粘布，该弹性纺粘布由如下原料制备而成：苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，PP，芥酸酰胺，将上述原料进行混合形成混合料。其中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与PP的百分比为90:10，芥酸酰胺的添加量占混合料的3％；控制混合料的熔融指数为60g/10min(在230℃，2.16kg条件下)，制备得到的非织造布的克重为48g/m2，纤维细度为17.9-20.3um，MD伸长率在413-525％之间，CD伸长率在572-698％之间，拉伸100％时，MD的弹性回复率为76-83％，CD弹性回复率为85-90％。
具体的，该弹性纺粘布的制备方法，包括如下步骤：
(1)、先将苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，PP，芥酸酰胺投入混料机喂料斗，然后加热熔融，挤条，最后切粒，备用；其中，其中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)与PP的百分比为90:10，芥酸酰胺的添加量占混合料的3％；
(2)、将步骤(1)得到的切粒，在螺杆挤出机中经高温熔融形成聚合物熔体，经过滤、计量，聚合物熔体从喷丝孔挤出，经两侧冷空气冷却形成初生纤维；
(3)、将步骤(2)得到的初生纤维在高速气流下牵伸，收集凝网帘或滚筒上，通过轧辊热粘合得到弹性纺粘非织造布。
其中，螺杆挤出机各区温度180，240，270，270，模头温度设置为265℃，冷却气流温度为20℃，牵伸气流量风量为2800m3/h，喷丝孔直径0.6mm，热轧辊温度为160/156℃，轧辊压力为75daN/cm。
对在本实施例中制备得到的弹性纺粘布进行双向牵伸，双向牵伸倍数为2倍。利用溅射技术，在牵伸后的弹性纺粘布上溅射导电金属银膜层，最终制得高性能电磁屏蔽面料。
一种制备基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的方法，包括如下步骤：
(1)、预牵伸：先将弹性基布按一定倍数进行预牵伸处理；其中，弹性基布采用SEBS基体的弹性纺粘布，进行双向牵伸，牵伸倍数为2倍；
(2)、溅射处理：将步骤(1)得到的预牵伸状态的弹性基布置入溅射设备，在弹性基布的表面溅射一层导电金属膜，形成复合面料基布；其中，导电金属膜的材料为金属银，溅射参数：溅射设备的真空度设置为3×10-3Pa，溅射功率设为70W，溅射时间为8min，氩气流量设为60scmm；
(3)、热定型处理：对步骤(2)得到的复合面料基布进行热定型处理，热定型时，温度设为150℃，热定型时间设为3min；
(4)、解除预牵伸处理：对经热定型处理后的复合面料基布的预牵伸状态进行解除，即得到高导电屏蔽复合面料。
通过四探针电阻测量仪检测所得高性能电磁屏蔽面料，其方阻为2.77Ω，其电磁屏蔽效率SE测量为55dB。
本发明通过采用高弹性非织造布，结合先对高弹性非织造布进行预牵伸，然后再进行溅射导电金属膜层的技术手段，使得高弹性非织造布回缩后，使得复合面料上形成多维的立体导电屏蔽通道，替代传统的平面通道，使得纤维层之间均溅射有金属膜层，大大提高了金属膜层的溅射面积，最终使得制备的复合面料电阻小，屏蔽效率得到有效提高。
从上述测量结果可知，本发明的确有效提高了电磁屏蔽效率，降低了面料单位平方的电阻。本发明适用于电磁屏蔽，导电体，美体塑形等技术领域，特别是用作电磁屏蔽物，柔性传感器，束缚带。且柔性好，成本低，生产效率高，制备方法绿色环保，值得被广泛推广应用。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修改，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征在于：所述电磁屏蔽面料以弹性基布为基材，先对弹性基布进行预牵伸，然后在弹性基布表面溅射导电金属膜，再经热定型制备而成，所述弹性基布的伸长率﹥50％，在伸长50％条件下弹性回复率﹥60％，预牵伸倍数为0.3-10，所述面料的电磁屏蔽效率SE﹥50dB。
2.根据权利要求1所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述弹性基布为弹性织物，所述弹性织物包括针织物、梭织物和非织造材料。
3.根据权利要求2所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述弹性基布为弹性非织造布，所述弹性非织造布包括弹性纺粘布、弹性熔喷布、弹性纺粘熔喷复合布、弹性水刺布、弹性针刺布。
4.根据权利要求3所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述弹性非织造布由如下重量百分比的原料制备而成：聚丙烯0-50％；爽滑剂0-10％；剩余为热塑性弹性体，将上述原料进行混合形成混合料，控制混合料熔融指数为55-1500g/10min(在230℃，2.16kg条件下)，所述非织造布的克重为10-200g/m2，纤维直径为0.2-30um，伸长率为50-1000％，弹性回复率为55-95％。
5.根据权利要求4所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述热塑性弹性体包括苯乙烯嵌段共聚物，聚氨酯，醋酸乙烯酯，烯烃共聚物；所述爽滑剂包括芥酸酰胺，油酸酰胺，聚乙烯蜡中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述弹性非织造布为弹性纺粘布，所述混合料的热塑性弹性体与聚丙烯的百分比为90：10。
7.根据权利要求4所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料，其特征是：所述弹性非织造布为弹性熔喷布，所述混合料的热塑性弹性体与聚丙烯的百分比为95：5。
8.一种制备权利要求1-7任一项所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、预牵伸：先将弹性基布按一定倍数进行预牵伸处理；
(2)、溅射处理：将步骤(1)得到的预牵伸状态的弹性基布置入溅射设备，在弹性基布的表面溅射一层导电金属膜，形成复合面料基布；
(3)、热定型处理：对步骤(2)得到的复合面料基布进行热定型处理，热定型时，温度设置为80-180℃，热定型时间设置为0.5-5min；
(4)、解除预牵伸处理：对经热定型处理后的复合面料基布的预牵伸状态进行解除，即得到高性能电磁屏蔽面料。
9.根据权利要求8所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的制备方法，其特征是：在步骤(2)中，所述溅射设备的真空度设置为3×10-4-8×10-3Pa，溅射气氛为氩气，氩气流量设置为30-70sccm，溅射功率为30-70W，溅射时间为1-15min。
10.根据权利要求8所述的基于弹性基布的高性能电磁屏蔽面料的制备方法，其特征是：所述导电金属膜的材料包括银，铜，锌。
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