CN114717842A - 一种电磁屏蔽面料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁屏蔽面料及其制备方法，所述电磁屏蔽面料包括碳纤维、芳纶1313纤维、不锈钢纤维和改性含银纤维混纺而成的纱线，而后再纺织成的面料，且面料表面涂覆有一层含银涂层；所述电磁屏蔽面料的制备原料包括如下以重量份数计的纤维：碳纤维20‑30份、芳纶1313纤维20‑30份、不锈钢纤维20‑30份、改性含银纤维110‑150份。本发明公开的电磁屏蔽面料制备得到的电磁屏蔽面料能够集低电阻、高屏蔽、高载流容量、阻燃于一体，可应用于电力特种作业环境，有效防止电磁波等对人体造成危害，能够完全满足电力人员在1000kV及以下交流电压输电线路作业的防护需要，能够实现电磁屏蔽防护面料屏蔽效率(dB)≥65dB等电磁屏蔽防护效能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及面料制备技术领域，具体为一种电磁屏蔽面料及其制备方法。
背景技术
随着科技的发展，电磁波在航空航天、无线通信、卫生医疗等领域得到了广泛的应用，随之电磁污染的问题也日益严重。电磁波对人体的无害主要表现为热效应、非热效应积效应等。其中热效应能够对人体的肌体内部产生加热的效果，对人体造成伤害；非热效应积效应能引起细胞膜共振，破坏微电场平衡，进而造成基因突变，进而诱发癌症等，因此为了防止自身受到伤害，所以人们会购买一些电磁屏蔽服进行自我防护。
目前市面上常见的电磁屏蔽服都加入了导电纤维，常用的聚合物混入导电介质所纺制成的化学纤维可纺性及服用性较好，被广泛应用于防静电织物中，但其导电性能及屏蔽性能相对较差，只能满足基本的防静电功能，很难满足电磁屏蔽防护服的电阻、屏蔽效率要求。在中国发明专利申请公开CN105538815A中公开了一种具有电磁防护功能的碳纤维基面料制备方法，其中发挥主要作用的是碳纤维，利用碳纤维与纺织纤维混纺，进而达到电磁屏蔽的效果。但是在实际应用中会发现，碳纤维虽然具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，但碳纤维的阻燃性能也无法满足人们的要求。因此，发明一种具有一定阻燃性的、具有较高电磁屏蔽效率的电磁屏蔽服就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁屏蔽面料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种电磁屏蔽面料，所述电磁屏蔽面料由碳纤维、芳纶1313纤维、不锈钢纤维和改性含银纤维混纺而成，且面料表面涂覆有一层含银涂层；
本申请选择碳纤维、芳纶1313纤维、不锈钢纤维和改性含银纤维进行混纺，其中碳纤维具有耐高温、抗菌的性能，并且其导电性能也较为优异；芳纶1313纤维是是一种具有高阻燃的纤维，具有较高的热稳定性和优良的机械性能，能够增强产品的综合性能；将不锈钢纤维与含银纤维混纺，能有效提高其柔软性、服用性，面料的质量好，产品功能性大大提高。
所述电磁屏蔽面料的制备原料包括如下以重量份数计的纤维：碳纤维20-30份、芳纶1313纤维20-30份、不锈钢纤维20-30份、改性含银纤维110-150份；
其中，碳纤维可为22份、24份、26份、28份；芳纶1313纤维可为22份、24份、26份、28份；不锈钢纤维可为22份、24份、26份、28份；改性含银纤维可为120份、130份、140份。
改性含银纤维是先将棉纤维进行含银处理，然后再进行多巴胺改性制备得到的。选用棉纤维的原因在于：棉纤维具有疏松多孔的结构，具有一定的吸湿性，并且其保证性能和可塑性较强，经过含银处理后不会改变棉纤维属性的同时，还会具有银的导电性，进而达到具有电磁屏蔽的效果。
然而，含银棉纤维的阻燃性能较差，因此，本申请利用多巴胺对含银棉纤维进行表面修饰，再利用植物酸使壳聚糖以及含银棉纤维脱水，生成不易燃烧的碳层，进而达到阻燃的目的。并且，在高温的环境下，壳聚糖会分解生成二氧化碳抑制面料燃烧。
作为优选，所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支；
作为优选，所述含银涂层的厚度为30-40nm，所述含银涂层中含有负载纳米银固体微球；例如，含银涂层的厚度为32nm、34nm、36nm、38nm。
电磁屏蔽面料的制备方法如下：
S1、银氨溶液的制备：将葡萄糖和酒石酸溶解，加热至95-100℃，加入无水乙醇，加入0.1mol/L的硝酸银和氨水，加入氢氧化钠，控制pH在11-12，得到银氨溶液；
其中，加热的温度可为96℃、97℃、98℃、99℃；pH可为11.2、11.4、11.6、11.8。
所述银氨溶液的原料，以重量份数计，如下：葡萄糖40-50份、酒酸石4-5份、无水乙醇75-80份、硝酸银1-3份、氨水50-80份；例如，葡萄糖可为42份、44份、46份、48份；酒酸石可为4.2份、4.4份、4.6份、4.8份；无水乙醇可为76份、77份、78份、79份；硝酸银可为1.4份、1.8份、2.2份、2.6份；所述氨水可为55份、60份、65份、70份、75份。
S2、将5g/L氢氧化钠和40g/L过氧化氢按照体积比1:1混合，得到混合液，取100L混合液对20-30份脱脂棉纤维进行预处理，处理结束后烘干，将烘干后的脱脂棉纤维浸泡在50-60份银氨溶液中，浸泡、干燥后，得到含银纤维，将剩余的银氨溶液回收；
其中，脱脂棉纤维可为22份、24份、26份、28份；银氨溶液可为52份、54份、56份、58份。
S3、将30份无水乙醇、70份去离子水和40-50份的3g/L多巴胺混合，加入4-5份三羟甲基氨基甲烷溶液，搅拌均匀后加入含银纤维，改性结束后取出，再将其放入到50份的1％壳聚糖和2％乙酸的混合溶液中，浸渍20-25min，烘干，得到改性含银纤维，并回收多巴胺；
其中，多巴胺可为42份、44份、46份、48份；浸渍的时间可为21min、22min、23min、24min。
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入泊洛沙姆(Poloxamer407)4-5份，加入去离子水，分散均匀后进行冷冻操作，冷冻结束后加入到备用的20份熔融石蜡中，加入100份去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在25-30℃，得到浆料；
其中，控制的温度可为25.2℃、25.4℃、25.6℃、25.8℃。
在长时间的生产中发现，使用银氨溶液对脱脂棉纤维进行处理时发现银的使用效率在80-85％左右，而因此本申请对其进行了再利用，通过加入Poloxamer407进行还原处理，再将其型冷冻、喷涂，进而能够得到负载银的纳米微球，在将纳米微球与多巴胺进行复配，进而能够得到抗菌的浆料。
S5、将20-30份碳纤维、20-30份芳纶1313纤维、20-30份不锈钢纤维和110-150份改性含银纤维进行混纺，随后进行后续处理，得到粗面料；再将浆料涂敷在粗面料表面，控制温度为43-48℃，随后干燥，得到产品面料；
其中，温度可为44℃、45℃、46℃、47℃；浸渍的时间可为21min、22min、23min、24min。
作为优选，在步骤S2中，需要将脱脂棉纤维在氢氧化钠和过氧化氢混合溶液中浸泡，在80-85℃下处理6-7h，处理结束后在60-65℃下烘干；浸泡温度可为81℃、82℃、83℃、84℃；处理时间可为6.2h、6.4h、6.6h、6.8h；烘干温度可为61℃、62℃、63℃、64℃。
作为优选，在步骤S3中，需要先将含银纤维进行超声处理，功率为500W，超声时间为2h。
作为优选，在步骤S3中，将多巴胺、去离子水和无水乙醇混合后，加入三羟甲基氨基甲烷溶液，调节pH在8.5-8.8；其中，pH可为8.6、8.7。
作为优选，在步骤S4中，加入Poloxamer407时需要保持在15-18℃，800r/min的条件下搅拌；冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的石蜡上，结束后需冷却到0-0.5℃，重复两次；其中，加入Poloxamer407时温度可为16℃、16.5℃、17℃；冷却温度可为0.1℃、0.2℃、0.3℃、0.4。
作为优选，步骤S2中，所述硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为(3-4)：1；其中质量比可为3.2:1、3.4:1、3.6:1、3.8:1。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：电磁波辐射源传出的部分电磁波在透过空气到达面料表面的含银涂层时，会发生反射衰减，进而能够减少一部分的电磁波；而另一部分的电磁波未被面料表面反射的电磁波进入面料内部，在传播的过程中被面料中的碳纤维、不锈钢纤维和含银纤维吸收，进而发生吸收衰减，进而达到主要的电磁屏蔽效果；将本布料制成双面材质的电磁屏蔽服，由于界面的阻抗不连续性，能够使电磁波在面料内部传播的过程中，发生多次反射，将未被吸收衰减电磁波完全吸收消除。
本申请公开的电磁屏蔽面料制备得到的电磁屏蔽织物能够集低电阻、高屏蔽、高载流容量、阻燃于一体，可应用于电力特种作业环境，有效防止电磁波等对人体造成危害，对整个电力安全防护装备的使用产生重大影响，能够完全满足电力人员在1000kV及以下交流电压输电线路作业的防护需要，能够实现电磁屏蔽防护面料屏蔽效率(dB)≥65dB等电磁屏蔽防护效能。
在制备过程中，主要使用的含银和改性原料是硝酸银、多巴胺和还原剂，其中还原剂的主要作用是将硝酸银还原成纳米银的作用，在操作过程中为了使纳米银分布更加均匀，需要保证硝酸银的加入量远大于标准使用量，而硝酸银的价格过高，为了降低成本需要对其进行回收使用。本发明将回收的硝酸银与回收的多巴胺进行混合处理，利用多巴胺在25-30℃的环境下，能够性能聚多巴胺薄膜，该薄膜具有一定的粘附性和还原性，进而能够负载纳米银，进而达到废弃原料回收以及增强产品面料抗菌性能的作用。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
实施例1
电磁屏蔽面料由碳纤维、芳纶1313纤维、不锈钢纤维和改性含银纤维混纺而成，且面料表面涂覆有一层30nm的含银涂层。
其中，所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支。
制备方法如下：
S1、将40份葡萄糖和4份酒石酸溶解，加热至95℃，加入75份无水乙醇，加入1份0.1mol/L的硝酸银和50份氨水，加入氢氧化钠，控制pH在11，得到银氨溶液；
S2、使用5g/L氢氧化钠和40g/L过氧化氢按照体积比1:1混合，得到混合液，去100L混合液对20份脱脂棉纤维进行预处理，在80℃下处理6h，处理结束后在60℃下烘干，再将烘干后的脱脂棉纤维浸泡在50份银氨溶液中，浸泡、干燥后，得到含银纤维，将剩余的银氨溶液回收，其中所述硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为3：1；
S3、先将含银纤维进行超声处理，超声功率为500W，超声时间为2h，备用；然后将将30份无水乙醇、70份去离子水和40份的3g/L多巴胺混合，加入4份三羟甲基氨基甲烷溶液，调节pH在8.5，搅拌均匀后加入含银纤维，改性结束后取出，再将其放入到50份的1％壳聚糖和2％乙酸的混合溶液中，浸渍20min，烘干，得到改性含银纤维，并回收多巴胺；
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入4份Poloxamer407，保持在15-18℃，800r/min的条件下搅拌加入去离子水，分散均匀后进行冷冻操作，冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的20份石蜡上，结束后需冷却到0-0.5℃，重复两次，加入100份去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在25℃，得到浆料；
S5、将20份碳纤维、20份芳纶1313纤维、20份不锈钢纤维和110份改性含银纤维进行混纺，随后进行后续处理，得到粗面料；再将浆料涂敷在粗面料表面，控制温度为43℃，随后干燥，得到产品面料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
原料：碳纤维22份、芳纶1313纤维23份、不锈钢纤维22份、25份脱脂棉纤维、120份改性含银纤维、葡萄糖42份、酒酸石4.3份、无水乙醇76份、硝酸银1.5份、氨水63份、银氨溶液54份、多巴胺43份、Poloxamer407 4.2份；
所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支；
含银涂层的厚度为32nm。
方法：
S1、加热温度为96℃，控制pH在11.2；
S2、将25份脱脂棉纤维在氢氧化钠和过氧化氢混合溶液中浸泡，在81℃下处理6.2h，处理结束后在61℃下烘干，硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为3.2：1；
S3、将30份无水乙醇、70份去离子水和45份的3g/L多巴胺混合，加入三羟甲基氨基甲烷溶液，调节pH在8.6，浸渍23min；
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入Poloxamer407，需要保持在16℃，800r/min的条件下搅拌；冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的石蜡上，结束后需冷却到0.2℃，重复两次，最后加入去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在27℃，得到浆料；
S5、控制温度为44℃，浸渍时间为14min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：
原料：碳纤维25份、芳纶1313纤维25份、不锈钢纤维25份、脱脂棉纤维25份、130份改性含银纤维、葡萄糖45份、酒酸石4.5份、无水乙醇78份、硝酸银2份、氨水78份、银氨溶液55份、多巴胺45份、Poloxamer407 4.5份；
所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支；
含银涂层的厚度为35nm。
方法：
S1、加热温度为99℃，控制pH在11.7；
S2、将脱脂棉纤维在氢氧化钠和过氧化氢混合溶液中浸泡，在84℃下处理6.7h，处理结束后在64℃下烘干，所述硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为3.6：1；
S3、调节pH在8.7，浸渍24min；
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入Poloxamer407，需要保持在16℃，800r/min的条件下搅拌；冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的石蜡上，结束后需冷却到0.4℃，重复两次，最后加入去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在26℃，得到浆料；
S5、控制温度为46℃，浸渍时间为14min。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
原料：碳纤维30份、芳纶1313纤维30份、不锈钢纤维30份、脱脂棉纤维30份、150份改性含银纤维、葡萄糖50份、酒酸石5份、无水乙醇80份、硝酸银3份、氨水80份、银氨溶液60份、多巴胺50份、Poloxamer407 5份；
所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支；
含银涂层的厚度为40nm。
方法：
S1、加热温度为100℃，控制pH在12；
S2、将脱脂棉纤维在氢氧化钠和过氧化氢混合溶液中浸泡，在85℃下处理7h，处理结束后在65℃下烘干，所述硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为4：1；
S3、调节pH在8.8，浸渍25min；
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入Poloxamer407，需要保持在18℃，800r/min的条件下搅拌；冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的石蜡上，结束后需冷却到0.5℃，重复两次，最后加入去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在30℃，得到浆料；
S5、控制温度为48℃，浸渍时间为16min。
对比例1
市面上常见的含有碳纤维的电磁屏蔽面料。
实验
对实施例1、实施例2、实时汇率3、实施例4、对比例1进行性能测试，结果如下表：
表一
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电磁屏蔽面料，其特征在于：所述电磁屏蔽面料包括碳纤维、芳纶1313纤维、不锈钢纤维和改性含银纤维混纺而成的纱线，而后再纺织成的面料，且面料表面涂覆有一层含银涂层；
所述电磁屏蔽面料的制备原料包括如下以重量份数计的纤维：碳纤维20-30份、芳纶1313纤维20-30份、不锈钢纤维20-30份、改性含银纤维110-150份。
2.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽面料，其特征在于：所述电磁屏蔽面料的纱线支数为120支。
3.根据权利要求1所述的一种电磁屏蔽面料，其特征在于：所述含银涂层的厚度为30-40nm，所述含银涂层中含有负载纳米银固体微球。
4.一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：制备方法如下：
S1、银氨溶液的制备：将葡萄糖和酒石酸溶解，加热至95-100℃，加入无水乙醇，加入0.1mol/L的硝酸银和氨水，加入氢氧化钠，控制pH在11-12，得到银氨溶液；
所述银氨溶液的原料，以重量份数计，如下：葡萄糖40-50份、酒酸石4-5份、无水乙醇75-80份、硝酸银1-3份、氨水50-80份；
S2、将5g/L氢氧化钠和40g/L过氧化氢按照体积比1:1混合，得到混合液，取100L混合液对20-30份脱脂棉纤维进行预处理，处理结束后烘干，将烘干后的脱脂棉纤维浸泡在50-60份银氨溶液中，浸泡、干燥后，得到含银纤维，将剩余的银氨溶液回收；
S3、将30份无水乙醇、70份去离子水和40-50份的3g/L多巴胺混合，加入4-5份三羟甲基氨基甲烷溶液，搅拌均匀后加入含银纤维，改性结束后取出，再将其放入到50份的1％壳聚糖和2％乙酸的混合溶液中，浸渍20-25min，烘干，得到改性含银纤维，并回收多巴胺；
S4、将石蜡熔融备用，向50份回收的银氨溶液中加入泊洛沙姆(Poloxamer407)4-5份，加入去离子水，分散均匀后进行冷冻操作，冷冻结束后加入到备用的20份熔融石蜡中，加入100份去离子水和20份回收的多巴胺，搅拌均匀，控制温度在25-30℃，得到浆料；
S5、将20-30份碳纤维、20-30份芳纶1313纤维、20-30份不锈钢纤维和110-150份改性含银纤维进行混纺，随后进行后续处理，得到粗面料；再将浆料涂敷在粗面料表面，控制温度为43-48℃，随后干燥，得到产品面料。
5.根据权利要求4所述的一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，需要将脱脂棉纤维在氢氧化钠和过氧化氢混合溶液中浸泡，在80-85℃下处理6-7h，处理结束后在60-65℃下烘干。
6.根据权利要求4所述的一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，需要先将含银纤维进行超声处理，功率为500W，超声时间为2h。
7.根据权利要求4所述的一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，将多巴胺、去离子水和无水乙醇混合后，加入三羟甲基氨基甲烷溶液，调节pH在8.5-8.8。
8.根据权利要求4所述的一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，加入Poloxamer407时需要保持在15-18℃，800r/min的条件下搅拌；冷冻操作结束后，得到干粉，将干粉喷到熔融的石蜡上，结束后需冷却到0-0.5℃，重复两次。
9.根据权利要求4所述的一种电磁屏蔽面料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述硝酸银的投入质量与脱脂棉纤维的质量之比为(3-4)：1。
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