CN116590917B - 一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用，利用不同材料和工艺制成了含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维，其具有相互配合的多层结构，通过石墨烯层、导电金属纳米颗粒层、碳纳米管层、相变层等设置，通过多次吸收和反射，实现内部多次反射衰减，提高了材料的吸收损耗，达到优异的吸波性能，可实现较宽频率范围的电磁屏蔽，使得本不具有吸波能力的原丝在低温或高温的条件下均具备优异的吸波性能；此外，在高温或严寒条件下，材料表面的相变层首先作出反应，通过吸热储能和放热散能来维持材料周围温度保持稳定，保证材料或电子器件的正常工作。

Description

一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纺织领域，尤其涉及采用碳系材料例如碳纳米管、石墨烯，或者采用无机金属纳米颗粒，或者采用碳系材料和无机金属纳米颗粒的组合对纤维、纱线或其制品进行吸波改性处理，具体涉及一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维及其制备方法和应用。
背景技术
随着科学技术的发展，越来越多的电磁波的应用被发现，各种电子高科技的发现为社会生产提供了更高的效率，但在造福人类的同时也给环境带来污染，甚至直接威胁到人类的健康，成为社会及科学界关注的热点问题。常用于控制电磁辐射污染的有效措施是电磁屏蔽，通过电磁屏蔽的方式将辐射强度抑制在安全范围之内。
目前，将织物制成能够实现电磁屏蔽功能的吸波织物是控制电磁辐射污染的方式之一，传统的吸波织物多是以金属基材料作为功能材料，但实践之后发现，金属基电磁屏蔽织物柔韧性差、舒适性差、工艺相对复杂，且屏蔽电磁波的方式以反射为主，易造成二次污染。
而碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯等碳系材料具有高比表面积、低密度、通用的可加工性和优异的导电性，被认为是金属材料的良好替代品，目前已有该将碳系材料作为吸波材料的研究，主要的实现方式包括：
（1）采用碳系导电聚合物溶液在纤维表面聚合一层纳米薄膜，制备出吸波材料；
（2）利用涂层法对织物基布进行涂层整理，以达到吸波性能；
（3）采用浸渍法将碳系导电溶液浸渍在纤维纤网上制备吸波材料；
然而，随着电子设备功率密度的提高，电子器件的电磁兼容和散热问题日趋严重，该些方法制成的吸波材料存在着电磁屏蔽效果不够且散热性能也不足的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的一个或多个不足，提供一种新的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，该方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维能够兼具优异的电磁屏蔽性能、弹性好和温度自适应功能，高温和低温条件下均能正常工作。
本发明同时还提供了一种上述方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维。
本发明同时还提供了一种上述方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维在制备吸波织物中的应用。
为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，该制备方法包括：
工序（ⅰ）：使含有亲水基团的纤维长丝经摩擦盘假捻器作用，在假捻的过程中将改性碳纳米管分散液均匀涂覆在所述含有亲水基团的纤维长丝上，获得碳纳米管包覆的变形丝；
工序（ⅱ）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，使其与所述碳纳米管包覆的变形丝复合，获得复合变形丝；
工序（ⅲ）：将氧化石墨烯分散液涂覆在所述复合变形丝上，采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且所述含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；
工序（ⅳ）：在所述多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维；
其中，工序（ⅰ）中，所述摩擦盘假捻器包括n个具有中空容置腔的转轴、m个具有流体通道的摩擦盘，各个所述转轴上均设置有x个摩擦盘，各个所述转轴上的摩擦盘共同构成x组摩擦盘组件，每组摩擦盘组件包括依次层叠设置的n个摩擦盘，该n个摩擦盘由每个所述转轴上的一个摩擦盘共同组合构成，且任意一个摩擦盘的转动均能带动与其层叠设置的其他摩擦盘发生转动，n、x分别为大于等于3的整数，m为n和x的乘积；
各个所述转轴上的摩擦盘所具有的流体通道分别与各自对应的所述转轴上的所述中空容置腔连通，所述中空容置腔用于容纳所述改性碳纳米管分散液，所述改性碳纳米管分散液包括羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管；
在摩擦盘转动的过程中，当流体通道与所述含有亲水基团的纤维长丝接触时，经由流体通道流出的所述改性碳纳米管分散液能够涂覆到所述含有亲水基团的纤维长丝上。
本发明方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维包含多层结构，通过各层结构之间的配合实现电磁波在吸收损耗的同时通过多次反射衰减进一步吸收损耗，达到了优异的吸波性能。
根据本发明的一些具体方面，工序（ⅰ）中，所述亲水基团为选自羧基、磺酸基、磷酸基、氨基、羟基中的一个或多个的组合。
根据本发明的一些优选且具体的方面，工序（ⅰ）中，所述含有亲水基团的纤维长丝为维纶长丝。
根据本发明的一些优选方面，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的涂覆质量为所述含有亲水基团的纤维长丝的1%-15%。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅰ）中，所述改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.4-1.5mg/mL。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅰ）中，所述改性碳纳米管分散液由水以及羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管构成，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的长度为0.15-12μm，外径为3.5-20nm。
在本发明的一些实施方式中，所述改性碳纳米管分散液通过将羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管加入去离子水中，剪切分散100-150min，制得改性碳纳米管分散液。
在本发明的一些实施方式中，羟基化碳纳米管、羧基化碳纳米管均可商购获得，或者按照本领域常规方法制备得到。
优选地，在本发明的一些实施方式中，采用羧基化碳纳米管制备改性碳纳米管分散液，所述羧基化碳纳米管的制备方法包括：将碳纳米管分散于浓硫酸和浓硝酸的混酸中，恒温磁力搅拌器下回流，微孔滤膜过滤后，用去离子水稀释滤液至中性，经真空干燥后，即得。
进一步地，浓硫酸的质量分数为70%-99%，浓硝酸的质量分数为68%-98%，浓硫酸与浓硝酸的体积比2.5-3.5:1。
进一步地，在羧基化碳纳米管的制备过程中，控制真空干燥的温度为50-70℃。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅰ）中，在假捻过程中，控制摩擦盘的表面线速度与所述碳纳米管包覆的变形丝离开所述摩擦盘假捻器的速度之比为1.4-2.7∶1，摩擦盘的转速为630-2700rpm。
根据本发明的一些优选且具体的方面，工序（ⅰ）中，每个摩擦盘上的流体通道数量具有至少3个，每个流体通道的孔径为1-5mm。
在本发明的一个实施方式中，工序（ⅰ）中，n、x分别为3，每个摩擦盘上具有等隔间设置的3个流体通道。
在本发明的一些实施方式中，在使含有亲水基团的纤维长丝经摩擦盘假捻器作用之前，先使含有亲水基团的纤维长丝经过热箱加热预牵伸之后，进入假捻区的摩擦盘假捻器中。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅱ）中，所述含有导电金属纳米颗粒的纤维的原料包括聚酯、导电金属纳米颗粒，所述聚酯与所述导电金属纳米颗粒的投料质量比为1-10∶1。
根据本发明的一些优选方面，所述聚酯的熔点为80-150℃。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅱ）中，所述导电金属纳米颗粒的粒径为300-800nm。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述导电金属纳米颗粒为选自不锈钢纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒中的一种或多种的组合。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅱ）中，所述熔融纺丝方法采用熔融纺喷丝头挤出所述含有导电金属纳米颗粒的纤维；所述熔融纺喷丝头包括喷丝头本体，以及形成在所述喷丝头本体上的用于允许所述碳纳米管包覆的变形丝穿过的第一通道、用于纺丝的多个喷丝孔、用于吹喷气流的多个第二通道，所述第一通道、所述喷丝孔、所述第二通道沿着所述喷丝头本体的中心由内向外依次设置，所述第一通道的中心线、所述喷丝孔的中心线和所述第二通道的中心线交汇在位于所述第一通道的中心线上的一点。
进一步地，制备所述复合变形丝的实施方式包括：
在熔融纺丝过程中，使所述碳纳米管包覆的变形丝穿过所述熔融纺喷丝头的所述第一通道，由所述喷丝孔喷出的所述含有导电金属纳米颗粒的纤维在所述第二通道吹喷出的气流作用下、在未完全冷却时包覆在所述碳纳米管包覆的变形丝上。
根据本发明的一些优选且具体的方面，工序（ⅱ）中，熔融纺丝的工艺参数为：一区温度为80-110℃、二区温度为115-130℃，三区温度为135-155℃，双螺杆挤出速度8-65rad/min，吹喷气流的压力为0.05-0.32MPa。
在本发明的一些实施方式中，在工序（ⅱ）与工序（ⅲ）之间还设置冷却步骤，使经过工序（ⅱ）处理获得的复合变形丝在冷却板处冷却后再进行工序（ⅲ）；此外，本发明中，在工序（ⅱ）的操作过程中，吹喷气流除了能够牵伸熔融纺出的纤维，还能够对纺出的纤维进行一定的降温，而冷却板的进一步设置，既可以对纤维在假捻以后的卷曲结构进行固定，同时对熔融法纺出的纳米纤维进行冷却，缩短冷却时间，快速退火，有利于获得性能更稳定且更优异的纤维或纱线。
根据本发明的一些具体方面，工序（ⅲ）中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2.5-5.5mg/mL。
根据本发明的一些优选且具体的方面，工序（ⅲ）中，所述氧化石墨烯分散液包括氧化石墨烯（GO）、水，所述氧化石墨烯的厚度为2-15nm、片径为3-15μm。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅲ）中，氧化石墨烯的涂覆质量为所述复合变形丝的3%-12%。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅲ）中，所述还原剂蒸汽为通过将还原剂通入水蒸气中形成，控制所述还原剂蒸汽的温度为105-150℃。
根据本发明的一些优选且具体的方面，所述还原剂包括碘化氢（HI），在实施方式中，碘化氢遇水蒸气变为氢碘酸，形成液滴、雾状，对蒸汽进行控温，即可控制所述还原剂蒸汽的温度。
在本发明的一些实施方式中，工序（ⅲ）中，采用还原剂蒸汽进行所述热处理之后，氧化石墨烯（GO）转化为还原氧化石墨烯（rGO），且所述含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，能够明显地提高层间结合牢固度。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅳ）中，采用静电喷涂的方式将所述相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，静电喷涂的喷淋头与所述多层复合丝之间的距离为12-35cm。
进一步地，所述静电喷涂包括如下步骤：通过在电场环境中，使喷淋出的所述相变微胶囊分散液在静电力的作用下吸附到所述多层复合丝上，所述相变微胶囊分散液的喷淋速度为5-8m/s。
在本发明的一些实施方式中，静电喷涂的喷淋头可以接高压（例如可以为6-18kV），制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维接地，进而可以形成静电场。进一步地，本发明中，根据静电吸引原理，将接地的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维作为正极，静电喷涂的喷淋头接高压作为负极，进而可以产生一个高压静电场，在负极产生电晕放电，使喷出的相变微胶囊液滴带负电，由于喷淋液滴与多层复合丝（含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维接地，即相当于多层复合丝接地）之间存在一定电势差，带电液滴在静电场的作用下，高效均匀地吸附到多层复合丝上。
根据本发明的一些优选方面，工序（ⅳ）中，所述相变微胶囊分散液的质量浓度为15%-25%。
在本发明的一些实施方式中，工序（ⅳ）中，所述相变微胶囊分散液包括相变微胶囊、水和粘合剂，所述相变微胶囊的粒径为3-12µm，相变温度为38-65℃。
在本发明的一些实施方式中，所述粘合剂可以是水性聚氨酯，其添加量大约占所述相变微胶囊分散液的8%-15%。
在本发明的一些实施方式中，所述相变微胶囊分散液通过将相变微胶囊、粘合剂加入至去离子水中，经磁力搅拌后超声振荡获得。
在本发明的一些实施方式中，该含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法为连续性制备过程，在制备过程中，丝条的行进速度为300-800m/min。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维。
本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维在制备吸波织物中的应用，所述吸波织物至少用于屏蔽电磁波。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明以含有亲水基团的纤维长丝为原丝，经摩擦盘上流体通道在原丝上涂覆改性碳纳米管分散液（包含羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管），通过加捻退捻工艺（即假捻）得到涂覆改性CNTs（改性碳纳米管）的变形丝，同时获得假捻效果和包覆效果，精简了工序；因改性后的碳纳米管具备表面官能团（如：羟基和羧基），其可与原丝表面的亲水基团例如羟基等形成氢键结合，而并不是简单的覆盖，大大地提高了结合强度；且原丝经加弹假捻工艺成为变形丝，增强了纤维的弹性性能和形变能力；进一步地，本发明在假捻加弹工艺后利用熔融纺丝的方法将含有导电金属纳米颗粒的纤维包覆在碳纳米管包覆的变形丝的外部，导电金属纳米颗粒对电磁波提供进一步的反射透过，利用聚合物的热粘合性，将导电金属纳米颗粒很好地附着在碳纳米管包覆的变形丝的表面；再进一步地，本发明对复合变形丝进行氧化石墨烯（GO）整理，由于GO表面含有大量的含氧官能团，同样能够与原丝表面的亲水基团和/或改性碳纳米管表面的羟基或羧基等形成氢键结合，提高了结合牢固度，能够很好地包覆在复合丝表面，且经还原剂蒸汽热还原之后获得性能结构更加稳定、导电性更高、电磁屏蔽效果更为优异的还原氧化石墨烯，增强材料对电磁波的吸收和透过，而且还原剂蒸汽热还原的步骤还能够使得前期包覆的含导电金属纳米颗粒的纤维中部分树脂基体发生熔融或软化，进而可同时对其内外的相邻功能层进行粘合，进一步提高结合强度；此外，本发明在还原剂蒸汽热还原工艺之后，在材料未完全冷却时，在其表面施加相变微胶囊，从而可通过吸热储能和散热放能维持材料周围温度稳定，保证材料性能不受温度变化影响；
通过上述多个工序的协同作用，利用不同材料制成了相互配合的多层结构，通过提高材料的吸收损耗和内部多次反射衰减，可实现较宽频率范围的电磁屏蔽，使得本身不具有吸波能力的原丝在低温或高温的条件下均具备优异的吸波性能。
进一步地，在电磁波辐射下，本发明材料对照射到表面的电磁波首先在石墨烯层进行吸收和透过；透过的电磁波在内层金属导电微粒表面，一部分被进一步的反射到石墨烯层进一步吸收，透过的电磁波被里层的碳纳米管层进一步吸收和反射；反射的电磁波重复上述吸收透过反射，以此往复，达到优异的吸波性能；此外，在高温或严寒条件下，材料表面的相变层首先作出反应，通过吸热储能和放热散能来维持材料周围温度保持稳定，保证材料或电子器件的正常工作。
附图说明
图1为本发明实施例中含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备工艺流程图；
图2为本发明实施例中摩擦盘假捻器的结构示意图；
图3为在图2基础上隐藏了回收罩壳后的结构示意图；
图4为本发明实施例中熔融纺喷丝头的剖面示意图；
图5为本发明实施例制备的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的结构示意图；
附图标记中：1、含有亲水基团的纤维长丝；2、热箱；3、摩擦盘假捻器；31、回收罩壳；311、回收储液槽；312、回收出液孔；313、回收通道；314、出丝口；32、转轴；321、中空容置腔；322、溶液注入口；33、摩擦盘；331、流体通道；4、熔融纺喷丝头；41、第一通道；42、喷丝孔；43、第二通道；5、冷却板；61、氧化石墨烯分散液储槽；62、带液辊；7、热还原装置；81、喷淋头；9、卷绕装置；10、含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维；101、原丝；102、碳纳米管层；103、热粘合导电金属微粒层；104、石墨烯涂层；105、相变微胶囊防护层。
具体实施方式
本发明实施例中提供了一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，下面将结合图1至图5对该制备方法做进一步介绍。
如图1至图5所示，本发明实施例中，制备该含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的工艺过程如下：
工序（ⅰ）：使含有亲水基团的纤维长丝1在牵伸机构的作用下经过热箱2进行加热预牵伸，然后进入假捻区的摩擦盘假捻器3中进行处理，在假捻的过程中将改性碳纳米管分散液均匀涂覆在含有亲水基团的纤维长丝1上，获得碳纳米管包覆的变形丝；
本发明实施例采用了特定结构的摩擦盘假捻器3，该摩擦盘假捻器3既能够对纤维长丝进行假捻，又能够在假捻的过程中实现改性碳纳米管分散液的涂覆；具体地，如图2和图3所示，该摩擦盘假捻器3包括回收罩壳31、n个具有中空容置腔321的转轴32、m个具有流体通道331的摩擦盘33以及可拆卸地盖合在中空容置腔321的进液口的盖板（未示出），各个转轴32上均设置有x个摩擦盘33，各个转轴32上的摩擦盘33共同构成x组摩擦盘组件，每组摩擦盘组件包括依次层叠设置的n个摩擦盘33，该n个摩擦盘33由每个转轴32上的一个摩擦盘33共同组合构成，且任意一个摩擦盘33的转动均能带动与其层叠设置的其他摩擦盘33发生转动，n、x分别为大于等于3的整数，m为n和x的乘积；盖板上设置有溶液注入口322，通过该溶液注入口322可以将改性碳纳米管分散液注入中空容置腔321内，当然也可以将盖板拿走之后直接注入中空容置腔321内；
各个转轴32上的摩擦盘33所具有的流体通道331分别与各自对应的转轴32上的中空容置腔321连通，中空容置腔321用于容纳改性碳纳米管分散液，改性碳纳米管分散液包括羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管；
在摩擦盘33转动的过程中，改性碳纳米管分散液在离心力的作用下能够从流体通道331中流出，当流体通道331与含有亲水基团的纤维长丝1接触时，经由流体通道331流出的改性碳纳米管分散液能够涂覆到含有亲水基团的纤维长丝1上，而且由于摩擦盘33的转速较快，能够少量多次地对纤维长丝上实现涂覆，既保证涂覆量又能够保证涂覆的均匀性，而且在纤维长丝的运动过程中，具有多处的涂覆，进一步确保涂覆的均匀性以及涂覆量的保证；而经由流体通道331流出的改性碳纳米管分散液基本只有在与含有亲水基团的纤维长丝1接触时才会被有效利用到，旋转到其它位置时较难以被直接利用，因此，本发明实施例中还设置有上述回收罩壳31，该回收罩壳31设置的目的之一主要在于收集没有被有效利用的改性碳纳米管分散液，并在收集后在需要的时候将其再次回用至中空容置腔321中，具体地，该回收罩壳31包括围挡在转轴32与摩擦盘33的外围且用于阻挡改性碳纳米管分散液四散飞溅的回收储液槽311，该回收储液槽311能够将没有被有效利用的改性碳纳米管分散液收集缓存，其内部的底部可以呈倾斜设置，在相对较低的位置设置回收出液孔312、在中部设置出丝口314，回收出液孔312的设置便于内部缓存的改性碳纳米管分散液可以在需要时尽可能全部被排出，而出丝口314设置在相对回收出液孔312较高的位置并且向上凸出于回收储液槽311内部的底部，如此设置则可以避免改性碳纳米管分散液从出丝口314流出；同时该回收罩壳31还包括回收通道313，回收通道313的一端与回收出液孔312连通，另一端与溶液注入口322可拆卸地连接，具体地，当摩擦盘33正常旋转工作时，回收通道313的另一端与溶液注入口322相分离，避免干扰转轴32和摩擦盘33的正常转动，当需要补充改性碳纳米管分散液时，使转轴32和摩擦盘33停止转动，然后将回收通道313的另一端与溶液注入口322连接连通，将回收储液槽311内收集的改性碳纳米管分散液通过泵注入中空容置腔321内，如果不够，则再次将回收通道313的另一端与溶液注入口322相分离，通过溶液注入口322将另外的改性碳纳米管分散液注入中空容置腔321内以达到预设存储量；此外，在一些实施方式中，还可以直接将回收储液槽311内收集的改性碳纳米管分散液导入其他地方缓存，例如与其他新调配的改性碳纳米管分散液储存在同一个储存区，然后在需要时，无需在回收通道313的另一端与溶液注入口322之间重复拆装；
进一步地，由于加弹机的实际生产中需定期检查热箱的丝道并进行清洁，在此同时也可以对洒出来的改性碳纳米管分散液进行回收并补充至中空容置腔321内；
在一些实施方式中，在假捻过程中，控制摩擦盘33的表面线速度与碳纳米管包覆的变形丝离开摩擦盘假捻器的速度之比为1.4-2.7∶1，例如可以是1.4∶1、1.5∶1、1.6∶1、1.7∶1、1.8∶1、1.9∶1、2.0∶1、2.1∶1、2.2∶1、2.5∶1、2.6∶1等，摩擦盘33的转速为630-2700rpm，例如可以是650rpm、700rpm、800rpm、850rpm、900rpm、950rpm、1000rpm、1050rpm、1200rpm、1500rpm、1600rpm、1650rpm、2000rpm、2200rpm、2250rpm、2550rpm等；
在一些实施方式中，每个摩擦盘33上的流体通道331数量具有至少3个，例如可以是3、4、5、6、7、8、9、10个等，每个流体通道331的孔径为1-5mm，例如可以是1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm等；
在一些实施方式中，可以通过提前计算和实验验证，进而控制每次涂覆后，羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的涂覆质量为含有亲水基团的纤维长丝的1%-15%。
工序（ⅱ）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，使其与碳纳米管包覆的变形丝复合，获得复合变形丝；
含有导电金属纳米颗粒的纤维的原料包括聚酯、导电金属纳米颗粒，聚酯与导电金属纳米颗粒的投料质量比为1-10∶1，聚酯的熔点为80-150℃，导电金属纳米颗粒的粒径为300-800nm，导电金属纳米颗粒为选自不锈钢纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒中的一种或多种的组合；
进一步地，本发明实施例中，熔融纺丝方法采用熔融纺喷丝头4挤出含有导电金属纳米颗粒的纤维，如图4所示，熔融纺喷丝头4包括喷丝头本体，以及形成在喷丝头本体上的用于允许碳纳米管包覆的变形丝穿过的第一通道41、用于纺丝的多个喷丝孔42、用于吹喷气流的多个第二通道43；第一通道41、喷丝孔42、第二通道43沿着喷丝头本体的中心由内向外依次设置，第一通道41的中心线、喷丝孔42的中心线和第二通道43的中心线交汇在位于第一通道的中心线上的一点；
进一步地，制备复合变形丝的实施方式包括：在熔融纺丝过程中，使碳纳米管包覆的变形丝穿过熔融纺喷丝头4的第一通道41，由喷丝孔42喷出的含有导电金属纳米颗粒的纤维在第二通道43吹喷出的气流作用下、在未完全冷却时包覆在碳纳米管包覆的变形丝上；
熔融纺丝的工艺参数为：一区温度为80-110℃、二区温度为115-130℃，三区温度为135-155℃，双螺杆挤出速度8-65rad/min，吹喷气流的压力为0.05-0.32MPa。
在该工序（ⅱ）完成之后，还设置冷却步骤，使经过工序（ⅱ）处理获得的复合变形丝在冷却板5处冷却后再进行下述工序（ⅲ）；此外，在工序（ⅱ）的操作过程中，吹喷气流除了能够牵伸熔融纺出的纤维，还能够对纺出的纤维进行一定的降温，而冷却板5的进一步设置，既可以对纤维在假捻以后的卷曲结构进行固定，同时对熔融法纺出的纳米纤维进行冷却，缩短冷却时间，快速退火，有利于获得性能更稳定且更优异的纤维或纱线；
工序（ⅲ）：将氧化石墨烯分散液涂覆在复合变形丝上，在热还原装置7中采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；
将氧化石墨烯分散液涂覆在复合变形丝上的方式可以采用常规方式；在一些实施方式中，优选地，按照如下方式进行：采用带液辊62进行涂覆，带液辊62上设置有凹槽，在带液辊62转动的过程中可以将存储在氧化石墨烯分散液储槽61内的氧化石墨烯分散液带出，并通过带液辊62涂覆在复合变形丝上（根据毛细管吸附原理，氧化石墨烯分散液在表面张力、内聚力和附着力的作用下，能够将分散液从复合变形丝的一侧转移到另外一侧，达到吸附平衡，形成复合变形丝的整个表面均覆设有氧化石墨烯分散液）；在一些实施方式中，控制氧化石墨烯的涂覆质量为复合变形丝的3%-12%；
然后在热还原装置7中采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，同时由于还原剂蒸汽的温度为105-150℃，其具备能力使含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，大大提高层间结合强度，获得多层复合丝；在一些实施方式中，还原剂可以碘化氢（HI），通过将其通入水蒸气中形成还原剂蒸汽，然后使涂覆有氧化石墨烯分散液的纤维经过该气氛，通过浓度以及长度的设置进而控制还原程度，进而达到尽可能使氧化石墨烯全部转化为还原氧化石墨烯的状态；
工序（ⅳ）：在多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维，采用卷绕装置9进行收卷；
具体地，在采用还原剂蒸汽进行热处理后获得的多层复合丝未完全冷却时采用静电喷涂的方式将相变微胶囊分散液施加到多层复合丝上；
静电喷涂包括如下步骤：通过在电场环境中，使喷淋出的相变微胶囊分散液在静电力的作用下吸附到多层复合丝上，相变微胶囊分散液的喷淋速度为5-8m/s。
在一些实施方式中，静电喷涂的喷淋头81可以接高压（例如可以为6-18kV），制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维10接地，进而可以形成静电场。进一步地，本发明中，根据静电吸引原理，将接地的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维10作为正极，静电喷涂的喷淋头81接高压作为负极，进而可以产生一个高压静电场，在负极产生电晕放电，使喷出的相变微胶囊液滴带负电，由于喷淋液滴与多层复合丝（含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维接地，即相当于多层复合丝接地）之间存在一定电势差，带电液滴在静电场的作用下，高效均匀地吸附到多层复合丝上；
进一步地，静电喷涂的喷淋头81与多层复合丝之间的距离为12-35cm，相变微胶囊分散液的质量浓度为15%-25%，相变微胶囊分散液包括相变微胶囊、水和粘合剂，相变微胶囊的粒径为3-12µm，相变温度为38-65℃，粘合剂可以是水性聚氨酯，约占8%-15%；
相变微胶囊分散液通过将相变微胶囊、粘合剂加入至去离子水中，经磁力搅拌后超声振荡获得；
此外，该含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法为连续性制备过程，在制备过程中，丝条的行进速度为300-800m/min。
本发明方式制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维10的结构如图5所示，其由内而外依次包括原丝101（即含有亲水基团的纤维长丝）、碳纳米管层102（由改性碳纳米管分散液形成）、热粘合导电金属微粒层103（由含有导电金属纳米颗粒的纤维构成）、石墨烯涂层104（由氧化石墨烯分散液经还原后形成）、相变微胶囊防护层105（由相变微胶囊分散液形成）。
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
以下实施对比例中所使用材料，如无特殊说明，均可以从商业途径获得。如未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按制造厂家建议的使用条件。
下述实施例中，改性碳纳米管分散液通过如下方法制备：将碳纳米管（参数为：长度为1-10μm，直径为5-15nm，先丰纳米科技有限公司 XF17 7440-44-0）室温下分散于体积比3:1的浓硫酸（质量分数为98%）和浓硝酸（质量分数为68%）的混酸中，80℃下恒温磁力搅拌器下回流4h，微孔滤膜过滤后，用去离子水稀释滤液至中性，经60℃真空干燥后，即制备得到羧基化的碳纳米管；将羧基化的碳纳米管加入去离子水，经剪切分散120min后离心处理80 min后，制备得到1.2mg/mL的改性碳纳米管分散液。
下述实施例中，氧化石墨烯分散液通过如下方法制备：将氧化石墨烯（参数为：厚度为3-10nm，片径为5-10μm，先丰纳米科技有限公司XF021 7440-44-0）分散在去离子水中剪切分散120min制得，根据氧化石墨烯与去离子水的投加量，分别制得4mg/mL 、5mg/mL的氧化石墨烯分散液。
下述实施例中，相变温度45℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液通过如下方法制备：取相变微胶囊（广州中佳新材料科技有限公司 ZJPCM-A-45H）、水性聚氨酯（安大华泰新材料科技有限公司型号AH-1802A，占悬浮液的质量百分含量10%）、去离子水，经磁力搅拌，均匀混合，得到相变温度45℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液，相变微胶囊的质量占比为15%。
相变温度65℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液通过如下方法制备：取相变微胶囊（广州中佳新材料科技有限公司 ZJPCM-A-65H）、水性聚氨酯（安大华泰新材料科技有限公司型号AH-1802A，占悬浮液的质量百分含量10%）、去离子水，经磁力搅拌，均匀混合，得到相变温度65℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液，相变微胶囊的质量占比为18%。
实施例1
本例提供一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法及其制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维，其制备工艺分别采用上述图1-图4所示工艺流程和相应机构；
具体地，其制备方法包括如下步骤：
工序（ⅰ）：使维纶长丝经热箱（温度130℃）处理后进入假捻区的摩擦盘假捻器中，然后经摩擦盘假捻器作用，在假捻的过程中将1.2mg/mL的改性碳纳米管分散液均匀涂覆在维纶长丝上，获得碳纳米管包覆的变形丝；
其中，转轴的个数均为3个，每个转轴上分别设置3个摩擦盘，每个摩擦盘上均设置有1个流体通道，流体通道的孔径为3mm，假捻器中摩擦盘的工艺参数：摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器的速度之比（即D/Y比值）为1.8∶1，假捻器转速为1600r/min；
测得碳纳米管涂覆质量大约为维纶长丝的45%；
工序（ⅱ）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，将其施加在碳纳米管包覆的变形丝上复合，获得复合变形丝；
具体地：利用熔融纺丝将低熔点聚酯切片（东菀市澳元塑胶原料有限公司牌号CB-602）与导电金属纳米颗粒（具体为铜纳米颗粒，粒径为680nm）以7：3的质量比熔融纺出后包覆在碳纳米管包覆的变形丝表面；
其中，熔融纺丝的三段温度为105℃、120℃、135℃，双螺杆挤出速度32rad/min，吹喷气流的压力为0.08MPa，低熔点聚酯切片熔融温度为120℃；
碳纳米管包覆的变形丝从熔融纺喷丝头的第一通道通过，在最外层第二通道的气流牵伸的作用下，掺杂导电金属纳米颗粒的低熔点聚酯从第一通道外侧的纺丝通道喷丝孔熔融挤出，缠绕到复合变形丝上；
获得复合变形丝后，使其经冷却板（温度50℃）冷却处理，然后进行下一步；
工序（ⅲ）：将氧化石墨烯分散液涂覆复合变形丝上，采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；
具体地：利用带液辊将5mg/mL的氧化石墨烯（GO）分散液涂覆在复合变形丝上，控制氧化石墨烯的涂覆质量为复合变形丝上的6%，后通过热还原装置利用100℃的还原剂碘化氢热蒸汽对其进行还原，还原时间5min，形成多层复合丝；
工序（ⅳ）：在多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维，卷绕收集；
具体地：采用静电喷涂将相变微胶囊的质量占比为15%、相变温度45℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液喷洒在未完全冷却的多层复合丝上，且控制在电场条件下辅助静电力将相变温度45℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液吸附到多层复合丝上；
其中，所述相变微胶囊分散液的喷淋速度为5m/s，喷淋头与多层复合丝之间的距离为18cm，喷淋头接高压8kV；
在制备过程中，控制各个阶段的丝条的行进速度为500m/min。
实施例2
基本同实施例1，其区别仅在于：
工序（ⅰ）：每个摩擦盘上均等间隔设置有4个流体通道，流体通道的孔径为4mm；假捻器中摩擦盘的工艺参数：摩擦盘的表面速度与丝条离开假捻器的速度之比为2.2∶1，假捻器转速为680r/min；
工序（ⅱ）：低熔点聚酯切片与导电金属纳米颗粒以85∶15的质量比熔融纺出，熔融纺丝的三段温度为100℃、120℃、140℃，双螺杆挤出速度26rad/min，吹喷气流的压力为0.18MPa；
工序（ⅲ）：通过热还原装置利用105℃的还原剂碘化氢热蒸汽进行热还原，还原时间10min；
在制备过程中，控制各个阶段的丝条的行进速度为720m/min。
实施例3
基本同实施例1，其区别仅在于：
工序（ⅲ）：利用给液装置将4mg/mL的氧化石墨烯（GO）分散液涂覆在复合变形丝上，后通过热还原装置利用125℃的还原剂碘化氢热蒸汽对其进行热还原，还原时间5min，形成多层复合丝；
在制备过程中，控制各个阶段的丝条的行进速度为450m/min。
实施例4
基本同实施例1，其区别仅在于：
工序（ⅳ）：MEPCM相变微胶囊的相变温度为65℃，相变微胶囊的质量占比为18%，喷淋头与丝束之间的距离为20cm。
对比例1
基本同实施例1，其区别仅在于：将碳纳米管包覆的步骤和施加含有导电金属纳米颗粒的纤维的步骤对调；
具体地：使维纶长丝经热箱（温度130℃）处理后采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，并将其施加在处理后的维纶长丝上，经冷却板（温度50℃）处理；
然后进入假捻区的摩擦盘假捻器中处理，之后进行工序（ⅲ）；
其他条件同实施例1。
对比例2
基本同实施例1，其区别仅在于：将工序（ⅱ）和工序（ⅲ）对调；
具体地，在进行工序（ⅰ）获得碳纳米管包覆的变形丝之后，直接进行工序（ⅲ），然后再进行工序（ⅱ）；
其他条件同实施例1。
对比例3
基本同实施例1，其区别仅在于：省略工序（ⅱ），直接将原工序（ⅱ）中同等量的导电金属纳米颗粒混合在工序（ⅲ）中的氧化石墨烯分散液中，控制导电金属纳米颗粒与氧化石墨烯的投料质量比为2∶8；
其他条件同实施例1。
对比例4
基本同实施例1，其区别仅在于：未对维纶长丝使用假捻工艺，而是使用浸渍法将改性碳纳米管分散液涂覆到维纶长丝上，其他条件同实施例1。
对比例5
基本同实施例1，其区别仅在于：将工序（ⅰ）更为独立的两个步骤；
第一个步骤是在假捻的过程中不涂覆改性碳纳米管分散液；第二个步骤是假捻结束后，利用浸渍法将改性碳纳米管分散液涂覆到假捻后的维纶长丝上；
其他条件同实施例1。
对比例6
基本同实施例1，其区别仅在于：省略工序（ⅳ）中喷淋相变温度45℃的MEPCM相变微胶囊悬浮液的步骤；
其他同实施例1。
性能测试
对上述实施例和对比例所制备的吸波材料进行弹性性能、导电性能、电磁屏蔽性能等测试。测试结果如表1、表2、表3所示。
弹性性能测试：利用Instron万能试验机测试材料伸长反复拉伸回弹性能，用拉伸弹性回复率表示；
其中，拉伸次数为200次，定伸长值分别设定为有效夹持距离的10%，20%，30%，40%按下列式计算拉伸弹性回复率：
式中，L0：试样原始长度；
L1：试样拉伸至定伸长后的长度；
L1’：试样复位后的长度。
导电性能测试：参照GB/T 15738-2008《导电和抗静电纤维增强塑料电阻率测试方法》用电阻率表示。
吸波性能测试方法：采用矢量网络分析仪测试处理前后材料的电磁屏蔽性能，测试频率范围为8～12GHz；
根据散射参数，计算其总屏蔽效能、吸收屏蔽效能、反射屏蔽效能以及透射率、反射率和吸收率。具体计算公式如下：
式中：S11电磁波反射的量；
S21电磁波透射的量；
R反射率，%；
T透射率，%；
A吸收率，%；
SET总屏蔽效能，dB；
SEA吸收屏蔽效能，dB；
SER反射屏蔽效能，dB。
双向调温性能测试：参考中国纺织工程学会编制的T/CTES 1005-2017《纺织用相变调温微胶囊及其应用功能评价》，进行双向调温功能的测试。通过动态升温和降温的最大温差来表征其相变调温效果。
1、试样的导电及电磁屏蔽性能
2、不同伸长率下试样的弹性回复率
拉伸200次下，材料试样在不同伸长率下的弹性回复率，如表2所示。
由上述可知，与实施例1相比，对比例1的吸波性能相对较差，分析认为是因为丝束经假捻区时，高速的摩擦盘对丝束进行摩擦牵伸，对于已包覆的含导电金属微粒的纳米纤维具有一定的破坏力，导致其与内部丝结合能力减弱甚至产生脱落，影响对于电磁波的屏蔽性能；
本发明实施例中，分析认为是因为熔融纺掺杂导电金属微粒的低熔点聚酯起到了粘合剂的作用，使得层间的相互结合更加牢固，达到更好的电磁屏蔽性能；而对比例2将工序（ⅱ）和工序（ⅲ）进行对调，结合能力相对较弱，在后续的使用过程中，在外力作用下，导致吸波材料脱落，吸波性能减弱；
与实施例1相比，对比例3的吸波性能相对较差，分析认为是因为对比例中直接将导电金属纳米颗粒混合到GO功能溶液中涂覆在变形丝表面，与内层的变形丝结合能力弱，在经摩擦后吸波材料易脱落；且导电金属纳米颗粒直接混合到GO功能溶液中，易发生团聚，溶液分散不均，变形丝表面功能材料的附着情况差，材料的吸波性能大大减弱；
与实施例1相比，对比例4制备的复合纤维的弹性性能差，分析认为是因为丝束未经过假捻工艺，材料的弹性性能差，在相同的拉伸定长下，材料弹性差，易产生断裂；同时使用浸渍法涂覆碳纳米管，对于原料的需求较大，成本较高，易造成原料的浪费；
与实施例1相比，对比例5使用了浸渍法涂覆碳纳米管增加工序的同时，对于碳纳米管的需求量增大，生产成本提高。
进一步地，综合表中数据，通过对比实施例和对比例的相关性能，发现本发明制备的试样具有较小的电阻率，材料的导电性能好，在此基础上测试发现该试样具有优异的吸波性能，电磁屏蔽效能够达到68dB，且发现电磁屏蔽机制属于吸收屏蔽机制，材料的吸收屏蔽效能达62.2dB，对于电磁波的吸收率达到92.1%。
测试实施例和对比例制备的材料在不同伸长率下的弹性回复率，对比发现，使用本发明制备的变形纱具有良好的弹性性能，在重复拉伸200次后仍具有良好的弹性回复率，在拉伸率为50%时，循环拉伸200次后弹性回复率仍有72%。
3、材料动态升降温测试最大温差
测试实施例与对比例6材料的动态升降温变化，并与对比例6中制备的材料进行对比，结果如表3所示。
其中最大升降温差均是相应实施例所制备的材料与未涂敷相变微胶囊材料的对比例6两者之间的温度差。最大升温温差为正值，说明实施例所制备的材料中的相变微胶囊在热环境中有效吸热；降温时，实施例制备的材料缓慢放热，缓冲了温度的剧烈下降；可保证吸波材料在不同温度环境下保持周围温度相对稳定，达到温度自适应的效果，在对于一些需考虑散热性能的电子器件中具有巨大应用潜力。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士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。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

Claims (14)

1.一种含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
工序（ⅰ）：使含有亲水基团的纤维长丝经摩擦盘假捻器作用，在假捻的过程中将改性碳纳米管分散液均匀涂覆在所述含有亲水基团的纤维长丝上，获得碳纳米管包覆的变形丝；
工序（ⅱ）：采用熔融纺丝方法纺出含有导电金属纳米颗粒的纤维，使其与所述碳纳米管包覆的变形丝复合，获得复合变形丝；
所述熔融纺丝方法采用熔融纺喷丝头挤出所述含有导电金属纳米颗粒的纤维；所述熔融纺喷丝头包括喷丝头本体，以及形成在所述喷丝头本体上的用于允许所述碳纳米管包覆的变形丝穿过的第一通道、用于纺丝的多个喷丝孔、用于吹喷气流的多个第二通道，所述第一通道、所述喷丝孔、所述第二通道沿着所述喷丝头本体的中心由内向外依次设置，所述第一通道的中心线、所述喷丝孔的中心线和所述第二通道的中心线交汇在位于所述第一通道的中心线上的一点；
制备所述复合变形丝的实施方式包括：
在熔融纺丝过程中，使所述碳纳米管包覆的变形丝穿过所述熔融纺喷丝头的所述第一通道，由所述喷丝孔喷出的所述含有导电金属纳米颗粒的纤维在所述第二通道吹喷出的气流作用下、在未完全冷却时包覆在所述碳纳米管包覆的变形丝上；
工序（ⅲ）：将氧化石墨烯分散液涂覆在所述复合变形丝上，采用还原剂蒸汽进行热处理，以使氧化石墨烯转化为还原氧化石墨烯，且所述含有导电金属纳米颗粒的纤维中的部分树脂基体发生熔融或软化进而粘接相邻层级，获得多层复合丝；
工序（ⅳ）：在所述多层复合丝未完全冷却时将相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，获得含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维；
其中，工序（ⅰ）中，所述摩擦盘假捻器包括n个具有中空容置腔的转轴、m个具有流体通道的摩擦盘，各个所述转轴上均设置有x个摩擦盘，各个所述转轴上的摩擦盘共同构成x组摩擦盘组件，每组摩擦盘组件包括依次层叠设置的n个摩擦盘，该n个摩擦盘由每个所述转轴上的一个摩擦盘共同组合构成，且任意一个摩擦盘的转动均能带动与其层叠设置的其他摩擦盘发生转动，n、x分别为大于等于3的整数，m为n和x的乘积；
各个所述转轴上的摩擦盘所具有的流体通道分别与各自对应的所述转轴上的所述中空容置腔连通，所述中空容置腔用于容纳所述改性碳纳米管分散液，所述改性碳纳米管分散液包括羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管；
在摩擦盘转动的过程中，当流体通道与所述含有亲水基团的纤维长丝接触时，经由流体通道流出的所述改性碳纳米管分散液能够涂覆到所述含有亲水基团的纤维长丝上。
2.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅰ）中，所述亲水基团为选自羧基、磺酸基、磷酸基、氨基、羟基中的一个或多个的组合。
3.根据权利要求1或2所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅰ）中，所述含有亲水基团的纤维长丝为维纶长丝；和/或，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的涂覆质量为所述含有亲水基团的纤维长丝的1%-15%。
4.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅰ）中，所述改性碳纳米管分散液的质量浓度为0.4-1.5mg/mL；和/或，工序（ⅰ）中，所述改性碳纳米管分散液由水以及羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管构成，所述羟基化碳纳米管和/或羧基化碳纳米管的长度为0.15-12μm，外径为3.5-20nm。
5.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅰ）中，在假捻过程中，控制摩擦盘的表面线速度与所述碳纳米管包覆的变形丝离开所述摩擦盘假捻器的速度之比为1.4-2.7∶1，摩擦盘的转速为630-2700rpm；和/或，工序（ⅰ）中，每个摩擦盘上的流体通道数量具有至少3个，每个流体通道的孔径为1-5mm。
6.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅱ）中，所述含有导电金属纳米颗粒的纤维的原料包括聚酯、导电金属纳米颗粒，所述聚酯与所述导电金属纳米颗粒的投料质量比为1-10∶1，所述聚酯的熔点为80-150℃；和/或，工序（ⅱ）中，所述导电金属纳米颗粒的粒径为300-800nm，所述导电金属纳米颗粒为选自不锈钢纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、银纳米颗粒中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅱ）中，熔融纺丝的工艺参数为：一区温度为80-110℃、二区温度为115-130℃，三区温度为135-155℃，双螺杆挤出速度8-65rad/min，吹喷气流的压力为0.05-0.32MPa。
8.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅲ）中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2.5-5.5mg/mL；和/或，工序（ⅲ）中，所述氧化石墨烯分散液包括氧化石墨烯、水，所述氧化石墨烯的厚度为2-15nm、片径为3-15μm。
9.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅲ）中，氧化石墨烯的涂覆质量为所述复合变形丝的3%-12%；和/或，工序（ⅲ）中，所述还原剂蒸汽为通过将还原剂通入水蒸气中形成，控制所述还原剂蒸汽的温度为105-150℃，所述还原剂包括碘化氢。
10.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅳ）中，采用静电喷涂的方式将所述相变微胶囊分散液施加到所述多层复合丝上，静电喷涂的喷淋头与所述多层复合丝之间的距离为12-35cm；所述静电喷涂包括如下步骤：通过在电场环境中，使喷淋出的所述相变微胶囊分散液在静电力的作用下吸附到所述多层复合丝上，所述相变微胶囊分散液的喷淋速度为5-8m/s。
11.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，工序（ⅳ）中，所述相变微胶囊分散液的质量浓度为15%-25%；和/或，工序（ⅳ）中，所述相变微胶囊分散液包括相变微胶囊、水和粘合剂，所述相变微胶囊的粒径为3-12µm，相变温度为38-65℃。
12.根据权利要求1所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维的制备方法，其特征在于，该制备方法为连续性制备过程，在制备过程中，丝条的行进速度为300-800m/min。
13.一种权利要求1-12中任一项权利要求所述的制备方法制成的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维。
14.一种权利要求13所述的含导电碳材料的改性电磁屏蔽纤维在制备吸波织物中的应用，所述吸波织物至少用于屏蔽电磁波。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106521805A (zh) * 2017-01-13 2017-03-22 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种导电‑增韧用熔喷复合无纺布的制备方法
KR20170043789A (ko) * 2015-10-14 2017-04-24 임재성 그래핀을 함유한 발열원단 및 그 발열원단 제조방법
CN108866720A (zh) * 2018-08-06 2018-11-23 佛山市南海区佳妍内衣有限公司 能够防止电磁辐射的羊毛制品
CN109778360A (zh) * 2019-03-14 2019-05-21 江苏中杰澳新材料有限公司 卷曲变形涤纶导电长丝、其制造方法及其应用
KR20200090581A (ko) * 2019-01-21 2020-07-29 주식회사 비 에스 지 항균, 항바이러스 및 자외선 차폐 기능성 복합섬유
CN111593559A (zh) * 2020-06-16 2020-08-28 陈志祥 一种高强屏蔽布材料的生产工艺
CN113174670A (zh) * 2021-04-27 2021-07-27 华中科技大学 一种压力传感纤维、纱线、织物、器件及其制备方法
CN114921882A (zh) * 2022-05-19 2022-08-19 武汉纺织大学 弹性电磁屏蔽纤维及其制备方法与应用
CN115732127A (zh) * 2022-11-09 2023-03-03 山东大学 一种碳纳米管/石墨烯/磁性mof复合宽频屏蔽电缆及其制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101127991B1 (ko) * 2009-05-20 2012-03-29 주식회사 아모그린텍 은합연사와 이를 이용한 기능성 원단 및 그 제조방법
KR101468018B1 (ko) * 2013-05-21 2014-12-02 한국생산기술연구원 전기방사에 의해 제조된 탄소 복합 섬유를 포함하는 전자파 차폐 시트 및 이의 제조방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170043789A (ko) * 2015-10-14 2017-04-24 임재성 그래핀을 함유한 발열원단 및 그 발열원단 제조방법
CN106521805A (zh) * 2017-01-13 2017-03-22 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种导电‑增韧用熔喷复合无纺布的制备方法
CN108866720A (zh) * 2018-08-06 2018-11-23 佛山市南海区佳妍内衣有限公司 能够防止电磁辐射的羊毛制品
KR20200090581A (ko) * 2019-01-21 2020-07-29 주식회사 비 에스 지 항균, 항바이러스 및 자외선 차폐 기능성 복합섬유
CN109778360A (zh) * 2019-03-14 2019-05-21 江苏中杰澳新材料有限公司 卷曲变形涤纶导电长丝、其制造方法及其应用
CN111593559A (zh) * 2020-06-16 2020-08-28 陈志祥 一种高强屏蔽布材料的生产工艺
CN113174670A (zh) * 2021-04-27 2021-07-27 华中科技大学 一种压力传感纤维、纱线、织物、器件及其制备方法
CN114921882A (zh) * 2022-05-19 2022-08-19 武汉纺织大学 弹性电磁屏蔽纤维及其制备方法与应用
CN115732127A (zh) * 2022-11-09 2023-03-03 山东大学 一种碳纳米管/石墨烯/磁性mof复合宽频屏蔽电缆及其制备方法

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