CN108035049A - 一种三维结构电磁屏蔽织物及其制备方法 - Google Patents

一种三维结构电磁屏蔽织物及其制备方法 Download PDF

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许福军
周梦婕
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    • D03—WEAVING
    • D03D—WOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D25/00—Woven fabrics not otherwise provided for
    • D03D25/005—Three-dimensional woven fabrics

Abstract

本发明公开了一种三维结构电磁屏蔽织物及其制备方法。所述织物包括由经纱和纬纱组成的上、下面纱层及由间隔纱组成的介于上、下面纱层之间的间隔层，间隔层与上、下面纱层之间填充有具有电磁屏蔽功能的纳米结构碳材料集合体组成的填充物。制备方法为：织造上、下面纱层；将填充物织入中空间隔层中；织造完毕后将三维织物浸入膨松剂与相容剂的混合溶液中，混合溶液浸入填充物内部分解产生的气泡，使得填充物结构逐渐疏松膨胀填满整个三维中空结构，从而制得三维结构电磁屏蔽织物。本发明采用三维间隔织物作为骨架支撑材料，为蓬松后的碳管材料提供容纳空间和力学支撑，制得三维结构电磁屏蔽织物，具有力学性能好、电磁屏蔽能力强的优点。

Description

一种三维结构电磁屏蔽织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽领域，特别是一种三维结构电磁屏蔽织物。
背景技术
近年来，纳米技术的进步给电磁屏蔽材料带来了新的选择，如纳米金属、纳米氧化物、纳米陶瓷以及碳纳米管等。其中，碳纳米管自从被日本科学家发现以来，因其独特的物理性能而备受各国科学家的关注。碳纳米管具有高电导率、高介电常数、高比表面积，以及密度小、高温抗氧化能力强、能吸收不同波段的电磁波等优点，是一种很好的电磁波屏蔽材料。碳纳米管/聚合物复合材料可以作为低密度的电磁屏蔽材料，为电子电器设备提供电磁保护，降低或隔绝电磁干扰。然而，如果碳纳米管在高分子基体材料中的分散不均匀，或者碳纳米管与高分子材料之间的界面粘合性不强，复合材料物理性能的提高就很难实现。
理想的电磁屏蔽材料应具有质量轻、厚度薄、吸收电磁波频段宽、环境适应性强等特点，能够有效的吸收电磁波。纳米碳材料，如碳纳米管、石墨烯等就有优异的电磁波吸收性能，通常与聚合物混合用以提高聚合物的电磁波屏蔽性能，但是由于纳米材料的团聚效应，该类材料中纳米功能材料的含量很低，因此性能改进并不明显。如果使用一定厚度的纯碳纳米管层作为电磁屏蔽层将会获得非常好的电磁波屏蔽效能。
发明内容
本发明所要解决的问题是：现有电磁屏蔽织物中碳纳米管在高分子基体材料中分散不均匀的问题。
为了解决上述问题，本发明采用了一种三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，包括由经纱和纬纱组成的上、下面纱层及由间隔纱组成的介于上、下面纱层之间的间隔层，间隔层与上、下面纱层之间填充有具有电磁屏蔽功能的纳米结构碳材料集合体组成的填充物。
优选地，所述的三维结构电磁屏蔽织物为三维间隔机织物、三维间隔针织物、三维编织物或蜂窝结构织物。
优选地，所述经纱、纬纱、间隔纱为芳纶，玻璃纤维，碳纤维、涤纶、锦纶、氨纶、维纶、棉纤维或麻纤维。
更优选地，所述的经纱、纬纱的密度为2～50根/厘米，间隔纱的密度为2～50根/厘米。
优选地，所述填充物为碳纳米管膜、碳纳米管纱线或石墨烯纱线。
优选地，所述填充物为未经处理的原材料或经化学试剂修饰过的材料。
本发明还提供了上述三维结构电磁屏蔽织物的制备方法，其特征在于，织造上、下面纱层，每层面纱层包括两层经纱和一层纬纱，然后采用两组间隔纱相互交织将上、下面纱层捆绑成为一个整体；控制间隔纱的高度，同时将填充物织入中空间隔层中；织造完毕后将三维织物浸入膨松剂与相容剂的混合溶液中，混合溶液浸入填充物内部分解产生的气泡具有微***作用，使得填充物结构逐渐疏松膨胀填满整个三维中空结构，从而制得三维结构电磁屏蔽织物。
采用具有中空间隔层的三维间隔织物作为电磁屏蔽织物的载体，为蓬松后的填充物提供容纳空间和力学支撑，并对蓬松的填充物起到密封作用。
优选地，所述间隔纱的高度由隔距片来控制或采用定伸长送经纱的方式控制。
优选地，所述混合溶液中，所述相容剂为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松剂为质量浓度为10～70％的过氧化氢溶液、质量浓度为10～15％的稀硫酸与金属锌粉末以重量比20∶1的比例混合的混合物或质量浓度为8～12％的稀硝酸于亚硫酸钠以重量比20∶1的比例混合的混合物。
相容剂有助于进入填充物内部，膨松剂可产生微气泡。二者的混合溶液可以进入填充物内部并产生微泡，实现填充物的间隙调控，二者缺一不可。填充物中的孔隙可以由混合溶液的种类、成分比重、浓度、作用时间和温度等因素控制。
所获得的三维结构电磁屏蔽织物可直接用于电磁防护服材料，也可以将三维结构电磁屏蔽织物与聚合物复合或者涂层后用于其它电磁防护领域。
本发明采用三维间隔织物作为骨架支撑材料，为蓬松后的碳管材料提供容纳空间和力学支撑。将具有自支撑结构的碳纳米管膜织入三维间隔织物的间隔层，采用过氧化氢与乙醇的混合溶液对碳纳米管薄膜进行蓬松处理，将其填充满整个间隔层。因为碳纳米管屏蔽的厚度增大可以使电磁波在传播的过程中造成多次反射和能量耗散，可以使进一步提升电磁屏蔽效能。三维间隔织物为蓬松后的碳管材料提供容纳空间和力学支撑，并起到密封作用，因此制得三维结构电磁屏蔽织物，具有力学性能好、电磁屏蔽能力强的优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的三维结构电磁屏蔽织物具有质量轻，冲击性能好、结构稳定的优点；
(2)本发明的三维结构电磁屏蔽织物采用蓬松处理后的碳管材料作为填充，具有超强电磁波屏蔽性能，既可以作为电磁屏蔽织物，也可以作为具有电磁屏蔽功能的复合材料的增强体；
(3)本发明的三维结构电磁屏蔽织物制备过程一体成型，制作工艺简单、成本低，适合产业化生产，在电磁屏蔽领域具有广泛应用前景。
附图说明
图1为本发明制得的三维结构电磁屏蔽织物的示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一、三维结构电磁屏蔽织物
选择涤纶纤维作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为300tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为15根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。填充物4采用碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)通过三维织造的方法织造的三维间隔织物结构：
将经纱1共四层分为两组分别穿入装有双眼综丝的综框，纬纱3分为两层穿入多层箭杆引纬装置，间隔纱2分为两层穿入普通综框。通过多动程气缸带动综框交替运动，实现经纱1和间隔纱2的织造；通过隔距片控制间隔纱高度，通过多层剑杆将纬纱3和填充物4引入织物中；通过步进电机卷取，完成一个织造循环。根据实际需要，通过控制织造循环数来控制织物的长度。当织造40厘米的长度后，织物织造完毕。
(2)三维结构电磁屏蔽织物蓬松处理
将所织造的三维结构电磁屏蔽织物放入质量浓度为50％的过氧化氢溶液与质量浓度为99％的乙醇的混合溶液中，在50摄氏度的环境中放置3小时，实现填充材料的蓬松化处理，取出后在80摄氏度环境中烘干25分钟后，即制得三维结构电磁屏蔽织物。经测试，该织物的在频率3GHz-6GHz的频段范围电磁屏蔽效能为30dB-50dB。
实施例2
一、三维结构电磁屏蔽柔性涂层织物
选择涤纶纤维作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为300tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为15根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。填充物4采用碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)三维间隔结构织物的织造过程同实施例1。
(2)三维结构电磁屏蔽织物蓬松处理过程同实施例1。
(3)三维结构电磁屏蔽织物涂层处理
采用水溶性聚氨酯溶液(广州源硅化工有限公司，WS-555)，通过刷涂方式将溶液涂覆在织物表面。根据要求将织物放置70摄氏度环境6小时完成固化，获得三维结构电磁屏蔽柔性涂层织物。
经测试，该织物的在频率3GHz-6GHz的频段范围电磁屏蔽效能为30dB-50dB。
实施例3
一、三维结构电磁屏蔽复合材料板
选择玻璃纤维(巨石集团)作为经纱1、纬纱3和间隔纱2，细度均为400tex。在三维箭杆织机上织造，在织造过程中使用隔距片来控制间隔纱高度。采用多梭口的织造方式，使用多动程的气缸作为传动机构，控制综框的升降来控制经纱的运动，使用剑杆机构引纬。经纬密分别为12根/厘米，织物设计宽度为40厘米，长度40厘米。隔距片为长为50厘米，高5毫米，宽度1毫米的铝箔板。填充物4采用碳纳米管膜(苏州捷迪纳米材料有限公司)长度40厘米，宽度5毫米，厚度10微米。
二、制备方法
(1)三维间隔结构织物的织造过程同实施例1。
(2)三维结构电磁屏蔽织物蓬松处理过程同实施例1。
(3)三维结构电磁屏蔽复合材料板的复合过程
将环氧树脂(广州恒粤化工有限公司，牌号：E-51)与配套的固化剂按照体积比为4∶1的比例制成环氧树脂溶液，通过手糊法将树脂溶液涂覆在织物表面，在80℃环境放置10小时完成固化，获得三维结构电磁屏蔽复合材料板。
经测试，该复合材料板的在频率3GHz-6GHz的频段范围电磁屏蔽效能为30dB-50dB。

Claims (9)

1.一种三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，包括由经纱(1)和纬纱(3)组成的上、下面纱层及由间隔纱(2)组成的介于上、下面纱层之间的间隔层，间隔层与上、下面纱层之间填充有具有电磁屏蔽功能的纳米结构碳材料集合体组成的填充物(4)。
2.如权利要求1所述的三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，所述的三维结构电磁屏蔽织物为三维间隔机织物、三维间隔针织物、三维编织物或蜂窝结构织物。
3.如权利要求1所述的三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，所述经纱(1)、纬纱(3)、间隔纱(2)为芳纶，玻璃纤维，碳纤维、涤纶、锦纶、氨纶、维纶、棉纤维或麻纤维。
4.如权利要求3所述的三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，所述的经纱(1)、纬纱(3)的密度为2～50根/厘米，间隔纱(2)的密度为2～50根/厘米。
5.如权利要求1所述的三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，所述填充物(4)为碳纳米管膜、碳纳米管纱线或石墨烯纱线。
6.如权利要求1或5所述的三维结构电磁屏蔽织物，其特征在于，所述填充物(4)为未经处理的原材料或经化学试剂修饰过的材料。
7.一种权利要求1-6任意一项所述的三维结构电磁屏蔽织物的制备方法，其特征在于，织造上、下面纱层，每层面纱层包括两层经纱(1)和一层纬纱(3)，然后采用两组间隔纱(2)相互交织将上、下面纱层捆绑成为一个整体；控制间隔纱(2)的高度，同时将填充物(4)织入中空间隔层中；织造完毕后将三维织物浸入膨松剂与相容剂的混合溶液中，混合溶液浸入填充物(4)内部分解产生的气泡具有微***作用，使得填充物(4)结构逐渐疏松膨胀填满整个三维中空结构，从而制得三维结构电磁屏蔽织物。
8.如权利要求7所述的三维结构电磁屏蔽织物的制备方法，其特征在于，所述间隔纱(2)的高度由隔距片来控制或采用定伸长送经纱的方式控制。
9.如权利要求7所述的三维结构电磁屏蔽织物的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述相容剂为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液；膨松剂为质量浓度为10～70％的过氧化氢溶液、质量浓度为10～15％的稀硫酸与金属锌粉末以重量比20∶1的比例混合的混合物或质量浓度为8～12％的稀硝酸于亚硫酸钠以重量比20∶1的比例混合的混合物。
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