一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人們?cè)谙硎軘?shù)字信息技術(shù)帶來(lái)的便捷之時(shí)，也在承受著一個(gè)“無(wú)形殺手”的“摧殘電磁波污染，隨著家用電器、通信設(shè)備、電子產(chǎn)品和電器設(shè)備等大量涌入家庭，電磁輻射的覆蓋已經(jīng)深入到人類生活的各個(gè)角落，人為的電磁能量以10% -15% /年的速度遞增，電磁污染已成為繼廢水、廢氣、廢渣后的第四大污染源。
[0003]科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)證明，這些輻射對(duì)人體是有害的，人如果長(zhǎng)期暴露在較強(qiáng)的電磁場(chǎng)輻射中會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞狀態(tài)異常及細(xì)胞功能異常，會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)衰弱及神經(jīng)功能紊亂、內(nèi)分泌失調(diào)，嚴(yán)重的甚至誘發(fā)癌變，因此，應(yīng)該盡量避免接受輻射，特別是孕婦和嬰幼兒，更應(yīng)當(dāng)減少和避免接收這些輻射，所以需要制造防輻射材料來(lái)保護(hù)人體?，F(xiàn)有市面上的防輻射材料主要通過(guò)金屬纖維的屏蔽層來(lái)反射外界電磁輻射，以避免這些輻射進(jìn)入人體。然而，這種防輻射服并不能阻止所有輻射進(jìn)入衣服內(nèi)部，當(dāng)輻射通過(guò)領(lǐng)口、袖口、下擺等縫隙進(jìn)入防輻射服內(nèi)時(shí)，這種反射式的屏蔽層會(huì)使這些輻射多次反射及交匯疊加，從而可能會(huì)讓防輻射服內(nèi)的輻射強(qiáng)度變大，使得穿防輻射服可能會(huì)使人體受到的輻射傷害更大，所以現(xiàn)有防輻射服的防輻射效果較差，根本不能滿足防輻射需求。
[0004]新型的材料如石墨和納米碳纖維，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)已經(jīng)證明其導(dǎo)電防輻射能力極佳，不受外在干擾，達(dá)到了防輻射防靜電的效果，但是現(xiàn)有的技術(shù)中，直接將石墨分散到織物纖維中，石墨的分散性不好，容易聚集，所以性能欠佳，另外單純的納米碳纖維紡絲成型效果差，均有待改進(jìn)。
[0005]因此，需要通過(guò)將石墨和納米碳纖維進(jìn)行一定的處理，再與導(dǎo)電聚合物復(fù)合在一起，并制造成新型電磁屏蔽紡織纖維，使其具有良好的電磁屏蔽性能，再用于制造防輻射服。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料，具有良好的電磁屏蔽性能，可用于制造防輻射服。
[0007]本發(fā)明解決的第二個(gè)問(wèn)題是提供一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料的制備方法。
[0008]為解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料，按重量組分計(jì)包括以下組分:石墨3?6份、納米碳纖維15?35份、導(dǎo)電聚合物60?98份、聚合物粘合劑0.2?0.8份、分散劑0.5?1.0份、堿金屬氟化物0.02?0.1份、金屬催化劑0.1?0.2份、導(dǎo)電型金屬0.03?0.15份、表面處理劑0.5?1.0份；所述導(dǎo)電聚合物為聚(茚并芴-三苯胺)，所述聚合物粘合劑為1，3-雙-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-雙-(4-氨基苯氧基)-二苯基按1:2?3組合而成，所述分散劑為1，2-亞乙基雙硬脂酰胺，所述金屬催化劑為金屬茂，所述表面處理劑為ITO或SnO2,所述導(dǎo)電型金屬包括鋇、銀、鈷、鎳、錫中的至少一種金屬元素的鹽、金屬氧化物、金屬氯化物或金屬氮化物。
[0009]進(jìn)一步地，所述的一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料，還包括0.01?0.03份的分散X射線和電子束屏蔽材料，所述材料是選自硅、鍶、鎂、銪和鏑中的至少一種元素的化合物，這些材料可以對(duì)放射性輻射進(jìn)行屏蔽，增強(qiáng)其性能，拓寬本發(fā)明材料的使用范圍。
[0010]為解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料的制備方法，包括以下步驟:
[0011](I)石墨預(yù)處理，在納米石墨粉中摻入堿金屬氟化物，并加入金屬催化劑，混勻，在惰性氣體保護(hù)下在500?700°C加熱，加熱時(shí)間控制在8?20分鐘，所述惰性氣體是從一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯和丙烷中選擇的一種或多種混合氣體，將堿金屬氟化物固定在納米石墨粉表面上；
[0012](2)納米碳纖維預(yù)處理，將納米碳纖維用濃硫酸與高錳酸鉀進(jìn)行混合酸氧化，經(jīng)超聲或高剪切劇烈攪拌之后，得到羧基化的納米碳纖維，加入表面處理劑，在200?300°C加熱處理5?8分鐘，加入導(dǎo)電型金屬，在氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w保護(hù)下在300?500°C加熱20?30分鐘，將導(dǎo)電型金屬均勻分散在納米碳纖維內(nèi)；
[0013](3)將步驟(I)預(yù)處理的石墨和步驟(2)預(yù)處理的納米碳纖維置于容器內(nèi)，用240?300份極性溶劑溶解，再加入分散劑、導(dǎo)電聚合物、聚合物粘合劑，用強(qiáng)力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進(jìn)行超聲分散，超聲頻率為20KHz，時(shí)間為0.5?1.0小時(shí)，再置于臭氧發(fā)生裝置中進(jìn)行臭氧化處理，臭氧化處理可以促進(jìn)原料纖維的表面的親水化，經(jīng)研磨后，形成均質(zhì)的溶液；
[0014](4)將步驟(3)得到的溶液與化學(xué)共混物進(jìn)行化學(xué)共混，所述化學(xué)共混物為聚氧乙烯，所述化學(xué)共混物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占原溶液的20?35%，用靜電紡絲法制備出納米碳導(dǎo)電纖維材料，所述靜電紡絲所用的錐形管尖口直徑為1.0?1.2mm，錐形管與水平方向成6?8°角，以利于錐形管尖口液滴形成，在溶液兩端加1.2kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0015]進(jìn)一步地，在上述方案中，所述濃硫酸用量為420?480份，高錳酸鉀用量為10?50份，所述濃硫酸濃度為95?98%，濃硫酸與高錳酸鉀并用能夠提高處理效率。
[0016]進(jìn)一步地，在上述方案中，所述極性溶劑選自異丙醇(IPA)、環(huán)己酮、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙酸丁酯或甲基異丁基酮中的任意一種。
[0017]進(jìn)一步地，在上述方案中，所述堿金屬氟化物為L(zhǎng)iF或CsF。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:第一，采用本發(fā)明方法處理后的石墨其分散性好，不易聚集；第二，采用本發(fā)明方法處理后的納米碳纖維不僅具有改進(jìn)的導(dǎo)電性，能夠容易與導(dǎo)電聚合物復(fù)合在一起，也有相對(duì)加強(qiáng)的物理性質(zhì)，并具有改進(jìn)的拉伸強(qiáng)度和抗撕裂性；第三，本發(fā)明制成的納米碳導(dǎo)電纖維材料有良好的電磁屏蔽性能，無(wú)毒、不含任何致癌物，對(duì)人體和環(huán)境沒(méi)有危害，非常適用于制造防輻射服等。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1:一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料，按重量組分計(jì)包括以下組分:石墨3份、納米碳纖維15份、聚(茚并芴-三苯胺)60份、1，3-雙-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-雙-(4-氨基苯氧基)-二苯基按1:2組合而成的聚合物粘合劑0.2份、1，2-亞乙基雙硬脂酰胺0.5份、堿金屬氟化物0.02份、金屬茂0.1份、鋇和銀按任意比的金屬氧化物組成的導(dǎo)電型金屬0.03份、ITO 0.5份、硅和鍶的化合物組成的分散X射線和電子束屏蔽材料0.01份，這些材料可以對(duì)放射性輻射進(jìn)行屏蔽，增強(qiáng)其性能，拓寬本發(fā)明材料的使用范圍。
[0020]一種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料的制備方法，包括以下步驟:
[0021](I)石墨預(yù)處理，在納米石墨粉中摻入堿金屬氟化物L(fēng)iF，并加入金屬催化劑，混勻，在惰性氣體保護(hù)下在500°C加熱，加熱時(shí)間控制在8分鐘，所述惰性氣體是一氧化碳，將堿金屬氟化物固定在納米石墨粉表面上；
[0022](2)納米碳纖維預(yù)處理，將納米碳纖維用420份濃度為95%的濃硫酸與10份高錳酸鉀進(jìn)行混合酸氧化，濃硫酸與高錳酸鉀并用能夠提高處理效率，經(jīng)超聲或高剪切劇烈攪拌之后，得到羧基化的納米碳纖維，加入表面處理劑，在200°C加熱處理5分鐘，加入導(dǎo)電型金屬，在氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌蠚怏w保護(hù)下在300°C加熱20分鐘，將導(dǎo)電型金屬均勻分散在納米碳纖維內(nèi)；
[0023](3)將步驟(I)預(yù)處理的石墨和步驟(2)預(yù)處理的納米碳纖維置于容器內(nèi)，用240份極性溶劑異丙醇(IPA)溶解，再加入分散劑、導(dǎo)電聚合物、聚合物粘合劑，用強(qiáng)力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進(jìn)行超聲分散，超聲頻率為20KHz，時(shí)間為0.5小時(shí)，再置于臭氧發(fā)生裝置中進(jìn)行臭氧化處理，臭氧化處理可以促進(jìn)原料纖維的表面的親水化，經(jīng)研磨后，形成均質(zhì)的溶液；
[0024](4)將步驟(3)得到的溶液與化學(xué)共混物進(jìn)行化學(xué)共混，所述化學(xué)共混物為聚氧乙烯，所述化學(xué)共混物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占原溶液的2%，用靜電紡絲法制備出納米碳導(dǎo)電纖維材料，所述靜電紡絲所用的錐形管尖口直徑為1.0mm，錐形管與水平方向成6°角，以利于錐形管尖口液滴形成，在溶液兩端加1.2kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度。
[0025]實(shí)施例2:—種新型電磁屏蔽納米碳導(dǎo)電纖維材料，按重量組分計(jì)包括以下組分:石墨4.5份、納米碳纖維25份、聚(茚并芴-三苯胺)79份、1，3-雙-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-雙