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，具體來說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]人們在享受數(shù)字信息技術(shù)帶來的便捷之時，也在承受著一個“無形殺手”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)研究和實驗證明，這些輻射對人體是有害的，人如果長期暴露在較強的電磁場輻射中會導(dǎo)致細胞狀態(tài)異常及細胞功能異常，會導(dǎo)致神經(jīng)衰弱及神經(jīng)功能紊亂、內(nèi)分泌失調(diào)，嚴重的甚至誘發(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)當減少和避免接收這些輻射，所以需要制造防輻射材料來保護人體。現(xiàn)有市面上的防輻射材料主要通過金屬纖維的屏蔽層來反射外界電磁輻射，以避免這些輻射進入人體。然而，這種防輻射服并不能阻止所有輻射進入衣服內(nèi)部，當輻射通過領(lǐng)口、袖口、下擺等縫隙進入防輻射服內(nèi)時，這種反射式的屏蔽層會使這些輻射多次反射及交匯疊加，從而可能會讓防輻射服內(nèi)的輻射強度變大，使得穿防輻射服可能會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)過試驗已經(jīng)證明其導(dǎo)電防輻射能力極佳，不受外在干擾，達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。
[0005]因此，需要通過將石墨和納米碳纖維進行一定的處理，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)明解決的第二個問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]為解決上述第一個技術(shù)問題，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，這些材料可以對放射性輻射進行屏蔽，增強其性能，拓寬本發(fā)明材料的使用范圍。
[0010]為解決上述第二個技術(shù)問題，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，在惰性氣體保護下在500?700°C加熱，加熱時間控制在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，在氮氣和氬氣的混合氣體保護下在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，用強力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進行超聲分散，超聲頻率為20KHz，時間為0.5?1.0小時，再置于臭氧發(fā)生裝置中進行臭氧化處理，臭氧化處理可以促進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)量分數(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的電場強度。
[0015]進一步地，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]進一步地，在上述方案中，所述堿金屬氟化物為LiF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，也有相對加強的物理性質(zhì)，并具有改進的拉伸強度和抗撕裂性；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，無毒、不含任何致癌物，對人體和環(huán)境沒有危害，非常適用于制造防輻射服等。
【具體實施方式】
[0019]實施例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，這些材料可以對放射性輻射進行屏蔽，增強其性能，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，在惰性氣體保護下在500°C加熱，加熱時間控制在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，在氮氣和氬氣的混合氣體保護下在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，用強力混合器共混，然后再用超聲波分散儀進行超聲分散，超聲頻率為20KHz，時間為0.5小時，再置于臭氧發(fā)生裝置中進行臭氧化處理，臭氧化處理可以促進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)量分數(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的電場強度。
[0025]實施例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