阅读说明：本技术 一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料及其制备方法 (Polyvinyl alcohol-based fiber material for electromagnetic shielding and preparation method thereof ) 是由 朱美芳 杨利军 潘亮 许文婷 费翔 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料及其制备方法。该方法包括：将石墨烯加入Mxene离心液中,搅拌,加入丙烯酸单体和引发剂,共聚合反应,向得到的石墨烯/Mxene混合分散液中加入聚乙烯醇,然后湿法纺丝。该方法可以实现石墨烯和Mxene在聚合物基体中均匀分散,解决了纺丝可纺性差的难题,制备得到的纤维材料具有优良电磁屏蔽性能。(The invention relates to a polyvinyl alcohol-based fiber material for electromagnetic shielding and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: adding graphene into Mxene centrifugate, stirring, adding an acrylic monomer and an initiator, carrying out copolymerization reaction, adding polyvinyl alcohol into the obtained graphene/Mxene mixed dispersion liquid, and then carrying out wet spinning. The method can realize the uniform dispersion of the graphene and the Mxene in the polymer matrix, solves the problem of poor spinnability of spinning, and the prepared fiber material has excellent electromagnetic shielding performance.)

一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能纤维及其制备领域，特别涉及一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的普及，电磁辐射对人们生产生活的影响日益严重，电磁波辐射已经被世界卫生组织列为继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源，成为危害人类健康的隐形“杀手”。长期接受电磁辐射会使人的免疫力下降、血压异常，新陈代谢紊乱和记忆力衰退甚至造成癌症等，因此开发具有优异电磁屏蔽性能的织物及服装产品就显得尤为重要。关于电磁屏蔽纤维及织物的研究主要是以金属纤维以及金属纤维与传统化纤混编制备，所得产品的舒适性和手感都较差，相比之下高分子基柔性导电纤维不仅具有很好电磁屏蔽性能而且具有很好的柔性，可以通过纺织技术制备形形色色的服装和织物产品，具有广阔的市场发展空间和应用前景。

中国专利CN110563966A公开了一种MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶的制备方法。该方法将MXene分散液和氧化石墨烯分散液混合后，进行水热反应，得到MXene/石墨烯复合凝胶；然后将MXene/石墨烯复合凝胶浸渍于聚乙烯醇溶液中，进行分子间氢键的形成，然后，循环冷冻解冻数次，得到结构可控和电化学性能较好的MXene/石墨烯/聚乙烯醇复合凝胶。与该发明专利相比，本发明过原位聚合的方式实现石墨烯/Mxene稳定共分散溶液，同时后续进行纺丝制备聚乙烯醇/石墨烯/Mxene复合纤维。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料及其制备方法，以填补现有技术的空白。

本发明提供了一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料，将石墨烯加入到Mxene离心液中，搅拌，加入丙烯酸单体和引发剂，共聚合反应，然后加入聚乙烯醇，湿法纺丝得到。

本发明还提供一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料的制备方法，包括：

(1)将Ti₃AlC₂加入到刻蚀剂中刻蚀，抽滤、水洗，将得到的多层膨胀Mxene置于含有聚乙烯醇的分散液中，超声剥离得到Mxene分散液，离心取上清液；

(2)将石墨烯加入到步骤(1)中Mxene离心液中，搅拌，加入丙烯酸单体和引发剂，共聚合反应，得到石墨烯/Mxene混合分散液，其中石墨烯与Mxene的质量比为1:1～5:1，丙烯酸单体占石墨烯和Mxene总质量的60％～90％，引发剂的用量占丙烯酸单体、石墨烯和Mxenen总质量的2％～10％；

(3)向步骤(2)中石墨烯/Mxene混合分散液中加入聚乙烯醇，将得到的三元复合纺丝液湿法纺丝，得到聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料，其中，石墨烯与Mxene总质量占聚乙烯醇质量的2.5～5％。

所述步骤(1)中刻蚀剂为盐酸和氟化锂的混合溶液，Ti₃AlC₂与氟化锂质量比为0.98:1～1:1，盐酸浓度为5～7mol/L，浴比为1:25～1:35。

所述步骤(1)中刻蚀温度为20～50℃，刻蚀时间为24～48h。

所述步骤(1)中超声时间为20～60min，超声功率为10～35W。

所述步骤(1)中聚乙烯醇为PVA～1799。

所述步骤(1)中含有聚乙烯醇的分散液中聚乙烯醇质量百分浓度为0.4％～0.6％。

所述步骤(1)中抽滤为减压抽滤。

所述步骤(1)中离心转速为4500～6000RPM。

所述步骤(2)中引发剂为过硫酸铵。

所述步骤(2)中共聚合反应温度为70～85℃，共聚合反应时间为3～6h。

所述步骤(3)中三元复合纺丝液中聚乙烯醇的体积浓度为0.11g/ml～0.14g/ml。

所述步骤(3)中湿法纺丝成形所用凝固浴为饱和硫酸钠，凝固浴温度为25±2℃，喷丝头拉伸比为0.05～0.25。

本发明还提供一种上述方法制备得到的聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料。

本发明还提供一种聚乙烯醇基电磁屏蔽用纤维材料的应用。

本发明以电磁屏蔽性能优异的过度金属纳米材料Mxene和导电性能优良的石墨烯作为功能填料，通过原位共聚合的方式利用单体小分子实现石墨烯/Mxene的水相均匀共分散，解决了石墨烯和Mxene在纺丝液中分散不均匀、不稳定的现象。通过与PVA～2099复合借助湿法纺丝技术制备得到了一种具有优良电磁屏蔽性能的三元复合纤维，广泛应用于制备各种电磁屏蔽织物和服装产品。

有益效果

本发明可以实现石墨烯和Mxene在聚合物基体中均匀分散，解决了纺丝可纺性差的难题，制备得到的纤维材料具有优良电磁屏蔽性能。

附图说明

图1为实施例1制备的石墨烯/Mxene共分散液(a)和Mxene分散液(b)静置一周后的沉降分层情况照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

钛碳化铝原料购自吉林省一一科技有限公司，盐酸、氟化锂、丙烯酸、过硫酸铵购自国药试剂，聚乙烯醇2099购自安徽皖维，石墨烯购自常州第六元素。

实施例1

(1)分别称取质量为1g Ti₃AlC₂和氟化锂于反应器中，加入质量为30g 6mol/L的盐酸溶液，在20℃下磁力搅拌反应24h，反应结束后进行减压抽滤，用去离子水洗涤至中性得到多层膨胀Mxene。然后利用质量百分浓度为0.5％的PVA～1799分散液中超声剥离Mxene，离心取上清液，其中离心转速4500RPM，超声功率10W，超声时间20min。

(2)将石墨烯加入到Mxene离心液(质量百分浓度为0.3wt％)中搅拌均匀，所加入的石墨烯与Mxene的质量比为1:1，共聚合反应温度为70℃，时间3h。然后取150g石墨烯/Mxene混合液加入到反应器中，加入丙烯酸单体和过硫酸铵引发剂在一定温度下磁力搅拌聚合一定时间出料即得石墨烯/Mxene共分散体系。其中聚合物单体用量占石墨烯和Mxene总质量的60％，引发剂的用量占聚合单体、石墨烯和Mxenen总质量的2％。

(3)将聚合得到的石墨烯/Mxene混合分散液与一定量的PVA-2099切片溶解复合制得三元复合纺丝液，其中三元复合纺丝液中PVA～2099的体积浓度为0.11g/ml，石墨烯与Mxene总质量占PVA～2099质量的2.5％。然后利用湿法纺丝技术制备复合纤维，其电磁屏蔽效能(采用微波网络矢量分析仪进行电磁屏蔽性能测试，测试频率范围2-18GHz)为25dB，纺丝所用凝固浴为饱和硫酸钠，凝固浴温度为25±2℃，喷丝头拉伸比为0.05。利用本实验方法可以制备具有较好分散性的石墨烯/Mxene共分散液，静置一周无沉降现象。图1(a.本实验制备的石墨烯/Mxene共分散液，b是Mxene分散液)是两种溶液静置一周的分散情况。

实施例2

(1)在50℃下磁力搅拌反应48h，离心转速为6000RPM，超声功率为35W，超声时间为60min，其余均与实施例1相同，得到Mxene离心液。

(2)将石墨烯加入到Mxene离心液(质量百分浓度为0.3wt％)中搅拌均匀，所加入的石墨烯与Mxene的质量比为5:1，共聚合反应温度为85℃，时间6h。然后取150g石墨烯/Mxene混合液加入到反应器中，加入丙烯酸单体和过硫酸铵引发剂在一定温度下磁力搅拌聚合一定时间出料即得石墨烯/Mxene共分散体系。其中聚合物单体用量占石墨烯和Mxene总质量的90％，引发剂的用量占聚合单体、石墨烯和Mxenen总质量的10％。

(3)将聚合得到的石墨烯/Mxene混合分散液与一定量的PVA～2099切片溶解复合制得三元复合纺丝液，其中三元复合纺丝液中PVA～2099的体积浓度为0.14g/ml，石墨烯与Mxene总质量占PVA～2099质量的5％。然后利用湿法纺丝技术制备复合纤维，其电磁屏蔽效能为30dB(采用微波网络矢量分析仪进行电磁屏蔽性能测试，测试频率范围2-18GHz)。纺丝所用凝固浴为饱和硫酸钠，凝固浴温度为25±2℃，喷丝头拉伸比为0.25。

实施例3

(1)在40℃下磁力搅拌反应30h，离心转速5000RPM，超声功率30W，超声时间40min，其余均与实施例1相同，得到Mxene离心液。

(2)将石墨烯加入到Mxene离心液(质量百分浓度为0.3wt％)中搅拌均匀，所加入的石墨烯与Mxene的质量比为4:1，共聚合反应温度为80℃，时间5h。然后取150g石墨烯/Mxene混合液加入到反应器中，加入丙烯酸单体和过硫酸铵引发剂在一定温度下磁力搅拌聚合一定时间出料即得石墨烯/Mxene共分散体系。其中聚合物单体用量占石墨烯和Mxene总质量的80％，引发剂的用量占聚合单体、石墨烯和Mxenen总质量的5％。

(3)将聚合得到的石墨烯/Mxene混合分散液与一定量的PVA～2099切片溶解复合制得三元复合纺丝液，其中三元复合纺丝液中PVA～2099的体积浓度为0.13g/ml，石墨烯与Mxene总质量占PVA～2099质量的4％。然后利用湿法纺丝技术制备复合纤维，其屏蔽效能为26.7dB(采用微波网络矢量分析仪进行电磁屏蔽性能测试，测试频率范围2-18GHz)。纺丝所用凝固浴为饱和硫酸钠，凝固浴温度为25±2℃，喷丝头拉伸比为0.1。