一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺
阅读说明：本技术 一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺 (Supercritical carbon dioxide after-finishing process of wave-absorbing electromagnetic shielding fabric ) 是由 侯琳 徐炎炎 刘琳 蔡普宁 樊争科 王超 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺,所述的整理方法为超临界二氧化碳后整理工艺,该后整理工艺流程无水参与,可以解决复合吸波粉体在水相中难以均匀分散的技术难题。采用本发明的后整理加工方式处理的吸波型电磁屏蔽织物具有“厚度薄、质量轻、频带宽、反射损耗能力强”等特点,同时兼具阻燃、耐辐射的性能,采用本发明超临界技术处理的吸波型电磁屏蔽织物可用来开发各种电磁屏蔽安全防护服,广泛应用于民用和军事领域。(The invention provides a supercritical carbon dioxide after-finishing process of a wave-absorbing electromagnetic shielding fabric, wherein the finishing method is the supercritical carbon dioxide after-finishing process, the after-finishing process flow has no water participation, and the technical problem that composite wave-absorbing powder is difficult to uniformly disperse in a water phase can be solved. The wave-absorbing electromagnetic shielding fabric treated by the post-finishing processing mode has the characteristics of thin thickness, light weight, wide frequency band, strong reflection loss capability and the like, has the performances of flame retardance and radiation resistance, can be used for developing various electromagnetic shielding safety protective clothing, and is widely applied to the civil and military fields.)
技术领域
本发明涉及功能性纺织品技术领域，具体涉及一种电磁屏蔽织物制备方法及超临界二氧化碳后整理工艺。
背景技术
随着智能通信系统、无线网络设备、电子探测设备等技术的发展，电磁污染，这种看不见、摸不着、听不到的新型污染已经开始涉及人们生活的周围，危害着人类的健康，电磁污染已列为世界公害之一。为了有效的屏蔽电磁波的干扰，减少电磁波对人类和环境造成的危害，开发高效的电磁屏蔽织物尤为重要。
最早人们利用金属丝和服饰纤维的混编织物开发电磁屏蔽防护服，它对电磁辐射有一定的屏蔽作用，但是手感较硬，厚而重，服用性能较差。在此基础上，出现了金属纤维混纺织物，其服用性能有较大的改善。但是，由于多种纤维难于混合均匀，屏蔽性能不理想，还有尖端放电和刺痒现象。随后出现了镀银织物、含多元素或多离子类的织物，该类电磁屏蔽织物主要以反射电磁波为主，会带来电磁波二次污染，而吸波型为主的屏蔽材料可以将电磁波能量转化为其他形式的能量，达到屏蔽效果。基于此，吸波型电磁屏蔽织物的开发势在必行。
CN109208333A公开了一种构筑吸波型电磁屏蔽复合涂层织物的方法，所述方法是将经过碱液预处理后的棉织物浸泡于碳纳米管分散液中进行涂层处理，之后依次经吡咯溶液浸渍和氧化剂氧化聚合以形成碳纳米管/聚吡咯涂层的织物，最后依次经酸浸泡和真空干燥后得到。本发明利用分步组装技术制备出在3.5-6GHz频段，屏蔽效能均超过20dB的电磁屏蔽织物，能够满足商用的屏蔽要求。
CN107988787A公开了一种吸波型电磁屏蔽织物的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将棉织物浸渍于碱液中，经恒温振荡后水洗至中性，之后烘干；步骤2、配制碳纳米管分散液，分散液中碳纳米管与表面活性剂的浓度比为0.05-0.25:1；步骤3、将步骤1烘干后的棉织物浸泡于碳纳米管分散液中；步骤4、将步骤3浸渍后的棉织物取出，之后烘干，即得。本发明的整理工艺全程无水参与且具有动态循环的特性使得制备的电磁屏蔽织物屏蔽吸波性能优异。
吸波型电磁屏蔽织物的开发途径有两种。一种是利用具有导磁性能的导磁吸波材料，如铁氧体、金属微粉(包括羰基金属和磁性金属微粉)等制备吸波纤维。在制备纤维过程中，要使制备的纤维具有吸波功能，吸波材料在聚合物基体中添加量不能过低，过高的吸波材料添加量会导致制备的纤维性能难以满足纺织用纤维的基本要求。另一种电磁屏蔽织物开发方法是采用涂层整理，但加工工序控制比较复杂，处理后织物手感硬、耐洗涤性、耐氧化性差，成本高，给实际生产应用带来了很大的困难。
超临界流体技术由于其高效、绿色、环保、扩散系数高和溶解能力强等优点被广泛应用。其中二氧化碳能在较低的温度、压力下就能转化为一种超临界流体，并能够溶解多种非极性物质。
本发明采用超临界CO2流体技术，在一定的温度、压力下形成超临界流体溶解复合吸波材料，由于超临界二氧化碳流体扩散性能极强，可以使屏蔽材料(石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2等)处于分散状态并进一步将其载入纤维基体内部。采用本发明的后整理加工方式处理的吸波型电磁屏蔽织物具有“厚度薄、质量轻、频带宽、反射损耗能力强”等特点，同时兼具阻燃、耐辐射的性能，采用本发明超临界技术处理的吸波型电磁屏蔽织物可用来开发各种电磁屏蔽安全防护服，广泛应用于民用和军事领域。
发明内容
本发明实施例提供一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺，以解决传统电磁屏蔽织物易腐蚀、易氧化或与其他化学物质反应、不易加工、高密度、物理弹性有限、易产生涡流和二次污染等缺点。
具体地，本发明提供一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺，包括：
一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺，所述的整理方法为超临界二氧化碳后整理工艺，该后整理工艺流程无水参与，可以解决复合吸波粉体在水相中难以均匀分散的技术难题。
具体步骤为：
(1)织物预处理：所述的织物预处理剂为乙醇、丙酮的一种或多种的混合物，处理后烘干备用。
(2)超临界二氧化碳后整理：取一定量经步骤(1)处理后的织物，置于高温高压反应釜内，同时将一定量的吸波纳米粉体和夹带剂混合物置于加料釜，将经过升温加压后处于超临界状态的二氧化碳流体以一定的流量通入到加料釜内，使其与吸波纳米粉体和夹带剂混合溶解形成整理剂，在循环装置的作用下，所形成的整理剂随着超临界二氧化碳流体在加料釜和反应釜之间来回往复流动；在一定工艺温度、压力条件下，溶解在超临界二氧化碳流体中的复合吸波材料与织物充分接触后分散进入纤维内部实现后整理；
(3)后处理：一段时间后降低反应温度与压力，使得未利用的吸波粉体与CO2在分离釜分离，未整理的吸波材料可回收再次使用，同时，气态的CO2回流收集也可达到重复利用；至此，完成一次完整的后整理工序。
在一些优选的实施例中，所述的织物是由本质阻燃纤维如间位芳纶、阻燃粘胶、阻燃涤纶等两种或多种纤维混纺而成。
在一些优选的实施例中，织物预处理温度为40～60℃，处理时间为40～60min，烘干温度为60～80℃。
在一些优选的实施例中，所述的吸波粉体为复合吸波粉体。
在一些优选的实施例中，从磁损耗和电损耗等吸波机理着手，以扩大吸波频率范围为目的，所述复合吸波粉体选择为纳米吸波材料石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2的一种以上组成。
在一些优选的实施例中，所述复合吸波粉体由纳米吸波材料石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2复配而成。
在一些优选的实施例中，石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2质量比约为4:3:2:1。在一些优选的实施例中，所述的夹带剂包括正己烷、环己烷和戊烷等非极性烃类物质。
在一些优选的实施例中，所述的后整理工艺整理温度80～260℃，压力18～36MPa，整理时间40～100min，二氧化碳流量为20g/min～50g/min。
在一些优选的实施例中，所述吸波纳米粉体相对于待整理织物的含量为10～25％。
在一些优选的实施例中，夹带剂的相对含量为3～5％。
本发明实施例提供的一种超临界二氧化碳吸波型电磁屏蔽织物的后整理工艺，在整理过程中无水参与，整理后无需清洗、烘干等操作，工艺流程短，节能环保；且未利用的整理剂等可回收循环使用，具有清洁化、绿色化、环保化的现代加工理念。
本发明超临界CO2整理过程中无水参与，复合吸波纳米粉体在夹带剂的作用下溶解于超临界二氧化碳流体中，随着超临界流体的循环流动，整理剂与纤维界面不断充分接触产生分子作用力，随着复合吸波材料分子与纤维分子之间作用力的逐渐增大，复合吸波材料吸附于纤维体表面，这时纤维内外部形成吸波材料浓度差，且超临界二氧化碳流体对纺织纤维有一定的溶胀作用，就使得更多的复合吸波材料逐渐向纤维内部转移。同时，复合吸波材料分子在超临界二氧化碳流体超强扩散作用下，与纤维大分子通过氢键或范德华力杂乱无章的纠缠吸附在一起形成稳定状态。
本发明解决了纳米吸波材料如铁氧体、金属微粉、石墨烯和碳纳米管等在水相中出现团聚难以均匀分散的技术难题，在超临界二氧化碳溶解体系中，石墨烯特殊的片层结构可以均匀分布在碳纳米管和纳米铁氧体等微粒之间，从而阻隔分散后碳纳米管和铁氧体再次团聚，使各种吸波材料能够以稳定的纳米状态存在，直接应用于纺织材料中，从而发挥出纳米材料所特有的电学性能，发挥良好的电磁屏蔽和吸波效应。
本发明所开发的吸波型电磁屏蔽织物在民用领域，主要运用于工厂、科研机构、医院、火车站、通讯基站以及公安部门视频监测指挥站等有电磁辐射污染区。在军用领域，可用来开发各种电磁屏蔽纺织品来满足各类电子设备正常运行、电磁信息屏蔽与信息保护、电磁隐身等需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的设备作简单地附图介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本发明的在一种吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺，大概流程如图1所示，具体步骤如下：
(1)织物预处理。所述的织物预处理剂为乙醇、丙酮的一种或多种的混合物。处理温度为40～60℃，处理时间为40～60min，烘干温度为60～80℃。
(2)超临界二氧化碳后整理。取一定量经步骤(1)处理后的织物置于高温高压反应釜，同时将织物质量10～25％的复合吸波纳米粉体和3～5％的夹带剂混合物置于加料釜。其中，复合吸波粉体的组成为石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2，将四者质量比控制为4:3:2:1。将经过升温加压后处于超临界状态的二氧化碳以20g/min～50g/min的流量通入到加料釜，使其与复合吸波纳米粉体和夹带剂混合溶解形成整理剂，在循环装置的作用下，所形成的整理剂随着超临界二氧化碳流体在加料釜和反应釜之间来回往复流动。在80～260℃的温度范围内，压力18～36MPa的条件下，溶解在超临界二氧化碳中的复合吸波材料与织物充分接触后进入纤维内部实现后整理，处理40～100min后降低反应温度与压力，回收未利用的复合吸波材料和气态CO2，最终获得吸波型电磁屏蔽织物。
需要说明的是，对于上述方法的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必须的。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺方法进行具体描述。
实施例一
(1)织物预处理。将间位芳纶织物采用丙酮进行预处理。处理温度为60℃，处理时间为40min，烘干温度为80℃。
(2)超临界二氧化碳后整理。取m1克经步骤(1)处理后的织物置于高温高压反应釜，同时将质量为0.25m1克的复合吸波纳米粉体和0.05m1克的夹带剂混合物置于加料釜。其中，复合吸波粉体的组成为石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2，四者质量比为4:3:2:1。将经过升温加压后处于临界状态的二氧化碳以20g/min的流量通入到加料釜，使其与复合吸波纳米粉体和夹带剂混合溶解形成整理剂，在循环装置的作用下，所形成的整理剂随着超临界二氧化碳流体在加料釜和反应釜之间来回往复流动。在温度为260℃，压力36MPa的工艺条件下，溶解在超临界二氧化碳中的复合吸波材料与织物充分接触后进入纤维内部实现后整理，处理100min后降低反应温度与压力，回收未利用的复合吸波材料和气态CO2，最终获得吸波型电磁屏蔽织物。
实施例二
织物预处理。将间位芳纶和阻燃粘胶的混纺织物采用乙醇进行预处理。处理温度为40℃，处理时间为60min，烘干温度为60℃。
超临界二氧化碳后整理。取m2克经步骤(1)处理后的织物置于高温高压反应釜，同时将质量为0.15m2克的复合吸波纳米粉体和0.03m2克的夹带剂混合物置于加料釜。其中，复合吸波粉体的组成为石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2，四者质量比为4:3:2:1。将经过升温加压后处于临界状态的二氧化碳以30g/min的流量通入到加料釜，使其与复合吸波纳米粉体和夹带剂混合溶解形成整理剂，在循环装置的作用下，所形成的整理剂随着超临界二氧化碳流体在加料釜和反应釜之间来回往复流动。在温度为220℃，压力32MPa的工艺条件下，溶解在超临界二氧化碳中的复合吸波材料与织物充分接触后进入纤维内部实现后整理，处理60min后降低反应温度与压力，回收未利用的复合吸波材料和气态CO2，最终获得吸波型电磁屏蔽织物。
实施例三
织物预处理。将阻燃涤纶与阻燃粘胶混纺织物采用乙醇进行预处理。处理温度为50℃，处理时间为50min，烘干温度为60℃。
超临界二氧化碳后整理。取m3克经步骤(1)处理后的织物置于高温高压反应釜，同时将质量为0.1m3克的复合吸波纳米粉体和0.03m3克的夹带剂混合物置于加料釜。其中，复合吸波粉体的组成为石墨烯、碳纳米管、铁氧体和MXene-Ti3C2，四者质量比为4:3:2:1。将经过升温加压后处于临界状态的二氧化碳以30g/min的流量通入到加料釜，使其与复合吸波纳米粉体和夹带剂混合溶解形成整理剂，在循环装置的作用下，所形成的整理剂随着超临界二氧化碳流体在加料釜和反应釜之间来回往复流动。在温度为80℃，压力20MPa的工艺条件下，溶解在超临界二氧化碳中的复合吸波材料与织物充分接触后进入纤维内部实现后整理，处理60min后降低反应温度与压力，回收未利用的复合吸波材料和气态CO2，最终获得吸波型电磁屏蔽织物。
电磁屏蔽性能测试
为验证制备织物的性能，对实施例1-3制备的3款吸波型电磁屏蔽面料，屏蔽性能按照GJB 6190-2008《电磁屏蔽材料屏蔽效能测试方法》进行，吸波性能(发射率)根据GJB2038A-2011《雷达吸波材料反射率测试方法》执行。
同时为了验证本发明吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺后样品的电磁屏蔽性能，与市场上商业化的吸波型电磁屏蔽织物进行性能对比测试。采用山东青岛的某一厂商的电磁屏蔽织物(负载银)为对比例一样品。
另外，为了纵向对比突出本发明吸波型电磁屏蔽织物的超临界二氧化碳后整理工艺对织物屏蔽性能的积极影响。采用实施例1中预处理织物，未进行超临界二氧化碳整理工艺处理，采用常规的整理工艺得到样品为对比例二样品。所对比的试样中，间位芳纶、阻燃粘胶、阻燃涤纶均不具备吸波功能，故在对比分析时忽略其对试样电磁屏蔽与吸波性能的影响。将测试波段设定在4GHz～14GHz，分别对实施例一至三、两个对比例的样品的五个不同区域裁取五块织物作为测试样，测试结果表1所示。
表1各样品的电磁屏蔽与发射率测试结果
上述测试结果表明，在4GHz～14GHz波段内，在屏蔽性能方面，实施例一的电磁屏蔽性能平均值为53.0dB，实施例二的电磁屏蔽性能平均值为48.0dB，实施例三的电磁屏蔽性能平均值为42.9dB。相对于对比例一和二的屏蔽性能，本发明经过超临界二氧化碳后整理工艺处理的吸波型电磁屏蔽织物，其电磁屏蔽性能提高了30％以上。在吸波性能方面，实施例一的反射率平均值为-26.9dB，对比例一的反射率平均值为-2.5dB，可见与传统的电磁屏蔽织物相比，采用本发明开发的吸波型电磁屏蔽织物吸波性能优异，对比例二的反射率平均值为-11.6dB，可见使用超临界二氧化碳后整理工艺可以提升吸波复合粉体在织物分布的含量与均匀性，所制备的吸波型电磁屏蔽织物吸波性能优异。同时，上述测试结果其不同区域的屏蔽性能、吸波性能的数据离散系数小，也表明本发明的二氧化碳超临界后整理工艺提高吸波粉体在体系中的分散性。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种除臭针织布及其制造方法