專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有電磁屏蔽功能的纖維及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及纖維織物的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種具有電磁屏蔽功能的纖維織物及其制備方法。
現(xiàn)有的由含氰基的纖維作為基材，采用銅的硫化物螯合來(lái)制備導(dǎo)電纖維或作抗靜電織物或作電磁屏蔽織物及薄膜的方法不少，無(wú)論是成品纖維采用間歇浸漬處理的方法，采用煮染法對(duì)纖維進(jìn)行銅化合物和含硫化合物兩浴處理法或采用聚丙烯晴濕絲束纖維通過(guò)一含銅離子和含硫離子的導(dǎo)電反應(yīng)浴中，使纖維內(nèi)部嵌入硫化銅，再行致密化方法，所得導(dǎo)電成分有的是一硫一銅CuS或Cu2S或自稱(chēng)為Cu9S5，蘭銅礦(CuS)的導(dǎo)電率雖比輝銅礦(Cu2S)要高出1個(gè)多數(shù)量級(jí)，但CuS結(jié)晶不穩(wěn)定，在潮濕的空氣中很容易與空氣中的氧反應(yīng)生成易溶于水的硫酸銅，即；Cu2S雖比CuS要穩(wěn)定，但Cu2S在空氣中加熱時(shí)，或遇到較強(qiáng)的氧化劑，即會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)
因此輝銅礦(Cu2S)的結(jié)晶不耐高溫(蒸煮、熨燙)，不耐化學(xué)試劑(如印染前的漂白處理等)，根據(jù)我們?nèi)〉玫娜毡拘窕晒I(yè)株式會(huì)社采用均聚丙烯晴纖維作基材的耐久性導(dǎo)電纖維和日本帝人、赫斯特—塞拉尼斯公司的產(chǎn)品及日本Nihon Sanno DyLing CO.LTD生產(chǎn)的Thunderon導(dǎo)電織物；國(guó)內(nèi)收集的江蘇省紡織研究所的耐久性導(dǎo)電纖維，寧波生產(chǎn)的含CuS導(dǎo)電纖維，上海紡織研究院、上海工程大學(xué)紡織學(xué)院紡化系、中國(guó)紡織大學(xué)高材學(xué)院、北京服裝學(xué)院、山西榆次化纖廠及蘇州絲綢工學(xué)院等多家單位研制后生產(chǎn)的PAN導(dǎo)電纖維或織物，這些導(dǎo)電纖維的不足均是耐久性、耐氣候性差，在高溫潮濕天氣(如黃梅季節(jié))下，儲(chǔ)存或使用半年到一年后，其比電阻就增加了4-5個(gè)數(shù)量級(jí)，為了解決這類(lèi)導(dǎo)電纖維的耐久性、耐氣候性、耐化學(xué)試劑差的問(wèn)題，我們先后采用化學(xué)分析電子能譜(ESCA)法、X射線(xiàn)衍射法和精密元素分析法分析了收集到的國(guó)內(nèi)外所有的導(dǎo)電纖維的導(dǎo)電層物種，并收集和分析了失去導(dǎo)電性后脫落下來(lái)的碎片物種，發(fā)現(xiàn)所有這些導(dǎo)電纖維消失導(dǎo)電性后脫離下來(lái)的碎片全部是Cu9S5，雖然游離在Cu9S5晶體之間的6-10％的CuS的導(dǎo)電性高于Cu9S5，但在潮濕和較高氣溫條件下，它卻很容易被空氣中的氧氧化生成易溶于水的CuSO4，使Cu9S5導(dǎo)電層出現(xiàn)許多空穴或是它的結(jié)晶層與纖維間出現(xiàn)空隙，為導(dǎo)電結(jié)晶層剝落創(chuàng)造了有利條件，要解決這些導(dǎo)電纖維的不耐久性、不耐化學(xué)劑性，就必須使導(dǎo)電結(jié)晶層全部是由不會(huì)被氧化、不溶于水、酸、堿，化學(xué)穩(wěn)定性高的蘭輝銅礦結(jié)晶層與纖維以牢固的配價(jià)鍵結(jié)合，且結(jié)晶層要盡可能厚薄均勻，表面平整。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有電磁屏蔽功能的纖維及其制備方法，這種纖維具有防電磁波的屏蔽功能，且這些導(dǎo)電纖維具有耐久性和耐化學(xué)劑性。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種具有電磁屏蔽功能的纖維，其特征在于所述的纖維中和表面含有重量百分比為10-17％的成膜五硫九銅(分子式為Cu9S5)結(jié)晶層和83-90％的含氰基纖維。
一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于先將所述的纖維采用重量百分比為10-60％的酸或酸性鹽進(jìn)行處理，浴比為1∶5-1∶25，溫度為攝氏50-80度，浸泡時(shí)間為20-60分鐘然后取出甩干；再采用重量百分比為10-50％的金屬鹽和15-55％含硫的還原劑進(jìn)行處理，含硫的還原劑在攝氏45-75度分2-5次加入，含硫還原劑的浴比為1∶10-1∶40，以硫酸或醋酸調(diào)節(jié)PH值為1.5-4.5，待含有金屬鹽和含硫還原劑的水溶液變清后，升溫至攝氏85-100度，保溫20-60分鐘，再冷卻、洗凈、干燥；再將纖維放入浴比為1∶10-1∶25的10％的多硫化銨溶液中，加熱至攝氏65-80度，密封下保溫30-60分鐘，然后經(jīng)冷卻、洗凈、干燥即可。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用酸或酸性鹽進(jìn)行前處理，并能使前處理后的導(dǎo)電纖維的含銅鹽量增加；2、采用金屬鹽和含硫的還原劑進(jìn)行主處理，能生成穩(wěn)定的Cu9S5導(dǎo)電結(jié)晶層；3、采用含硫化合物進(jìn)行后處理，可使導(dǎo)電結(jié)晶層成為100％的Cu9S5穩(wěn)定結(jié)晶體，并使結(jié)晶層更為緊密，厚薄更為均勻，更具有耐久性和耐化學(xué)性。
有關(guān)數(shù)據(jù)的比較見(jiàn)表1和表2。
表1為幾種導(dǎo)電纖維放置使用，洗滌100次及按T/C印染工藝*處理后的比電阻變化。 T/C織物印染工藝處理?xiàng)l件為退漿(8％NaOH水溶液浸漬后在100℃下汽蒸60分鐘)；煮煉漂白(5g/L H2O2和3g/LNaOH.100℃汽蒸60分鐘)；絲光(280g/L NaOH，60秒鐘，熱水洗，冷水洗)。
表2.滌綸織物中嵌入5％本發(fā)明紗、線(xiàn)制成的機(jī)織除塵過(guò)濾袋與日本進(jìn)口的除塵過(guò)濾袋性能比較 本發(fā)明可廣泛用于航空、航天、雷達(dá)站、衛(wèi)星、電臺(tái)、電視臺(tái)、發(fā)電廠、變電站、高壓電線(xiàn)、電纜、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、微波爐、手機(jī)、BP機(jī)等場(chǎng)所的電磁波屏蔽罩、屏蔽墻、防護(hù)服、防護(hù)背心、帽等制品；也可用于鋁箱上色設(shè)備、機(jī)器人的材料和加熱用的半導(dǎo)體材料，及高效抗菌防臭織物制品。用3～5％本發(fā)明的纖維或紗線(xiàn)與任何其它纖維紗線(xiàn)進(jìn)行混紡或交織可制成各種防靜電、除塵、消霧制品，可廣泛用于煉鋼廠、發(fā)電廠、水泥制品廠、制藥廠、糧食加工廠等場(chǎng)地的耐久防靜電除塵消煙過(guò)濾袋，可使工場(chǎng)內(nèi)的含塵量降至＜50mg/M3，及油田、油庫(kù)、油輪、石油加工廠、煤礦等易燃、易爆場(chǎng)合的安全防靜電工作服及半導(dǎo)體器材的包裝材料；若將防靜電織物制品制成孔隙為0.5～0.8mm的紗網(wǎng)，可清除機(jī)場(chǎng)和高速公路上的大霧，并可阻止霧進(jìn)入機(jī)場(chǎng)和高速公路范圍內(nèi)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
本發(fā)明為一種具有電磁屏蔽功能的纖維，其特征在于所述的纖維中和表面含有重量百分比為10-17％的成膜五硫九銅(分子式為Cu9S5)結(jié)晶層和83-90％的含氰基纖維；在具體實(shí)施中含氰基纖維包括均聚丙烯晴纖維、改性聚丙烯晴纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維，這些含氰基纖維習(xí)慣上稱(chēng)為基材，就是指尚未進(jìn)行特種處理的基本纖維材料。
一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于先將所述的纖維采用重量百分比為10-60％的酸或酸性鹽進(jìn)行處理，酸或酸性鹽包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、月桂酸、草酸、硼酸、磷酸、磷酸二氫鈉，酸或酸性鹽加水的浴比為1∶5-1∶25，溫度為攝氏50-80度，浸泡時(shí)間為20-60分鐘，然后取出甩干；再采用重量百分比為10-50％的金屬鹽和15-55％含硫的還原劑進(jìn)行處理，金屬鹽包括1B族元素的銅、銀、金的金屬離子，8B族元素的鐵、鈷、鎳、鈀、銥、鉑含硫的還原劑在攝氏45-75度分2-5次加入，含硫還原劑的浴比為1∶10-1∶40，以硫酸或醋酸調(diào)節(jié)PH值為1.5-4.5，待含有金屬鹽和含硫還原劑的水溶液變清后，升溫至攝氏85-100度，保溫20-60分鐘，再冷卻、洗凈、干燥，含硫還原劑為亞硫酸氫鈉、亞硫酸、連二亞硫酸及其鈉鹽、硫代硫酸鈉、硫化氫、雕白粉和它們的化合物；再將纖維放入浴比為1∶10-1∶25的2-35％的含硫化合物的溶液中，加熱至攝氏40-80度，密封下保溫20-90分鐘，然后經(jīng)冷卻、洗凈、干燥即可，含硫還原劑為亞硫酸氫鈉、亞硫酸、連二亞硫酸及其鈉鹽、硫代硫酸鈉、硫化氫、雕白粉和它們的化合物含硫化合物為亞硫酸氫鈉、雕白粉、多硫化鈉、多硫化銨、硫化銨，上述重量百分比均以基材纖維重量為基準(zhǔn)。
本發(fā)明的前處理，就是要使作為基材的聚丙烯晴纖維或其它改性的帶氰基纖維降低一定的結(jié)晶度，增大表面積使纖維表面或孔隙內(nèi)暴露出更多的氰基，以便纖維在銅鹽溶液中吸附更多的二價(jià)Cu離子，即使纖維達(dá)到一定程度的膨化、蝕刻，而強(qiáng)度下降很少的目的；本發(fā)明的主處理是在攝氏45-75度加入含硫還原劑，使吸附在纖維表面和孔隙內(nèi)的Cu2+離子被還原成Cu+離子，并在反應(yīng)浴中產(chǎn)生大量的S2-離子，Cu+離子能與纖維內(nèi)和表面層上的-CN基生成很強(qiáng)配價(jià)鍵，同時(shí)與反應(yīng)浴中的S2-離子結(jié)合生成Cu2S，當(dāng)Cu2S與CuS之比達(dá)到4∶1時(shí)，在Cu9S5結(jié)晶動(dòng)力學(xué)要求的條件下就會(huì)生成穩(wěn)定的Cu9S5導(dǎo)電結(jié)晶層；采用以上方法處理后的導(dǎo)電纖維結(jié)晶層，經(jīng)精密元素分析后發(fā)現(xiàn)尚存在1％左右的游離CuS晶體，為此還必須采用含有硫化物的溶液進(jìn)行處理，例如CuS晶體既能微溶于多硫化銨溶液中，該溶液中又能發(fā)生反應(yīng)，這就使纖維上的氰基以牢固的配價(jià)鍵與Cu9S5結(jié)合，并在纖維表面和一定的深度內(nèi)形成一層厚薄均勻、結(jié)構(gòu)緊密、化學(xué)穩(wěn)定性高的100％Cu9S5的穩(wěn)定導(dǎo)電結(jié)晶層。
下面給出實(shí)施例，實(shí)施例中的百分比除注明外均以纖維的重量為基準(zhǔn)的重量百分比。
實(shí)施例1采用三元共聚丙烯晴纖維作基料，將此纖維在攝氏30度下，采用80％的磷酸二氫鈉浸泡一小時(shí)，然后取出甩干；將甩干纖維放入浴比為1∶25的CuSO4.H2O濃度為0.03M/L的溶液中，再用H2SO4酸化到溶液的PH值為3左右，然后加熱至攝氏70度，恒溫30分鐘，在恒溫期間不斷攪拌，分4次加入Na2S2O3固體，使溶液中Na2S2O3濃度達(dá)到0.038M/L，然后以每分鐘1-4度的升溫速度升溫至攝氏95度，保溫1小時(shí)，冷卻、洗凈浮色、甩干；再將甩干的纖維放入浴比為1∶20的10％多硫化銨溶液中，加熱至攝氏75度，密封下保溫45分鐘，然后冷卻、洗凈、甩干，即可制得比電阻為2.5×10-2Ω-cm的電磁波屏蔽纖維。
實(shí)施例2以聚丙烯晴纖維作為基材，采用30％的工業(yè)乙酸作前處理，浴比1∶10，處理溫度為攝氏70-75度，浸泡時(shí)間為30分鐘，然后常溫進(jìn)缸，循環(huán)5分鐘后，升溫至攝氏75度，保溫30分鐘出缸，進(jìn)入主處理，經(jīng)前處理后的纖維放入含有25％的硫酸銅和28％的低亞硫酸鈉溶液，浴比為1∶12，再以醋酸調(diào)節(jié)PH值為3.5，主處理的具體步驟是，常溫進(jìn)缸，逐步升溫至攝氏50度，加入1/3的硫酸銅及低亞硫酸鈉，再升溫至攝氏60度，加入1/3的硫酸銅及低亞硫酸鈉，繼續(xù)升溫至攝氏70度，加入另外的1/3硫酸銅及低亞硫酸鈉，在保溫運(yùn)轉(zhuǎn)20分鐘后以每分鐘升溫1度的速率，升溫至攝氏85度，保溫30分鐘出缸；后處理加入多硫化鈉15％，浴比為1∶10，加熱至攝氏80度，保溫30分鐘，經(jīng)洗凈、干燥后可制得比電阻為2.3×10-2Ω-cm的電磁波屏蔽纖維。
實(shí)施例3以毛型腈綸纖維作為基材，采用10％的草酸作前處理，處理溫度為攝氏50-55度，浸泡時(shí)間為30分鐘，浴比1∶25，然后常溫進(jìn)缸，循環(huán)5分鐘后，升溫至攝氏70度，保溫40分鐘出缸，進(jìn)入主處理，經(jīng)前處理后的纖維放入硝酸銀0.15M/L、99％的濃硫酸0.1ml/L，調(diào)節(jié)PH值為4，放入NaHSO2-CH2O-2H2O1.5g/L，浴比為1∶40，主處理的具體步驟是，將上述配料常溫進(jìn)缸，以每2分鐘升溫1度的速率，升溫至沸點(diǎn)，保溫60分鐘，冷卻、洗凈至表面浮色去盡進(jìn)行后處理，后處理與實(shí)施例1中的后處理相同。
權(quán)利要求
1.一種具有電磁屏蔽功能的纖維，其特征在于所述的纖維中和表面含有重量百分比為10-17％的成膜五硫九銅(分子式為Cu9S5)結(jié)晶層和83-90％的含氰基纖維。
2.按權(quán)利要求1所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維，其特征在于含氰基纖維包括均聚丙烯晴纖維、改性聚丙烯晴纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚烯烴纖維。
3.按權(quán)利要求1所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于先將所述的纖維采用重量百分比為10-60％的酸或酸性鹽進(jìn)行處理，浴比為1∶5-1∶25，溫度為攝氏50-80度，浸泡時(shí)間為20-60分鐘然后取出甩干；再采用重量百分比為10-50％的金屬鹽和15-55％含硫的還原劑進(jìn)行處理，含硫的還原劑在攝氏45-75度分2-5次加入，含硫還原劑的浴比為1∶10-1∶40，以硫酸或醋酸調(diào)節(jié)PH值為1.5-4.5，待含有金屬鹽和含硫還原劑的水溶液變清后，升溫至攝氏85-100度，保溫20-60分鐘，再冷卻、洗凈、干燥；再將纖維放入浴比為1∶10-1∶25的2-35％的含硫化合物的溶液中，加熱至攝氏40-80度，密封下保溫20-90分鐘，然后經(jīng)冷卻、洗凈、干燥即可。
4.按權(quán)利要求4所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于酸或酸性鹽包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、月桂酸、草酸、硼酸、磷酸、醋酸、磷酸二氫鈉。
5.按權(quán)利要求4所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于金屬鹽包括1B族元素的銅、銀、金的金屬離子，8B族元素的鐵、鈷、鎳、鈀、銥、鉑。
6.按權(quán)利要求4所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于含硫還原劑為亞硫酸氫鈉、亞硫酸、連二亞硫酸及其鈉鹽、硫代硫酸鈉、硫化氫、雕白粉和它們的化合物。
7.按權(quán)利要求4所述的一種具有電磁屏蔽功能的纖維制備方法，其特征在于含硫化合物為亞硫酸氫鈉、雕白粉、多硫化鈉、多硫化銨、硫化銨。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有電磁屏蔽功能的纖維及其制備方法,該纖維的特征在于:所述的纖維中和表面含有重量百分比為10－17%的成膜五硫九銅(分子式為Cu
文檔編號(hào)D06M11/00GK1357664SQ0012770
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2000年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月5日
發(fā)明者趙擇卿, 黃乃華, 崔淑玲 申請(qǐng)人:上海華天電磁波防護(hù)材料有限公司