一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，具体来说是一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]人们在享受数字信息技术带来的便捷之时，也在承受着一个“无形杀手”的“摧残电磁波污染，随着家用电器、通信设备、电子产品和电器设备等大量涌入家庭，电磁辐射的覆盖已经深入到人类生活的各个角落，人为的电磁能量以10% -15% /年的速度递增，电磁污染已成为继废水、废气、废渣后的第四大污染源。
[0003]科学研究和实验证明，这些辐射对人体是有害的，人如果长期暴露在较强的电磁场辐射中会导致细胞状态异常及细胞功能异常，会导致神经衰弱及神经功能紊乱、内分泌失调，严重的甚至诱发癌变，因此，应该尽量避免接受辐射，特别是孕妇和婴幼儿，更应当减少和避免接收这些辐射，所以需要制造防辐射材料来保护人体。现有市面上的防辐射材料主要通过金属纤维的屏蔽层来反射外界电磁辐射，以避免这些辐射进入人体。然而，这种防辐射服并不能阻止所有辐射进入衣服内部，当辐射通过领口、袖口、下摆等缝隙进入防辐射服内时，这种反射式的屏蔽层会使这些辐射多次反射及交汇叠加，从而可能会让防辐射服内的辐射强度变大，使得穿防辐射服可能会使人体受到的辐射伤害更大，所以现有防辐射服的防辐射效果较差，根本不能满足防辐射需求。
[0004]新型的材料如石墨和纳米碳纤维，经过试验已经证明其导电防辐射能力极佳，不受外在干扰，达到了防辐射防静电的效果，但是现有的技术中，直接将石墨分散到织物纤维中，石墨的分散性不好，容易聚集，所以性能欠佳，另外单纯的纳米碳纤维纺丝成型效果差，均有待改进。
[0005]因此，需要通过将石墨和纳米碳纤维进行一定的处理，再与导电聚合物复合在一起，并制造成新型电磁屏蔽纺织纤维，使其具有良好的电磁屏蔽性能，再用于制造防辐射服。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题是提供一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料，具有良好的电磁屏蔽性能，可用于制造防辐射服。
[0007]本发明解决的第二个问题是提供一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料的制备方法。
[0008]为解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料，按重量组分计包括以下组分:石墨3?6份、纳米碳纤维15?35份、导电聚合物60?98份、聚合物粘合剂0.2?0.8份、分散剂0.5?1.0份、碱金属氟化物0.02?0.1份、金属催化剂0.1?0.2份、导电型金属0.03?0.15份、表面处理剂0.5?1.0份；所述导电聚合物为聚(茚并芴-三苯胺)，所述聚合物粘合剂为1，3-双-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-双-(4-氨基苯氧基)-二苯基按1:2?3组合而成，所述分散剂为1，2-亚乙基双硬脂酰胺，所述金属催化剂为金属茂，所述表面处理剂为ITO或SnO2,所述导电型金属包括钡、银、钴、镍、锡中的至少一种金属元素的盐、金属氧化物、金属氯化物或金属氮化物。
[0009]进一步地，所述的一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料，还包括0.01?0.03份的分散X射线和电子束屏蔽材料，所述材料是选自硅、锶、镁、铕和镝中的至少一种元素的化合物，这些材料可以对放射性辐射进行屏蔽，增强其性能，拓宽本发明材料的使用范围。
[0010]为解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料的制备方法，包括以下步骤:
[0011](I)石墨预处理，在纳米石墨粉中掺入碱金属氟化物，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在500?700°C加热，加热时间控制在8?20分钟，所述惰性气体是从一氧化碳、甲烷、乙炔、乙烯和丙烷中选择的一种或多种混合气体，将碱金属氟化物固定在纳米石墨粉表面上；
[0012](2)纳米碳纤维预处理，将纳米碳纤维用浓硫酸与高锰酸钾进行混合酸氧化，经超声或高剪切剧烈搅拌之后，得到羧基化的纳米碳纤维，加入表面处理剂，在200?300°C加热处理5?8分钟，加入导电型金属，在氮气和氩气的混合气体保护下在300?500°C加热20?30分钟，将导电型金属均匀分散在纳米碳纤维内；
[0013](3)将步骤(I)预处理的石墨和步骤(2)预处理的纳米碳纤维置于容器内，用240?300份极性溶剂溶解，再加入分散剂、导电聚合物、聚合物粘合剂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为20KHz，时间为0.5?1.0小时，再置于臭氧发生装置中进行臭氧化处理，臭氧化处理可以促进原料纤维的表面的亲水化，经研磨后，形成均质的溶液；
[0014](4)将步骤(3)得到的溶液与化学共混物进行化学共混，所述化学共混物为聚氧乙烯，所述化学共混物的质量分数占原溶液的20?35%，用静电纺丝法制备出纳米碳导电纤维材料，所述静电纺丝所用的锥形管尖口直径为1.0?1.2mm，锥形管与水平方向成6?8°角，以利于锥形管尖口液滴形成，在溶液两端加1.2kV/cm的电场强度。
[0015]进一步地，在上述方案中，所述浓硫酸用量为420?480份，高锰酸钾用量为10?50份，所述浓硫酸浓度为95?98%，浓硫酸与高锰酸钾并用能够提高处理效率。
[0016]进一步地，在上述方案中，所述极性溶剂选自异丙醇(IPA)、环己酮、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、乙酸丁酯或甲基异丁基酮中的任意一种。
[0017]进一步地，在上述方案中，所述碱金属氟化物为LiF或CsF。
[0018]本发明的有益效果是:第一，采用本发明方法处理后的石墨其分散性好，不易聚集；第二，采用本发明方法处理后的纳米碳纤维不仅具有改进的导电性，能够容易与导电聚合物复合在一起，也有相对加强的物理性质，并具有改进的拉伸强度和抗撕裂性；第三，本发明制成的纳米碳导电纤维材料有良好的电磁屏蔽性能，无毒、不含任何致癌物，对人体和环境没有危害，非常适用于制造防辐射服等。
【具体实施方式】
[0019]实施例1:一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料，按重量组分计包括以下组分:石墨3份、纳米碳纤维15份、聚(茚并芴-三苯胺)60份、1，3-双-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-双-(4-氨基苯氧基)-二苯基按1:2组合而成的聚合物粘合剂0.2份、1，2-亚乙基双硬脂酰胺0.5份、碱金属氟化物0.02份、金属茂0.1份、钡和银按任意比的金属氧化物组成的导电型金属0.03份、ITO 0.5份、硅和锶的化合物组成的分散X射线和电子束屏蔽材料0.01份，这些材料可以对放射性辐射进行屏蔽，增强其性能，拓宽本发明材料的使用范围。
[0020]一种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料的制备方法，包括以下步骤:
[0021](I)石墨预处理，在纳米石墨粉中掺入碱金属氟化物LiF，并加入金属催化剂，混匀，在惰性气体保护下在500°C加热，加热时间控制在8分钟，所述惰性气体是一氧化碳，将碱金属氟化物固定在纳米石墨粉表面上；
[0022](2)纳米碳纤维预处理，将纳米碳纤维用420份浓度为95%的浓硫酸与10份高锰酸钾进行混合酸氧化，浓硫酸与高锰酸钾并用能够提高处理效率，经超声或高剪切剧烈搅拌之后，得到羧基化的纳米碳纤维，加入表面处理剂，在200°C加热处理5分钟，加入导电型金属，在氮气和氩气的混合气体保护下在300°C加热20分钟，将导电型金属均匀分散在纳米碳纤维内；
[0023](3)将步骤(I)预处理的石墨和步骤(2)预处理的纳米碳纤维置于容器内，用240份极性溶剂异丙醇(IPA)溶解，再加入分散剂、导电聚合物、聚合物粘合剂，用强力混合器共混，然后再用超声波分散仪进行超声分散，超声频率为20KHz，时间为0.5小时，再置于臭氧发生装置中进行臭氧化处理，臭氧化处理可以促进原料纤维的表面的亲水化，经研磨后，形成均质的溶液；
[0024](4)将步骤(3)得到的溶液与化学共混物进行化学共混，所述化学共混物为聚氧乙烯，所述化学共混物的质量分数占原溶液的2%，用静电纺丝法制备出纳米碳导电纤维材料，所述静电纺丝所用的锥形管尖口直径为1.0mm，锥形管与水平方向成6°角，以利于锥形管尖口液滴形成，在溶液两端加1.2kV/cm的电场强度。
[0025]实施例2:—种新型电磁屏蔽纳米碳导电纤维材料，按重量组分计包括以下组分:石墨4.5份、纳米碳纤维25份、聚(茚并芴-三苯胺)79份、1，3-双-(3，3，4，4- 二羧基苯氧基)苯和4，4-双