可同时吸收低频和高频电磁波的复合纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于纤维材料领域。它涉及一种可屏蔽电磁辐射的纤维，尤其是一种可同 时吸收低频和高频电磁波的复合纤维。
【背景技术】
[0002] 电磁辐射以电磁波的形式通过空间传播，因此电磁辐射又称为电磁波。电磁辐 射不仅会影响电子设备的正常运行，降低电子元器件的寿命，而且对人们的健康也会造 成极大的危害。电磁辐射通常可分为射频辐射和极低频辐射。射频辐射的频率范围在 100KHz-300GHz之间，如：手机、电视塔等都产生射频的磁场。极低频辐射的频率范围在 3-300HZ之间，如工业上用的交流电源等。传统的电磁屏蔽材料多是基于金属或金属镀层材 料。这种材料具有材料密度高、易受腐蚀、吸收频带窄等缺点。根据Schelkunoff电磁屏蔽 理论，屏蔽效能分为单次反射衰减、吸收消耗和多重反射消耗三部分。金属材料的电磁屏蔽 机理为单次反射衰减，不具有吸收消耗的功能。被反射的电磁波往往造成二次辐射，这也是 金属基屏蔽材料的一大缺陷。随着人们对于电磁屏蔽材料轻量化、高屏蔽性能和宽屏蔽频 带等要求的提出，基于电磁屏蔽纤维的材料得到了越来越广泛的应用。但是，当前所谓的吸 波纤维也多数为金属纤维或者金属镀层纤维，同样具有传统电磁屏蔽材料的缺陷。
[0003] 只有将反射衰减和吸收消耗两种电磁屏蔽机理进行有机的结合，才有希望提高材 料的电磁屏蔽性能，拓宽其吸波范围。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本申请的发明人提供一种可屏蔽电磁辐射的纤维，尤其是一 种可同时吸收低频和高频电磁波的复合纤维。这种纤维同时具有反射电磁波和吸收消耗电 磁波的功能，且具有轻质、耐腐蚀的特点，在军事、工业及民用领域具有极为广阔的应用前 景。
[0005] 本申请采取的技术方案是：
[0006] 1. -种可同时吸收低频和高频电磁波的复合纤维，所述复合纤维由纤维基底层、 镀覆于所述纤维基底层表面的金属镀层和涂覆于所述金属镀层上的磁性吸波涂层组成。
[0007] 2.根据项1所述的复合纤维，其中所述磁性吸波涂层为磁性纳米吸波浆料的磁性 吸波涂层，所述磁性纳米吸波浆料由均匀分散的5-55重量％的磁性纳米吸波材料以及余 量的涂层基料组成；
[0008] 所述磁性纳米吸波材料为选自由以下材料的纳米颗粒、纳米粉、纳米管以及纳米 丝组成的组中的至少一种：氧化铁、铁硅铝合金、铁硅铬镍合金、铁镍合金、锌铜镍铁合金、 钕铁硼合金、错镍钴合金、钐钴合金、和镁锌铜铁合金。
[0009] 3.根据项1或2所述的复合纤维，其中所述磁性纳米吸波材料的直径为1-300纳 米。
[0010] 4.根据项3所述的复合纤维，其中所述涂层基料为选自由以下材料的组成的组 中的至少一种：橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯、丙烯酸酯、有机硅树脂、特氟龙、和其他含氟涂层基 料。
[0011] 5.根据项3所述的复合纤维，其中所述金属镀层为选自由以下金属组成的组中的 至少一种金属的镀层：银、铜、铝、锌、和镍。
[0012] 6.根据项3所述的复合纤维，其中所述纤维基底层为包含作为主要成分的服用纤 维的纤维基底层，所述服用纤维为选自由以下纤维组成的组中的至少一种纤维：天然纤维、 化学或合成纤维、和工业纤维；
[0013] 所述天然纤维为棉、麻、丝、和毛中的至少一种；所述化学或合成纤维为聚酯、聚酰 胺、聚丙烯腈、和粘胶中的至少一种；所述工业纤维为凯夫拉纤维（KEVLAR，聚对苯二甲酰 对苯二胺的简称）、超高分子量聚乙烯、碳纤维、碳化硅纤维、和M5纤维（一种超高性能纤 维，聚（2,5_二羟基-1，4-苯撑吡啶并二咪唑）（PIPD)的简称）中的至少一种。
[0014] 7.根据项3所述的复合纤维，其中所述磁性吸波涂层厚度为0.1-7微米；和/或 所述金属镀层厚度为〇. 1-5微米。
[0015] 本申请还涉及一种根据项1至7任一项所述的复合纤维的制备方法，其中所述方 法包括以下制备步骤：
[0016] (1)表面清洁：对所述纤维基底层进行表面清洁、和清洗；
[0017] (2)表面改性：对所述纤维基底层进行化学表面改性和离子表面轰击中的至少一 种，然后清洗；
[0018] (3)镀覆所述金属镀层：在经过表面改性的所述纤维基底层表面镀覆所述金属镀 层；
[0019] (4)涂覆所述磁性吸波涂层：将所述磁性吸波浆料均匀涂覆在所述金属镀层的表 面。
[0020] 在本申请的该制备方法中，其中所述步骤⑴中，优选使用选自以下的至少一种 洗涤剂对所述纤维基底层进行表面清洁从而去除所述纤维基底层表面的污物：商购可得的 洗涤剂、碱的水溶液、丙酮、和1，2-二氯乙烷；所述清洗为使用去离子水清洗所述纤维基底 层表面；
[0021] 所述步骤（2)中，优选所述化学表面改性为使用选自以下的至少一种改性剂对所 述纤维基底层进行改性处理10秒至1小时：30-98%的浓硫酸、30-98%的浓硝酸、30-98% 的浓硫酸和30-98%的浓硝酸的混合物、10-50%的碱的水溶液、0. 05-1摩尔/升的乙酸酐 的二甲基亚砜溶液、和0. 05-1摩尔/升的氢化钠的二甲基亚砜溶液；所述清洗为使用去离 子水清洗所述纤维基底层表面残留的溶剂；
[0022] 所述步骤⑶中，优选所述镀覆为选自以下的至少一种镀覆：化学镀、电镀、激光 镀、磁控溅射、离子镀、和真空镀；和/或
[0023] 所述步骤（4)中，优选所述涂覆为选自以下的至少一种涂覆：浸涂、乳挤、刮涂、挤 塑、抽塑、喷涂、凝固、和旋涂。
[0024] 本申请还涉及一种织物或服装，其包含复合纤维，所述复合纤维为根据项1至7任 一项所述的复合纤维、或根据上述制备方法制得的复合纤维。
[0025] 本申请所提供的一种可同时吸收低频和高频电磁波的复合纤维同时具有反射电 磁波和吸收消耗电磁波的功能，实现了对低频和高频电磁波的宽频屏蔽消耗；且本复合纤 维的结构为具有反射功能的金属镀层在内，磁性吸波涂层在外，因而电磁波在经过磁性吸 波涂层吸收消耗和金属镀层的反射消耗后，剩余的能量波会被金属镀层再次反射至磁性吸 波涂层被吸波涂层二次吸收消耗，使纤维对电磁波的屏蔽吸收能力得到了进一步增强。此 外，本复合纤维的金属镀层在磁性吸波涂层的保护下，不会再受到化学腐蚀的侵扰，性能更 稳定可靠。同时，此复合纤维材料还且具有轻质、易于加工成型的特点，在军事、工业及民用 领域均具有极为广阔的应用前景。
【附图说明】
[0026] 图1表示本申请复合纤维的一个实例的结构示意图。
[0027] 附图标号说明
[0028] 1-纤维基底层
[0029] 2-金属镀层
[0030] 3-磁性吸波涂层
【具体实施方式】
[0031] 以下将参照实施例详细描述本申请的【具体实施方式】。
[0032] 本申请涉及一种可同时吸收低频和高频电磁波的复合纤维，所述复合纤维由纤维 基底层1、镀覆于所述纤维基底层表面的金属镀层2和涂覆于所述金属镀层上的磁性吸波 涂层3组成。
[0033] 本申请的复合纤维的结构为具有反射功能的金属镀层在内，磁性吸波涂层在外， 因而电磁波在经过磁性吸波涂层吸收消耗和金属镀层的反射消耗后，剩余的能量波会被金 属镀层再次反射至磁性吸波涂层被吸波涂层二次吸收消耗，使纤维对电磁波的屏蔽吸收能 力得到了进一步增强。
[0034] 本申请的复合纤维中，所述磁性吸波涂层并无特别限定，只要该涂层其具有对辐 射的吸收消耗的功能即可。进一步地，优选所述磁性吸波涂层为磁性纳米吸波浆料的磁性 吸波涂层，所述磁性纳米吸波浆料由均匀分散的5-55重量％的磁性纳米吸波材料以及余 量的涂层基料组成。
[0035] 本申请的复合纤维中，所述磁性纳米吸波材料并无特别限定，只要该材料能够吸 收福射即可。进一步地，优选所述磁性纳米吸波材料优选为选自由以下材料的纳米颗粒、纳 米粉、纳米管以及纳米丝组成的组中的至少一种：氧化铁、铁硅铝合金、铁硅铬镍合金、铁镍 合金、锌铜镍铁合金、钕铁硼合金、错镍钴合金、钐钴合金、和镁锌铜铁合金。
[0036] 本申请的复合纤维中，所述磁性纳米吸波材料的直径并无特别限定，只要其不影 响本申请的技术效果即可。进一步地，优选所述磁性纳米吸波材料的直径为易于分散的纳 米级别。进一步地，所述磁性纳米吸波材料的直径优选为1-300纳米。
[0037] 本申请的复合纤维中，所述涂层基料并无特别限定，只要其可以均匀分散所述磁 性纳米吸波材料并能够形成均匀的涂层即可。进一步地，所述涂层基料优选为选自由以下 材料的组成的组中的至少一种：橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯、丙烯酸酯、有机硅树脂、特氟龙、和 其他含氟涂层基料。
[0038] 本申请的复合纤维中，所述金属镀层并无特别限定，只要其具有对辐射的反射功 能即可。进一步地，所述金属镀层优选为选自由以下金属组成的组中的至少一种金属的镀 层：银、铜、错、锌、和镍。
[0039] 本申请的复合纤维中，所述纤维基底层并无特别限定，只要其适用于纤维、织物或 服装即可。进一步地，优选所述纤维基底层为包含作为主要成分的服用纤维的纤维基底层， 所述服用纤维为选自由以下纤维组成的组中的至少一种纤维：天然纤维、化学或合成纤维、 和工业纤维；所述天然纤维为棉、麻、丝、和毛中的至少一种；所述化学或合成纤维为聚酯、 聚酰胺、聚丙烯腈、和粘胶中的至少一种；所述工业纤维为凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯、 碳纤维、碳化硅纤维、和M5纤维中的至少一种。
[0040] 本申请的复合纤维中，各层的厚度并无特别限定，只要其不影响本申请的技术效 果即可。进一步地，所述磁性吸波涂层厚度优选为〇. 1-7微米；和/或所述金属镀层厚度优 选为0. 1-5微米。
[0041] 本申请还涉及一种复合纤维的制备方法，其中所述方法包括以下制备步骤：
[0042] (1)表面清洁：对所述纤维基底层进行表面清洁、和清洗；
[0043] (2)表面改性：对所述纤维基底层进行化学表面改性和离子表面轰击中的至少一 种，然后清洗；
[0044] (3)镀覆所述金属镀层：在经过表面改性的所述纤维基底层表面镀覆所述金属镀 层；
[0045] (4)涂覆所述磁性吸波涂层：将所述磁性吸波浆料均匀涂覆在所述金属镀层的表 面。
[0046] 在本申请的该制备方法中，所述步骤（1)中，对于表面清洁并无特别限定，只要能 够去除所述纤维基底层表面的如油脂等的污物等即可。对所述清洗并无特别限定，只要能 够去除残留的溶剂即可。可采用本领域中常规的表面清洁或清洗。进一步地，所述步骤（1) 中，优选使用选自以下的至