专利名称：一种具有导电导磁功能的纺织纤维物料及其制备方法
所属领域本发明是属于制备具有双复功能的纺织纤维材料领域。特别是制备具有导电和导磁双复纳米功能的纺织物纤维物料。
背景技术：
采用化学合成的方法制备纺织纤维物已有多年的发展史，而人们对该类纺织纤维物的使用功能，还仅限于保暖和美化人们的日常生活。
在现有技术中，已有采用高科技的制备方法将棉纤维、涤纶纤维、锦纶纤维、氨纶纤维等纺织物中植入或融入具有单相功能的材料粉粒，使该纤维织物类的产品具备了单一性的使用功能。
随着科学技术的不断发展，在电磁技术被广泛应用的今天，它也会对人类的生活环境造成一定的“电磁污染”。如强度极弱的电磁辐射可引起人体的神经和精神的紊乱；大功率微波辐射也会对人身有着明显的破坏或损伤；毫米波作用在皮肤上能使人的身体内产生心血效应；而分米波和米波则可直接作用于人的脑和心脏等重要器管，成为一种环境污染的公害。另外电磁辐射不仅会危害着人身的健康，它同时也影响各类型信号发射机的功率与数量的增长。
“电磁污染”除了成胁人类健康和破坏生态环境外，还会造成电子仪器的设备工作失常，例如可使被传输的信息失误，或造成自控系统失灵，或毁坏无线传输系统，已经妨碍了多种电子仪器设备的灵敏度和精度的提高。
在现有技术中，以电性能为主的特种功能纤维所制成的产品，均是以反射型为主，而对人类伤害大的低频磁场并没有起到防护效果。
目前日本开发了一种塑料导电物屏蔽材料，该材料主要是将导电纳米粉和纤维加入到塑料中去进行成型压制而成。该类日本专利JP2000333618、JP3137213、JP2000328469所介绍的内容均是功能纤维的制备、功能纤维的抗紫外线、抗可见光、抗近红外、抗氧化等方面的报导。另外还有如英国近期研制出一种以银丝为主要材料的防护产品，法国美国研制出以金属丝、不锈钢丝为屏蔽材料的防护产品等等。美国专利US2002014716、US6365545、US6121191等所介绍的也是功能纤维的制备及有关功能纤维的抗紫外线、抗可见光、抗近红外、抗氧化等方面的报导。
综上所述，就目前在国内、外所从事的电、磁防护技术(材料)研究、开发、生产、应用的报导材料中，还未见到哪家能够解决电磁波、特别是低频磁场对人体的危害，以及解决在使用电子设备等场合的电磁泄漏问题。国内外还正在加紧对导电导磁双复纳米功能纤维及其制品的研究。
发明内容
本发明的目的是提出一种导电和导磁性能好的双复功能纺织纤维物料，以及这种具有导电导磁双复功能的纺织纤维料的制备方法。
根据本发明的目的所提出导电导磁功能纺织纤维料制品，我们的解决方案在考虑到该材料的导电导磁纳米粉体要能高效率地消耗电磁波的能量，而磁场能量的消耗要比电场能量的消耗更为重要，因此我们所采用的ζ-Fe2N·α-Fe双复纳米粉料是属于磁损耗型(导磁型)纳米材料，它是通过羰基热分解方法，即将五羰基铁在具有氨气的气氛下进行热分解而获得。该纳米复合粉体能有效地衰减电磁波。另外从低频磁场对人体的危害甚大考虑，也需要采用强磁性纳米复合粉体为主而电性能为副的粉体。因此我们所提出的具有导电导磁双复功能纤维纺织物料是包含有双复功能纳米粉与高分子聚合物组合而成，其特征在于纳米粉是由粒径为20-80nm的ζ-Fe2N·α-Fe组合为双复功能纳米的粉体，并在粉体颗粒外表面包裹有Fe3O4的膜，该双复功能纳米粉体与高分子聚合物的混合重量％为双复功能纳米粉体2-15％；高分子聚合物85-98％。在该导电导磁双复功能纺织纤维物料中的其他特征还在于双复功能纳米粉体ζ-Fe2N·α-Fe外包裹有Fe3O4的膜，其外包Fe3O4的膜厚控制在3-10nm。
根据本发明的目的，我们提出的具有导电导磁双复功能织物纤维料，首要关键技术是设计一种导电导磁的双复纳米材料与传统纤维相匹配，我们通过研究和多组的试验，提出采用以强磁性能为主电性能为副的纳米材料。这是因为导电导磁纤维当电磁波在传输过程中，其μϵ|HE|=σμϵω>>1,]]>而对于绝缘介质此值为1，因此在金属导体中相对于绝缘介质而言，磁场远比电场重要，金属内电磁波的能量主要是磁场能。式中μ-磁导率，ε-介电常数，H-磁场，E-电场，σ-电导率，ω-角频率。
导电导磁双复功能织物纤维料是属于高效率消耗电磁波能量的材料，磁场能量的消耗比电场能量的消耗更为重要，因此采用磁损耗型纳米材料会更有效地衰减电磁波。在考虑到低频磁场对人体的危害程度较大，所以我们选择了强磁性纳米粉为主和电性能为副的材质。为此本发明的设计是采用粒径为20-80nm的ζ-Fe2N·α-Fe复合纳米粉，其相结构如附图所示，从附图中的相结构可以看出ζ-Fe2N·α-Fe均是强磁性相的结构。为了防止纳米ζ-Fe2N·α-Fe粉料的氧化和提高复合纳米粉料的导电性能，将其ζ-Fe2N·α-Fe粉表面外包覆一层Fe3O4的膜，其膜厚控制在3-10nm为宜。因为Fe3O4是一种很好的良导体，不但具有较好的导电性，而且具有一定的磁性，在本发明的ζ-Fe2N·α-Fe粉表面外包覆一层Fe3O4的膜还可以使强磁性的ζ-Fe2N·α-Fe处于稳定状态，避免了使用中复合纳米粉的氧化。
本发明的具有导电导磁功能纺织纤维物料的制备方法是将粒径为20-80nm的，表面外包覆有Fe3O4膜的ζ-Fe2N·α-Fe双复功能的纳米粉与高分子聚合物按上述设定比例进行加温、加压、搅拌混合，其特征在于该制备方法是先将双复功能的纳米粉按设定量的配比(2-15％)与高分子聚合物放入高速混合器中搅拌2-5小时，待混合均匀后再放入高温高压的反应釜内熔融，熔融反应温度控制为200-300℃，反应压力为5-20Mpa，反应时间为10-30分钟。以上所述的高分子聚合物是指涤纶、锦纶、丙纶和粘胶中的任意一种或两种以上的组合聚合物。经反应熔融后可再采用现有工艺技术的双螺杆挤出机挤出，双螺杆挤出机工艺参数如下工艺指标 一区二区三区 四区 五区 熔体 转速扭矩 挤出量参数 160℃ 195℃ 200℃ 195℃ 195℃ 195℃ 240rpm 40％ 60Kg/h由双螺杆挤出机设备挤出的共混物料，再采用现有技术及喷丝机和拉伸机进行喷丝—上油—卷绕—拉伸—质检等工艺，制成导磁导电双复纳米功能纺织纤维物料产品。另一种喷丝法是取设定配比量的双复纳米粉先与高分子聚合物相混经熔融后造粒，称为具有导磁导电双复功能的纳米物料母粒，然后根据需要可将该母粒再与高分子聚合物(或称切片)在高压反应釜内熔融喷丝卷绕而成，一般用该种方法制得的成品均匀度要比前述好，但工艺复杂、制造成本高，本发明是直接采用前述方法制备，同样也可以满足各项技术指标要求。
采用由本发明所设计的，同时还具有导电导磁双复功能的纺织纤维物料及其制备方法与现有技术相比具有以下特点1、本发明的具有导电导磁双复功能的纺织纤维物料已满足了磁电双防的设计要术。由干在现有技术中只有单一的导电性而无导磁性，因而制成的产品使用领域很窄。如在电磁领域中应用受到了限制，因为导电性纤维一般均处于反射型，因此不能彻底消除电磁波对人体的伤害，因为反射型可以形成空间二次反射的电磁泄漏，尤其在电子通讯或精密仪器场合下和不充许有产生二次反射波的情况下使用，早已被受到了严格的限制。而本发明的双复功能纺织纤维物料及其制备方法则可解决上述弊病。
2、采用现有技术是无法解决低频磁场对人体的严重危害。而本发明所提出的材料和制备方法是以导磁性为主导电性为副的设计思想，因此我们合理的解决了低频磁场对人身的危害。
3、由于本发明的导电导磁双复功能纺织纤维物料的出现，制成产品后将可以出现磁性面料是现有技术所没有的。由于本发明材料成功的将纳米技术引入到传统织物纤维中，使功能纺织物不仅出现了新的功能特点，而且与传统纤维相结合还可以具有永久效果，有效的改变了因为洗涤和长时间使用等原因而纤维织物的老化、断裂等缺陷。而传统的纤维织物由于粉粒粗时而造成产品耐用性差等弊病。
在本发明说明书中，附图1为ζ-Fe2N·α-Fe双复功能纳米粉体的相结构照片；附图2为α-Fe纳米粉体的相结构照片；附图3为ζ-Fe2N纳米粉体的相结构照片。
具体实施方案方式1根据本发明所述的具有导电导磁双复功能纤维纺织物料的成分和制备方法进行配料生产，我们一共制备了三批双复功能纤维纺织物料，其制备工艺是采用羰基热分解法生产包裹Fe3O4的ζ-Fe2N·α-Fe双复功能纳米粉，然后将混合物放入高速混合器中搅拌，待料混合均匀后再于反应釜内熔融处理，其处理工艺见表1，然后再进行喷丝—上油—卷绕—拉伸等工艺均采用现有技术的方法，和双螺杆挤出机设备等进行加工生产成半成品，并将该物料加工成测试产品，然后进行精密电子器件工作间及机要室方面的应用测试比较，其对比结果列表2。
方式2根据本发明所述的导电导磁双复功能纤维纺织物料的组成发明内容制成产品在广播通讯、雷达站等场合的应用测试结果列表3。
方式3根据本发明所述的导电导磁双复功能纤维纺织物料的组成发明内容制成产品在人体防护、医疗保健等场合应用测试结果列表4。
表1本发明实施例的制备工艺
表2导电导磁双复功能纤维纺织物料化学成分(重量％)及应用效果
表3导电导磁双复功能纤维纺织物料化学成分(重量％)及应用效果
表4导电导磁双复功能纤维纺织物料化学成分(重量％)及应用效果
采用由本发明具体的实施例所列的导电导磁双复功能纺织纤维产品，与现有技术中ZL95225035.7的产品相对比发现，本发明产品属于导电导磁(屏蔽电、磁)的双复功能纺织纤维产品，而现有技术的产品中仅有导电单项功能的织物产品，因比无法预防低频磁场对人体的心、脑、血管所造或的危害。他与本发明实施例3(表4)产品相比较，虽然电屏蔽效果与本发明产品相当，但现有技术产品均无磁屏蔽功能。
权利要求
1.一种具有导电导磁双复功能的纺织纤维物料，该导电导磁双复功能纺织纤维物料是包含有双复功能纳米粉料与高分子聚合物组合而成，其特征在于纳米粉料是由粒径为20-80nm的ζ-Fe2N·α-Fe组合为双复功能纳米的粉，并在该双复功能纳米粉外表面包裹有Fe3O4的膜，该双复劝能纳米粉与高分子聚合物的混合重量％为双复功能纳米粉料2-15％、高分子聚合物85-98％。
2.根据权利要求1所述导电导磁双复功能纺织纤维物料，其特征是在于该双复功能纺织纤维物料中的双复功能纳米材料ζ-Fe2N·α-Fe粉外包裹有Fe3O4膜层的厚度控制为3-10nm。
3.一种具有导电导磁双复功能纺织纤维物料的制备方法，该方法是将粒径为20-80nm的，表面外包覆有Fe3O4膜的ζ-Fe2N·α-Fe双复功能的纳米粉与高分子聚合物按设定比例进行加温、加压、搅拌混合，然后按现有技术的制备方法进行进行喷丝—上油—卷绕—拉伸—质检，生产成导磁导电双复纳米功能纤维纺织物料的产品，其特征在于该方法是按设计的要求量进行配制，然后将双复功能的纳米粉与高分子聚合物放入高速混合器中搅拌2-5小时，待混合均匀后再取料放入高温高压的反应釜内进行熔融处理，熔融反应温度控制为200-300℃，反应压力为5-20Mpa，反应时间为10-30分钟。
全文摘要
本发明是属于制备具有双复功能的纺织纤维材料领域。特别是制备具有导电和导磁双复纳米功能的纺织物纤维物料。该导电导磁双复功能纺织纤维物料是包含有双复功能纳米粉与高分子聚合物组合而成，特征在于纳米粉是由粒径为20－80nm的ζ－Fe
文档编号D01F1/10GK1587456SQ200410083808
公开日2005年3月2日 申请日期2004年10月19日 优先权日2004年10月19日
发明者陈蓓京, 陈利民, 亓家钟, 朱雪琴 申请人:钢铁研究总院