本发明涉及导电纤维布料，具体涉及用于微循环医疗保健有磁导率的轻量软体金属化导电纤维布料及其制备方法和应用。
背景技术：
纤维布料手感轻软、透气性好，特别是碳纤维具有高强、高模、化学稳定性好，比重小等优点，越来越广泛的应用于电磁屏蔽中，最近发现具有磁导率的布料有利于机体的微循环，从而可进一步用于医疗保健领域。但由于纤维布的屏蔽作用主要是依靠反射损耗，纤维布的三维网络存在着一些空间空隙，部分电磁波可以直接穿透这些空隙，现有改进有在纤维布表层涂布一层或者多层含有或者不含有导电剂的屏蔽剂，例如含有铜粉、氧化钴、氧化铁和树脂等的涂料层，从而弥补空隙的缺陷和增加一个电导磁屏蔽层，提高屏蔽效能。但布料表面涂布，材料定型困难，难以进一步加工成型，同时涂布的材料在使用过程中易出现表层脱失、变质等情况，影响材料的性能，且现有涂料及涂布技术对纤维布的屏蔽性能的改性，并未达到理想效果。
技术实现要素：
为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供的第一方面提供一种轻量软体金属化导电纤维布料的制备方法，由此制备得到具有导电、导磁性能的轻量软体布料。
具体地，本发明的轻量软体金属化导电纤维布料的制备方法包括以下步骤：
(1)预处理步骤：使基材浸泡于处理液40-100分钟，然后风干，得到预处理基材；
(2)第一金属结合步骤：在50-60℃下使所述预处理基材在含第一金属盐和丁炔二醇的碱性溶液中反应，然后在150-200℃下烘干，得到金属化基材；
(3)第二金属结合步骤：使所述金属化基材在含柠檬酸钠和edta的第二金属盐的溶液中于60-85℃下反应30-100分钟，然后加入醋酸钠升温至86-100℃，从而得到轻量软体金属化导电纤维布料。
在某些实施方案中，步骤(1)中的基材为由选自锦纶、涤纶、芳纶、碳纤维、预氧丝、石墨烯纤维的原料制成的纤维布料。
在某些实施方案中，步骤(1)中的基材选自针织布、梭织布和无纺布组成的组。
在某些实施方案中，步骤(1)中的处理液包含30-40重量份的丙酮和60-70重量份的dmf。
在某些实施方案中，所述第一金属为银，所述第二金属为钴和镍。
在某些实施方案中，步骤(2)中的第一金属盐为硝酸银，步骤(3)中所述第二金属盐为硝酸钴和氯化镍。
在某些实施方案中，步骤(2)中的溶液包含25-35g/l的硝酸银、5-15g/l的氨水、1-3g/l的1,4-丁炔二醇。
在某些实施方案中，步骤(3)中的溶液包含5-15g/l的硝酸钴、20-30g/l的氯化镍和25-35g/l柠檬酸钠和5-15g/l的edta，且添加的醋酸钠浓度为25-35g/l。
本发明的第二方面，提供一种轻量软体金属化导电纤维布料，其通过本发明第一方面所述的方法制备得到，所述轻量软体金属化导电纤维布料从1khz到1000khz的最大磁场h(a/m)200幅值磁导率在10到50范围内，表面电阻率为每厘米0.05欧姆到50欧姆，屏蔽效能1khz到40ghz，均值从30db到100db。
本发明的第三方面，提供本发明的轻量软体金属化导电纤维布料在用于微循环医疗保健领域内中的应用。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。
[轻量软体金属化导电纤维布料的制备方法]
本发明的第一方面，提供一种轻量软体金属化导电纤维布料的制备方法(有时简称为“本发明的方法”)，其包括以下步骤，
(1)预处理步骤：使基材浸泡于处理液40-100分钟，然后风干，得到预处理基材；
(2)第一金属结合步骤：在50-60℃下使所述预处理基材在含第一金属盐和丁炔二醇的碱性溶液中反应，然后在150-200℃下烘干，得到金属化基材；
(3)第二金属结合步骤：使所述金属化基材在含柠檬酸钠和edta的第二金属盐的溶液中于60-85℃下反应30-100分钟，然后加入醋酸钠升温至86-100℃，从而得到轻量软体金属化导电纤维布料。
下面详细说明各步骤。
步骤(1)
本发明的方法中步骤(1)为预处理步骤，其包括使基材浸泡于处理液40-100分钟，然后风干，得到预处理基材。预处理步骤用于改性基材表面，从而有利于其与金属的反应。
本发明的步骤(1)中的基材为纤维布料，优选为由选自锦纶、涤纶、芳纶、碳纤维、预氧丝、石墨烯纤维为原料制成的纤维布料。在某些实施方案中，本发明的基材为针织布、梭织布或无纺布。这些基材保证了布料的轻量软体性，因此是优选的。
本发明的步骤(1)中，处理液是指使基材表面活化的溶液，其优选包含丙酮和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)。处理液中丙酮的含量一般为30-40重量份，优选32-38重量份，更优选34-36重量份。处理液中dmf的含量一般为60-70重量份，优选为62-68重量份，更优选64-66重量份。
本发明的步骤(1)中，浸泡的时间一般为40-100分钟，优选50-80分钟，优选55-70分钟。浸泡时间过长，则容易对基材产生损伤。如果浸泡时间过短，则基材表面的活化程度不足，不利于后绪的金属结合。还优选地，在浸泡过程中采用压缩空气搅拌或者超声搅拌。
在处理液处理后，本发明的基材需进一步进行风干，风干有利于避免处理液对于基材的不良影响，同时使表面保持活化状态。优选地，在风干之前，还包括脱液体的过程，例如通过抱干机脱液体。
步骤(2)
本发明的步骤(2)为第一金属结合步骤，其包括在50-60℃下使预处理基材在含第一金属盐和丁炔二醇的碱性溶液中反应，然后在150-200℃下烘干，得到金属化基材。步骤(2)中的第一金属一般为导电性金属，优选高导电性金属，例如银等。当使用银作为第一金属时，与基材结合的银还可用作下述步骤(3)中第二金属镀覆过程中的活性中心，从而加速第二金属还原至基材表面。
本发明的步骤(2)中，碱性溶液包含第一金属盐和丁炔二醇。本发明发现丁炔二醇不仅有利于第一金属盐的还原，还有利于防止镀液析出，提高镀液的寿命。优选地，步骤(2)中的碱性溶液不包含络合剂和粘合剂。在某些实施方案中，本发明的碱性溶液包含硝酸银、氨水、1,4-丁炔二醇，优选由硝酸银、氨水和1,4-丁炔二醇组成。本发明的碱性溶液中，硝酸银的浓度一般为25-35g/l，优选为26-34g/l，更优选28-32g/l。氨水的浓度一般为5-15g/l，优选为6-14g/l，更优选8-12g/l。该浓度范围的氨水有利于保持反应过程中ph的稳定性。1,4-丁炔二醇的浓度一般为1-3g/l，优选为1.5-2.5g/l，更优选1.6-2.4g/l。
本发明的步骤(2)中，预处理基材在碱性溶液中反应时的温度一般在50-60℃范围内。温度过低不利于第一金属盐的还原，温度过高则会引起碱性溶液的不稳定。在与碱性溶液反应后，进一步在高温下烘干处理，从而增强第一金属与基材的结合。此时的温度一般为150-200℃，优选160-180℃。
本发明的步骤(2)中，第一金属与基材的结合过程中无需化学粘合剂，而使第一金属与基材直接结合。
步骤(3)
本发明的步骤(3)第二金属结合步骤，其包括使金属化基材在含柠檬酸钠和edta的第二金属盐的溶液中于60-85℃下反应30-100分钟，然后加入醋酸钠升温至86-100℃，从而得到轻量软体金属化导电纤维布料。
本发明的步骤(3)中，第二金属为具有导磁性的金属。需要说明的是，并非所有具有导磁性的金属均可作为本发明的第二金属。本发明的第二金属不仅具有导磁性，而且还需要能够与第一金属进行结合。本发明中第二金属的实例包括钴和/或镍。优选为钴和镍两者的组合，从而具有提高的导磁性。
另外，第二金属层具有相对较弱的化学活性，从而还起到保护第一金属层的目的。这是因为第一金属例如银通常具有很高的导电率，但是其化学活性极强，非常容易与其它物质反应生成化合物，这会引起附在纤维表面的脱落，致使织物的导电能力降低甚至消失。而第二金属层可以避免金属粉末脱落，从而提高耐磨耗性。
本发明的步骤(3)中，第二金属盐优选为硝酸钴和氯化镍两者的混合盐。在第二金属盐的溶液中，硝酸钴的浓度一般为5-15g/l，优选为6-14g/l，更优选8-12g/l。氯化镍的浓度一般为20-30g/l，优选为22-28g/l，更优选为24-26g/l。上述浓度范围保证了所得纤维布料具有优异的导磁性。本发明的第二金属盐的溶液中还包含柠檬酸钠和edta。已知柠檬酸钠有利于金属离子结合到负电性的基材的表面，在经本发明的步骤(2)处理后，得到金属化基材，其表面不再显示负电性。因此，在步骤(3)中需要使柠檬酸钠与edta组合。本发明中，为了使第二金属更好的结合至布料，控制柠檬酸钠的浓度为25-35g/l，优选28-30g/l，同时需控制edta的浓度为5-15g/l，优选6-12g/l。
本发明的步骤(3)中第二金属结合时的反应温度一般为60-85℃，优选为65-80℃。在该反应之后，优选进一步包括加入醋酸钠升温至86-100℃进行处理的步骤，由此可以提高镀层的质量。添加的醋酸钠的浓度一般为25-35g/l，优选28-32g/l。
[轻量软体金属化导电纤维布料]
本发明的第二方面，提供一种轻量软体金属化导电纤维布料(本文中，有时也称作“本发明的纤维布料”)，其通过本发明的方法制备得到。
本发明的纤维布料为具有磁导率的材料。从1khz到1000khz的最大磁场h(a/m)200幅值磁导率在10到50范围内，表面电阻率为每厘米0.05欧姆到50欧姆，优选为0.05欧姆到10欧姆，屏蔽效能1khz到40ghz，均值从30db到100db。
[应用]
本发明的第三方面，提供轻量软体金属化导电纤维布料在医疗和保健领域内中的应用，特别是在微循环医疗保健领域中的应用。本发明的布料经金属化后对人体和动物无害。因此，可广泛应用于医疗和保健领域。
实施例1
使用以涤纶为基础的原料做成的纤维布料作为基材。
第一步：把纤维布料用35重量％丙酮+65重量％dmf泡60分钟后，用抱干机脱液体，再风干。
第二步：用硝酸银30g/l+氨水10g/l+1,4-丁炔二醇2g/l，在55℃水中反应，脱干后在180℃烘箱烘干。
第三步：用硝酸钴10g/l+氯化镍25g/l，然后加柠檬酸钠30g/l+edta10g/l，开温80℃，70分钟后再加上醋酸钠30g/l，开温到90℃，使钴盐、银盐和镍盐形成金属化镍、钴、银合金。
实施例2
使用以锦纶为基础的原料做成的纤维布料作为基材。
第一步：把纤维布料用40重量％丙酮+70重量％dmf泡70分钟后，用抱干机脱液体，再风干。
第二步：用硝酸银25g/l+氨水13g/l+1,4-丁炔二醇3g/l，在55℃水中反应，脱干后在180℃烘箱烘干。
第三步：用硝酸钴12g/l+氯化镍28g/l，然后加柠檬酸钠32g/l+edta12g/l，开温80℃，70分钟后再加上醋酸钠30g/l，开温到90℃，使钴盐、银盐和镍盐形成金属化镍、钴、银合金。
实施例3
使用以碳纤维为基础的原料做成的纤维布料作为基材。
第一步：把纤维布料用35重量％丙酮+70重量％dmf泡70分钟后，用抱干机脱液体，再风干。
第二步：用硝酸银28g/l+氨水12g/l+1,4-丁炔二醇1g/l，在55℃水中反应，脱干后在180℃烘箱烘干。
第三步：用硝酸钴12g/l+氯化镍28g/l，然后加柠檬酸钠32g/l+edta12g/l，开温80℃，70分钟后再加上醋酸钠30g/l，开温到90℃，使钴盐、银盐和镍盐形成金属化镍、钴、银合金。
比较例1
使用以涤纶为基础的原料做成的纤维布料作为基材。
第一步：把纤维布料用35重量％丙酮+65重量％dmf泡60分钟后，用抱干机脱液体，再风干。
第二步：用硝酸银30g/l+氨水10g/l，在55℃水中反应，脱干后在180℃烘箱烘干。
第三步：用硝酸钴10g/l+氯化镍25g/l，然后加柠檬酸钠30g/l+edta10g/l，开温80℃，70分钟后再加上醋酸钠5g/l，开温到90℃，使钴盐、银盐和镍盐形成金属化镍、钴、银合金。
比较例2
使用以涤纶为基础的原料做成的纤维布料作为基材。
第一步：把纤维布料用35重量％丙酮+65重量％dmf泡60分钟后，用抱干机脱液体，再风干。
第二步：用硝酸银30g/l+氨水10g/l，在55℃水中反应，脱干后在180℃烘箱烘干。
第三步：用硝酸钴10g/l+氯化镍25g/l，然后加柠檬酸钠30g/l，开温80℃，70分钟后再加上醋酸钠30g/l，开温到90℃，使钴盐、银盐和镍盐形成金属化镍、钴、银合金。
根据电磁屏蔽材料屏蔽效能测量方法gjb6190-2008测试本发明实施例1-3和比较例1-2的布料的屏蔽效能。其中屏蔽效能(se)的定义为在同一激励电平下，有屏蔽材料与没有屏蔽材料时所接收到的功率之比或电压之比：
se＝20lg(v0/v1)＝10lg(p0/p1)
式中se为屏蔽效能，db；v0为无屏蔽材料时的接受电压；v1为有屏蔽材料时的接受电压；p0为无屏蔽材料时的接受功率；p1为有屏蔽材料时的接受功率。结果如下表1所示。
磁导率根据gb/t3658-2008《软磁材料交流磁性能环形试样测量》标准由上海市计量测试技术研究院华东国家计量测试中心中国上海测试中心进行测量。所用仪器为bh分析仪sy-8258，测量范围为50hz-1mhz。结果如下表1所示。
表1
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。