一种防辐射透气面料及其制备方法与流程

1.本发明涉及面料技术领域，具体涉及一种防辐射透气面料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，空调、电脑、电视机、微波炉、电热毯、手机及各种电磁理疗器的使用日益普及，电磁污染已成为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害， 也被称为“隐形杀手”。电磁波对人体的伤害方式可分为两类，其中一类是通过迫使生物体自身产生热效应，因不能及时释放出多余的热量会使机体温度升高，当超过一定的界限时，生物体会因机体内温度过高无法承受而受到伤害; 另一类则是通过干扰人体内微弱的固有电磁场使其产生紊乱，从而影响到血液和淋巴的正常运行，使细胞原生质发生改变，引发组织病变，导致免疫力下降，出现失眠乏力、记忆力减弱等症状，进而还会诱发白血病和癌症的发生，对孕妇来说，过量的电磁辐射可能会导致婴儿畸形的出现。为有效防止电磁辐射对人类的影响，因遵循国际放射防护委员会（icrp）提出的辐射防护三大原则——实践正当化原则、防护最优化原则和剂量限值原则。电磁防护服是一种保护孕妇、婴幼儿、人体关键部位减少受到辐射照射的有效手段。
3.不锈钢、铜、铝、镍等电导率高的金属纤维是传统的电磁屏蔽材料，由金属纤维编织进入布料中能够有效反射电磁辐射，然而，金属纤维制得的防护服装过于沉重，手感偏硬，不利于孕妇、婴幼儿的穿戴。对电磁防护，应不局限于金属纤维织物对电磁辐射反射的的防护，其它导电材料，吸波材料对电磁辐射的防护理论也相继提出，然而，市面上仍然缺乏应用新材料、具有轻量化和高效的电磁辐射防护面料或服装。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种防辐射透气面料及其制备方法，经纱、纬纱具有良好的导电性，纬纱还具有一定的磁性，经纱纬纱织布制成面料，导电性良好的经纱和纬纱构成网格状的电磁屏蔽结构，且具有一定的磁性，能够将照射到面料上的电磁波吸收到导电的纤维网格中，在导电网格中传输并消耗掉，达到良好的电磁辐射屏蔽效果，此外，网格状的经纬编织布料，使得防辐射面料具有透气性，最终制成的面料兼具防辐射和透气的功能。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防辐射透气面料，包括以下质量份数的原料：混合纤维
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60～120份，石墨烯
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5～10份，碳纳米管
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10～30份，聚乙烯
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20～30份，聚氯乙烯
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20～30份，四氧化三铁
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5～15份，碳化钨
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5～15份，
聚丙烯腈
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30～50份，二甲基甲酰胺
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80～100份；所述防辐射透气面料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取质量份数的聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合，搅拌使聚丙烯腈充分溶解，配置成聚丙烯腈溶液，边搅拌边加入质量份数的四氧化三铁和碳化钨，继续搅拌3～5h，形成混合液，将混合液转移到静电纺丝设备中，静电纺丝，得到混合纺丝a；步骤二：取质量份数的聚乙烯、聚氯乙烯放置于反应容器中，加热至熔融状态，加入质量份数的石墨烯和碳纳米管，搅拌，使石墨烯和碳纳米管在熔融台的聚乙烯和聚氯乙烯中分散均匀，再转移到熔融纺丝机中，熔融纺丝，得到混合纺丝b；步骤三：取质量份数的混合纤维纺织成经纱；取步骤一中得到的混合纺丝a和步骤二中得到的混合纺丝b按质量比1：1混合纺织作为纬纱；步骤四：将步骤三中得到的经纱和纬纱，根据设定的组织结构经纬密度编制成面料，得到防辐射透气面料；其中设定的组织结构经纬密度，经纱密度为150～180根/10cm，纬纱密度为180～230根/10cm。
6.所述混合纤维为银纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维的混合，质量比例为银纤维：聚酰亚胺纤维：碳纤维=2～3：3～5：1～3。
7.所述银纤维直径为7～15微米；所述碳纤维为短切碳纤维。
8.所述碳纳米管为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的混合，质量比为多壁碳纳米管：单壁碳纳米管=3～5：1。
9.所述四氧化三铁为纳米四氧化三铁粉末，所述碳化钨为纳米碳化钨粉末，纳米四氧化三铁粉末和纳米碳化钨粉末的平均粒径小于60纳米。
10.所述步骤一中，加入四氧化三铁和碳化钨的速度为0.5～10g/min，搅拌速度为120～300r/min。
11.所述步骤一中，静电纺丝电压为10～20kv，接收材料为无纺布，接收距离为10～15cm。
12.所述聚酰亚胺纤维为碳化硼改性聚酰亚胺纤维，其具体做法为在氮气保护下，将等摩尔比的4,4'-二氨基-2,2'-双三氟甲基联苯和3,5-二氨基苯甲酸加到连接有分水器和冷凝装置的三口烧瓶中，加入n-甲基-2-吡咯烷酮充分溶解后，再加入与二胺等摩尔的4, 4'-联苯醚四酸二酐，先在冰水浴下反应12h，后在180～190℃下反应12h，后加入质量份数为1～2倍3,5-二氨基苯甲酸的由硅烷偶联剂kh550修饰过的b4c，超声分散并交联5～12h后，湿法纺丝，得到碳化硼改性聚酰亚胺纤维。
13.。
14.本发明的有益效果：1、本发明将银纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维混合纺丝，制成混合纤维，作为经纱，银纤维和碳纤维均匀参杂并固定在聚酰亚胺纤维中，使得经纱具有良好的导电性；聚丙烯腈、四氧化三铁和碳化钨通过静电纺丝的方式构成混合纺丝a，石墨烯、碳纳米管与聚乙烯、聚氯乙烯通过熔融纺丝的方式构成混合纺丝b，混合纺丝a与混合纺丝b混纺作为纬纱，使得纬纱不仅具有良好的导电性，而且具有一定的磁性，经纱纬纱织布制成面料，导电性良好的经纱和纬纱构成网格状的电磁屏蔽结构，且具有一定的磁性，能够将照射到面料上的电磁波吸收到导电的纤维网格中，在导电网格中传输并消耗掉，达到良好的电磁辐射屏蔽效果，此外，网格状的经纬编织布料，使得防辐射面料具有透气性，最终制成的面料兼具防辐射和透气的功能。
15.2、本发明混合纤维由银纤维、聚酰亚胺纤维、碳纤维按比例混纺而成，银纤维是电磁辐射屏蔽用纤维，对电磁辐射的反射，部分电磁辐射也可以在银纤维传播，从而减少电磁辐射穿过银纤维的量；碳纤维具有质量轻、导电性好、机械强度高的特点，此外，碳纤维为高温烧结后的产物，具有多孔或层状结构，使得本发明采用碳纤维，电磁辐射照射到碳纤维上时，碳纤维不仅能够将电磁波传导走，而且电磁辐射在碳纤维多孔和层状结构中经过多重反射，反射衰减，使得电磁辐射在穿过混合纤维后被导走或衰减，达到防辐射的目的。
16.3、使用静电纺丝的方法，将四氧化三铁和碳化钨参杂到聚丙烯腈纤维中，四氧化三铁具有磁性，能通过电磁相互作用，将辐射到面料表面的电磁波吸引到四氧化三铁上，转化为四氧化三铁的磁矩能，起到减弱电磁辐射的目的；高原子序数的钨是代替铅防护射线的良好材料，对x射线、电磁、电离辐射有良好的预防效果，碳化钨的形式，使得钨参杂均匀、质量变轻，四氧化三铁和碳化钨参杂到聚丙烯腈纤维中，均匀分布，形成半连续的四氧化三铁和碳化钨链或网，能够有效屏蔽、吸收衰减电磁辐射。
17.4、聚乙烯、聚氯乙烯、石墨烯和碳纳米管熔融纺丝，构成混合纺丝b，由聚乙烯、聚氯乙烯改性构成的纤维具有防x射线的作用，在熔融制备聚乙烯、聚氯乙烯纤维的过程中，加入层状的石墨烯和空心的碳纳米管，有效增加了聚乙烯、聚氯乙烯纤维的层状结构，增大电磁辐射在聚乙烯、聚氯乙烯纤维的中的反射次数和反射过程，有效减弱电磁辐射穿过聚乙烯、聚氯乙烯纤维的程度，防电磁辐射效果好。
18.5、短切碳纤维的使用使得碳纤维有效均匀参杂在混合纤维中，且碳纤维与普通碳纤维比对电磁辐射的反射面积大，反射效果好，短切的碳纤维可以利用碳纤维的边角料降低生成成本，多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的混合使用，增加碳纳米管对电磁辐射的反射面积，增加导电性，生成成本低；短切碳纤维、多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的使用，在有效防电磁辐射的同时，兼顾生产成本。
19.6、纳米四氧化三铁粉末和纳米碳化钨粉末的使用，在参杂过程中控制加入速度和搅拌速度，使得纳米四氧化三铁和纳米碳化钨均匀参杂在聚丙烯腈纤维中，不会因四氧化三铁粉末和碳化钨粉末的加入产生强度的降低或纤维表面肉眼可见的凹凸不平，保证了混合纺丝a的强度、韧性和手感。
20.7、控制经纱和纬纱的密度，使得经纱纬纱呈现网格状，有效平衡电磁辐射屏蔽效果后，能够减轻防辐射面料的重量，同时，网格状的编织形式，使得防辐射面料具有良好的透气效果。
具体实施方式
21.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1一种防辐射透气面料，包括以下质量份数的原料：混合纤维60份，石墨烯5份，碳纳米管10份，聚乙烯20份，聚氯乙烯20份，四氧化三铁5份，碳化钨5份，聚丙烯腈30份，二甲基甲酰胺80份；所述防辐射透气面料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取质量份数的聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合，搅拌使聚丙烯腈充分溶解，配置成聚丙烯腈溶液，边搅拌边加入质量份数的四氧化三铁和碳化钨，继续搅拌3h，形成混合液，将混合液转移到静电纺丝设备中，静电纺丝，得到混合纺丝a；步骤二：取质量份数的聚乙烯、聚氯乙烯放置于反应容器中，加热至熔融状态，加入质量份数的石墨烯和碳纳米管，搅拌，使石墨烯和碳纳米管在熔融台的聚乙烯和聚氯乙烯中分散均匀，再转移到熔融纺丝机中，熔融纺丝，得到混合纺丝b；步骤三：取质量份数的混合纤维纺织成经纱；取步骤一中得到的混合纺丝a和步骤二中得到的混合纺丝b按质量比1：1混合纺织作为纬纱；步骤四：将步骤三中得到的经纱和纬纱，根据设定的组织结构经纬密度编制成面料，得到防辐射透气面料；其中设定的组织结构经纬密度，经纱密度为150根/10cm，纬纱密度为180根/10cm。
23.实施例2
一种防辐射透气面料，包括以下质量份数的原料：混合纤维120份，石墨烯10份，碳纳米管30份，聚乙烯30份，聚氯乙烯30份，四氧化三铁15份，碳化钨15份，聚丙烯腈50份，二甲基甲酰胺100份；所述防辐射透气面料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取质量份数的聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合，搅拌使聚丙烯腈充分溶解，配置成聚丙烯腈溶液，边搅拌边加入质量份数的四氧化三铁和碳化钨，继续搅拌5h，形成混合液，将混合液转移到静电纺丝设备中，静电纺丝，得到混合纺丝a；步骤二：取质量份数的聚乙烯、聚氯乙烯放置于反应容器中，加热至熔融状态，加入质量份数的石墨烯和碳纳米管，搅拌，使石墨烯和碳纳米管在熔融台的聚乙烯和聚氯乙烯中分散均匀，再转移到熔融纺丝机中，熔融纺丝，得到混合纺丝b；步骤三：取质量份数的混合纤维纺织成经纱；取步骤一中得到的混合纺丝a和步骤二中得到的混合纺丝b按质量比1：1混合纺织作为纬纱；步骤四：将步骤三中得到的经纱和纬纱，根据设定的组织结构经纬密度编制成面料，得到防辐射透气面料；其中设定的组织结构经纬密度，经纱密度为180根/10cm，纬纱密度为230根/10cm。
24.实施例3一种防辐射透气面料，包括以下质量份数的原料：混合纤维90份，石墨烯7份，碳纳米管20份，聚乙烯25份，聚氯乙烯25份，四氧化三铁10份，碳化钨10份，聚丙烯腈40份，二甲基甲酰胺90份；所述防辐射透气面料的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取质量份数的聚丙烯腈与二甲基甲酰胺混合，搅拌使聚丙烯腈充分溶解，配置成聚丙烯腈溶液，边搅拌边加入质量份数的四氧化三铁和碳化钨，继续搅拌4h，形成混合液，将混合液转移到静电纺丝设备中，静电纺丝，得到混合纺丝a；步骤二：取质量份数的聚乙烯、聚氯乙烯放置于反应容器中，加热至熔融状态，加入质量份数的石墨烯和碳纳米管，搅拌，使石墨烯和碳纳米管在熔融台的聚乙烯和聚氯乙烯中分散均匀，再转移到熔融纺丝机中，熔融纺丝，得到混合纺丝b；步骤三：取质量份数的混合纤维纺织成经纱；取步骤一中得到的混合纺丝a和步骤二中得到的混合纺丝b按质量比1：1混合纺织作为纬纱；步骤四：将步骤三中得到的经纱和纬纱，根据设定的组织结构经纬密度编制成面料，得到防辐射透气面料；其中设定的组织结构经纬密度，经纱密度为160根/10cm，纬纱密度为200根/10cm。
25.检测： 检测标准实施例1实施例2实施例3屏蔽等级gb/t23463-2009《防护服装微波辐射防护服》aaa平均屏蔽率(%)gb/t22583-2009《防辐射针织品》99.8799.9299.95平均透气率(mm/s)gb/t5453-1997《纺织品织物透气性的测定》358.62345.37339.58
由上表所示，本发明方法所制备的防辐射透气面料具有良好的屏蔽等级，平均屏蔽率高，透气性能好。
26.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何
熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。