一种基于三相电磁填料涂层的吸波功能面料的制备方法

技术领域

本发明属于吸波纺织品的技术领域，更具体涉及一种基于三相电磁填料涂层的吸波功能面料的制备方法。

背景技术

随着人类工业发展，科技进步，发明出各类电子产品，如电视、电脑、智能手机等，但此类产品通常存在一定的电磁辐射，因此便需要吸波材料及其制品的发明创造。

传统的吸波材料往往无法兼顾薄、轻、宽、强的四大目标，这四大目标指的是厚度薄，重量轻，频带宽，吸收强，这便导致这类材料无法简单的应用到人们日常的生活中去。种种原因使得研制出更加适应实战环境，更加贴近人类生活的吸波材料的情况愈发迫切，而近些年对于吸波材料的研究主要集中在隐身超材料领域。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述问题，提供一种基于三相电磁填料涂层的吸波功能面料的制备方法，本发明在传统吸波材料的基础上借鉴超材料的结构特性，即阻抗匹配层--吸收层--反射层，来改变材料的吸波结构，使得产品同时兼顾“薄、轻、宽、强”这四大特点。

而为了达到吸收频带宽、吸收强度高的目的，本发明打破传统吸波材料单组分或双组分的限制，在基体中引入三类电磁材料，利用这三类材料互相之间更多的损耗机制，并得到最佳配比，以此来实现“宽、强”的目标；同时本发明是基于纺织品上制备出的吸波功能面料，配以水性聚氨酯此类赋予织物柔软特性的粘结剂，以此来实现“薄、轻”的目标。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于三相电磁填料涂层的吸波功能面料的制备方法包括如下步骤：

(1)将六水合氯化镍和六水合氯化铁加入水中，调节pH至9.5-10.5，得到第一溶液；

(2)向第一溶液中加入羧基化碳纳米管，超声后进行第一次水热反应，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(3)将六水合硝酸钴加入水中，搅拌溶解后加入NaOH，得到第二溶液；

(4)将COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将Co

(6)将羧基化碳纳米管与十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入水中超声处理，得到第四溶液；

(7)将第三溶液、第四溶液分别和水性聚氨酯、消泡剂、流平剂、分散剂共混，分别得到正面吸波涂层处理剂和反面吸波涂层处理剂，将其分别涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面和反面，得到吸波功能面料。

在经过两步水热制得的Co

再通过十二烷基苯磺酸钠的表面修饰，采用非共价功能化的方法，改善功能纳米颗粒表面的亲水性，从而有效增强功能纳米颗粒与水性聚氨酯基体的界面结合力，便于材料均匀的分布在水性聚氨酯中，使其在涂层过后不易出现颗粒的团聚现象，从而影响材料的吸波性能。

对涤纶织物进行吸波涂层整理后，织物整体被分成三层，分别为正面的阻抗匹配吸收层，中间无电磁性能的普通织物，反面的阻抗失配反射层。其中，反面的阻抗失配反射层中的碳纳米管作为填料会使涂层的电导率增大，而在没有与磁性材料结合时，其与自由空间的阻抗相差较大，无法使电磁波进入涂层内，故而将电磁波反射回阻抗匹配吸收层实现再吸收。而当电磁波从正面入射时，因为材料表面的阻抗匹配特性，可以轻易的进入材料内部，又由于多层结构的设计导致材料除了产生微观上多种功能纳米颗粒的界面极化现象，宏观上也因为不同功能层的影响产生界面极化，进一步吸收电磁波，反面阻抗失配反射层的构建也使电磁波在材料内部不停反射，最后在这一过程中被吸收层以热能的形式将其能量耗散。

进一步优选的，步骤(1)中，所述六水合氯化镍与六水合氯化铁的摩尔比为1：2；所述六水合氯化镍和水的质量比为0.3-0.6：50。

进一步优选的，步骤(2)中，所述第一溶液和羧基化碳纳米管的质量比为100：1-3；所述超声的时间5-10min；所述第一次水热反应的时间为20-28h，水热温度为120-180℃。

进一步优选的，所述羧基化碳纳米管的制备为：取一定量多壁碳纳米管置于浓硝酸与浓硫酸的混合溶液中，搅拌一段时间后抽滤，得到羧基化碳纳米管；所述多壁碳纳米管与混合溶液的比例为1-3g：100mL；所述浓硫酸与浓硝酸质量比为2-3：0.8-1；所述搅拌时间为0.5-1h。

多壁碳纳米管经过浓硫酸与浓硝酸混酸一段时间后的强烈氧化后，表面生成羧基官能团，在经过此种改性后，碳纳米管的在水性溶液中的分散性将得到大幅改善，便于后续碳纳米管与水性聚氨酯乳液的共混。

进一步优选的，步骤(3)中，所述六水合硝酸钴和水的质量比为5-10:100；所述六水合硝酸钴与NaOH的摩尔比为2-4：1。

进一步优选的，步骤(4)中，所述COOH@MWCNTs/NiFe

进一步优选的，步骤(5)中，所述Co

进一步优选的，步骤(6)中，所述羧基化碳纳米管、十二烷基苯磺酸钠与水的质量比为0.7-1.1：1.5-2.3：30-35；所述超声的时间为1.5-2.5h。

进一步优选的，步骤(7)中，所述正面吸波涂层处理剂中，Co

进一步优选的，步骤(7)中，所述反面吸波涂层处理剂中，羧基化碳纳米管与水性聚氨酯的质量比为2.8-3.2：25-30，消泡剂占涂层处理剂总质量的0.01-0.06％，流平剂占涂层处理剂总质量的0.01-0.2％，分散剂与羧基化碳纳米管的质量比为0.0005-0.001：0.8-1.2。

进一步优选的，步骤(7)中，所述粗化后的涤纶无纺布的制备为：将涤纶无纺布置入NaOH水溶液中，加热浸泡，得到粗化后的涤纶无纺布。

经过NaOH水溶液的高温浸泡后，涤纶织物表面的纤维将从化纤通常光滑的表面变的较为粗糙，方便后续涂层实验时，便于功能纳米粒子随着胶黏剂附着在织物表面，形成导电网络或构建成吸波结构。

进一步优选的，所述NaOH水溶液的摩尔浓度为0.5-1mol/L；所述涤纶无纺布和NaOH水溶液的比例为0.5-1.5g:125mL；所述加热的温度为70-100℃，浸泡的时间0.5-1.5h。

进一步优选的，所述粗化后的涤纶无纺布的正面涂敷厚度为0.3～0.6mm，反面涂敷厚度为0.05～0.25mm。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：本发明使用两步水热法制备Co

附图说明

图1为实验例1的反射损耗随频率变化图；

图2为实验例2的反射损耗随频率变化图；

图3为实验例3的反射损耗随频率变化图；

图4为对比例1的反射损耗随频率变化图；

图5为对比例2的反射损耗随频率变化图；

图6为对比例3的反射损耗随频率变化图；

图7为对比例4的反射损耗随频率变化图；

图8为对比例5的反射损耗随频率变化图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明技术内容和效果，但不因此限制本发明。

实施例1

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取2g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.4064g六水合氯化镍和0.5548g六水合氯化铁加入50mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入0.8g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将8.73g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入0.6g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将3g Co

(8)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(9)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂OS-5201(广州冠志新材料科技有限公司)、0.03g流平剂OS-1411(广州冠志新材料科技有限公司)及0.003g分散剂OS-5040(广州冠志新材料科技有限公司)(助剂下同)得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

实施例2

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取2g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.508g六水合氯化镍和0.6935g六水合氯化铁加入50mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入1g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将7.275g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入0.5g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将3g Co

(8)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(9)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

实施例3

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取2.5g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.508g六水合氯化镍和0.6935g六水合氯化铁加入50mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入1.5g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将3.6375g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入0.25g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将3g Co

(8)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(9)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

对比例1(与实施例1的区别在于复合材料中不含有氧化钴)

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取3g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将1.016g六水合氯化镍和1.387g六水合氯化铁加入100mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入2g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将3g COOH@MWCNTs/NiFe

(6)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(7)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

对比例2(与实施例1的区别在于复合材料中不含有铁酸镍)

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入浓度1mol/L体积为1L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取2g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将8.73g六水合硝酸钴加入水中，搅拌溶解后加入0.6g NaOH，得到第二溶液；

(4)将羧基化碳纳米管与第二溶液以质量比为1：100混合，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，180℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到Co

(5)将3g Co

(6)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(7)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

对比例3(与实施例1的区别在于提高吸波剂在处理剂中的含量)

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入浓度1mol/L体积为1L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取3g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.8128g六水合氯化镍和1.1096g六水合氯化铁加入100mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入1.6g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将17.46g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入1.2g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将6g Co

(8)将1g羧基化碳纳米管分别与3g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(9)将第三溶液和24g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.006g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.5mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。

对比例4(与实施例1的区别在于不在吸波结构中构建阻抗失配反射层)

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取1g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.4064g六水合氯化镍和0.5548g六水合氯化铁加入50mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入0.8g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将8.73g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入0.6g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将3g Co

(8)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面和反面，正面涂层厚度为0.5mm，反面涂层厚度为0.15mm，得到吸波涤纶布。对比例5(与实施例1的区别在于改变涂层织物厚度)

(1)裁剪一块大小为180*180mm、重8g的涤纶无纺布，将其置入1L浓度1mol/L的NaOH水溶液中，加热到90℃，浸泡1h，得到粗化后的涤纶无纺布；

(2)取2g多壁碳纳米管置于100mL浓硝酸与浓硫酸质量比3：1的混合溶液中，搅拌30min后抽滤，得到羧基化碳纳米管；

(3)将0.4064g六水合氯化镍和0.5548g六水合氯化铁加入50mL水中，搅拌溶解后加入氨水调节pH至10，得到第一溶液；

(4)往第一溶液中加入0.8g羧基化碳纳米管，用超声细胞粉碎机超声5min后，将混合溶液置于水热反应釜中，140℃水热24h后离心，干燥，研磨，得到COOH@MWCNTs/NiFe

(5)将8.73g六水合硝酸钴加入100mL水中，搅拌溶解后加入0.6g NaOH，得到第二溶液；

(6)将COOH@MWCNTs/NiFe

(7)将3g Co

(8)将1g羧基化碳纳米管分别与2g十二烷基苯磺酸钠一同研磨，加入30mL水中超声处理，得到第四溶液；

(9)将第三溶液和27g水性聚氨酯共混，加入0.015g消泡剂、0.03g流平剂及0.003g分散剂得到正面吸波涂层处理剂；将第四溶液和9g水性聚氨酯共混，加入0.005g消泡剂、0.01g流平剂及0.001g分散剂得到反面吸波涂层处理剂。将正面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的正面，涂层厚度为0.3mm，将反面吸波涂层处理剂涂敷于粗化后的涤纶无纺布的反面，涂层厚度为0.1mm，得到吸波涤纶布。

表1

利用拱形法反射率测试系统对上述8个样品进行反射率测试，分析其有效吸收宽度(EAB)及反射损耗(RL)。

如图1-3和表1所示，从上述有关织物反射损耗的测试图中可以看出，当存在阻抗失配反射层，吸波剂组分质量比Co

如图4所示，对比例1中，吸波剂填料不含有四氧化三钴，导致其最大反射损耗减小到-12dB，有效吸收频带向低频移动(7.3～10.9dB)，带宽为3.6GHz。

如图5所示，对比例2中，吸波剂组分中不含有铁酸镍，导致其最大反射损耗减小到-11.73dB，有效吸收频带为8.95～11.43GHz。

如图6所示，对比例3中，吸波剂浓度增大，填料在涂层中严重团聚，导致阻抗匹配吸波层无法实现有效吸波，最大反射损耗仅有-2dB,无有效吸收频带。

如图7所示，对比例4中，由于缺少反射层的存在，无法使电磁波在入射到材料内部时经历数次的反射，使电磁波传播路径相较于实验例1变短，从而减少了对电磁波的吸收，使其最大反射损耗减少到-14.8dB，有效吸收带宽减少到3.38GHz。

如图8所示，对比例5中，涂层厚度降低，原因同对比例4一致，减少了电磁波在材料内部的传播路程，使其最大反射损耗减少至-9.1dB，无有效吸收频带。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。