李祥鵬，馬 瑩，邱夷平

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

GO/PPy磨毛織物電磁屏蔽性能研究

李祥鵬1，2，馬 瑩1，2，邱夷平1，2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

制備了不磨毛，單面磨毛以及雙面磨毛的平紋棉織物，并以所制得的織物為基底，利用層層組裝的方法制備了GO/PPy電磁屏蔽織物，對(duì)所制備電磁屏蔽織物的外觀，導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)過磨毛處理的織物表面毛羽數(shù)量顯著增多；組裝GO和PPy后毛羽由原來的豎直狀態(tài)變?yōu)榇┎濉⒗p結(jié)的狀態(tài)并貼附于織物表面；降低了織物的表面電阻，提升了電磁屏蔽性能。

磨毛 電磁屏蔽織物 導(dǎo)電性 層層組裝

0 引言

隨著科技的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備數(shù)量日益增多且應(yīng)用越來越廣泛，電磁污染也成為繼大氣污染，水污染，噪音污染之后的第四大污染[1-2]，給國(guó)防，工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活帶來了越來越嚴(yán)重的影響。因此，開發(fā)高效率，低成本的電磁屏蔽材料對(duì)于防護(hù)電磁污染具有重大的意義。對(duì)于電磁屏蔽材料而言，增加材料的導(dǎo)電性往往可以增強(qiáng)其電磁屏蔽性能[3-5]。但是迄今研制的電磁屏蔽材料為了增加導(dǎo)電性往往需要填充額外的導(dǎo)電材料[6]以及繁瑣的工藝過程[7]，大大限制了加工方法的推廣應(yīng)用。

織物磨毛整理原本為了改善織物的手感和舒適性[8]，而對(duì)于導(dǎo)電高分子沉積型電磁屏蔽織物的制備而言，通過織物與隨機(jī)排列的鋒利磨料之間的相互摩擦，磨料將織物紗線中的纖維拉出并進(jìn)行高速磨削，使織物表面產(chǎn)生毛羽[9]，而毛羽之間的相互纏結(jié)可以形成更多的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有可能對(duì)織物的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能產(chǎn)生影響。

本文為了探究磨毛加工對(duì)電磁屏蔽織物屏蔽性能的影響，分別制備了不磨毛、單面磨毛及雙面磨毛織物，然后采用層層組裝的方法制備了三種電磁屏蔽織物，并對(duì)其外觀、導(dǎo)電性以及電磁屏蔽性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

利用32s/2純棉紗線織造而成的平紋織物，其經(jīng)密和緯密均為200根/10cm。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 織物磨毛參數(shù)的選擇

在起毛起球儀(圓軌跡式)(萊州市電子儀器有限公司 YG502)上按照GB/T 4802.1-2008 織物起毛起球性能的測(cè)定(圓軌跡法)對(duì)織物進(jìn)行了磨毛處理，起毛起球儀的夾持器自重490cN，砝碼重為100cN，磨毛參數(shù)如表1所示：

表1 織物的磨毛參數(shù)

1.2.2 織物試樣的預(yù)處理

將試樣裁剪為6cm×6cm，在沸騰的煮練液(氫氧化鈉50g/L，十二烷基苯磺酸鈉5g/L)中煮練2h，去除雜質(zhì)后取出并用去離子水沖洗晾干。將晾干后的試樣在陽(yáng)離子化溶液(3-氯-2-羥丙基)三甲基氯化銨50mg/mL，氫氧化鈉18mg/mL)中浸漬24h，取出并用去離子水沖洗晾干。

1.2.3 層層組裝構(gòu)筑GO/PPy電磁屏蔽織物

利用層層組裝的制備方法，以氧化石墨烯(GO)和聚吡咯(PPy)為組裝基元制備了GO/PPy電磁屏蔽織物，制備方法如下：

首先，把1.2.2中所制備的樣品放入質(zhì)量濃度為0.4mg/mL的氧化石墨烯分散液中，靜止10min, 然后取出，用去離子水沖洗2-3次，洗去纖維表面未吸附的GO，然后再將吸附上GO的織物放入濃度為0.5 M的吡咯(Py)單體的乙醇溶液中，靜置10min，然后取出并放入冰水浴環(huán)境下的濃度為0.5M的FeCl3溶液中靜置30min進(jìn)行Py單體的聚合，在纖維表面形成導(dǎo)電高聚物聚吡咯，然后取出并用去離子水洗去表面未聚合的Py單體、未沉積的PPy以及FeCl3分子，這樣就完成了GO/PPy的一層組裝，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，我們可以重復(fù)上述過程，直到達(dá)到所需要的層數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中所采用的組裝層數(shù)為3層。

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 織物導(dǎo)電性能的測(cè)試

表面比電阻是材料電學(xué)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其反映了材料導(dǎo)電能力的高低。而對(duì)于織物而言，其表面比電阻可以反應(yīng)織物本身的導(dǎo)電性能。因此選用表面比電阻來作為衡量織物導(dǎo)電性的物理量。根據(jù)織物表面電阻測(cè)試方法AATCC 76-2005，可以用Fluke15B電子萬(wàn)用表測(cè)出表面電阻O，按下式由實(shí)測(cè)表面電阻計(jì)算表面比電阻R。

式中，O為實(shí)測(cè)表面電阻，單位為歐姆(Ω)；W為樣品的寬度，單位為厘米(cm)；D為兩電極間的距離，單位為厘米(cm)。

1.3.2 織物電磁屏蔽性能的測(cè)試

本文采用了Rohde&Schwarz ZVL6型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀來對(duì)所制備的樣品進(jìn)行電磁屏蔽性能測(cè)試，測(cè)試頻率范圍為3.9GHz-6GHz，單位為分貝(dB)。

2 結(jié)果與分析

在織物進(jìn)行磨毛時(shí)，紗線中的纖維被抽離出來形成毛羽并相互纏結(jié)，因此織物的纖維結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。在后續(xù)的層層組裝過程中，GO和PPy在纖維表面進(jìn)行沉積，使纖維具有了導(dǎo)電性，因此，纖維結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致織物導(dǎo)電性的改變。

2.1 織物外觀分析

a)不磨毛織物 b)磨毛織物

由圖1可知，不磨毛織物的表面相對(duì)平整，只有少量的毛羽；磨毛織物的表面出現(xiàn)了大量的毛羽，說明經(jīng)過磨毛處理后，紗線中的纖維已經(jīng)被抽出，并在織物表面形成了大量的毛羽。

2.2 GO/PPy組裝織物顯微鏡圖像分析

在利用層層組裝的方法將GO和PPy組裝到織物上后，將不磨毛織物及磨毛織物分別放置于Nikon Eclipse LV100POL型電子顯微鏡下進(jìn)行觀測(cè)，其結(jié)果如圖2所示。

a)不磨毛織物 b)磨毛織物

由圖2可知，沒有經(jīng)過磨毛處理的織物表面只有少量的毛羽，絕大部分纖維都緊密纏繞在紗線內(nèi)部；而經(jīng)過磨毛處理后的織物其紗線表面的纖維已經(jīng)明顯松散開來，出現(xiàn)了大量的毛羽分散于織物表面并相互纏結(jié)，而且GO和PPy已經(jīng)均勻包覆了單根纖維的表面。

2.3 磨毛對(duì)織物導(dǎo)電性的影響

為了研究磨毛前后織物的電學(xué)性能變化，我們對(duì)所制備的GO/PPy織物進(jìn)行了表面電阻的測(cè)量和計(jì)算，測(cè)試結(jié)果如圖3所示：

圖3 織物的表面電阻

由圖3可知，在其他條件都相同的情況下，不磨毛織物的表面電阻為694歐姆，單面磨毛織物的表面電阻下降到385歐姆，而雙面磨毛織物的表面電阻繼續(xù)下降到了258歐姆。因此，磨毛可以降低織物的表面電阻，從而提高其導(dǎo)電性。由磨毛的原理及GO/PPy層層組裝原理分析可知，磨毛后織物表面的毛羽增多，而在組裝GO和PPy后，大量的毛羽會(huì)發(fā)生相互纏結(jié)(圖2)，導(dǎo)電高聚物包覆在纖維表面，使織物具有了導(dǎo)電性，相互纏結(jié)的導(dǎo)電毛羽接觸點(diǎn)增多，增強(qiáng)了織物的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而使織物的導(dǎo)電性增加。而從單面磨毛織物與雙面磨毛織物的對(duì)比也可以看出，雙面磨毛織物的導(dǎo)電性得到了進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.4 磨毛對(duì)織物電磁屏蔽性能的影響

圖4 織物的電磁屏蔽性能

由圖4可知，當(dāng)其他條件不變時(shí)，不磨毛織物的電磁屏蔽性能為5.5dB，單面磨毛織物的電磁屏蔽性能上升到7.5 dB，而雙面磨毛織物的電磁屏蔽性能繼續(xù)上升到了9.2dB。說明相比于不磨毛織物，磨毛織物的電磁屏蔽性能得到提升，而雙面磨毛織物的電磁屏蔽性能要優(yōu)于單面磨毛織物，這與其導(dǎo)電性的變化規(guī)律是一致的。說明織物導(dǎo)電性的增強(qiáng)促進(jìn)了電磁屏蔽性能的提升。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)織物進(jìn)行磨毛處理并用層層組裝的方法制備了GO/PPy電磁屏蔽織物，探究了磨毛對(duì)織物電磁屏蔽性能的影響。相比于不磨毛織物，磨毛織物的纖維被抽出，在織物表面形成了大量的毛羽，組裝GO和PPy后毛羽大部分由原來的豎直狀態(tài)變?yōu)榇┎?、纏結(jié)的狀態(tài)并貼附于織物表面，在其他條件都相同的情況下，磨毛織物的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能均優(yōu)于不磨毛織物，而雙面磨毛織物的導(dǎo)電性和電磁屏蔽性能要優(yōu)于單面磨毛織物。另外，磨毛處理工藝對(duì)GO/PPy電磁屏蔽織物性能改善的工作還在進(jìn)一步開展之中。

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2016-12-13

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21304016)，中國(guó)教育部博士項(xiàng)目基金(20130075120004)；中央大學(xué)及東華大學(xué)杰出青年教授項(xiàng)目基礎(chǔ)研究基金。

李祥鵬(1990-)，男，漢族，碩士研究生，研究方向：電磁屏蔽材料。

馬瑩(1980-)，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

TS101.92+3

A

1008-5580(2017)01-0021-03