一种柔性非织造吸波材料的制备方法及其制品.pdf

一种柔性非织造吸波材料的制备方法及其制品，该吸波材料为吸波碳纤维和涤纶混合针刺法非织造布，其中碳纤维的质量百分含量为5～10％，涤纶纤维的质量百分含量为90～95％；制备方法包括：(1)纤维原料的选配；(2)纤维混合；(3)梳理成网；(4)铺网；(5)加固。本发明的有益之处在于：①制备方法工艺简单，控制容易，工业化实施容易，可保证产品性能可靠，质量稳定，成本低廉。②其制品性能优良，具有良好的吸波效果，质地轻、易铺卷、存放、使用方便、易于加工成多种形式，使用方式灵活，适合于大面积篷盖材料的吸波层，如用于制成炮衣、篷布、部队及仓库用帐篷等，还可以制作成多种式样，作为民用生活中防电磁辐射用品。

权利要求书
1、  一种柔性非织造吸波材料，其特征在于：该吸波材料为吸波碳纤维和涤纶混合针刺法非织造布。

2、  根据权利要求1所述的柔性非织造吸波材料，其特征在于：所述吸波材料中碳纤维的质量百分含量为5～10％，涤纶纤维的质量百分含量为90～95％。

3、  一种柔性非织造吸波材料的制备方法，其特征在于：
该方法包括：
(1)纤维原料的选配：短切碳纤维，单丝直径5～10μm，长度30～50mm；涤纶纤维：线密度1.5～3.0dtex，长度30～60mm；选配比例：碳纤维5～10％，涤纶纤维90～95％，均为质量百分含量；
(2)纤维混合：对配置好的两种纤维开松混合，使得碳纤维充分分散，与涤纶纤维混合均匀；
(3)梳理成网：梳理机梳理；
(4)铺网：梳理后的单网经过铺网机交叉铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网；
(5)加固：将铺好的多层纤网送入针刺机，经过预刺和正反面主刺，制成具有一定强力的非织造布。

说明书一种柔性非织造吸波材料的制备方法及其制品
(一)、技术领域
本发明具体涉及一种柔性非织造吸波材料的制备方法及其制品，属于电磁辐射的吸收与屏蔽处理技术及相关材料。
(二)、背景技术
随着无线电技术的迅速发展，电子和通信设备向着灵敏、密集、高频以及多样化的方向发展，微波频段的电磁波技术已在各个工业领域得到越来越广泛的应用，如手机、微波炉、无线网络、电脑、电视、视频以及光通信等，这使得电磁辐射无处不在；不仅导致系统故障、图像失真、雷达混乱等，还会严重危害人类身体健。军用电子设备的电磁辐射则有可能成为敌方侦察的线索。
发展电磁波吸波及屏蔽材料是治理或消除电磁危害的重要措施之一。电磁波吸收材料主要依靠把电磁辐射能量转化成其它形式能量的能力，大幅度地降低电磁波的反射、透射，从而实现吸波效果。用吸波材料制成微波暗室可以提供一个无外界干扰、无向外辐射、无反射回波的电磁波自由传播空间，对设备使用中需要消除环境干扰的电子组件提供了一个相对“安全”的电磁环境。把吸波材料用在手机、电视、计算机、服装等上面，可以减少电磁波辐射对人体的伤害。吸波材料用于建筑行业，可以减少高大建筑物的电磁波反射作用，提高广播、电视播放质量。吸波材料用在微电机及其它电子设备上，可以减少电磁干扰引起的电子电器失误。在军工领域，吸波材料可以增加武器系统生存和突防能力，提高作战效能，目前已经受到世界各军事大国的高度重视。
柔性吸波材料是众多吸波材料中的一类，可用于减少电磁波对人体的危害，也可用于军用设备以躲避雷达搜索；因其重量轻、使用方便、工艺稳定、价格低廉、易于批量生产且可实现多频谱吸收等特点逐渐成为国际上研究的热点。大致可分为两大类：涂层类和结构吸波材料。
涂层类吸波材料是采用粘合剂将具有吸波性能的粉体材料涂敷在基层材料表面以形成吸波层。吸波粉体主要包括石墨、铁氧体、金属或合金微粒、钛酸钡、碳化硅等。中国专利CN1664960公开了一种以无纺布为基材，涂层铝镁复合粉和炭黑而制成的吸波角锥单元体。中国专利CN101139722公开了一种柔性可卷绕的吸波膜材料，是在柔性绝缘体表面镀上一层合金膜而制成的。由于涂层耐久性差，这种方法获得的电磁屏蔽效果不能持久，需要经常维修重新涂层才能得到理想的吸波效果，消耗大量人力物力、成本较高。
纤维结构吸波材料属于结构吸波材料，指将具有吸波功能的纤维分散在基体材料中形成整体的吸波结构。所采用的纤维主要有碳纤维、金属纤维、碳化硅纤维、三氧化二铝纤维等，其中以碳纤维和金属纤维应用最为广泛。碳纤维属于半导体材料，在高频交变电磁场中易于形成电阻损耗和介电损耗，所以具有吸收电磁波的性能。中国专利1544723A公开了一种采用聚丙烯腈基碳、纳米碳化硅和镍粉等制备的吸波复合纳米纤维，该纤维可以用来制成吸波纺织组合物。金属纤维吸波材料通常是在织物中添加金属纤维而制得，如美国专利US6,521,829公开的含金属纤维的非织造吸波材料，即为含一种含吸波纤维层的层压材料，但其吸波范围有限，仅限于对日常生活中的频率为1GHz左右电磁波进行吸收。
目前采用碳纤维与其它纤维进行共混梳理，然后经过针刺而制成的结构型吸波材料在国内尚属首次，其制备方法的相关内容也未见到公开。本发明的目的在于提供一种区别于以往的、工艺简单、吸波效果好的纤维结构型柔性吸波材料。
(三)、发明内容
本发明提出一种由碳纤维和涤纶纤维混合，然后梳理成网，再经过针刺加固来制备结构型柔性吸波材料的方法，及采用非织造工艺制作加工而成的柔性非织造布吸波材料。其中碳纤维是主要的吸波纤维，它们以5～10％的质量百分含量均匀地分散在涤纶纤维中，起到了吸波功能；涤纶纤维则作为基体纤维保证了材料的力学性能，同时可以起到一定的吸波作用。
本发明的技术方案是这样实现的。
一种柔性非织造吸波材料，为吸波碳纤维和涤纶纤维混合针刺法非织造布。其中：碳纤维的质量百分含量为5～10％，涤纶纤维的质量百分含量为90～95％。
一种柔性非织造吸波材料的制备方法，该方法包括：
(1)纤维原料的选配：短切碳纤维，单丝直径5～10μm，长度30～50mm，涤纶纤维：线密度1.5～3.0dtex，长度30～60mm。选配比例：碳纤维5～10％，涤纶纤维90～95％，均为质量百分含量。
(2)纤维混合：对配置好的两种纤维开松混合，使得碳纤维充分分散，与涤纶纤维混合均匀。
(3)梳理成网：梳理机梳理。
(4)铺网：梳理后的单网经过铺网机交叉铺网制成所要求的幅宽和厚度的多层纤网。
(5)加固：将铺好的多层纤网送入针刺机，经过预刺和正反面主刺，制成具有一定强力的非织造布。
本发明的有益之处在于：
一、本发明制备方法工艺简单，且清晰明确，工业化实施容易，同时操作方便，成本低廉；本发明制备方法工艺控制容易，因此可保证产品性能可靠，质量稳定。
二、利用本发明制备方法所制得的吸波材料性能优良，质量稳定。仅一层吸波材料就能在2～18GHZ范围内达到良好的吸波效果，还避免了多层复合结构中界面结合的复杂问题；使用的纤维原料相对简单易得，目前碳纤维的制作工艺也相对成熟，获得碳纤维的途径也已经较为方便。本发明产品厚度4～8mm，定量100～500g/m2，碳纤维百分含量5～10％，针刺密度500～1000刺/em2。基于非织造材料的柔性特质，本发明产品质地轻、易铺卷、存放、使用方便、易于加工成多种形式，使用方式灵活，可以单独使用，也可以作为其中一个元件与其他材料组合使用。适合于大面积篷盖材料的吸波层，如用于制成炮衣、篷布、部队及仓库用帐篷等，还可以制作成多种式样，作为民用生活中防电磁辐射用品。
(四)、附图说明
附图为本发明实例二制得的非织造布吸波材料反射率测试曲线图。
(五)、具体实施方式
下面以实施例进一步详细说明本发明。
本发明所述的柔性非织造吸波材料的制备方法主要包括五步：(1)纤维原料的选配；(2)纤维混合；(3)梳理成网；(4)铺网；(5)加固。
根据现有技术，需要解决的技术问题主要有两个：纤维选配及混合梳理、吸波材料工艺参数设定。
本发明制备方法，要求所选纤维材料具有吸波性能，耐日晒、不霉不蛀等性能。本发明选用具有吸波性能的短切碳纤维，单丝直径5～10μm，长度30～50mm，涤纶纤维：线密度1.5～3.0dtex，长度30～60mm。按照一定比例选配碳纤维和涤纶纤维并按照一定比例选配。
本发明重点解决的问题是柔性非织造结构吸波材料的纤维选配、混合梳理、吸波材料工艺参数设定。
由于碳纤维本身刚性较大，在梳理的过程中易折断，为了保证碳纤维完整性和均匀分散，先将碳纤维和一部分涤纶纤维喂入和毛机进行“假和”，然后将“假和”后的混合成分再和涤纶纤维混合，这样两种纤维混合的能更加均匀。且碳纤维在吸波材料中的百分含量对材料的吸波性影响较大，本发明经过试验找出了最佳质量百分含量5～10％。
作为吸波材料，要求材料具有一定的孔隙率、厚度薄和较好的吸波性。但厚度过小会对材料的吸波性产生较大影响，本发明力图在保证产品吸波性的情况下尽量使其厚度最小。
本发明制备方法未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例：
纤维原料：短切碳纤维，单丝直径5～10μm，长度30～50mm，涤纶纤维：线密度1.5～3.0dtex，长度30～60mm。
实例一：
(1)纤维原料的选配：短切碳纤维单丝直径5，长度40mm，质量百分含量5％；涤纶纤维：线密度1.5dtex，长度60mm，质量百分95％。
(2)纤维混合：先进行“假和”，再混合。
(3)梳理成网：梳理机梳理成网。
(4)铺网：交叉铺网。
(5)加固：将铺好纤网送入针刺机，经过预刺和主刺。
产品定量100g/m2，厚度3.5mm，针刺密度800刺/cm2。
实例二：
(1)纤维原料的选配：
短切碳纤维单丝直径8，长度50mm，质量百分含量7％；涤纶纤维：线密度2.2dtex，长度51mm，质量百分93％。
(2)纤维混合：先进行“假和”，再混合。
(3)梳理成网：梳理机梳理成网。
(4)铺网：交叉铺网。
(5)加固：将铺好纤网送入针刺机，经过预刺和主刺。
产品定量400g/m2，厚度8mm，针刺密度500刺/cm2。
实例三：
(1)纤维原料的选配：短切碳纤维单丝直径10，长度30mm，质量百分含量10％；涤纶纤维：线密度3.0dtex，长度40mm，质量百分90％。
(2)纤维混合：先进行“假和”，再混合。
(3)梳理成网：梳理机梳理成网。
(4)铺网：交叉铺网。
(5)加固：将铺好纤网送入针刺机，经过预刺和主刺。
产品定量500g/m2，厚度8mm，针刺密度1000刺/cm2。