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织物金属化整理以获得优异的导电导热性以及电磁屏蔽性能作为织物功能整理的一大分支,因其广阔的应用前景被广泛研究。金属材料具有高电导率、力学性能优良、稳定性好、易加工、电磁屏蔽性能优异等特点。美中不足的是金属电磁屏蔽材料重量大、频带窄。纤维基电磁屏蔽材料作为一种新兴的柔性电磁兼容材料,不仅具有金属电磁屏蔽的特性,又可保持纺织品本身的柔软、透气、柔韧、可折叠等性能。同时,在电磁屏蔽机制上也实现了反射为主、吸收为辅。
本论文采用棉织物和聚酰亚胺织物作为柔性基材,充分考虑了棉织物具有柔软、易加工、低成本的优点;聚酰亚胺织物高强高模、耐高低温、阻燃、力学性能优良等性能。同时,导电高分子聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)和碳材料(石墨烯、碳纳米管)作为中间夹层,实现了对电磁波的辅助吸收。最后,在化学镀金属工艺中,镍钨磷合金组合电磁屏蔽效能要远优于镍磷组合。
本论文的研究重点是如何通过设计特定的结构获得轻、薄、宽、强的纤维基金属电磁屏蔽材料。现针对以上问题,本学位论文展开了以下研究:
(1)以聚酰亚胺织物作为基材,然后在其表面实现苯胺的原位聚合,形成聚苯胺导电层;接下来将上述制备织物浸渍在1g/L的PdCl2溶液中一小时,通过聚苯胺的还原性将Pd2+还原为Pd0,形成一个个分散的催化活性中心引发化学镀;最后在特定浓度的镀液中完成化学镀,制备出聚酰亚胺/聚苯胺/镍钨磷(PI/PANI/NiWP)导电及电磁屏蔽织物。我们对其进行了一系列的测试表征,通过扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌,能量色散谱(EDS)用来探究表面元素含量及分布,X射线衍射分析(XRD)测试其晶型结构,热重分析(TGA)用来测试其热稳定性,织物表面电子结合状态通过X射线光电子能谱(XPS)测量。以上表征测试结果充分证明该复合织物制备的合理性和可行性。同时,通过四点探针方阻仪测得该复合织物的导电性为0.08Ω/sq,通过DR-913抗电磁辐射测试仪在300KHz-3GHz频率范围内测得其电磁屏蔽效能为65-103dB。其服用性能(耐水洗、耐弯折、耐酸碱盐腐蚀)也在本文中深入讨论,分别通过测试处理前后复合织物的导电性和电磁屏蔽效能,正如我们所预期的那样该复合织物表现出优异的服用性能,这意味着所制备的材料在纺织品防护领域具有很大的应用潜力。
(2)以棉织物作为基材,然后利用氧化石墨烯类似还原染料的特性,将棉织物浸渍于特定浓度的氧化石墨烯溶液中置于红外染色机中进行棉织物的石墨烯染色,并辅助以层层自组装和浸轧烘工艺,最终形成导电石墨烯层。接下来将上述制备织物浸渍在1g/L的PdCl2溶液中一小时,然后在100℃下烘干,将Pd2+还原为Pd0,形成一个个分散的催化活性中心引发化学镀;最后在特定浓度的镀液中完成化学镀,制备出棉/石墨烯/镍钨磷(C/rGO/NiWP)导电及电磁屏蔽织物。通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)分别观察其表面形貌和测量表面元素含量及分布,通过X射线光电子能谱(XPS)测量织物表面电子结合状态,通过X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TGA)分别测试其晶型结构和热稳定性,通过拉曼测试表征棉织物上负载的石墨烯。以上表征测试结果充分证明该复合织物制备的各个步骤的可行性。同时,我们所成功制备的棉/石墨烯/镍钨磷复合织物表现出0.78Ω/sq的导电性和65-72dB的电磁屏蔽效能,分别通过四点探针方电阻测试仪和Agilent E5063A ENA矢量网络分析仪测得。其服用性能(耐水洗、耐弯折、耐酸碱盐腐蚀性)也在本文中深入讨论,通过测量测试前后复合织物的导电性和电磁屏蔽效能。其导热性测试是通过对复合织物施加不同电压,记录表面温度变化,绘制升温-散热曲线。复合织物在以上测试中均表现出优异的性能,将在纺织品防护领域发挥更大作用。
本论文采用棉织物和聚酰亚胺织物作为柔性基材,充分考虑了棉织物具有柔软、易加工、低成本的优点;聚酰亚胺织物高强高模、耐高低温、阻燃、力学性能优良等性能。同时,导电高分子聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)和碳材料(石墨烯、碳纳米管)作为中间夹层,实现了对电磁波的辅助吸收。最后,在化学镀金属工艺中,镍钨磷合金组合电磁屏蔽效能要远优于镍磷组合。
本论文的研究重点是如何通过设计特定的结构获得轻、薄、宽、强的纤维基金属电磁屏蔽材料。现针对以上问题,本学位论文展开了以下研究:
(1)以聚酰亚胺织物作为基材,然后在其表面实现苯胺的原位聚合,形成聚苯胺导电层;接下来将上述制备织物浸渍在1g/L的PdCl2溶液中一小时,通过聚苯胺的还原性将Pd2+还原为Pd0,形成一个个分散的催化活性中心引发化学镀;最后在特定浓度的镀液中完成化学镀,制备出聚酰亚胺/聚苯胺/镍钨磷(PI/PANI/NiWP)导电及电磁屏蔽织物。我们对其进行了一系列的测试表征,通过扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌,能量色散谱(EDS)用来探究表面元素含量及分布,X射线衍射分析(XRD)测试其晶型结构,热重分析(TGA)用来测试其热稳定性,织物表面电子结合状态通过X射线光电子能谱(XPS)测量。以上表征测试结果充分证明该复合织物制备的合理性和可行性。同时,通过四点探针方阻仪测得该复合织物的导电性为0.08Ω/sq,通过DR-913抗电磁辐射测试仪在300KHz-3GHz频率范围内测得其电磁屏蔽效能为65-103dB。其服用性能(耐水洗、耐弯折、耐酸碱盐腐蚀)也在本文中深入讨论,分别通过测试处理前后复合织物的导电性和电磁屏蔽效能,正如我们所预期的那样该复合织物表现出优异的服用性能,这意味着所制备的材料在纺织品防护领域具有很大的应用潜力。
(2)以棉织物作为基材,然后利用氧化石墨烯类似还原染料的特性,将棉织物浸渍于特定浓度的氧化石墨烯溶液中置于红外染色机中进行棉织物的石墨烯染色,并辅助以层层自组装和浸轧烘工艺,最终形成导电石墨烯层。接下来将上述制备织物浸渍在1g/L的PdCl2溶液中一小时,然后在100℃下烘干,将Pd2+还原为Pd0,形成一个个分散的催化活性中心引发化学镀;最后在特定浓度的镀液中完成化学镀,制备出棉/石墨烯/镍钨磷(C/rGO/NiWP)导电及电磁屏蔽织物。通过扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDS)分别观察其表面形貌和测量表面元素含量及分布,通过X射线光电子能谱(XPS)测量织物表面电子结合状态,通过X射线衍射分析(XRD)和热重分析(TGA)分别测试其晶型结构和热稳定性,通过拉曼测试表征棉织物上负载的石墨烯。以上表征测试结果充分证明该复合织物制备的各个步骤的可行性。同时,我们所成功制备的棉/石墨烯/镍钨磷复合织物表现出0.78Ω/sq的导电性和65-72dB的电磁屏蔽效能,分别通过四点探针方电阻测试仪和Agilent E5063A ENA矢量网络分析仪测得。其服用性能(耐水洗、耐弯折、耐酸碱盐腐蚀性)也在本文中深入讨论,通过测量测试前后复合织物的导电性和电磁屏蔽效能。其导热性测试是通过对复合织物施加不同电压,记录表面温度变化,绘制升温-散热曲线。复合织物在以上测试中均表现出优异的性能,将在纺织品防护领域发挥更大作用。