导电屏蔽涤纶水刺非织造布和机织造性能研究

导电屏蔽涤纶水刺非织造布和机织造性能研究

随着社会的发展，电子产品与人类生活密切相关，由此产生的辐射保护问题越来越受到重视。防电磁辐射纺织品主要有几种方法制得:金属纤维的混纺和交织、织物表面涂层和镀层技术。织物表面涂层是将金属微粉均匀分散在基体树脂中,利用常用的涂层技术均匀涂在织物上。根据Bueche等人建立的连锁式导电通道理论,当导电填料粒子浓度达到一定值时,填料粒子之间可形成三维导电网链,电子通过网链移动产生导电现象本文自制以水分散型丙烯酸酯共聚乳液为原料,铜粉和石墨为混合填料的掺合型导电涂料,利用干法直接涂层的方式刮涂在涤纶水刺非织造布和涤纶平纹机织布上,比较相同条件下固化后的测试性能。1实验1.1改性水刺非织造布的性能(1)样品:涤纶水刺非织造布,浙江绍兴和中合纤有限公司;涤纶平纹机织布,市购;样品规格如表1所示。由于与涤纶水刺非织造布同规格的平纹机织布难以市购获得,本研究采用的平纹机织布虽厚度与水刺非织造布基本相同,但克重差异较大,因此本研究通过性能变化率比较涂层后两种织物的性能变化。(2)石墨:含碳99%、颗粒度3500目约4.0μ,上海一帆石墨有限公司;铜粉纯度目片状铜粉无锡顺达金属粉末有限公司;(3)树脂:水分散型丙烯酸酯共聚乳液,乳液固含量40%,浙江传化股份有限公司;(4)助剂:非织造布专用亲水整理剂,浙江传化股份有限公司;分散剂、润湿剂,上海集益化工有限公司;增稠剂,上海斯盟达化工有限公司(无锡);丙酮,分析纯。1.2设备和测试测试1.2.1通风试验纺织品织物透气性的测定环境条件:温度20℃,相对湿度65%;织物两侧压降:100Pa;试样面积:20cm1.2.2弯曲长度的测定实验仪器:FST-2弯曲长度仪;标准:GB/T18318—2001纺织品织物弯曲长度的测定;环境条件:温度20℃,相对湿度65%。1.2.3织物的粘附强力采用常用的“透明胶带测试法”测量涂层的粘附强力,并通过失重率间接反映涂层与织物的粘附强力。测试步骤如下:(3)用2kg滚柱在聚酯胶带上面往返摩擦10次;(4)用滚柱来回摩擦10次测试样品后,立刻从测试样品上慢慢剥掉聚酯胶带;(5)用电子天平称量剥掉聚酯胶带后的测试样品重量,记为m测定m1.2.4拉伸性能测试实验仪器:LLY-06电子强力仪;标准:GB/T3923.1—1997纺织品织物拉伸性能的测定;环境条件:温度20℃,相对湿度65%。1.2.5镀层耐磨性牢度实验仪器:YG401E型织物平磨仪(马丁代尔仪);标准FZ/T60012—93金属化纺织品镀层耐磨牢度的测定;环境条件:温度20℃,相对湿度65%。1.2.6微波辐射比较测量实验仪器:DT-890数字万用表,测定织物的表面电阻,符合ASTMD-4496—87;GSH-06微波辐射比较测量仪,北京广顺和科技开发中心。依据ASTM-D4935(美国材料与试验协会)1.3增稠剂用量的影响称取丙烯酸酯共聚乳液,并加入分散剂、润湿剂、消泡剂等助剂,在电动搅拌器恒速搅拌状态下缓慢加入已称量的石墨粉和预处理过的铜粉,再添加增稠剂调节涂料至适宜的粘度,超声波震荡30min,然后电动搅拌器搅拌1h。将涤纶水刺非织造布和机织布剪成35cm×40cm大小试样,经过亲水整理并在100℃下烘干1h,用涂覆法将配制好的涂料涂在试样上,室温干燥5min,在120℃下干燥20min。2结果与讨论2.1涂层前后织物的透气性能织物透气性是指当织物两侧存在压差时,空气从织物的气孔透过的性能。空气透过机织物和针织物有两条途径:一是织物纱线间的空隙;二是纱线内纤维间的缝隙。非织造布由于其主体结构为单纤维的三维立体纤网结构,空气主要从纤维间的孔隙透过。涂层前后涤纶水刺非织造布和平纹机织布的透气性能比较如表2所示。由表2可知,涂层后涤纶水刺非织造布的透气性下降93.7%,平纹机织布的透气性下降81.5%。两种织物经过涂层后的透气性相差不大,因为涂层后基材的结构与透气性影响不大,主要取决于涂膜的连续均匀性。涂层后织物的透气性都下降很大,因为织物表面覆盖一层涂膜,连续均匀的涂膜可以使涂层织物具有较好的导电/防电磁辐射效果,但对织物的透气性影响较大。2.2织物弯曲刚度织物的刚柔性是指织物的抗弯刚度和柔软性。织物抵抗其弯曲方向形状变化的能力,称为抗弯刚度抗弯刚度常用来评价织物的柔软度弯曲刚度B是单位宽度的织物所具有的抗弯刚度,弯曲刚度越大,表示织物越刚硬由表3可以看出,涂层后,涤纶水刺非织造布的纵横向的弯曲刚度分别增加684.7%和2057.0%;涤纶平纹机织布的经纬向弯曲刚度分别增加323.6%和2593.5%。涤纶水刺非织造布的横向弯曲刚度大于纵向弯曲刚度,是因为涂层前其横向弯曲刚度就很小,涂层后聚合物对纤维间隙的填充和粘结使织物弯曲刚度变大;另外,在刮涂过程中,由于固定方式使得横向受到的张力更大,使得横向纤维间隙大而纵向紧密,树脂更易填充横向间隙,因此固化后横向弯曲刚度增幅特别大;这也是造成涤纶平纹机织布经纬向之间的差异的原因。2.3施工织物的筛选粘附强力反映了涂料与织物的粘附程度,粘附强力越大即失重率越小,涂料越不易从织物上脱落。粘附强力实验结果见表4。由上表可知,两种织物涂层后的失重率都比较小,表明涂层与织物的粘附强力好。2.4拉伸断裂的变化由表可知,涂层后涤纶水刺非织造布的纵横向强力分别增大34.3%和34.2%,断裂伸长率分别减小48.9%和1.4%;涂层后涤纶平纹机织布的经纬向强力分别增大3.0%和34.2%,断裂伸长率分别减小19.7%和79.7%。涂层后涤纶水刺非织造布和平纹机织布的初始模量都增大,断裂伸长率降低,这主要是因为:涂层后,织物在拉伸过程中,首先是织物表面的聚合物膜受力,而且在涂层过程中涂料或多或少会渗透进入纱线或纤维间隙并固化成膜,使得织物拉伸时纱线或纤维受到束缚,不宜滑动,因此当织物断裂时断裂伸长率都降低;断裂强力增大有两方面原因:涂层织物拉伸断裂时,表层聚合物膜首先断裂,然后是内部纤维或纱线的断裂。以下是涂层后涤纶水刺非织造布和涤纶平纹机织布的拉伸曲线(其中1为涂层后拉伸曲线,2为涂层前拉伸曲线)。因此,在拉伸曲线图中,涂层织物的初始模量较高。当聚合物膜断裂后,由于之前的渗透使得纤维或纱线之间粘结紧密,承载拉力的作用更大,因此断裂强力增大2.5磨仪上各机织物的导电性能比较本文主要比较涂层后涤纶水刺非织造布和平纹机织布经过相同摩擦后表面导电性的变化。在织物平磨仪上分别经过0～3000转的摩擦,导电性能比较如图5所示(其中非织造布曲线对应右边纵坐标,机织布曲线对应左边纵坐标)。由图5可知,随着平磨转数的增多,涂层后涤纶水刺非织造布和平纹机织布的表面电阻都呈现增大的趋势,表明摩擦越多,涂层性能越差。2.6纤网孔径分布利用涂覆法在经亲水整理后的涤纶水刺布和机织布上连续刮涂两层,在120℃下烘干20min,恒温恒湿环境下放置24h,测其表面电阻和屏蔽效能比较如表6所示。两种织物制备工艺的不同会导致两者纱线与纱线之间或纤维与纤维之间的孔径不同形成的毛细管力作用不同,导致两种织物的涂布量不同,平纹机织布为68.9g/m式中,r为曲率半径,半径在所论及液体之内时为正值(液体表面凸出),半径在所论及液体之外时为负值(凹液面)。从式中可以看出,r值越小,P值越大,这个压力是发生毛细现象的根本原因,所以也称该力为毛细管力。在涂料成膜时,如果把粗糙表面的缝隙当作毛细管,那么毛细管力将使涂料向毛细管内部流动。粘度为η的液体流过半径为r、长度为l的毛细管,时间T可按式(4)计算使用AutomatedCapillarFlowPorometer(CFP-1100-AI)测试两种织物的孔径分布,结果如表7所示。图6及图7清晰地表示了平纹机织布和水刺非织造布的表面效果。由于有机液体的表面张力相差不大,液体的粘度和接触角一定时,毛细管尺寸越小,润湿越快。并且毛细管尺寸小,基材的吸收性能好,由于表面张力作用,无机填料会倾向于进入孔隙中以降低表面张力。由于水刺非织造布的小孔径,毛细管作用更强,使得涂布量明显大于机织布,因此其导电屏蔽性能更好。3透气性能测试通过比较相同工艺涂层后涤纶水刺非织造布和涤纶平纹机织布的性能,两种织物的透气性、柔软性都下降拉伸断裂强力都增大而断裂伸长减小虽然涂层后机织布的粘附强力稍好,但摩擦0～3000转后还是涤纶水刺非织造布的耐磨性能更好,并且涤纶水刺非织造布涂层后的导电屏蔽性能