一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法

摘要

本发明属于静电纺丝技术领域，特别提供一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法。该方法包括以下步骤：1)将聚乙烯与石墨烯按照一定比例的混合物置于进料桶中，由单螺杆挤出机通过同轴喷头纺出的同时，将芯层充气装置中的混合气体，充入到纤维内部；2)启动电机和循环泵，电机通过连接履带带动中心转轴，使多柱管式接收装置连续旋转，由控制器操控电加热丝调节导热油的温度，对接收到的纤维进行间隔一定距离的分段粘合，以封存气体。最后得到长滞空超细中空导电长纤维，能屏蔽长微波、质轻、滞空时间长，满足移动便捷、展开方便，适应战争环境的条件。

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，特别提供一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法。

背景技术

近年来，电子信息技术和雷达探测技术快速发展，不仅给人们的生活带来了电磁辐射污染，还对一些重要的武器装备造成了威胁。为解决这一问题，可采用吸波材料和电磁屏蔽材料将产生的电磁波吸收或转移。吸波材料指能吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波的干扰的一类材料。电磁屏蔽材料是指能够通过对入射的电磁波进行吸收和反射来将电磁辐射限定在某一区域内的一类材料。传统的吸波材料和电磁屏蔽材料大多都是含有磁性金属的材料，这些材料通常密度比较大，吸收的频带较窄，对使用环境有一定的限制。

随着人们对电磁波吸收材料和电磁屏蔽材料的要求越来越高，理想的吸波和电磁屏蔽材料要重量轻、吸收频带宽、屏蔽能力强。在信息化战争中，长微波雷达技术发展十分迅速，而国内外对长微波的屏蔽研究进展十分缓慢，并且作战环境日益复杂，例如飞机、舰艇等除受地面或空中的火力威胁和电子干扰外，还处于雷达、红外、激光等探测器的严密监视之下。而常用的吸波材料和电磁屏蔽材料密度高，重量大，无法适应作战环境。目前还缺少一种便于移动、快速布置、能够在空中停留一段时间，以躲避敌方侦察，且能有效屏蔽长微波的材料。因此提出了本专利。

发明内容

针对上述现状，本发明提出一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法，以满足屏蔽长微波且滞空时间长的需要。本发明的制备原理为：以聚乙烯等高分子为基体材料，通过添加石墨烯、碳纳米管等辅助材料和改变使用量，使所得复合材料的电磁波吸收峰逐渐向低频区域移动，同时其吸收峰的峰强也会增加，可对长微波进行有效吸收和屏蔽；运用静电纺丝原理，通过同轴静电纺丝设备，将混合好的物料进行熔体静电纺丝，同时将低分子量气体封装在一节一节的纤维内部，使纤维的平均密度与所应用高度的空气密度基本一致，能使纤维长时间漂浮在空中，从而达到长滞空的目的。其中同轴喷头内设置有进料通道和充气通道，混合物料由进料口进入进料通道，气体由充气口进入充气通道，二者在喷口处汇合，进料盖和外壳由螺纹相连，便于拆卸清理，快速组装，组装后，也可保证其同轴性。本方法制备的长滞空超细中空导电长纤维材料材质轻、滞空时间长、可屏蔽长微波，在军事领域能对一定区域内的敏感目标进行隐藏，为隐身技术的发展提供了更多的选项。

本发明提出的一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法，采用以下技术方案实现：

(1)聚乙烯与石墨烯、碳纳米管、导电石墨中的一种或多种按照一定的比例共混，在混合物料中添加一定量的聚乙烯醇为分散剂，防止其团聚。将混合好的物料置于进料桶中，由单螺杆挤出机对物料加热至熔融态，制得纺丝熔体。将氦气和氮气按照一定的比例置于芯层充气装置中，观测芯层充气装置管道上的压力表，调节减压阀，以保证混合气体的顺利充入，混合气体的充入能够使纤维的密度与空气密度接近，从而达到长滞空的目的，两种气体的混合比例及充气量能根据需要来调整。

(2)采用同轴静电纺丝技术，混合物料由单螺杆挤出机通过同轴喷头纺出的同时，将芯层充气装置中的混合气体，通过同轴喷头充入到纤维内部，单螺杆挤出机接地。同轴喷头包括进料盖、外壳和出料管。进料盖为有一定壁厚的中空筒部件，下端内部带有螺纹，与外壳相连，便于拆卸清理，快速组装，组装后，也能保证其同轴性。外壳内设置有进料通道，外壳和内部实心部位之间形成进料通道，内部实心部位与进料口接触处带有一定弧度，便于混合物料流向圆周，进入进料通道。外壳外部有一充气口，外壳和内部实心部位相连设有一充气通道，外壳与内部实心部位共有两处相连接，且处于对称位置，以保证内部实心部位牢固。混合物料由进料口进入进料通道，混合气体由充气口进入充气通道，二者在喷口处汇合。出料口位于出气口外部，喷口与出料管螺纹相连，出气口、出料口、出料管和喷口同轴线设置。

(3)本发明接收装置采用多柱管式接收装置，主要包括非金属支架、中心转轴、空心柱管、进油孔、循环泵、电加热丝、温度计以及控制器。

该接收装置整体呈中间微鼓的长笼型，笼外表面均匀分布着12根空心柱管，含气体的一节纤维长度设定为8-12cm，能通过柱管间的间隔距离来调整。该接收装置的柱管材料为金属，有良好的导热性。

该接收装置的中心转轴通过轴承安装在非金属支架上，中心转轴与电机连接履带的材质选用橡胶。电机通过履带带动中心转轴，使该接收装置进行旋转，从而实现对纤维的连续接收。高压静电发生器的负极与中心转轴相连，另一端接地，在纺丝装置和接收装置之间形成静电场。

中心转轴为中空结构，里面通导热油。导热油从左侧进油孔进入，经流道流到圆周分布的每根空心柱管，出油孔由弯管与中心转轴相连，中心转轴上安装有一循环泵，使导热油在每根空心柱管和中心转轴间循环。循环泵的电源线通过滑环与控制器相连。电加热丝通过安装在中心转轴上的滑环与控制器相连，温度计安装在中心转轴上，并通过滑环将温度信号传递到控制器，控制器自动控制转轴上面缠绕的电加热丝，对导热油进行自动加热，使导热油保持在一定温度范围内，始终能达到材料的熔点，对接收到的中空纤维进行间隔一定距离的分段粘合，形成一节一节的中空结构，以封存气体在纤维中。

本发明提供了一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法，有以下优点及突出效果：

(1)本发明针对长微波吸收材料缺乏的现状，原创性地提出利用同轴静电纺丝原理，研制一种可吸收长微波的长滞空超细中空导电长纤维，以满足军事武器装备或敏感区域对长微波隐身的强烈需求。

(2)本发明创新性地将纤维内充低密度惰性混合气体，可使纤维能长时间漂浮在空中，满足对军事武器装备或敏感区域进行一段时间长微波隐身的需求，适应战争环境。通过控制多柱管式接收装置中柱管的直径、数量、位置、转速、温度等，来调控纤维内封存气体体积的大小，从而调整纤维的滞空时间。

(3)传统的吸波材料和电磁屏蔽材料大多含有磁性金属的材料，这些材料通常密度比较大，吸收的频带较窄，对使用环境有一定的限制。石墨烯片层表面含有大量的悬挂键、缺陷和官能团，内部还含有丰富的界面，因此能产生很强的极化作用，有利于电磁屏蔽。本发明制备的长滞空超细中空导电长纤维以聚乙烯等高分子为基材，石墨烯等为填料，而且利用静电纺丝法制备，能调整纤维的平均密度。实现屏蔽长微波、质轻、滞空时间长的需求，适应战争环境的条件。

(4)本技术方案所提及的材料和气体名称，能根据需要进行替换，以实现本发明的目的。

附图说明：

图1是本发明一种静电纺丝制备长滞空超细中空导电长纤维的方法的装置示意图。

图2是同轴喷头的结构示意图。

图1中：非金属支架1、高压静电发生器2、轴承3、进油孔4、单螺杆挤出机5、进料桶6、同轴喷头7、减压阀8、压力表9、芯层充气装置10、中空纤维11、控制器12、温度计13、中心转轴14、连接履带15、电机16、弯管17、滑环18、出油孔19、电加热丝20、循环泵21、空心柱管22、多柱管式接收装置23。

图2中：进料口22、进料盖23、进料通道24、充气口25、喷口26、出料管27、充气通道28、外壳29、连接部位30。

具体实施方式

实施例1：

在如图1的装置中，将聚乙烯与石墨烯按照100：1的质量比共混，在混合物料中添加2％的聚乙烯醇为分散剂。单螺杆挤出机5接地，将混合物料置于进料桶6中，由单螺杆挤出机5对混合物料加热至熔融态，制得纺丝熔体。纺丝熔体从同轴喷头7的进料口22进入进料通道24，同时，将氦气与氮气按照1：8的体积比由芯层充气装置10从同轴喷头7的充气口25充入，进入充气通道28，通过压力表9观测，调节减压阀8，保证其顺利充入中空纤维11内部。纺丝熔体与混合气体在喷口26处汇合，由出料管27喷出，随后落到多柱管式接收装置23上。多柱管式接收装置23由轴承3安装在非金属支架1上，高压静电发生器2的负极与中心转轴14相连，另一端接地。多柱管式接收装置23上均匀分布着12根空心柱管22。导热油从左侧进油孔4进入，经流道流到圆周分布的每根空心柱管22，出油孔19由弯管17与中心转轴14相连，中心转轴14上安装有一循环泵21，使导热油在每根空心柱管22和中心转轴14间循环。电加热丝20通过安装在中心转轴14上的滑环18与控制器12相连，温度计13安装在中心转轴14上并通过滑环18将温度信号传递到控制器12，由控制器12操控电加热丝20对导热油进行温度调节，能对接收到的中空纤维11进行间隔一定距离的分段粘合，以封存气体于中空纤维11中。中心转轴14由连接履带15与电机16相连，连接履带15的材质选用橡胶，可有效绝缘和防止热量散失。电机16由履带15带动中心转轴14，使多柱管式接收装置23进行旋转，实现对中空纤维11的连续接收。当中空纤维11落到多柱管式接收装置23后，通过对中空纤维11连续间隔挤压，即可对中空纤维11内的混合气体进行封存。最终得到长滞空超细中空导电长纤维。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。