GO/PPy磨毛织物电磁屏蔽性能研究

李祥鹏，马 莹，邱夷平

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

GO/PPy磨毛织物电磁屏蔽性能研究

李祥鹏1，2，马 莹1，2，邱夷平1，2

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

制备了不磨毛，单面磨毛以及双面磨毛的平纹棉织物，并以所制得的织物为基底，利用层层组装的方法制备了GO/PPy电磁屏蔽织物，对所制备电磁屏蔽织物的外观，导电性和电磁屏蔽性能进行了表征。结果表明，经过磨毛处理的织物表面毛羽数量显著增多；组装GO和PPy后毛羽由原来的竖直状态变为穿插、缠结的状态并贴附于织物表面；降低了织物的表面电阻，提升了电磁屏蔽性能。

磨毛 电磁屏蔽织物 导电性 层层组装

0 引言

随着科技的迅猛发展，电子设备数量日益增多且应用越来越广泛，电磁污染也成为继大气污染，水污染，噪音污染之后的第四大污染[1-2]，给国防，工业生产以及日常生活带来了越来越严重的影响。因此，开发高效率，低成本的电磁屏蔽材料对于防护电磁污染具有重大的意义。对于电磁屏蔽材料而言，增加材料的导电性往往可以增强其电磁屏蔽性能[3-5]。但是迄今研制的电磁屏蔽材料为了增加导电性往往需要填充额外的导电材料[6]以及繁琐的工艺过程[7]，大大限制了加工方法的推广应用。

织物磨毛整理原本为了改善织物的手感和舒适性[8]，而对于导电高分子沉积型电磁屏蔽织物的制备而言，通过织物与随机排列的锋利磨料之间的相互摩擦，磨料将织物纱线中的纤维拉出并进行高速磨削，使织物表面产生毛羽[9]，而毛羽之间的相互缠结可以形成更多的导电网络，有可能对织物的导电性和电磁屏蔽性能产生影响。

本文为了探究磨毛加工对电磁屏蔽织物屏蔽性能的影响，分别制备了不磨毛、单面磨毛及双面磨毛织物，然后采用层层组装的方法制备了三种电磁屏蔽织物，并对其外观、导电性以及电磁屏蔽性能进行了系统的测试和分析。

1 实验部分

1.1 实验原料

利用32s/2纯棉纱线织造而成的平纹织物，其经密和纬密均为200根/10cm。

1.2 实验步骤

1.2.1 织物磨毛参数的选择

在起毛起球仪(圆轨迹式)(莱州市电子仪器有限公司 YG502)上按照GB/T 4802.1-2008 织物起毛起球性能的测定(圆轨迹法)对织物进行了磨毛处理，起毛起球仪的夹持器自重490cN，砝码重为100cN，磨毛参数如表1所示：

表1 织物的磨毛参数

1.2.2 织物试样的预处理

将试样裁剪为6cm×6cm，在沸腾的煮练液(氢氧化钠50g/L，十二烷基苯磺酸钠5g/L)中煮练2h，去除杂质后取出并用去离子水冲洗晾干。将晾干后的试样在阳离子化溶液(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵50mg/mL，氢氧化钠18mg/mL)中浸渍24h，取出并用去离子水冲洗晾干。

1.2.3 层层组装构筑GO/PPy电磁屏蔽织物

利用层层组装的制备方法，以氧化石墨烯(GO)和聚吡咯(PPy)为组装基元制备了GO/PPy电磁屏蔽织物，制备方法如下：

首先，把1.2.2中所制备的样品放入质量浓度为0.4mg/mL的氧化石墨烯分散液中，静止10min, 然后取出，用去离子水冲洗2-3次，洗去纤维表面未吸附的GO，然后再将吸附上GO的织物放入浓度为0.5 M的吡咯(Py)单体的乙醇溶液中，静置10min，然后取出并放入冰水浴环境下的浓度为0.5M的FeCl3溶液中静置30min进行Py单体的聚合，在纤维表面形成导电高聚物聚吡咯，然后取出并用去离子水洗去表面未聚合的Py单体、未沉积的PPy以及FeCl3分子，这样就完成了GO/PPy的一层组装，根据实验需要，我们可以重复上述过程，直到达到所需要的层数。本实验中所采用的组装层数为3层。

1.3 测试与表征

1.3.1 织物导电性能的测试

表面比电阻是材料电学性能的一个重要指标，其反映了材料导电能力的高低。而对于织物而言，其表面比电阻可以反应织物本身的导电性能。因此选用表面比电阻来作为衡量织物导电性的物理量。根据织物表面电阻测试方法AATCC 76-2005，可以用Fluke15B电子万用表测出表面电阻O，按下式由实测表面电阻计算表面比电阻R。

式中，O为实测表面电阻，单位为欧姆(Ω)；W为样品的宽度，单位为厘米(cm)；D为两电极间的距离，单位为厘米(cm)。

1.3.2 织物电磁屏蔽性能的测试

本文采用了Rohde&Schwarz ZVL6型矢量网络分析仪来对所制备的样品进行电磁屏蔽性能测试，测试频率范围为3.9GHz-6GHz，单位为分贝(dB)。

2 结果与分析

在织物进行磨毛时，纱线中的纤维被抽离出来形成毛羽并相互缠结，因此织物的纤维结构会发生变化。在后续的层层组装过程中，GO和PPy在纤维表面进行沉积，使纤维具有了导电性，因此，纤维结构的改变会导致织物导电性的改变。

2.1 织物外观分析

a)不磨毛织物 b)磨毛织物

由图1可知，不磨毛织物的表面相对平整，只有少量的毛羽；磨毛织物的表面出现了大量的毛羽，说明经过磨毛处理后，纱线中的纤维已经被抽出，并在织物表面形成了大量的毛羽。

2.2 GO/PPy组装织物显微镜图像分析

在利用层层组装的方法将GO和PPy组装到织物上后，将不磨毛织物及磨毛织物分别放置于Nikon Eclipse LV100POL型电子显微镜下进行观测，其结果如图2所示。

a)不磨毛织物 b)磨毛织物

由图2可知，没有经过磨毛处理的织物表面只有少量的毛羽，绝大部分纤维都紧密缠绕在纱线内部；而经过磨毛处理后的织物其纱线表面的纤维已经明显松散开来，出现了大量的毛羽分散于织物表面并相互缠结，而且GO和PPy已经均匀包覆了单根纤维的表面。

2.3 磨毛对织物导电性的影响

为了研究磨毛前后织物的电学性能变化，我们对所制备的GO/PPy织物进行了表面电阻的测量和计算，测试结果如图3所示：

图3 织物的表面电阻

由图3可知，在其他条件都相同的情况下，不磨毛织物的表面电阻为694欧姆，单面磨毛织物的表面电阻下降到385欧姆，而双面磨毛织物的表面电阻继续下降到了258欧姆。因此，磨毛可以降低织物的表面电阻，从而提高其导电性。由磨毛的原理及GO/PPy层层组装原理分析可知，磨毛后织物表面的毛羽增多，而在组装GO和PPy后，大量的毛羽会发生相互缠结(图2)，导电高聚物包覆在纤维表面，使织物具有了导电性，相互缠结的导电毛羽接触点增多，增强了织物的导电网络，从而使织物的导电性增加。而从单面磨毛织物与双面磨毛织物的对比也可以看出，双面磨毛织物的导电性得到了进一步增强。

2.4 磨毛对织物电磁屏蔽性能的影响

图4 织物的电磁屏蔽性能

由图4可知，当其他条件不变时，不磨毛织物的电磁屏蔽性能为5.5dB，单面磨毛织物的电磁屏蔽性能上升到7.5 dB，而双面磨毛织物的电磁屏蔽性能继续上升到了9.2dB。说明相比于不磨毛织物，磨毛织物的电磁屏蔽性能得到提升，而双面磨毛织物的电磁屏蔽性能要优于单面磨毛织物，这与其导电性的变化规律是一致的。说明织物导电性的增强促进了电磁屏蔽性能的提升。

3 结语

本文通过对织物进行磨毛处理并用层层组装的方法制备了GO/PPy电磁屏蔽织物，探究了磨毛对织物电磁屏蔽性能的影响。相比于不磨毛织物，磨毛织物的纤维被抽出，在织物表面形成了大量的毛羽，组装GO和PPy后毛羽大部分由原来的竖直状态变为穿插、缠结的状态并贴附于织物表面，在其他条件都相同的情况下，磨毛织物的导电性和电磁屏蔽性能均优于不磨毛织物，而双面磨毛织物的导电性和电磁屏蔽性能要优于单面磨毛织物。另外，磨毛处理工艺对GO/PPy电磁屏蔽织物性能改善的工作还在进一步开展之中。

[1] 周志付, 姜若婷, 劳国强. 电磁污染及其防护对策[J]. 电力环境保护, 2005(1): 60-62.

[2] 张雪峰, 龚志军, 侯小娟, 等. 电磁污染的危害和防护[J]. 包头钢铁学院学报, 2003(2): 189-192.

[3] Hsiao S T, Ma C C, Liao W H, et al. Lightweight and flexible reduced graphene oxide/water-borne polyurethane composites with high electrical conductivity and excellent electromagnetic interference shielding performance[J]. ACS Appl Mater Interfaces, 2014, 6(13): 10667-78.

[4] Zhi X, Zhang H B, Liao Y F, et al. Electrically conductive polycarbonate/carbon nanotube composites toughened with micron-scale voids[J]. Carbon, 2015(82): 195-204.

[5] Chung D D L. Electromagnetic interference shielding effectiveness of carbon materials[J]. Carbon, 2001, 39(2): 279-285.

[6] 周坤豪, 胡小芳. 碳纳米管填充聚合物基电磁屏蔽复合材料的研究进展[J]. 化工进展, 2012(6): 1258-1262.

[7] 曲兆明, 雷忆三, 王庆国, 等. 高效电磁屏蔽复合材料设计及其屏蔽效能测试[J]. 高电压技术, 2012(9): 2343-2348.

[8] 曾林泉. 纺织品磨毛整理原理及实践(1)[J]. 染整技术, 2011(7): 21-23.

[9] 康芳, 张鹏飞. 织物起毛起球研究现状分析与展望[J]. 上海纺织科技, 2006(12): 5-7.

2016-12-13

国家自然科学基金资助项目(21304016)，中国教育部博士项目基金(20130075120004)；中央大学及东华大学杰出青年教授项目基础研究基金。

李祥鹏(1990-)，男，汉族，硕士研究生，研究方向：电磁屏蔽材料。

马莹(1980-)，女，博士，副教授，硕士生导师。

TS101.92+3

A

1008-5580(2017)01-0021-03