[0001] 本发明属于新材料技术领域，尤其涉及一种具有负泊松比效应的电磁屏蔽功能弹性纱线。

[0002] 自21世纪初以来，超材料已经逐渐发展成为新材料技术的一个重要分支。超材料是设计材料的内部结构，从而人为控制材料的各种属性以获得自然界没有的新材料。负泊松比(Negative Poisson's Ratio)材料是一种新型超材料，具体表现为在受到单轴压缩(拉伸)时在横向发生收缩(膨胀)变形。由于其独特的变形行为，负泊松比材料已被证实具有高比强度、高能量吸收率等性质，在航空航天、医疗卫生、日化用品等领域具有广阔的应用前景。

[0003] 机械超材料是一种具有违反直觉力学性质的人造结构，其特殊的性能不是取决于材料本身的属性，而是源于对其单元结构进行创新设计。目前大多数负泊松比材料具有内凹多孔、旋转或剪纸等拓扑结构、多胞元结构等，其在单轴拉伸下能产生侧向膨胀。相关材料大多通过3D打印等高昂的制作方法制造，在航空航天领域已崭露头角，但因造价和工期等原因很难进行大规模应用。

[0004] 电磁屏蔽材料是一种能屏蔽电磁波干扰的材料，主要包括三大类：1)金属类，如铍铜、不锈钢等；2)填充类，在不导电的基材中添加一定比例的导电填料从而使得材料导电；3)表面敷层和导电涂料类，对基材进行电镀，常用的制备方法包括化学镀金、真空喷镀、溅射、金属熔射以及贴金属箔等。电磁屏蔽材料作为电磁屏蔽技术的重要手段，能够对电子信息设备起到防护作用。随着电子信息设备的快速发展，对电磁屏蔽材料的可拉伸性等特性的要求也不断提高，如设备表面大量的气动曲面结构和部件之间的缝隙，使电磁屏蔽材料要有一定的曲面适应性和拉伸特性。

[0005] 目前有技术人员做了一些研究。如中国专利CN202110738531.0将电磁性芯层与外包编织层通过编织工艺编织成夹心复合屏蔽绳。电磁性芯层通过原位聚合聚吡咯和喷涂纳米Fe3O4磁性粒子，实现电磁性；外包编织层选用镀银尼龙合股纱线，具有良好的导电性和耐磨性，但使用金属基屏蔽材料具有密度大、易腐蚀等缺点。中国专利CN202210202936.7将开孔泡沫浸入到导电填料分散液中，对该复合材料进行压缩并高温保温，冷却后得到所述的导电拉胀开孔泡沫复合材料。该发明将拉胀结构引入到电磁屏蔽材料中，制备得到的导电拉胀开孔泡沫复合材料质轻、拉伸膨胀性稳定、不但实现了在拉伸作用下保持电磁屏蔽效能稳定，还提高了其对电磁波的吸收能力，因为其构成方式采用拉胀开孔泡沫复合材料，无法改变其结构，适应不同环境，限制了其使用范围。中国专利CN201910061159.7采用不锈钢以短纤状态与涤纶短纤混纺而成，将不锈钢长丝束与涤纶生条共同以上下结构喂入并条机，喂入时不锈钢长丝束位于涤纶生条的上方且经并条机的后罗拉对的按压后嵌入在涤纶生条内，实现两种纤维的均匀混合，而后依次经粗纱、细纱得到所需的电磁屏蔽纱线，制备的导电材料在拉伸过程中普遍存在电导率下降进而导致电磁屏蔽效能下降的问题。因此提出本发明。

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0031] 本发明涉及的方案如下：

[0032] 一种具有负泊松比效应的电磁屏蔽功能弹性纱线的制备方法，将高模量纤维与低模量纤维混纺，通过喷气式纺纱螺旋缠绕抱合的方式将纤维合为一体，在纤维扭转和卷曲变形时进行热定型，将其在蓬松状态固定下来。具体如下：

[0033] 步骤一，利用主纱工位将主纱从主纱卷装中抽出、引导、变形并且牵拉，辅纱工位具有用于提供辅纱的辅纱卷装，利用引导单元将纱线送出。

[0034] 步骤二，将高模量纤维引入于第一喷嘴，低模量纤维引入第二喷嘴，其中第一喷嘴输出速度为8～20m/min，压力为100～500kPa，第二喷嘴输出速度为10～25m/min，第二喷嘴压力为200～600kPa(低模量纤维半径：高模量纤维>2)。在低模量纤维表面涂覆导电粒子溶液，随后将高模量纤维螺旋缠绕抱合在低模量纤维表面，照预设时间规律周期性的改变螺距以正螺旋或者反螺旋抱合，在经过假捻盘将纱端两端握持，中间假捻，增加纤维间抱合力。

[0035] 步骤三，把制得的复合纤维在扭转和卷曲变形时经过热辊进行热定型，热辊进行热定型时温度为80～150℃，牵伸时间为30‑240s，牵伸倍数为2～10倍，进而获得弹力较好的弹力丝。

[0036] 实施例1

[0037] 利用主纱工位将主纱从主纱卷装中抽出、引导、变形并且牵拉，辅纱工位具有用于提供辅纱的辅纱卷装，利用引导单元将纱线送出，将超高分子量聚乙烯纤维(分子量150万‑350万，下同)引入于第一喷嘴，输出速度为15m/min，第一喷嘴压力为254kPa。将聚酰胺纤维引入第二喷嘴，输出速度为16m/min，第二喷嘴压力为600kPa，将超高分子量聚乙烯螺旋缠绕抱合在脂肪族聚酰胺纤维表面，抱合前在聚酰胺纤维表面涂覆20wt％MXene溶液，分散剂为PVP。抱合纱线在经过假捻盘将纱端两端握持，中间假捻，增加纤维间抱合力。最后采取多级热压牵伸方式，达到高强、高模的特性，热压温度为100℃，控制前后牵伸辊：第一牵伸辊、第二牵伸辊和第三牵伸辊的速度比例为1：3:6，随着拉伸，大分子间由无序状向有序状，定向排列。

[0038] 实施例2

[0039] 利用主纱工位将主纱从主纱卷装中抽出、引导、变形并且牵拉，辅纱工位具有用于提供辅纱的辅纱卷装，利用引导单元将纱线送出，将超高分子量聚乙烯纤维引入于第一喷嘴，输出速度为20m/min，第一喷嘴压力为450kPa。将聚酰胺纤维引入第二喷嘴，输出速度为25m/min，第二喷嘴压力为450kPa，将超高分子量聚乙烯螺旋缠绕抱合在聚酰胺纤维表面，抱合前在聚酰胺纤维表面涂覆20wt％炭黑溶液，分散剂为PVP。抱合纱线在经过假捻盘将纱端两端握持，中间假捻，增加纤维间抱合力。在经过采取多级热压牵伸后，能达到高强、高模的特性，热压温度为120℃，控制前后牵伸辊速度比例为1：3：5。随着拉伸，大分子间由无序状向有序状，定向排列。

[0040] 实施例3

[0041] 利用主纱工位将主纱从主纱卷装中抽出、引导、变形并且牵拉，辅纱工位具有用于提供辅纱的辅纱卷装，利用引导单元将纱线送出，将超高分子量聚乙烯纤维引入于第一喷嘴，输出速度为18m/min，第一喷嘴压力为250kPa。将聚酰胺纤维引入第二喷嘴，输出速度为12m/min，第二喷嘴压力为500kPa，将超高分子量聚乙烯螺旋缠绕抱合在聚酰胺纤维表面，抱合前在聚酰胺纤维表面涂覆20wt％碳纳米管溶液，分散剂为PVP。抱合纱线在经过假捻盘将纱端两端握持，中间假捻，增加纤维间抱合力。在经过采取多级热压牵伸后，能达到高强、高模的特性，热压温度为80℃，控制前后牵伸辊速度比例为1：7:9。随着拉伸，大分子间由无序状向有序状，定向排列。

[0042] 实施例4

[0043] 将超高分子量聚乙烯纤维替换为镀镍碳纤维，其余同实施例3。

[0044] 实施例5

[0045] 将超高分子量聚乙烯纤维替换为氧化铝纤维，其余同实施例3。

[0046] 对比例1

[0047] 未进行假捻加弹，其余同实施例3。

[0048] 对比例2

[0049] 将超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺纤维分别送入加弹机进行加弹，并在聚酰胺纤维表面涂覆20wt％碳纳米管溶液，随后将加弹后的超高分子量聚乙烯纤维和聚酰胺纤维假捻，后进行多级热压牵伸，其余同实施例3。

[0050] 测试例

[0051] 为验证本发明所得的技术效果，分别对实施例1‑5、对比例1‑2所得复合纤维进行测试，具体结果如表1所示：

[0052] 利用新拓三维XTDIC系统可对纤维材料强力伸长试验过程进行全场测量，测试弹性模量。采用微波网络矢量分析仪进行电磁屏蔽性能测试，测试频率范围(2‑18GHz)。纱线在拉伸张力作用下发生结构反转导致纱线的直径由(2*d0+D0)向(2*D0+d0)变化，测试负泊松比系数。

[0053] 表1各实施例与对比例的性能测试表

[0054]

[0055]

[0056] 本发明中，相对于传统的负泊松比螺旋纱线，缩小了结构的尺寸，负泊松比材料更加接近材料本身的性质，将自由形状的表面包围起来包芯纱内部并不加捻，从工艺上来说没有模量的影响，较容易发生位置和状态的互换，实现结构相的快速可逆转变。对比例1中直接将两种纱线螺旋缠绕抱合，由于两种纱线模量差异大难混合做纱线，在拉伸过程中纱线并未发生位置和状态的互换，纱线中出现分离，不具有负泊松比效应，自然也无法实现电磁屏蔽的功能。对比例2中先将高模量纤维和低模量纤维加弹，再进行假捻，在假捻过程后，两种长丝均具有一定的弯曲结构，在拉伸过程中，并未发生位置的改变，因此负泊松比和电磁屏蔽效果较差。

[0057] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。