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    印染技術
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    21世紀的新材料——石墨烯在紡織領域的應用進展

    發布時間:01-22 18:52   來源:來源  點擊:   發表評論

    21世紀的新材料——石墨烯,是顛覆全球材料科學的一項劃時代的創新。石墨烯具有高強度、高模量、輕質、超薄、柔韌性好等特點,具有優異的透光性、透明度、導電、導熱、儲能、抗菌、防紫外線、防靜電性能,已在當代高科技計算機、信息產業、人工智能、交通運輸、航天航空、國防軍工等領域得到較多的應用。


    由于石墨烯是一種片層的二維納米粒子,不存在類似于高聚物的分子鏈,因此直接制備石墨烯纖維存在一定的難度。目前很多關于石墨烯纖維的制備仍然僅限于實驗室階段,還遠遠不能夠進行實際應用與普及。而氧化石墨烯(GO)由于具有較為豐富的羧基、羥基以及環氧基,使其在溶劑中的分散性更好,因而實際應用中多以GO為主,再經過后期還原得到石墨烯(還原氧化石墨烯,RGO)。充分利用石墨烯的特性和功能,嫁接至紡織纖維和織物上,可擴大其用途,特別在高端紡織品的發展和應用方面潛力較大。


     

    在纖維方面的應用

    隨著納米技術的不斷發展,通過將石墨烯納米粒子引入到聚合物纖維基體中,可以開發石墨烯/聚合物基復合纖維。石墨烯的引入,有利于改善聚合物纖維的強度、耐熱性、耐候性、抗靜電等諸多性能,增強纖維材料整體性能和應用領域。

    以石墨烯為載體復合的纖維有純棉、粘膠等纖維素纖維,滌綸、錦綸、腈綸、氨綸、芳綸、聚乙烯醇、海藻酸鈉、聚丙烯酸等合成纖維。復合方法則有直接浸軋法、噴涂法、復配液法、整理法、交聯改性法等。石墨烯復合纖維可以充分發揮其優異的特性,而且因含量不高,成本較低,同時質量穩定、耐洗耐用。


     

    石墨烯/二氧化錳復合纖維

    (1)山東濟南圣泉集團與黑龍江大學將石墨烯與玉米芯纖維復合加工出一種功能纖維,具有防紫外線、抗菌、抑菌等特性,適合服裝、車輛內裝飾、醫療器材、過濾等用途。


     

    圣泉生物質石墨烯復合纖維及其應用

    (2)韓國電子信息研究所與建國大學用牛血清蛋白納米膠涂抹覆蓋在棉和滌綸混紡紗線上,再用石墨烯涂層材料包裹,可用于檢測空氣中有害物質并作智能過濾器使用。

    (3)青島大學以傳統的粘膠紡絲液為基體制成的石墨烯/粘膠復合纖維,其導電、熱學、抗菌性能均有顯著提高。該單位還制成了石墨烯功能化海藻復合纖維。

    (4)國外報道,將碳納米管和石墨烯片結合嵌入維綸中,獲得了高強度復合纖維,纖維剛性達1000J/g,遠超蜘蛛絲和芳綸1414。

    (5)青島大學以石墨烯為耐日曬老化功能材料,與水溶性聚氨酯共混得到功能性助劑,通過浸漬涂層技術涂覆于錦綸長絲表面,制成復合改性長絲,改善了錦綸的耐日曬性能和導電性能。

    在織物方面的應用

    利用石墨烯化合物對織物改性是石墨烯開發的亮點。采用的方法有融合、接枝、浸潤、沉積、涂覆等,力求充分發揮石墨烯的優異特性,開發新型功能性紡織品,如抗菌、防臭、防紫外線、防靜電、防火、防輻射功能性服裝等;開發產業用紡織品,如導電、過濾、穿戴設備、航天航海用紡織品等。


     

    石墨烯改善運動裝的保暖、抗菌、抗靜電等性能

    (1)開發抗菌純棉織物。將潤濕棉織物浸漬于GO和殼聚糖復配的抗菌整理液中,使其與棉纖維穩固結合,烘干后用保險粉還原,制成有一定抗菌能力的棉織物。此外還有先用交聯劑浸泡織物作濾布,過濾GO水溶液,再和交聯劑固化得到抗菌織物。

    (2)開發電化學性能優良的棉織物。以棉織物為基材、通過浸潤-干燥法和化學沉淀法,將GO和二氧化錳接枝于棉織物表面,制成復合棉織物,再經碳化處理,改善電化學性能。


     

    石墨烯復合纖維在導電織物中的應用

    (3)開發保暖性好可作穿戴設備傳感器的織物。與以上相似,通過浸潤涂法和原位化學沉積法將GO接枝到棉織物,再經碳化處理使其具有良好的電熱和應力傳感性能,適應制作加熱保溫、輕質薄型時尚服裝和可穿戴設備的傳感器等用途。


     

    石墨烯復合材料在智能裙裝上的應用(CuteCircuit利用其導電性,通過穿著者的心跳可以控制LED燈的開和關)

    (4)開發石墨烯導熱織物和防紫外線織物。把石墨烯納米片分散于樹脂溶液中整理,即可在一定程度上提高織物的導熱系數。通過優化石墨烯與聚氨酯水溶性復配液配比即可將棉織物改性成防紫外線織物。

    (5)開發石墨烯阻燃織物。對氧化石墨烯進行氨基化改性處理絲織物可制成阻燃織物。


     



     

    2017慕尼黑ISPO上,Directa Plus與Colmar聯合推出石墨烯增強功能運動裝系列

    (6)此外,石墨烯材料高強度、高模量、抗靜電、低密度(輕質量)、耐壓力等優異特性,必將在紡機及配件領域獲得有益的啟示,如在羅拉、搖架、鋼絲圈、膠輥、膠圈、劍桿,以及在集聚紡、渦流紡等方面有所應用和發展。

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