紡織行業(yè)在技術發(fā)展上,作為下游產業(yè),隨著人們日益增長的健康消費需求,紡織產品尤其是服裝、床上用品等直接和皮膚接觸的物品的健康性和環(huán)保性越來越受到重視,石墨烯優(yōu)異的抗靜電、防紫外線功能和遠紅外、吸濕性、抑菌性等方面的特性,可以在生物醫(yī)用紡織材料、抑菌醫(yī)用材料、功能服裝家紡等領域作為新材料。我國是紡織大國,同時石墨烯在紡織領域的應用難度較小,因此石墨烯復合纖維在紡織行業(yè)具有較大的應用價值。石墨烯改性纖維是指利用石墨烯材料的特性對普通纖維進行有效的改性,在保持纖維原有性能的同時,再擁有石墨烯特殊功能的功能性纖維產品。目前石墨烯改性纖維在開發(fā)上有熔融紡絲法、溶液紡絲法、靜電紡絲法等多種方法。石墨烯改性滌綸與普通滌綸比較,其力學性能變化較小,但比電阻大幅降低,有利于提高織物的抗靜電性能。江蘇高性能民用石墨烯復合長絲
目前,關于石墨烯改性纖維材料的研究主要集中在石墨烯改性纖維的制備以及如何改善石墨烯改性纖維的力學性能,將石墨烯納米片層優(yōu)異的電學、熱學和光學性能賦予宏觀石墨烯改性纖維,而關于石墨烯改性纖維可紡性的研究較少。制備得到的石墨烯改性纖維雖然綜合性能優(yōu)異,但是,纖維可紡性較差,限制了石墨烯改性纖維在民用紡織服裝領域的進一步開發(fā)利用。以普通紡絲原液為基體,通過添加石墨烯分散液制備石墨烯改性纖維不僅可以有效解決高純度石墨烯纖維可紡性差的問題,而且石墨烯改性纖維具有優(yōu)異的抑菌性能、防紫外性能和遠紅外性能等,在功能紡織品領域展示出良好的應用前景。針對目前石墨烯改性纖維外觀多為單一黑色的問題,可以開發(fā)雙層或多層織物,由2組及2組以上的經紗分別與2組及2組以上的緯紗進行交織,在組織結構上可以分成表層和里層2個層面或多個層面。利用各層之間的相對性,開發(fā)出色彩豐富,種類多樣,具有特殊紋路效果的提花織物,如表里換層織物、接結雙層織物、空氣袋花紋織物、填芯凹凸紋織物和變層數多層織物等,實現石墨烯紡織品功能性和藝術性的完美結合。蘇州白色多功能石墨烯復合滌綸短纖石墨烯的加入可賦予尼龍產品新的特性,如導電、防紫外線、熱穩(wěn)定性提高等。
石墨烯優(yōu)異的物理化學性能,逐步成為紡織領域的研究熱點,其被應用于功能纖維及智能紡織領域,比如抑菌性纖維織物、遠紅外纖維以及智能服裝等。隨著石墨烯在纖維領域研究的不斷深入,其優(yōu)異的比表面積使快速充電儲能材料的出現成為了可能,其電化學性能將使得多功能智能紡織品的研究得到極大的發(fā)展。而石墨烯制備工藝的不斷完善與簡化,將使石墨烯得到更大面積地推廣與應用。石墨烯改性纖維的制作方式主要是在紡絲過程中加入石墨烯的方式來完成的。通過加入石墨烯,賦予纖維防紫外線、保暖保溫、抑菌防臭等功能。目前用于改性的纖維主要包括聚酯纖維、聚酰胺纖維和纖維素纖維。
石墨烯是目前自然界薄度、強度比較高的材料,強度比鋼材高200倍;同時它又有很好的彈性,拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。作為目前發(fā)現的薄度、強度比較大、導電導熱性能較強的一種新型納米材料,石墨烯被稱為“黑金”,有科學家預言石墨烯極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產業(yè),將“徹底改變21世紀”。石墨烯復合纖維產業(yè)化研究開發(fā)已取得重大突破,在聚酯、錦綸、腈綸、維綸、纖維素纖維、碳纖維上已開始應用。石墨烯纖維制成的纖維具有抑菌、抗熱、抗寒、抗切割、抗紫外線、抗靜電功能,同時還具有遠紅外發(fā)熱、和抗螨蟲的神奇效果。用石墨烯制成的復合纖維可以廣泛應用于服裝、家紡和各種工業(yè)布料,它顛覆了傳統(tǒng)纖維單一功能的局限性,體現出集多種功能于一身的高性能纖維的跨越發(fā)展,極大地改變傳統(tǒng)纖維的性能和用途,實現了從前列到功能,再到智能纖維和紡織品的華麗轉變。石墨烯纖維的開發(fā)和推廣,將迎來一個全新的功能纖維應用新時代。在不斷尋求創(chuàng)新的紡織纖維領域,石墨烯的出現,為其進一步發(fā)展提供了新的動力。
在石墨烯添加量較低時,隨著石墨烯含量的增加,纖維的強度提高。在添加石墨烯粉體質量分數為1.0%、纖維經3.8倍拉伸后,石墨烯改性纖維的斷裂強度為2.8cN/dtex,斷裂伸長率為46.2%。石墨烯粉體的加入提高了纖維整體的取向性,有利于提高纖維抗靜電性能,在纖維高倍拉伸過程中石墨烯的取向度越高。在相同的石墨烯粉體含量條件下,提高石墨烯改性纖維的拉伸倍數,可以有效地提升纖維的抗靜電性能。在添加石墨烯粉體質量分數為1.0%,經3.8倍拉伸后,石墨烯改性纖維的取向因子為0.92,體積比電阻為3.29*107Ω·cm。石墨烯無機粉體具有優(yōu)異的片層二維取向性,因此通過進一步的拉伸,可以提高石墨烯改性纖維的整體取向性。江蘇白色納米石墨烯改性滌綸長絲
石墨烯與傳統(tǒng)紡織纖維材料復合改性的結合方式明顯拓展了石墨烯在紡織領域的應用空間。江蘇高性能民用石墨烯復合長絲
隨著對石墨烯材料在紡織品應用領域研究的深入,新的處理方法也在不斷出現。石墨烯改性纖維主要有石墨烯改性合成纖維和石墨烯改性再生纖維素纖維兩大類。石墨烯改性合成纖維是采用預制母粒工藝,將石墨烯材質均勻分散在聚酰胺、聚酯等聚合物切片中,紡絲拉伸制得。石墨烯改性再生纖維素纖維是將石墨烯材質均勻分散在粘膠、莫代爾等再生纖維素紡絲液中,紡絲拉伸制得。石墨烯與傳統(tǒng)紡織纖維材料復合改性的結合方式明顯拓展了石墨烯在紡織領域的應用空間,石墨烯改性纖維可紡性良好,可與各類纖維混紡或交織,同時保留了石墨烯的低溫遠紅外、抑菌、防靜電等功能,更大面積、更方便地應用于服飾、家紡等領域。江蘇高性能民用石墨烯復合長絲
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