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技術文章--石墨烯加熱紡織品的優點

石墨烯加熱紡織品的優點

2019-04-30 16:39:44   

    石墨烯是從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功從石墨中分離出石墨烯,證實它可以單獨存在。石墨烯是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料,被稱為“新材料之王”。作為具優異性能和獨特結構的新型碳材料—石墨烯在眾多科學領域的被廣泛關注和應用。近幾年,石墨烯在紡織領域得到較為廣泛的應用,逐漸成為紡織纖維領域的研究熱點,特別是功能性紡織品的研究中也得到了諸多應用。

    近年來,隨著對石墨烯不斷的深入研究,石墨烯在紡織領域也獲得到了廣泛的研究應用,特別是在功能紡織品研究方面展現出勃勃生機,其導熱性、抗菌性、導電性、遠紅外性能、防紫外性能及電磁屏蔽性能得到廣泛認可,各種功能性紡織品也不斷涌現在消費者面前。


2.1 導熱性能

    石墨烯具有極高導熱系,近年來被提倡用于散熱等方面,單層石墨烯的導熱系數可達5300W/mK,甚至有研究表明其導熱系數高達6600W/mK。與純石墨烯相比,氧石墨烯的導熱導率相對較低(0.14~2.87W/mK),其導熱系數與氧化石墨被氧化程度密切相關。ABBAS等人采用石墨烯的樹脂溶分散液作為整理劑,對織物進行整理,結果表明,石墨烯/樹脂溶液對織物傳熱性能較碳納米管/納米氮化硼樹脂溶液有改善的明顯,能夠大幅度提高織物的導熱系數。


2.2 抗菌性

    石墨烯、氧化石墨烯具有優異的抗菌性能,以其作為整理劑對面積進行整理,即可得到抗菌織物。石墨烯基本沒有細胞毒性,相對于傳統的抗菌整理劑,因此石墨烯更適合與人體皮膚直接接觸。但是,由于石墨烯和氧化石墨烯獨特的結構,與紡織品之間缺乏親和力,因此很難通過傳統方法將石墨烯及其氧化物處理到紡織品上。氧化石墨烯抗菌棉織物目前的制備方法主要有輻射引發交聯、直接吸附、化學交聯三種不同的方法,通過這三種方法制備的氧化石墨烯抗菌織物的抗菌率均大于98%,并且具有較高耐水洗性。


2.3 導電性

    石墨烯結構非常穩定,迄今為止,研究者仍未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況。石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌,當施加外部機械力時,碳原子面就彎曲變形,從而使碳原子不必重新排列來適應外力,也就保持了結構穩定。這種穩定的晶格結構使碳原子具有優秀的導電性。石墨烯的這種優良的導電性能應用到紡織品上得到優異的抗靜電或者導電織物。例如將滌綸織物浸泡于氧化石墨烯的溶液中,經還原后得到的改性滌綸織物的導電性能明顯改善,并且其各項電化學性能較未整理的滌綸織物有很大的改善。


2.4 遠紅外性能

    石墨烯加熱產品是基于生物質石墨烯平臺開發的一種新型功能合成纖維材料,是由生物質石墨烯均勻分散于滌綸空白切片中進行共混紡絲而成的系列石墨烯復合多功能內暖絨。該成果既利用了可再生的低成本生物質資源,又將石墨烯的功能拓展到纖維中,獲得了高性能、高附加值的新型紡織產品。經國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心檢測,該項目研制的加熱膜常溫下遠紅外發射率92%,其發射的4~14μm波段遠紅外波與人體組織中水分子振動波長相同,從而可引起共振產生熱量,進而深入皮下組織,激發人體組織細胞的活力。以此作為填充材料應用于棉被、睡袋、羽絨服、枕頭、靠墊、披肩等紡織品,具有輕薄、手感細膩、柔軟、保溫好、質輕等優點。


2.5 防紫外線性能

    石墨烯對棉織物的防紫外線性能研究。采用復配液整理法(石墨烯/聚氨酯水溶性復配液)對棉織物進行改性整理,采用水溶性聚氨酯為黏合劑,通過傳統的軋-烘-焙工藝,對棉織物表面進行改性整理。利用氧化石墨烯和殼聚糖分子間靜電作用力采用,通過層層自組裝工藝對棉織物進行表面改性處理。通過這兩種方法得到的石墨烯改性棉織物展現出了優異的防紫外線性能,經檢測,其紫外線防護系數UPF值均達到國家標準要求。


2.6 電磁屏蔽性能

    石墨烯改性織物的電磁屏蔽性能也逐漸成為紡織領域的研究熱點。改進了Hummers方法制備氧化石墨烯的工藝,并采用浸蘸式層層組裝整理工藝直接在棉織物表面制備氧化石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化銨鹽酸鹽(GO/PDDA)多層整理膜,經測試,隨著GO/PDDA多層膜沉積層數的增加,棉織物電磁屏蔽性能也不斷提升。當GO/PDDA多層膜自組裝層數達到15時,改性棉織物的電磁屏蔽效能達到3.16dB,試驗結果表明,經石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化銨鹽酸鹽改性處理的棉織物能夠屏蔽52%的電磁波。


 

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