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技术文章--石墨烯加热纺织品的优点

石墨烯加热纺织品的优点

2019-04-30 16:39:44   

    石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年,英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,成功从石墨中分离出石墨烯,证实它可以单独存在。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,被称为“新材料之王”。作为具优异性能和独特结构的新型碳材料—石墨烯在众多科学领域的被广泛关注和应用。近几年,石墨烯在纺织领域得到较为广泛的应用,逐渐成为纺织纤维领域的研究热点,特别是功能性纺织品的研究中也得到了诸多应用。

    近年来,随着对石墨烯不断的深入研究,石墨烯在纺织领域也获得到了广泛的研究应用,特别是在功能纺织品研究方面展现出勃勃生机,其导热性、抗菌性、导电性、远红外性能、防紫外性能及电磁屏蔽性能得到广泛认可,各种功能性纺织品也不断涌现在消费者面前。


2.1 导热性能

    石墨烯具有极高导热系,近年来被提倡用于散热等方面,单层石墨烯的导热系数可达5300W/mK,甚至有研究表明其导热系数高达6600W/mK。与纯石墨烯相比,氧石墨烯的导热导率相对较低(0.14~2.87W/mK),其导热系数与氧化石墨被氧化程度密切相关。ABBAS等人采用石墨烯的树脂溶分散液作为整理剂,对织物进行整理,结果表明,石墨烯/树脂溶液对织物传热性能较碳纳米管/纳米氮化硼树脂溶液有改善的明显,能够大幅度提高织物的导热系数。


2.2 抗菌性

    石墨烯、氧化石墨烯具有优异的抗菌性能,以其作为整理剂对面积进行整理,即可得到抗菌织物。石墨烯基本没有细胞毒性,相对于传统的抗菌整理剂,因此石墨烯更适合与人体皮肤直接接触。但是,由于石墨烯和氧化石墨烯独特的结构,与纺织品之间缺乏亲和力,因此很难通过传统方法将石墨烯及其氧化物处理到纺织品上。氧化石墨烯抗菌棉织物目前的制备方法主要有辐射引发交联、直接吸附、化学交联三种不同的方法,通过这三种方法制备的氧化石墨烯抗菌织物的抗菌率均大于98%,并且具有较高耐水洗性。


2.3 导电性

    石墨烯结构非常稳定,迄今为止,研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧,当施加外部机械力时,碳原子面就弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力,也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯的这种优良的导电性能应用到纺织品上得到优异的抗静电或者导电织物。例如将涤纶织物浸泡于氧化石墨烯的溶液中,经还原后得到的改性涤纶织物的导电性能明显改善,并且其各项电化学性能较未整理的涤纶织物有很大的改善。


2.4 远红外性能

    石墨烯加热产品是基于生物质石墨烯平台开发的一种新型功能合成纤维材料,是由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝而成的系列石墨烯复合多功能内暖绒。该成果既利用了可再生的低成本生物质资源,又将石墨烯的功能拓展到纤维中,获得了高性能、高附加值的新型纺织产品。经国家红外及工业电热产品质量监督检验中心检测,该项目研制的加热膜常温下远红外发射率92%,其发射的4~14μm波段远红外波与人体组织中水分子振动波长相同,从而可引起共振产生热量,进而深入皮下组织,激发人体组织细胞的活力。以此作为填充材料应用于棉被、睡袋、羽绒服、枕头、靠垫、披肩等纺织品,具有轻薄、手感细腻、柔软、保温好、质轻等优点。


2.5 防紫外线性能

    石墨烯对棉织物的防紫外线性能研究。采用复配液整理法(石墨烯/聚氨酯水溶性复配液)对棉织物进行改性整理,采用水溶性聚氨酯为黏合剂,通过传统的轧-烘-焙工艺,对棉织物表面进行改性整理。利用氧化石墨烯和壳聚糖分子间静电作用力采用,通过层层自组装工艺对棉织物进行表面改性处理。通过这两种方法得到的石墨烯改性棉织物展现出了优异的防紫外线性能,经检测,其紫外线防护系数UPF值均达到国家标准要求。


2.6 电磁屏蔽性能

    石墨烯改性织物的电磁屏蔽性能也逐渐成为纺织领域的研究热点。改进了Hummers方法制备氧化石墨烯的工艺,并采用浸蘸式层层组装整理工艺直接在棉织物表面制备氧化石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化铵盐酸盐(GO/PDDA)多层整理膜,经测试,随着GO/PDDA多层膜沉积层数的增加,棉织物电磁屏蔽性能也不断提升。当GO/PDDA多层膜自组装层数达到15时,改性棉织物的电磁屏蔽效能达到3.16dB,试验结果表明,经石墨烯/聚二甲基二烯丙基氯化铵盐酸盐改性处理的棉织物能够屏蔽52%的电磁波。


 

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