功能性石墨烯纺织品的应用研究yd20610

李金茗,吴穗生,杨梅,王一晴      广东广纺检测计量技术股份有限公司,广东 广州510663

收稿日期:2017-03-15

作者简介:李金茗 1988-),女,山西吕梁人,硕士,主要从事纺织品检测工作。

原载:化纤与纺织技术2016

 

摘要:主要介绍了石墨烯纺织品的发展前景,并对含石墨烯的梭织面料、针织面料的安全性能和功能性指标进行了检测。从检测结果得出,石墨烯纺织品在保暖、抗静电、抗紫外、抗菌、远红外辐射温升方面均能达到标准要求,是当之无愧的功能性纺织品。

关键词:石墨烯;纺织品;功能性

中图分类号:TS106O613.71  文献标志码:B  doi10.3969j.issn.1672-500x.2017.01.003  文章编号:1672-500X(2017)01-0011-05

 

石墨烯被公认为彻底改变21世纪的新材料,因其独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和较高比表面积[1],得到了化学[2]、物理[3]、材料[4]、能源[5]、环境[6]等领域的重要运用。201510月,Markets and Markets发布 《全球石墨烯产品、应用及区域市场:2020年趋势和展望》报告称:到2020年全球石墨烯材料市场预计将达2.78亿美元,20152020年年复合增长率达42.8%[7]

近年来,石墨烯在纺织领域的应用也日益广泛,石墨烯制备高性能纺织纤维及进行纺织品功能性整理成为研究热点。

1  石墨烯纺织品的发展前景

功能纺织品包括导电织物、抗菌织物、导热织物、紫外线防护织物、远红外发射织物、阻燃织物、储电织物等拥有一种或多种性能的功能纺织品[1]。石墨烯纺织品在保暖、防静电、防紫外、抗菌、超强远红外、特殊防护和智能织物等领域有巨大的应用前景,未来将全面改变我们的生活。

央视鸡年春晚特制的石墨烯新材料保暖衣,在哈尔滨会场惊艳表演11 min;导电织物可以应用于特殊行业如抗静电采矿职业服;智能纺织品可应用在医疗保健、高性能运动服、可穿戴的显示器及军用服装设备等方面。科学家们指出,其应用的前景可以说是无穷无尽的。

2016年,杜敏芝等进行了新型石墨烯远红外功能纺织品的研究,石墨烯远红外纺织品集远红外发射、防静电、抗紫外、抗菌和电热等服用性能于一体,具有优异的保暖、保健、理疗的功效,在功能纺织品领域具有广阔的发展和应用前景[8]

石墨烯在纺织领域的研究不断进行中,石墨烯纤维在纺织品上的应用将成为未来功能性纺织品制作的重要材料,我们需要继续进行石墨烯纤维的制备,石墨烯纺织品制作的研究。下面主要介绍石墨烯纤维在梭织面料、针织面料方面的应用。

2  石墨烯纤维在梭织和针织面料上的应用

2.1  石墨烯纤维与普通纤维的结合

石墨烯复合纤维的制备技术在不断研究中,石墨烯聚酯长丝或短纤、石墨烯锦纶长丝或短纤、石墨烯黏纤短纤等产品不断推出,使得石墨烯纤维制作面料成为当下流行。

石墨烯纤维与普通纺织纤维结合可以织造针织和梭织面料,制备石墨烯功能性纺织品。因石墨烯材料具有超强远红外、抗静电、抗菌及抗紫外线等优异性能,把石墨烯涤纶长丝与普通纺织原料有效结合,能使纺织品保持其原有各项基本性能的同时,具有石墨烯某一种或者几种独特性质的纺织产品。在梭织面料上可应用于保暖养肤服饰产品,使时尚与功能相结合成为大众的消费品,如:防寒内外衣服饰、户外抗紫外线服饰,还可应用于防护类防寒服、抗菌服、防静电服和抗紫外线防护服。在针织面料上,可以用作抗菌抑菌、自洁养肤的保暖衣、文胸、内衣、袜子等,达到舒适、轻薄、保暖的效果。石墨烯纤维主要用来做内衣面料,主要是基于石墨烯纤维的抗菌抑菌和保暖性能。

2.2  石墨烯面料的制备工艺及技术

通过石墨烯和其他纺织原料的使用,结合织物的组织结构与机理设计,可以用经面斜纹组织或双面组织,利用织物双面组织和原料的搭配,开发出色彩丰富,种类多样的织物。在满足产品功能需求的基础上更要满足使用者对面料外观、质感及时尚的需求。

石墨烯梭织产品工艺流程图如下:

纱线整经穿综织布染整布出厂服装

石墨烯针织面料织造时,采用德国进口的大圆机,考虑到内衣面料的平整舒适性,织造工艺选用了单面平纹和双面平纹两种工艺。

在织造过程中,石墨烯纤维的可织性很强,后整理工艺如下:洗水定型预缩。由于我们选用的石墨烯纤维是色丝,在后处理过程中不需要再染色。

2.3  石墨烯梭织和针织面料的功能性检测

本次研究织造的石墨烯面料,通过功能性测试,抗菌、抗静电、防紫外、保暖、远红外温升及GB 18401-2010国家安全性能要求的指标,全部能达标而且效果很好。

1 石墨烯含量1%的针织面料物理性能测试报告

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2 石墨烯含量1%的针织面料化学性能测试报告

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3 石墨烯含量1%的针织面料安全性能测试报告

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从表1可以看出,石墨烯针织面料的电荷面密度数据符合标准要求,说明具有很好的抗静电性能,特殊工种需要的抗静电服或者与有静电纤维组合抵消静电作用制作毛衣外套等;紫外线防护系数UPF极佳,T(UVA)0.5,可以被称为防紫线产品,而且防紫外作用非常强,可以考虑户外运动或者出行的防晒衣;从表1、表2和表3可知:石墨烯针织面料的耐摩擦色牢度、耐汗渍色牢度、耐水色牢度、甲醛、pH值、异味、禁用偶氮染料均达到标准要求,可见加入石墨烯纤维织造纺织品是安全可行的。

4 石墨烯含量1%的梭织面料功能性能测试报告

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从表4可以看出,石墨烯含量仅为1%的梭织面料保温性能很好,抗菌效果达到标准要求,远红外辐照温升也符合GB/T 30127-3013的要求,说明此面料具有很好的保温性、抗菌抑菌效果、远红外辐射升温功能。基于保温性、抗菌抑菌性可以制作各种保暖衣、内衣、保暖袜等;基于远红外功能可以用于理疗、保健产品。

综上所述,纺织品在石墨烯含量只有1%的时候,各种功能特性已经明显的表现出来,石墨烯纤维是当之无愧的功能性纤维,制作的面料也是功能性面料,基于其种种优异的功能性,在未来的纺织行业将会有很大的市场。

3 结语

目前,国内外石墨烯的研究非常火爆,但石墨烯在纺织上的产业化生产时代还未到来,石墨烯复合纤维的研究层出不穷,相信经过不懈的努力,石墨烯纤维的生产一定能够产业化,石墨烯纺织品的大批量生产也将很快实现。然而,石墨烯的价格昂贵,纯度较高的石墨烯很难提纯,石墨烯的制备技术需要不断的提升,若成本较低、纯度较高、分散性较好的石墨烯的制备技术能够实现,那么石墨烯纤维的制备问题将得到解决,多功能石墨烯面料的制备及其推广至产业化将不是梦想,一定能够实现。

参考文献:

[1] 胡希丽,田明伟,朱士凤,曲丽君,石墨烯在纺织上的应用研究 [J],成都纺织高等专科学校学报,2016,33(3);12-17,

[2] 赵兵,祁宁.石墨烯和氧化石墨烯在纺织印染中的应用 [J],印染,2014(5);49-52

[3] Xiaowei Yang,Chi Cheng,Yufei Wang,et alLiquid-Mediated Dense Integration of Graphene Materials for Compact Capacitive Energy Storage[J], Science,341(6145);534-537

[4] Chao X,Wang X,Zhu JGraphene/metal particle nano-composites[J],The Journal of Physical Chemistry C,2008,112(50);19841-19845

[5] David Cohen-Tanugi,Jeffrey CGrossmanWater De-salination across Nanoporous Graphene[J], Nano Let-ter,2012,12(7);3602-3608

[6] Ning Li,Qi Zhang,Song Gao,et alThree-dimensional graphene foam as a biocompatible and conductive scaffold for neural stem cells[J],Scientific R eports,2013,1604(3);1-6

[7] 王本力,石墨烯技术突破与市场前景分析 [J],中国工业评论,2016(4);72-80,

[8] 杜敏芝,田明伟,曲丽君,远红外纺织品及新型石墨烯远红外功能纺织品的研究进展 [J],成都纺织高等专科学校学报,2016,33(4);132-137,