石墨烯在功能纖維與織物領(lǐng)域的應(yīng)用

石墨烯在功能纖維與織物領(lǐng)域的應(yīng)用

石墨烯是一種由碳原子組成的碳。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、防紫外和抗菌等功能，以纖維或紗線為基體，與石墨烯結(jié)合可制得多種不同功能的復(fù)合材料；為提高功能紡織品的生產(chǎn)效率，也會利用石墨烯作為整理劑，對織物直接進行功能改性。本文介紹了目前國內(nèi)常用的石墨烯改性方法，根據(jù)產(chǎn)品種類不同，可分為改性纖維、紗線和織物，針對不同功能和方法進行分析總結(jié)，有助于未來的進一步研究。1石墨烯改性纖維1.1棉纖維的吸附能力為解決海洋中的石油污染問題，徐斌等石墨烯改性棉纖維在吸附領(lǐng)域具有良好的市場前景，棉纖維來源廣、價格低廉，進一步降低了生產(chǎn)成本，但與已有研究相比，吸附能力仍有一定的差距，如羅磊等1.2石墨烯的制備柳守婷通過直接喂養(yǎng)和血管注射的方法對蠶絲進行改性，效果較好，整理過程綠色環(huán)保，但直接喂養(yǎng)法工藝更加簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)，實際運用中也面臨著一些問題，如石墨烯的成本較高、直接喂養(yǎng)法對于石墨烯的利用率較低、未精確界定最適宜的石墨烯喂養(yǎng)量等，都是未來需要解決的問題。1.3提高改性材料的水洗牢度王雙成等將石墨烯以熔融共混的方式引入到滌綸纖維中，解決了石墨烯改性后功能耐久性的問題，提高了改性材料的水洗牢度?？蛇M一步簡化工藝流程，制備不同種類的改性滌綸纖維，提高生產(chǎn)效率，并將此類方法推廣到其它化學(xué)纖維的生產(chǎn)過程中去。1.4石墨烯熔融紡絲孫凱凱等錦綸纖維具有優(yōu)異的力學(xué)性能，通過石墨烯涂層助劑可以提高錦綸纖維表面的耐日曬老化能力，利用石墨烯進行熔融紡絲可以增強其力學(xué)性能。未來生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品種類不同而選擇不同工藝，從而進一步節(jié)省生產(chǎn)成本，與此同時，需不斷提高功能的穩(wěn)定性和多樣性，以滿足使用需求。1.5功能特性的比較苑亞楠等氨綸纖維由于具有較好的彈性，常用于各類服裝產(chǎn)品中，石墨烯的引入，賦予了氨綸纖維一些新的功能特性，然而一些新功能特性不明顯，如遠紅外功能雖高于國家標準，但與同類產(chǎn)品相比，遠紅外發(fā)射率和輻照溫升仍存在差距。提升性能優(yōu)勢，研發(fā)多功能氨綸纖維，簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本，是解決該問題的有效途徑之一。2石墨烯改性線2.1石墨烯改性紗線杜敏芝等由于石墨烯具有良好的吸光性能，除可用于增強水蒸發(fā)外，未來還可用于光催化領(lǐng)域，利用石墨烯改性紗線，進一步提高織物整體的自清潔能力；另一方面，氧化石墨烯表面附有豐富的含氧官能團，具有較好的吸附能力，可與不同紗線結(jié)合制得吸附材料。進一步提高吸附量和重復(fù)利用率，擴大使用范圍，是下一步需要解決的問題。2.2石墨烯改性紗線的力學(xué)性能石煜等石墨烯本身具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可用來對纖維進行力學(xué)增強，但目前生產(chǎn)所面臨的問題集中在石墨烯成本過高，改性后的纖維呈黑色以及難以染色等問題，如何降低石墨烯的生產(chǎn)成本、進一步提升改性紗線的力學(xué)性能、解決染色困難等是我們亟待解決的問題。2.3導(dǎo)電材料的開發(fā)蔣連意等智能紡織品是未來發(fā)展的一大趨勢，其關(guān)鍵在于研發(fā)出導(dǎo)電性能優(yōu)異的紗線，石墨烯電學(xué)性能優(yōu)異，被廣泛用于改性，來制成導(dǎo)電紗線和電極材料。未來需進一步提升石墨烯與紗線的結(jié)合牢度，并引入一些新的物質(zhì)如納米銀等來進一步提升紗線的導(dǎo)電能力；在電極材料領(lǐng)域，由于石墨烯所提供的雙電層電容性能有限，改性紗線過程中需引入其它物質(zhì)如聚吡咯等形成贗電容結(jié)構(gòu)，以提升電容性能，除此之外，電極材料的充放電使用壽命也是未來重點突破的方向之一。3石墨烯改性織物3.1表面改性方法涂層法是借助黏合劑、烘焙、紫外光等固化技術(shù)，使石墨烯、氧化石墨烯或還原氧化石墨烯能夠穩(wěn)定地附著在織物表面，從而達到織物改性的一種方法。李婉迪涂層法工藝簡單，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。在未來改進過程中，需要進一步提升涂層織物的透氣率，并考慮石墨烯與其它材料結(jié)合，形成不同功能涂層；在涂層固化方面，需要開發(fā)一種綠色、高效的固化方法，在提高生產(chǎn)效率的同時，還能進一步改善涂層織物的耐水洗能力及功能持久性。3.2多層結(jié)晶整理層層自組裝法是利用高分子聚合物，在固/液界面通過靜電、氫鍵、共價鍵、配位鍵等作用，在基體表面層層締結(jié)，交替沉積形成多層膜的一種技術(shù)。王喚霞等層層自組裝法在抗靜電、抗紫外線和電磁屏蔽等功能整理過程中效果較好，但其工序循環(huán)次數(shù)多，自組裝時間較長，嚴重影響了生產(chǎn)效率?？s短工藝流程、減少自組裝時間，是將層層自組裝法推向市場應(yīng)用的前提。3.3原證書返回原位還原法是指將負載于織物表面的氧化石墨烯(GO)還原為還原氧化石墨烯(rGO)的一種方法，常見的有化學(xué)還原和紫外光還原。3.3.1化學(xué)還原王義等3.3.2紫外光還原法凡力華等原位還原法工序復(fù)雜，在使用化學(xué)還原法時，易損傷織物，污染環(huán)境，紫外光還原法則顯得更加環(huán)保，但還原時間較長，效果不如化學(xué)還原，如何提高紫外光還原的使用效果，進一步減少能耗和反應(yīng)時間，是未來研究需要解決的問題。3.4織物改性的物理方法復(fù)配液法是指利用兩種或兩種以上不同的組分構(gòu)成整理液，再利用化學(xué)或物理方法使這些組分能夠附著在紡織品上，從而達到織物改性的目的。胡雪敏等復(fù)配液整理法能取得較好的整理效果，工藝流程簡單。未來應(yīng)針對不同功能紡織品，開發(fā)出多種類復(fù)配液，進一步提高生產(chǎn)效率和功能的穩(wěn)定性。3.5鍍層的制備方法電化學(xué)沉積法是指利用外電場的作用，使電流在電解質(zhì)中發(fā)生遷移，并在電極上發(fā)生得失電子的氧化還原反應(yīng)，從而達到鍍層效果的一種改性方法。孫榮欣等隨著智能紡織品的快速發(fā)展，電極材料的研發(fā)顯得尤為重要，電化學(xué)沉積法是一種有效的制造方法，如何實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)、減少反應(yīng)時間、保障生產(chǎn)安全等，是電化學(xué)沉積法投入實際生產(chǎn)的必然要求。3.6粒子沉積成材料電泳沉積法是指在穩(wěn)定的懸浮液中通過直流電場的作用，使膠體粒子沉積成材料的一種方法。趙洪濤等電泳沉積法整理效果好，工藝簡單，綠色環(huán)保。未來需繼續(xù)開發(fā)，以運用到其它紡織品上去，并進一步提升改性織物的耐水洗能力，將會有廣闊的市場前景。4石墨烯改性紡織品的制備方法石墨烯作為21世紀最具影響力的納米材料，擁有一系列優(yōu)異的功能特性。目前中國對于石墨烯改性紡織品的研發(fā)還處于起步階段，本文重點介紹了目前國