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        石墨烯在紡織面料中的應用

        發布日期:2021-12-28 作者: 點擊:

        摘要:石墨烯功能面料賦予紡織品優良的性能,本文簡介了石墨烯功能面料的市場及其應用前景,簡述了目前石墨烯需要解決的問題。主要對石墨烯面料的抗菌性、保暖性、防靜電性、抗紫外線、遠紅外輻射升溫等性能進行了介紹并與傳統紡織品進行了對比,突出石墨烯面料的特殊性能。今后,石墨烯紡織品將打破傳統紡織品市場同質化現象,成為高端紡織品的引領者。

        1.什么是石墨烯

        石墨烯(Graphene)是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料 。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景,被認為是一種未來革命性的材料。 

        2.石墨烯功能面料的市場及應用前景

          利用石墨烯研制功能性面料已成為研究的熱點,但目前市面上的石墨烯紡織品仍然較少。這種現象的原因主要是兩個方面:首先,作為新材料的石墨烯,它的價格比較昂貴,導致生產成本較其他材料高,此外石墨烯生產方法也不是一般工廠能夠生產的;其次,一般企業認為石墨烯過于高端,對于普通群眾來說望之莫及。就目前而言,石墨烯通過種種方法與各類織物結合,這種石墨烯面料比傳統布料更加舒適且性能優異。目前無論是從國內外的市場前景分析,石墨烯功能面料在抗菌、遠紅外輻射升溫、防紫外等方面應用廣闊,并且石墨烯本身無毒無害,符合綠色發展理念。不同類型的紡織品可以利用石墨烯的不同的功能性質,這樣就可以拓展石墨烯功能面料在紡織領域的應用范圍。越來越多的石墨烯紡織品將陸續出現在市場上,并逐步被人們接受。石墨烯功能面料會引領高端紡織新材料發展應用趨勢。

        3.石墨烯在紡織品中的應用性能

        3.1石墨烯面料抗菌性

        隨著人們生活水平的提高,現代人的健康理念也相應提高,隔絕細菌和真菌的侵擾,抗菌類紡織品應運而生。

        傳統的紡織品在日常穿著中會因皮屑、汗漬等微環境而滋生微生物,嚴重會造成疾病的傳播,因此紡織領域中抗菌材料必不可少。而現在市場上無機系抗菌劑因抗菌性及持效性良好、無毒無污染等特點被廣泛應用于抗菌面料中。石墨烯的發現拓寬了抗菌劑的新領域。研究表明石墨烯及其衍生物抗菌性和生物相容性優異,抗菌活性物質體也可在其表面附著。

        目前,在眾多石墨烯衍生物中氧化石墨烯是研究應用Z多的抗菌抗病毒材料。其在抗菌領域不會引起抗藥性,對環境也不會造成污染。石墨烯、氧化石墨烯具有優異的抗菌性能,細胞毒性為0級,可與皮膚直接接觸。

        目前石墨烯抑菌特性可以應用到襪子、內衣褲、床上用品等與人體密切接觸一系列紡織產品,雖然國內石墨烯抗菌市場不夠成熟,但是石墨烯抗菌應用的市場潛力和消費者接受度巨大。對比市場上其他的抑菌纖維紡織應用,石墨烯纖維是有極大的優勢。

        3.2石墨烯面料的保暖性

        石墨烯面料的保暖效果其實利用的是石墨烯遠紅升溫。紅外線是位于可見光和微波之間的電磁波,0.76微米~1000微米波長區域的電磁波叫紅外線。其中,波長2.5為你~1000為你的電磁波被稱為遠紅外線,其可提供微弱能量供人體細胞運作利用。

        遠紅外線由波長較長,能量相對較低,使用時較少燙傷危害,所以人們更喜歡研究和利用。外紅外線具有“改善微循環系統”、“促進新陳代謝”等作用,深受人們的青睞。研究發現石墨烯能吸收和輻射高達40%的紅外線,在同等光源的照射下該面料可以迅速升高溫度,此外還具有遠紅外發射低溫敏感性,在低溫情況下可發射紅外波,對人體產生強大的遠紅外功能。

        石墨烯面料的保暖性在保暖內衣的應用上比較廣泛。因為石墨烯材料主動產熱式保暖較普通材料消極保暖,效果更加明顯。且石墨烯材料應用于女性保暖內衣具有日常保暖和健康理療的雙重功效,是保暖材料中的Z佳選擇。

        3.3石墨烯面料的抗靜電性

        靜電是一種普通的物理現象,在日常生活中廣泛存在。然而,靜電的作用力、放電和感應現象引起了十分嚴重的危害,給人們生活帶來負面影響。

        靜電對人體的危害可能引起心率異常、心臟早搏、聚集灰塵中的細菌影響人體健康,產生皮膚病,持續靜電會產生心情煩躁不安、頭暈胸悶和喉鼻不適等。為了讓人們生活更加健康,研發靜電材料很重要。

        在紡織領域,大部分化纖具有高比電阻、高絕緣性。當空氣干燥的時候,化纖織物在穿著或使用過程中因摩擦產生靜電,會吸附灰塵、毛發等輕質物,也會降低服飾穿著的舒適度。石墨烯電學性能優異,其在防靜電領域得到了廣泛的應用與研究。

        石墨烯覆蓋在織物表面,織物的靜電現象得以改善。根據杜敏芝等研究用納米石墨烯和水溶性聚氨酯復合混配得到均勻穩定的防靜電功能整理劑后,采用軋——烘——焙工藝整理滌棉織物,獲得的織物具有良好的防靜電功能,其透氣性,機械強力,織物防靜電持久性能的測試都是適合商用紡織品服裝的標準。一些特殊場合需要靜電防護的,也可以用石墨烯防靜面料制成相應防護服。

        3.4石墨烯面料抗紫外線

        紫外線是陽光中波長為400~10納米的光線,可以分為UVA、UVB、UVC、EUV4種。其中UVA的致癌性Z強,曬紅及曬傷作用是UVB的1000倍。UVC則一般會被臭氧層阻隔。紫外線照射會讓皮膚產生大量自由基,導致細胞膜的過氧化反應,使黑色素細胞產生更多的黑色素,并往上分布到表皮角質層、造成黑色斑點的Z大元兇。雖然紫外線照射人體時,能促進人體合成維生素D, 以防止患佝僂病,還具有殺菌作用,但過強的紫外線會傷害人體,應注意防護。

        常規棉織物對紫外線的防護能力較差,太陽光的紫外輻射會導致織物老化,機械強度降低,而且對人體其不到防護作用。石墨烯面料具有抗紫外性能,降低織物老化性,抵抗較強的紫外線,對人體進行保護。

        3.5其他性能

           電磁屏蔽性。通訊技術飛速發展的同時,也帶來了磁污染。強電磁輻射不僅對人類身體健康和安全生產產生影響,而且給軍事、民用設施帶來不可小闕的問題。氧化石墨烯與輕質的棉織物結合,制出來的織物屏蔽性能高。石墨烯制備具有電磁屏蔽性能的織物,可以滿足商用級應用。

           隔熱、阻燃性。傳統紡織品的阻燃性能很差,容易點燃,放出濃煙。滌棉織物經功能改性后,氧化石墨烯和磷酸酯類阻燃劑在表面形成了均勻的膜狀物質,賦予了滌棉織物阻燃功能。利用其阻燃性,把它應用于涂層消防服,能夠Z大限度地保護消防員的性命安全導電性。傳統的紡織品因具有絕緣特質,導電性能差。導電性能良好的石墨烯結合在紡織品尚就可獲得具有導電性能的紡織品,可應用于柔性可穿戴電子器件、智能服裝等此外根據其性質,還研發出疏水紡織品,儲能紡織品,光催化紡織品。


        4.結束語

        石墨烯的種種性能在紡織上的應用,可用于戶外用品、專業運動服、特殊職業工裝等領域。石墨烯作為21世紀Z具有潛力的納米材料,它具有優異的光學、電學、力學特性,在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物遺傳等方面具有重要的應用前景,被認為是一種未來革命性的材料。將石墨烯的性能引入纖維紡織領域賦予了織物不同的功能,他的應用前景不容小覷,越來越多的專家對其進行研究,因此對石墨烯功能面料深入探索具有重大的意義。


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