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石墨烯在纺织面料中的应用

发布日期:2021-12-28 作者: 点击:

摘要:石墨烯功能面料赋予纺织品优良的性能,本文简介了石墨烯功能面料的市场及其应用前景,简述了目前石墨烯需要解决的问题。主要对石墨烯面料的抗菌性、保暖性、防静电性、抗紫外线、远红外辐射升温等性能进行了介绍并与传统纺织品进行了对比,突出石墨烯面料的特殊性能。今后,石墨烯纺织品将打破传统纺织品市场同质化现象,成为高端纺织品的引领者。

1.什么是石墨烯

石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料 。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。 

2.石墨烯功能面料的市场及应用前景

  利用石墨烯研制功能性面料已成为研究的热点,但目前市面上的石墨烯纺织品仍然较少。这种现象的原因主要是两个方面:首先,作为新材料的石墨烯,它的价格比较昂贵,导致生产成本较其他材料高,此外石墨烯生产方法也不是一般工厂能够生产的;其次,一般企业认为石墨烯过于高端,对于普通群众来说望之莫及。就目前而言,石墨烯通过种种方法与各类织物结合,这种石墨烯面料比传统布料更加舒适且性能优异。目前无论是从国内外的市场前景分析,石墨烯功能面料在抗菌、远红外辐射升温、防紫外等方面应用广阔,并且石墨烯本身无毒无害,符合绿色发展理念。不同类型的纺织品可以利用石墨烯的不同的功能性质,这样就可以拓展石墨烯功能面料在纺织领域的应用范围。越来越多的石墨烯纺织品将陆续出现在市场上,并逐步被人们接受。石墨烯功能面料会引领高端纺织新材料发展应用趋势。

3.石墨烯在纺织品中的应用性能

3.1石墨烯面料抗菌性

随着人们生活水平的提高,现代人的健康理念也相应提高,隔绝细菌和真菌的侵扰,抗菌类纺织品应运而生。

传统的纺织品在日常穿着中会因皮屑、汗渍等微环境而滋生微生物,严重会造成疾病的传播,因此纺织领域中抗菌材料必不可少。而现在市场上无机系抗菌剂因抗菌性及持效性良好、无毒无污染等特点被广泛应用于抗菌面料中。石墨烯的发现拓宽了抗菌剂的新领域。研究表明石墨烯及其衍生物抗菌性和生物相容性优异,抗菌活性物质体也可在其表面附着。

目前,在众多石墨烯衍生物中氧化石墨烯是研究应用Z多的抗菌抗病毒材料。其在抗菌领域不会引起抗药性,对环境也不会造成污染。石墨烯、氧化石墨烯具有优异的抗菌性能,细胞毒性为0级,可与皮肤直接接触。

目前石墨烯抑菌特性可以应用到袜子、内衣裤、床上用品等与人体密切接触一系列纺织产品,虽然国内石墨烯抗菌市场不够成熟,但是石墨烯抗菌应用的市场潜力和消费者接受度巨大。对比市场上其他的抑菌纤维纺织应用,石墨烯纤维是有极大的优势。

3.2石墨烯面料的保暖性

石墨烯面料的保暖效果其实利用的是石墨烯远红升温。红外线是位于可见光和微波之间的电磁波,0.76微米~1000微米波长区域的电磁波叫红外线。其中,波长2.5为你~1000为你的电磁波被称为远红外线,其可提供微弱能量供人体细胞运作利用。

远红外线由波长较长,能量相对较低,使用时较少烫伤危害,所以人们更喜欢研究和利用。外红外线具有“改善微循环系统”、“促进新陈代谢”等作用,深受人们的青睐。研究发现石墨烯能吸收和辐射高达40%的红外线,在同等光源的照射下该面料可以迅速升高温度,此外还具有远红外发射低温敏感性,在低温情况下可发射红外波,对人体产生强大的远红外功能。

石墨烯面料的保暖性在保暖内衣的应用上比较广泛。因为石墨烯材料主动产热式保暖较普通材料消极保暖,效果更加明显。且石墨烯材料应用于女性保暖内衣具有日常保暖和健康理疗的双重功效,是保暖材料中的Z佳选择。

3.3石墨烯面料的抗静电性

静电是一种普通的物理现象,在日常生活中广泛存在。然而,静电的作用力、放电和感应现象引起了十分严重的危害,给人们生活带来负面影响。

静电对人体的危害可能引起心率异常、心脏早搏、聚集灰尘中的细菌影响人体健康,产生皮肤病,持续静电会产生心情烦躁不安、头晕胸闷和喉鼻不适等。为了让人们生活更加健康,研发静电材料很重要。

在纺织领域,大部分化纤具有高比电阻、高绝缘性。当空气干燥的时候,化纤织物在穿着或使用过程中因摩擦产生静电,会吸附灰尘、毛发等轻质物,也会降低服饰穿着的舒适度。石墨烯电学性能优异,其在防静电领域得到了广泛的应用与研究。

石墨烯覆盖在织物表面,织物的静电现象得以改善。根据杜敏芝等研究用纳米石墨烯和水溶性聚氨酯复合混配得到均匀稳定的防静电功能整理剂后,采用轧——烘——焙工艺整理涤棉织物,获得的织物具有良好的防静电功能,其透气性,机械强力,织物防静电持久性能的测试都是适合商用纺织品服装的标准。一些特殊场合需要静电防护的,也可以用石墨烯防静面料制成相应防护服。

3.4石墨烯面料抗紫外线

紫外线是阳光中波长为400~10纳米的光线,可以分为UVA、UVB、UVC、EUV4种。其中UVA的致癌性Z强,晒红及晒伤作用是UVB的1000倍。UVC则一般会被臭氧层阻隔。紫外线照射会让皮肤产生大量自由基,导致细胞膜的过氧化反应,使黑色素细胞产生更多的黑色素,并往上分布到表皮角质层、造成黑色斑点的Z大元凶。虽然紫外线照射人体时,能促进人体合成维生素D, 以防止患佝偻病,还具有杀菌作用,但过强的紫外线会伤害人体,应注意防护。

常规棉织物对紫外线的防护能力较差,太阳光的紫外辐射会导致织物老化,机械强度降低,而且对人体其不到防护作用。石墨烯面料具有抗紫外性能,降低织物老化性,抵抗较强的紫外线,对人体进行保护。

3.5其他性能

   电磁屏蔽性。通讯技术飞速发展的同时,也带来了磁污染。强电磁辐射不仅对人类身体健康和安全生产产生影响,而且给军事、民用设施带来不可小阙的问题。氧化石墨烯与轻质的棉织物结合,制出来的织物屏蔽性能高。石墨烯制备具有电磁屏蔽性能的织物,可以满足商用级应用。

   隔热、阻燃性。传统纺织品的阻燃性能很差,容易点燃,放出浓烟。涤棉织物经功能改性后,氧化石墨烯和磷酸酯类阻燃剂在表面形成了均匀的膜状物质,赋予了涤棉织物阻燃功能。利用其阻燃性,把它应用于涂层消防服,能够Z大限度地保护消防员的性命安全导电性。传统的纺织品因具有绝缘特质,导电性能差。导电性能良好的石墨烯结合在纺织品尚就可获得具有导电性能的纺织品,可应用于柔性可穿戴电子器件、智能服装等此外根据其性质,还研发出疏水纺织品,储能纺织品,光催化纺织品。


4.结束语

石墨烯的种种性能在纺织上的应用,可用于户外用品、专业运动服、特殊职业工装等领域。石墨烯作为21世纪Z具有潜力的纳米材料,它具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物遗传等方面具有重要的应用前景,被认为是一种未来革命性的材料。将石墨烯的性能引入纤维纺织领域赋予了织物不同的功能,他的应用前景不容小觑,越来越多的专家对其进行研究,因此对石墨烯功能面料深入探索具有重大的意义。


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