近年来,随着对石墨烯改性纤维不断的深入研究,石墨烯改性纤维在纺织领域也获得到了大面积的研究应用,特别是在功能纺织品研究方面展现出勃勃生机,其导热性、抑菌性、导电性、远红外性能、防紫外性能及电磁屏蔽性能得到大面积认可,各种功能性纺织品也不断涌现在消费者面前。石墨烯具有极高导热系,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)。石墨烯改性纤维具有优异的抑菌性能,用其制成的织物,就是抑菌织物。石墨烯基本没有细胞毒性,相对于传统的抑菌整理剂,因此石墨烯改性纤维更适合与人体皮肤直接接触。石墨烯结构非常稳定,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良的导电性。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。石墨烯改性纤维主要是对常规纤维的改性。改性后的纤维增加了多种功能,对拓宽纤维的应用领域有重要意义。江苏江南多功能石墨烯改性锦纶短纤
将石墨烯材料先加工成母粒,再通过熔融纺丝技术,用母粒添加的方式进行纺丝,是生产石墨烯改性吸湿排汗涤纶长丝的主要方法。石墨烯改性聚酯母粒,由于PET经过粉碎和重新造粒,分子量有所下降,同时石墨烯粉体的加入也一定程度上破坏了聚酯大分子的规整性,致使软化点降低。为兼顾可纺性和吸湿排汗效果,石墨烯改性异形涤纶长丝的纺丝温度要低于常规涤纶,纺丝温度在280~282°C,无油丝粘度控制在0.06dL/g。石墨烯粉体在纺丝熔体中属于杂质,会影响过滤器和组件的使用周期。若过滤精度过高,会缩短预过滤器的使用周期,若过滤精度过低,又会缩短组件周期。为保证平稳生产,组件压力不能升高过快,同时兼顾熔体流变性能对异性度的影响,采用过滤精度为30um,组件起始压力为12.0~13.0MPa,熔体的流变性能好,无飘丝断头等现象。异形纤维比表面积大,在纺丝及后加工过程中与设备接触所产生的摩擦力大,易造成毛丝,因此,考虑石墨烯改性聚酯母粒添加量、纤维异性度及后纺的可加工性等诸多因素,为保证产品质量和后加工平稳性,纺丝速度控制在2700~2800m/min,纤维断裂伸长控制在130%左右为宜。江苏江南白色石墨烯复合涤纶长丝多功能、多类别、多层次、低能耗、低成本是石墨烯改性纤维被市场和消费者接受的关键。
在石墨烯改性吸湿排汗异形涤纶长丝的假捻变形加工中,由于丝束比表面积大,且纤维表面分布着大量的石墨烯颗粒,使丝束与接触部件摩擦力及所受空气阻力增大。因此,石墨烯改性异形丝生产速度不宜太高,控制在500~600m/min较为合适。拉伸比过高时,丝束加工易产生毛丝、毛圈及毛团,断裂强度降低;拉伸比过低时,丝束易逃捻产生僵丝、卷曲不良、染色段斑等,实际生产中,拉伸比控制在1.60~1.65,丝束外观及吸湿排汗效果较好。纤维中石墨烯的加入,可一定程度影响大分子排列的规整性,降低了丝条的软化点和熔点,因此后加工假捻过程中,一热箱和第二热箱温度较常规涤纶长丝低。另外,为提高纤维的毛细效应,丝条应保持较低的卷曲收缩率,所以在满足变形条件下,一热箱应尽量偏低使用。第二热箱起到松弛热定型作用,能够消除纤维的内应力,温度不宜过高或过低。生产实际表明,石墨烯改性吸湿排汗异形涤纶长丝生产中,一热箱控制在175~180°C,第二热箱控制在160~170°C范围内为宜。
石墨烯可赋予材料优良的电学、热学性能,用作纺织材料多功能纳米添加剂时,可增强面料的防辐射、抑菌、远红外等功能特性,在纺织领域显示出巨大的应用优越性。锦纶具有机械强度高、耐热、耐磨损、耐化学溶剂等优点,利用石墨烯对锦纶进行改性,制成石墨烯改性锦纶纤维,既能保留锦纶的自身优点,又将石墨烯的优良性能引入到了纺织材料中。石墨烯改性锦纶纤维可与棉、木代尔、竹浆纤维等混纺或交织,使纤维性能得到优化与互补。例如与棉纤维交织时,面料同时具有石墨烯等抑菌、远红外性能,锦纶的强度与耐久性,棉纤维的吸湿透气性。在不断寻求创新的纺织纤维领域,石墨烯的出现,为其进一步发展提供了新的动力。
石墨烯改性锦纶纤维可与普通纤维,包括天然纤维进行混纺或交织,例如与棉进行交织,制成的面料经过前处理、染色、后整理等一系列工艺流程后,面料的色牢度、抗起毛起球性、水洗尺寸变化等物理性能良好,同时保持了石墨烯原料良好的除菌性能及远红外性能,为开发石墨烯改性纤维面料提供了参考价值。但是,由于石墨烯本身的颜色为黑色,在面料开发时,藏青、黑色、深灰色等颜色的面料比较容易,而浅色以及漂白产品的开发则受到一定限制,在后续进行石墨烯改性纤维功能性面料产品开发时应予以充分重视。石墨烯改性聚酰胺纤维用于户外纺织品,不仅具有良好的耐日晒效果,抗静电性能也得到了提升。江南防静电石墨烯复合锦纶短纤
石墨烯改性纤维制成的各类纺织品正加速走进中国人的生活。江苏江南多功能石墨烯改性锦纶短纤
随着对石墨烯材料在纺织品应用领域研究的深入,新的处理方法也在不断出现。石墨烯改性纤维主要有石墨烯改性合成纤维和石墨烯改性再生纤维素纤维两大类。石墨烯改性合成纤维是采用预制母粒工艺,将石墨烯材质均匀分散在聚酰胺、聚酯等聚合物切片中,纺丝拉伸制得。石墨烯改性再生纤维素纤维是将石墨烯材质均匀分散在粘胶、莫代尔等再生纤维素纺丝液中,纺丝拉伸制得。石墨烯与传统纺织纤维材料复合改性的结合方式明显拓展了石墨烯在纺织领域的应用空间,石墨烯改性纤维可纺性良好,可与各类纤维混纺或交织,同时保留了石墨烯的低温远红外、抑菌、防静电等功能,更大面积、更方便地应用于服饰、家纺等领域。江苏江南多功能石墨烯改性锦纶短纤
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