石墨烯在纺织上的应用研究进展

文/谈峰

石墨烯是一种新型的纳米材料，呈纳米级的片膜状结构，单层的厚度仅为0.35nm，约为头发丝直径的万分之一。石墨烯是单层石墨的层片，是构成石墨的基本单元。其独特的二维单原子层状晶体结构，使其具有优异的特性：

（1）优异的力学性能，强度、硬度高且弹性模量大；

（2）优良的光学特性，透明度高且稳定性好；

（3）优异的导电性；

（4）较大的比表面积，稳定性高，具备较佳的储能性能；

（5）优良的抑菌抗菌效果。

因石墨烯优异的物理化学性能，逐步成为纺织领域研究热点，其被应用于功能纤维及智能纺织领域，比如抗菌性纤维及织物、远红外纤维以及智能服装等。石墨烯在纤维领域研究的不断深入，其优异的比表面积使快速充电储能材料的出现成为可能，其电化学性能将使得多功能智能纺织品的研究得到极大的发展。随着石墨烯制备工艺的不断完善与简化，石墨烯将得到更广泛推广与应用，拥有更好的发展前景。本文主要介绍了石墨烯在纺织纤维及织物的应用进展。

1 石墨烯改性纤维的制备及性能

石墨烯改性纤维的制作方式主要是在纺丝过程中加入石墨烯的方式来完成的。通过加入石墨烯，赋予纤维防紫外线、保暖保温、抗菌防臭等功能。目前用于改性的纤维主要包括聚酯纤维、聚酰胺纤维和纤维素纤维。

1.1 石墨烯改性聚酯纤维

聚酯纤维（涤纶）因制造工艺简单，具有弹性好、化学稳定性好、耐磨性高、耐腐蚀性强、绝缘、挺括、易洗快干等优点，在服装及工艺领域得到广泛应用。但是，随着生活水平的提高，消费者对服装的要求不再仅限于耐用、舒适等功能，更加注重服装的功能及保健效果。因此，科研人员将石墨烯用于对涤纶纤维进行改性，赋予涤纶纤维独特的功能特性。

王双成等[1]以可再生的生物质石墨烯粉末和聚酯粉体为原料，通过熔融纺丝工艺制备出石墨烯改性涤纶纤维。通过检测证明该纤维的远红外发射率达0.92，远红外辐照温升为5.5℃，均高于GB/T 30127《纺织品远红外性能的检测和评价》中的规定。同时，该纤维对于大肠杆菌、白色念珠菌等的抑菌率均超过了99%，远高于标准要求，抗菌效果显著。用此纤维制作的被子填充物，在同样重量填充物下，保暖率与鸭绒基本持平，但其透气率是鸭绒的8倍多。

1.2 石墨烯改性聚酰胺纤维

聚酰胺纤维是一种应用广泛、性能优异的合成纤维，其断裂强度高、耐磨性高、弹性好，广泛应用于服用和工业领域。但是其也存在耐热性能和耐光性能差的缺点。

侯文俊等[2]利用氧化石墨烯，通过熔融纺丝和原位聚合法制备了氧化石墨烯改性尼龙6纤维，经过测试发现氧化石墨烯对尼龙的拉伸性能有增强效果，当含量达到0.1%时，拉伸强度达到最佳。张灵英等利用石墨烯微片为增强相，尼龙6为基体制作复合材料，研究发现，该材料的电化学性能、摩擦磨损性能、力学性能均好于炭黑增强的复合材料。肖建亮等将石墨烯加入聚酰胺纺丝液中，通过静电纺丝技术制备复合纳米纤维，研究发现，加入石墨烯后，纺丝液的粘度降低，导电性增强，纤维直径得到了降低，同时提高了纳米纤维的热稳定性。

同时，在服用领域，石墨烯也得到了广泛应用。用石墨烯改性的聚酰胺纤维用于该户外纺织品，具有良好的耐日晒效果，导电性也得到了提升。虽然石墨烯已经在服用领域崭露头角，但石墨烯在服用纤维领域及智能纺织领域的应用还需不断探索。

1.3 石墨烯改性纤维素纤维

纤维素纤维是最常见的纺织原料之一，其吸湿透气性好、柔软舒适，深受消费者欢迎。与竹炭纤维类似，石墨烯/纤维素纤维同样具备更加优异的抗菌性等优点。

迟淑丽团队[3]将不同比例的石墨烯加入纤维素纺丝液制备复合纤维，纤维导电性与石墨烯含量呈正相关关系。

官杰等[4]对掺杂不同石墨烯含量的纤维素纤维的抑菌性进行研究，发现随着石墨烯含量的增加，纤维的抑菌性逐步增加，含量达到0.285%时，抑菌性已经达到国标要求的标准。同时，纤维经过洗涤后，抑菌效果未降低，具有良好的抑菌耐久性。

2 石墨烯改性织物的制备及性能

石墨烯对织物的改性主要通过融合、接枝、浸润、沉积和涂覆的方式来完成，通过改性，赋予纺织品抗菌、防臭、防紫外线和导电等性能。石墨烯独特的结构赋予其优异的导电性能，目前在智能穿戴设备上研究较多。

2.1 石墨烯改性纤维素类织物

纤维素织物是以纤维素纱线织成的织物，其具有柔软舒适、吸湿透气性好的优点，但未经抗菌处理的棉织物，其不具备抗菌性。

官杰等[4]对石墨烯含量为0.285%～2%的粘胶纤维制作的织物进行抑菌性能研究。研究发现，石墨烯的加入大大提高了织物的抑菌性能，并随着石墨烯含量的增加，抑菌性能不断增强，经过多次洗涤，抑菌效果并无较大波动。

Zhao等[5]通过辐射交联技术、化学交联技术和直接吸附3种方法对棉织物进行改性，通过对改性后的织物测试发现，3种织物的抗菌率均在98%以上，并且经过100次洗涤后，抗菌率仍然高于90%。

杜敏芝[6]通过溶液原位聚合法制备了二氧化锰/还原氧化石墨烯碳化棉织物，经过测试，该材料具备优良的电化学、电热转化和传感特性，可以用于超级电容器、锂电池及智能保暖服饰产品的开发和应用。

2.2 石墨烯改性聚酯纤维织物

聚酯织物以具有较高的强度与弹性恢复力，耐化学性好的优点，但其吸湿性差，导电性差，容易起静电。通过石墨烯对其进行表面处理，即可赋予其优异的导电性能。

Molina[7]通过石墨烯溶液浸泡涤纶织物的方式对涤纶织物进行改性，通过测试，浸泡后的涤纶织物导电性能得到很大提升。

Jin等[8]通过原位生长技术，在石墨烯/聚酯复合织物表面沉积三氧化钨，其优异的表面电化学性能及层状多孔结构赋予织物优良的电导率、电子扩散效率和高能量密度性能，未来可用于高能量密度储能材料。

2.3 石墨烯改性聚酰胺织物

聚酰胺织物具有优异的耐磨性，较好的吸湿性，良好的弹性及弹性回复性，被广泛地用于运动服装。通过石墨烯对其进行处理，在智能纺织品领域得到广泛应用。

Francesca等[9]以石墨烯掺杂的聚乳酸为溶液，通过静电纺丝工艺，将其喷至聚酰胺织物上，该织物经过测量，具备良好的电导性，可以用于智能穿戴、电子健康监控织物。

3 结论

石墨烯材料因其优异的性能而具有广泛的应用价值，其在纺织领域拥有极大的发展。但我国对于石墨烯的应用仍停留在研发阶段，并且制作工艺成熟度不高，均匀稳定性也不高。随着人们对石墨烯材料的不断研究发展，其在纺织领域应用将更加广泛。