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我國石墨烯纖維復合材料產業前景廣闊

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“自2010年,英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授捧起諾貝爾物理學獎那一刻起,石墨烯一舉成為舉世矚目的新材料。”

目前,歐洲、美國、日本、中國等眾多國家,都把石墨烯列為本世紀最重要的新材料進行研究和開發,并已在新能源、電子、新材料等方面取得重要進展和初步應用效果,顯示出廣泛的應用前景。

將石墨烯與普通纖維復合,具有抗菌、抗螨蟲、抗熱、抗切割、抗靜電、抗紫外線、遠紅外發熱和傳導清涼等特殊功能,可廣泛應用于面料、服裝、家紡、針織等紡織品。目前,歐洲、美國、日本、中國等眾多國家,都把石墨烯列為本世紀最重要的新材料進行研究和開發,我國已把石墨烯作為國家級重要戰略材料列入國家“十三五”規劃。

3月15日至17日,在上海舉行的中國國際紡織紗線展覽會上, “中國智造”的石墨烯纖維引發關注。許多專家表示,目前石墨烯的應用分為重應用和輕應用兩種,重應用需要大量資金的投入和較長周期的開發,從而根本上借助石墨烯單層原子優勢替代傳統材料,比如石墨烯在電池、半導體芯片等領域的應用,但這類應用受限于目前的技術和產量無法迅速普及,大多還停留在實驗室階段。

而石墨烯的輕應用是面向民用的、可以快速實現產品化并能夠給消費者帶來較高性價比的應用,比如石墨烯發熱和過濾。值得一提的是,目前已有企業將石墨烯應用到紡織領域。近年來,石墨烯在紡織領域的應用日益廣泛,石墨烯制備高性能紡織纖維及進行紡織品功能整理也漸成行業研究熱點。

石墨烯具有優異的抗菌性能、低溫遠紅外功能,將石墨烯整理到織物上,即可制備抗菌織物。相對于傳統的無機、有機抗菌劑,石墨烯基本沒有細胞毒性,更適合與人體皮膚直接接觸,具有親膚養膚的作用。

蘭州大學教授拜永孝認為,石墨烯織物是指石墨烯材料與普通紡織品有效結合,在保持紡織品各項基本性能的同時,具有石墨烯某一種或幾種獨特性質的紡織產品。石墨烯紡織品在導電、防輻射、防紫外線、抗菌、特殊防護和智能織物等領域都有巨大的應用前景。據了解,目前已有家紡企業開始將石墨烯進行產業化應用,并成功制造出集超強低溫遠紅外、抗菌抑菌等多種功能于一身的石墨烯健康產品,在改善微循環、促進新陳代謝方面起到了至關重要的作用。

據業內人士透漏,石墨烯在智能紡織品領域也大有發展。之所以選擇將石墨烯應用到智能紡織領域是看重了石墨烯良好的導熱性,由于石墨烯的電熱轉換效能可達 99%,與其他發材料相比有絕對的優勢;其次,傳統的電阻絲發熱,容易發生短路著火、遇水聯電不安全、人體舒適感低等情況。把石墨烯嵌入到纖維結構,捻線織成的布可支持 3.7V 安全電壓,并可根據情況通過 APP 控制升溫速度及溫度。就用戶體驗來講,提升了安全性及舒適度。除了發熱速度快之外,其在發熱均勻度、發熱效率方面比碳纖維和電阻絲要優秀一些。而作為石墨烯紡織物的柔軟、不怕折疊、可水洗的特性就更勝一籌。

中國紡織品商業協會新技術推廣應用中心主任王黎明介紹,在紡織行業,國內企業已研制出石墨烯復合纖維,并實現了工業化生產,目前處于國際領先地位。“據我所知,美國還沒有企業生產石墨烯復合纖維,他們把精力集中在航空航天、儲能電池等更尖端的領域。而我國是紡織大國,又具有較強的科技實力,所以研制石墨烯復合纖維無可厚非,而且具有很大的應用價值。”

但專家表示石墨烯復合纖維的產業化,在我國剛剛起步。南通強生石墨烯科技有限公司展臺專家客戶云集,他們的技術和產品引起了業內廣泛關注。

據介紹,強生從2009年開始,成立了由來自美國、歐盟和中國的科學家組成的研發團隊,專注石墨烯產業化和后續應用研究。經過8年多的不懈努力和深入研究,在單層石墨烯的工業化制備和石墨烯復合功能纖維材料研究及產業化生產方面,取得重大突破,其中最大的一項突破在于石墨烯原料成本大幅下降。

“我們在決定開發石墨烯產業時,就堅定一定要把原料掌控在自己手里。” 南通強生董事長沙曉林告訴記者,當年剛開始進入石墨烯領域時,原料要從美國進口,“價格要每克500元,比黃金還貴。如今,在我們科研團隊的不斷努力下,每克只需要1元。”

強生歷時多年研究成功的全球最新石墨烯原料制備技術,最大的進展在于采用常溫常壓的插層-剝離生產工藝,該工藝生產流程短、效率高、產品單層率高、成本低、生產過程綠色環保。“這也是我們顛覆原料成本的關鍵所在。”沙曉林說。

據了解,石墨烯原料制備工藝和技術經中國上海科技情報所查新,具有完全知識產權,相應的石墨烯系列產品經國內外第三方權威機構證明,其單層率均達到99%的先進水平。并且通過了中國工程院院士、上海大學孫晉良教授領銜的專家委員會的評審,認為強生石墨烯生產工藝和技術達到國際先進水平。

沙曉林表示,不僅掌握了讓石墨烯纖維飛入尋常百姓家的國際尖端技術,更要把目光瞄準了打造國際石墨烯品牌的長遠夢想。

目前,強生已擁有一條年產10噸的石墨烯原料生產線,并已穩定運行和正常生產一年多時間,正在規劃建設年產100噸的石墨烯原料生產線,也計劃于今年5月投入生產。

中國是世界紡織大國,年產各種纖維近5000萬噸,化纖產量占世界總量的70%,滌綸、錦綸等常規品種的技術、規模都是世界領先,但因普遍存在同質化嚴重、產品結構性過剩等問題,致使近年來行業效益不高,常規化纖等傳統行業轉型已迫在眉睫。

近年來,強生把開發和應用石墨烯復合纖維作為石墨烯應用的突破口和制高點,因此,強生石墨烯把研發石墨烯復合功能纖維和產業化,作為最重點的課題和任務。并且提出了“7+7”發展規劃,即開發7種與常規化纖復合的纖維,7種與特殊纖維復合的纖維。

目前,強生石墨烯復合錦綸、滌綸、氨綸已實現產業化生產,石墨烯復合高強聚乙烯、芳綸、碳纖維等高端復合纖維的研發,也已取得重要進展。石墨烯復合功能纖維的廣泛推廣和應用,將對我國紡織產業轉型升級,起到重要的推進作用。

強生凱瑞石墨烯復合纖維,包括了優異的抗菌抑菌功能:對大腸桿菌、金色葡萄球菌、革蘭氏細菌24小時滅菌率達到99.9%。

超強的抗螨滅螨功能:塵螨是引起哮喘、過敏性鼻炎、濕疹甚至窒息的重要過敏源。強生凱瑞石墨烯復合纖維24小時滅螨率達到95%的一級標準(三級為60%、二級為80%)。以及強力的遠紅外發熱功能、超強的抗紫外功能和超強的抗熱耐磨功能。

中國石墨烯產業聯盟教授李義春表示,目前我國石墨烯產業炒作多、產業化少,加快石墨烯產業化應用是關鍵中的關鍵。為此,強生石墨烯一方面在石墨烯原料生產技術上不斷深入研發,在大幅提升質量的同時,大幅降低成本。目前,強生石墨烯成本已降至國外產品的三十分之一。同時,借助石墨烯原料的低成本優勢,在復合纖維價格上,更加貼近中國紡織纖維市場的需求。

沙曉林表示,“強生石墨烯復合纖維,必將為助推我國紡織業轉型升級做出重要貢獻。”

“而作為新鮮事物,石墨烯用于紡織原料也需要制定市場準入標準。”王黎明表示,石墨烯“民用化”的國家標準正在推進中。

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責任編輯: 閆月

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