張麗娟

（唐山學(xué)院 時(shí)尚設(shè)計(jì)系，河北 唐山 064000）

1 石墨烯材料的特性及其在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

石墨烯材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，硬度、強(qiáng)度高且彈性模量較大；具有優(yōu)良的光學(xué)特性，透明度高而且穩(wěn)定性好；具有優(yōu)異的導(dǎo)電性；具有優(yōu)良的抗菌抑菌作用；是理想的儲能材料。此外，石墨烯產(chǎn)品還有防紫外線、防電磁輻射和防靜電作用，其薄膜還具有保暖和遮蓋功能。石墨烯復(fù)合纖維顛覆了傳統(tǒng)纖維單一功能的局限性，體現(xiàn)出集多種功能于一身的高性能纖維的跨越發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了從高端到功能，再到智能纖維和紡織品的華麗轉(zhuǎn)變[1-4]。

我國已把石墨烯作為重要的戰(zhàn)略材料列入國家“十三五”規(guī)劃。據(jù)調(diào)研，紹興標(biāo)點(diǎn)紡織科技有限公司成功研發(fā)出石墨烯纖維制成的紡織面料，該產(chǎn)品具有低溫遠(yuǎn)紅外線保暖、防靜電、導(dǎo)熱性能高、抗菌抑菌等多種特性，保暖性比純棉、駝絨、羊毛等更好。2016年下半年，又成功研發(fā)了石墨烯紗線，并織成了石墨烯運(yùn)動(dòng)休閑面料、石墨烯復(fù)合彈力無紡絮片布、石墨烯保暖拉毛面料等。

中國工程院院士姚穆等專家認(rèn)為，高內(nèi)暖纖維具有抗菌抑菌、低溫遠(yuǎn)紅外、祛濕透氣等優(yōu)異性能，被人們稱為“劃時(shí)代的革命纖維”[1-2]。

圣泉集團(tuán)制備的石墨烯材料短纖或長絲可與多種常規(guī)紡織短纖或長絲混紡或者混織，從而制備多種紡織材料。2016年3月，該公司的“內(nèi)暖”品牌產(chǎn)品入選中國纖維流行趨勢2016/2017產(chǎn)品類別的“功能親膚纖維”。

SHATERI-KHALILABAD M等也采用還原氧化石墨烯的方法獲得還原的石墨烯改性棉織物，經(jīng)測試，改性后的棉織物不僅具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，織物的疏水性能也非常顯著。

李斌斌等采用噴涂法將石墨烯涂覆到碳纖維織物上，獲得具有優(yōu)異導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的多功能織物。該織物的優(yōu)異導(dǎo)電性能用于雷電的傳導(dǎo)和消耗，有利于提高抗雷擊性能。

ZHAO J M采用輻射交聯(lián)法、化學(xué)交聯(lián)法和直接吸附法3種不同的方法分別制備了氧化石墨烯抗菌棉織物。結(jié)果表明，3種氧化石墨烯抗菌織物的抗菌率均大于98%，且耐水洗性良好，經(jīng)過100次水洗測試后，抗菌率仍保持在90%以上。

青島大學(xué)曲麗君課題組研究了石墨烯防紫外線功能織物，他們通過優(yōu)化石墨烯與聚氨酯的添加比例制備了最優(yōu)石墨烯/聚氨酯水溶性復(fù)配液，并用此復(fù)配液對棉織物進(jìn)行改性整理獲得防紫外線織物。該織物石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為0.4% ，使紫外線防護(hù)系數(shù) UPF值高達(dá)356。該課題組隨后還報(bào)道了具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射、導(dǎo)電、防紫外線等多功能的石墨烯織物。

陜西科技大學(xué)呂生華等對氧化石墨烯進(jìn)行氨基化改性并用其對絲織物進(jìn)行改性處理，得到具有阻燃功能的石墨烯織物。黃國波等報(bào)道了氧化石墨烯復(fù)合阻燃織物，為減少傳統(tǒng)阻燃劑的使用量，他們利用氧化石墨烯的協(xié)同阻燃作用，將氧化石墨烯與傳統(tǒng)阻燃劑復(fù)合制備了復(fù)合織物涂層。

YAGHOUBIDOUST F等通過原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚吡咯改性棉織物。結(jié)果表明，該織物具有優(yōu)異的儲電性能，在電荷存儲領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

經(jīng)國內(nèi)外文獻(xiàn)資料調(diào)研，石墨烯材料具有多種功能，而真正對其防電磁輻射功能的研究只有關(guān)于石墨烯改性織物的電磁屏蔽性能。張松林等制備了氧化石墨稀/聚二甲基二烯丙基氯化銨鹽酸鹽（GO/PDDA）多層整理模織物，其屏蔽效能隨著模沉積層數(shù)的增加而提高，經(jīng)GO/PDDA改性處理的棉織物能屏蔽52%的電磁波。目前，國內(nèi)外對于石墨烯復(fù)合纖維防電磁輻射性能的研究尚為空白，這也證實(shí)了本項(xiàng)目進(jìn)行的必要性和重要性[5]。

2 石墨烯復(fù)合纖維織物仿真模型

本研究模仿功能紗線在機(jī)織物中經(jīng)緯向的排列狀態(tài)，考慮到織物仿真模型最大限度地提高屏蔽效能，有較好的屏蔽效果，建立了雙向垂直交叉排列而且交點(diǎn)相接的織物仿真基礎(chǔ)模型。通過改變石墨烯復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)，改變純石墨烯復(fù)合纖維的排列密度來建立多種對比織物仿真模型，以便更好地指導(dǎo)研發(fā)具有不同屏蔽效能的石墨烯復(fù)合纖維電磁輻射防護(hù)織物。該模型設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 雙向垂直交叉交點(diǎn)相接模型

3 織物仿真模型測試

根據(jù)本研究建立的織物仿真模型，構(gòu)建了70 D石墨烯錦綸復(fù)合長絲不同排列密度的單根雙向垂直交叉交點(diǎn)相接織物仿真模型，如表1所示。課題組應(yīng)用研發(fā)的新型防電磁輻射性能測試儀，在30～2 430 Hz輻射頻率下對6種不同網(wǎng)格對角線長度的織物仿真模型進(jìn)行了屏蔽效能測試，不同頻率下的屏蔽效能如圖2所示。

表1 單根雙向垂直交叉交點(diǎn)相接試樣規(guī)格

圖2 單根雙向垂直交叉交點(diǎn)相接試樣屏蔽效能

經(jīng)方差分析得出：當(dāng)a=0.05時(shí)，F(xiàn)=171.8大于Fcrit0.05=0.12，所以，功能紗線網(wǎng)格對角線長度對織物仿真模型的屏蔽效能有顯著影響。項(xiàng)目驗(yàn)證了在相同頻率下，石墨烯復(fù)合長絲網(wǎng)格大小不同，其屏蔽效能不同。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)格對角線增大時(shí)，其織物仿真模型的屏蔽效能隨之減小。但測試數(shù)據(jù)顯示，該石墨烯復(fù)合纖維由于含量不高導(dǎo)致屏蔽效能不太理想。

4 測試結(jié)果分析

評價(jià)防電磁輻射織物的屏蔽性能是在特定頻率下進(jìn)行的，美國MEL8296A規(guī)定了電磁波頻率為0.2～10 kHz、功率密度為200 w/cm2環(huán)境中，遠(yuǎn)場區(qū)工作人員應(yīng)用的防護(hù)材料的屏蔽效能必須至少達(dá)到20 dB，一般基本掌握在20～40 dB。我國相關(guān)屏蔽材料的屏蔽效果評價(jià)和應(yīng)用環(huán)境要求為：部分家用電器環(huán)境下屏蔽材料的屏蔽下限在10～30 dB，工業(yè)和商業(yè)用電子設(shè)備環(huán)境下屏蔽材料屏蔽效能平均值在30～60 dB。日常生活較為常見的輻射頻率在30～2 430 Hz下，6種織物仿真模型屏蔽效能均在10 dB以下，需要改變材料的石墨烯含量或調(diào)整仿真模型試樣。