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当让神奇的石墨烯纤维走进寻常百姓家

发布时间:2021-09-11 02:45:02 阅读: 来源:绳子类厂家

让神奇的石墨烯纤维走进寻常百姓家

图为南通强生公司展示台上的石墨烯切片。

石墨烯因其具有的诸多奇特性能而成为当下最炙手可热的新材料之一。石墨烯是目前发现的最薄的二维材料,10万片石墨烯叠加在一起只有一根头发丝的厚度,1克石墨烯平铺,可达2640平方米;石墨烯又是现在最结实的材料,其硬度是钻石的3倍、钢铁的100倍;石墨烯具有很好的导热性,是铜的10倍;石墨烯也显示出良好的生物相容性与最佳的透光性,只吸收2.3%的白光;石墨烯还有着难以置信的耐磨性。正因为石墨烯的这些奇特性能,使之可用作超级电容和高效储能电池、超薄超轻航空航天材料、超韧超强防弹材料、新型医学材料、纳米传感器材料等。但是由于大规模生产的工艺问题没有解决,这又使之同时成为最贵的新材料之一,每吨高达数万元到数十万元。

那么,如何才能让石墨烯这种高大上的新材料,走进寻常百姓家,真正造福普通老百姓?一个叫做南通强生石墨科技有限公司的企业交出了一份让人满意的答卷:通过技术创新,使当初500元一克的石墨烯,成本只有1元,只相当于本来的2%;再将石墨烯与普通纤维复合,使石墨烯纤维具有抗菌、抗螨虫、抗热、抗切割、抗静电、抗紫外线、远红外发热和传导清凉等特殊功能,从而可广泛应用于服装、家纺、产业用纤维等纺织品领域。

从原料到复合纤维的探索

强生公司在2009年就组建了来自美国、欧盟和中国的科学家团队开始专注石墨烯产业化和后续应用的研究。围绕着制备高品质石墨烯和延伸材料与产品的应用,目前在单层石墨烯的工业化制备和石墨烯复合材料功能纤维材料研究及产业化方面,取得了重大突破。

强生历时多年研究成功的全球最新石墨烯原料制备技术,采用常温常压的插层-剥离生产工3、以吊钩作为下真个吊链艺,以此获得的高品质石墨烯,单层率达到99%,且生产流程短、效率高、成本低、生产过程绿色环保,经上海科技情报所查新、中国专利事务所审查、中国工程院院士领衔的专家评审委员会评议,一致认为强生石墨烯生产工艺和技术达到国际先进水平。目前,强生已拥有一条年产10吨的石墨烯原料生产线,已经稳定运行和正常生产一年多。据南通强生石墨烯科技有限公司董事长沙晓林介绍,强生正在规划建设年产100吨的石墨烯原料生产线,计划于今年4月投入生产。今后三年内,将总体规划建设年产500吨石墨烯原料工厂。

原料生产出来还只是强生一盘大棋的开端,如何应用才是关键。此时,沙晓林看到了纤维产业。“我们普通的化纤比如涤纶、锦纶等,技术和规模在全球都是领先的,但是现在最大的问题就是同质化比较严重,又出现了产能过剩,导若太小能够又会惹起拖动机构打滑致价格竞争,行业利润下降。”沙晓林迅速决定把刚刚研制成功的高品质石墨烯材料嫁接到纤维产业,那是迅速让化纤产业的寻常品种转型升级的捷径。中国纤维产量每年已经超过了5300万吨,其中化纤占比超过了70%,而其中80%是涤纶,“那绝对是个大市场。”沙晓林说。

混纺是解决石墨烯原料与普通纤维结合的思路。利用石墨烯“工业味精”的特点,每种普通纤维里只加5%左右的石墨烯原料,即能使新型纤维具备石墨烯的特性,纺制出石墨烯纤维,这样,纯度降下来,石墨烯纤维的成本也成功地大幅降低。沙晓林用这种方式生产出了7种石墨烯复合纤维,它们分别混纺的是:锦纶、涤纶、氨纶、腈纶、丙纶、维纶和弹性涤纶。这7种新型纤维已完成技术工艺研究和小线试产,其中锦纶、涤纶、氨纶和弹性涤纶复合纤维已完成工厂大线产业化生产。同时,另外7种石墨烯特种复合纤维的关键工艺和技术瓶颈已经突破,目前产品正处于小试和中试阶段,这些特种复合纤维是:石墨烯与棉纤维、蚕丝广亚铝业与中南京大学学成立广亚铝加工研究院、高强高模聚乙烯、芳纶、玻璃纤维、碳纤维以及PET回料再生纤维。

强生石墨烯复合纤维,具有抗菌、抗静电、抗热、抗切割、抗紫外和远红外发热、传导清凉等多项功能,是现有纤维中最神奇并能将多种功能性集于一身的新型纤维。目前强生石墨烯已具备年产5000吨石墨烯复合功能纤维的能力。而三年内投产的石墨烯原料工厂,将能配套10万吨石墨烯复合纤维的生产。

在纺织行业的应用应有所侧重

“石墨烯产业的应用要从基础做起,可能纤维新材料在纺织领域的应用是比较现实和不错的选择,”中国化纤行业协会会长端小平说,“拿纺织纤维材料为突破口应该是一个理想的战略选择。”他认为此举主要有两点原因:首先,石墨烯在纺织的应用以少量和混纱为主,应用技术难度低,可操作性强;其次,在性能上,不需要特别高品质的石墨烯即可达到纤维材料功能性的要求,这也与中国石墨烯产业目前发展的现状和水平相当,“有市场还要产业化,有基础的生产还有应用,才能实现高水平的生产和应用。”

中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春也赞同上述观点,他认为石墨烯在纺织领域的应用是石墨烯应用领域的一个很重要的探索,而且目前已经取得重大进展。初步统计,去年在石墨烯应用产品领域的产值大概有40亿元,而石墨烯在纺织领域就至少有7亿——8亿元产值,而且将来在纺织领域的应用还将大大拓展。

说到石墨烯材料的重要性,李义春直呈:它和别的超导材料还不一样,“因为别的材料都只是一种材料,而石墨烯可以引发一批新材料,它的应用相当于工业味精,可以添加到金属疲劳带来的危害各种材料里,从而带动各种领域的变化和提升。”李义春认为石墨烯的重要性表现在三个方面:第一,在推动传统产业的转型升级上能够起到一定的作用,第二,有可能成为引发新的高新技术产业的增长点,第三,通过它的技术应用,有可能推动大众创业、万众创新的工作。正因为如此,石墨烯被列入国家“十三五”规划的165项重大工程中。这是国家对石墨烯的作用的高度肯定。工信部等三部委于2015年11月联合发布的《推动石墨烯产业发展的指导意见》,也把石墨烯在全国产业的应用作为一个工作节点,来推动石墨烯在轻工、纺织、有色金属等各种行业中的发展。

“我们今天看到了强生公司通过自主创新开发了一系列的在纺织领域的应用,这使石墨烯在纺织应用领域形成了一个非常大的产业链,对南通当地在高端纺织品领域的发展注入了新的血液。”李义春说。

针对石墨烯产业在纺织行业的发展方向,端小平认为应着重在目前已知的石墨烯材料的几个主要用途即散热发热、轻质高强、抗静电、抑菌抗菌等领域展开研究,而不必面面俱到。

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