石墨烯錦棉梭織面料的開發(fā)

楚云榮，張魯濱，孟 鑫，孫紅玉，賈榮霞

（1.華紡股份有限公司技術(shù)中心，山東濱州 256617；2.濱州華紡工程技術(shù)研究院有限公司，山東濱州 256617；3.山東省短流程印染新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；山東濱州 256617）

石墨烯的優(yōu)點(diǎn)是能賦予復(fù)合材料優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、防輻射、抗菌等功能特性，具有遠(yuǎn)紅外功能，對(duì)6～14 μm 遠(yuǎn)紅外線的法向發(fā)射率達(dá)88%；具有抑菌功能，抑菌率達(dá)到99%；具有吸濕透氣功能，吸收皮膚散發(fā)的濕氣及汗液，使肌膚保持干爽；具有抗靜電功能，低的表面電阻率能將靜電荷迅速逸散，抑制和減少靜電荷；還可以作為納米增強(qiáng)多功能添加劑提高復(fù)合纖維的性能。缺點(diǎn)是石墨烯為黑色，無法實(shí)現(xiàn)靚麗顏色；材料中質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3%，會(huì)使織物強(qiáng)力下降。

石墨烯材料如圖1所示。

圖1 石墨烯材料

石墨烯是從碳材料中剝離出來、由碳原子組成 的材料，有光、電、磁、機(jī)械等物理性能和化學(xué)性質(zhì)。生物質(zhì)石墨烯以植物秸稈為原料，將植物秸稈中的半纖維素、木質(zhì)素、纖維素進(jìn)行分離、純化，利用基團(tuán)配位組裝析碳原理制造石墨烯；然后與錦綸以不同比例，設(shè)計(jì)不同效果的石墨烯服裝面料。石墨烯錦綸纖維如圖2所示。

圖2 石墨烯錦綸纖維

將氧化石墨烯水溶液紡制成長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的纖維，并采用化學(xué)還原的方法進(jìn)行處理，得到了石墨烯錦綸纖維，其性能見表1。

表1 石墨烯錦綸纖維的性能

一般錦綸纖維的相對(duì)分子質(zhì)量為1.5 萬～3.0 萬，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，軟化點(diǎn)高，耐熱，摩擦系數(shù)低，耐磨損，具有自潤(rùn)滑性、吸震性和消音性，耐油、耐弱酸、耐堿和一般溶劑，電絕緣性好，有自熄性，無毒，無臭，耐候性好；缺點(diǎn)是吸水性大，影響尺寸穩(wěn)定性和電性能，纖維增強(qiáng)可降低樹脂吸水率，使其能在高溫、高濕下加工，染色性差。棉纖維的優(yōu)點(diǎn)是吸濕性強(qiáng)，耐堿、保溫、透氣性能好等；缺點(diǎn)是縮水率較大，為4%～10%，耐光性、耐熱性一般，不耐酸，微生物對(duì)棉織物有破壞作用，不耐霉菌。結(jié)合錦綸、棉的優(yōu)點(diǎn)和石墨烯的功能，設(shè)計(jì)石墨烯錦棉梭織面料。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：石墨烯錦綸36.8 tex，石墨烯錦綸59.0 tex，全棉36.8 tex，全棉59.0 tex，織物規(guī)格為C/N 36.8 tex×59.0 tex，密度402×212，織法3/1，幅寬160 cm。染料：還原黑RGB 100%（思潤(rùn)德），還原藍(lán)DB 100%（中商環(huán)迅），還原紅F3B 100%（沃爾德）。助劑：氫氧化鈉（NaOH），退漿劑，雙氧水（H2O2），雙氧水穩(wěn)定劑，氧漂劑，分散螯合劑HF-1，氯化鈉（NaCl），保險(xiǎn)粉，柔軟劑，防沾皂洗劑DL-106。

儀器：燒毛機(jī)，退漿機(jī)，定形機(jī)，絲光機(jī)，打底機(jī)，焙烘機(jī)，還原皂洗機(jī)，拉幅機(jī)，預(yù)縮機(jī)，SF600PLUSCT 電腦測(cè)色配色儀，Y571B 型摩擦牢度測(cè)試儀，SW-12A 耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)。

1.2 工藝流程

石墨烯錦棉梭織產(chǎn)品工藝流程設(shè)計(jì)如下：翻縫→退漿氧漂→定形→絲光→打底機(jī)染色→焙烘→還原皂洗→拉幅→預(yù)縮。

1.3 石墨烯錦棉染整工藝

1.3.1 前處理工藝

退漿工藝：燒堿28～30 g/L，退漿劑6 g/L，分散螯合劑HF-1 2 g/L，溫度102 ℃，時(shí)間50 min。

氧漂工藝：燒堿3～4 g/L，雙氧水5～6 g/L，雙氧水穩(wěn)定劑5～6 g/L，氧漂劑6 g/L，分散螯合劑HF-1 2 g/L，溫度95 ℃，時(shí)間40 min。

定形工藝：溫度210 ℃，時(shí)間20～30 s，成品幅寬165 cm。

絲光工藝：燒堿210～220 g/L，時(shí)間50～60 s，幅寬160 cm。

前處理后半成品指標(biāo)見表2。

表2 前處理后半成品指標(biāo)

1.3.2 染色工藝

打底機(jī)染色（藏藍(lán)）工藝配方：還原黑RGB 100%3.00 g/L，還原藍(lán)DB 100%4.00 g/L，還原紅F3B 100%0.55 g/L，分散螯合劑HF-1 2 g/L。工藝條件：軋染，軋余率45%～50%，烘干溫度80～100 ℃。打底機(jī)染色后半成品指標(biāo)見表3。

表3 打底機(jī)染色后半成品指標(biāo)

1.3.3 還原皂洗機(jī)汽蒸固色

工藝配方：還原液燒堿38～40 g/L，保險(xiǎn)粉38～40 g/L，皂洗液燒堿3～6 g/L，防沾皂洗劑DL-106 3 g/L。工藝條件：汽蒸溫度102 ℃，時(shí)間70～80 s；皂洗溫度95 ℃，時(shí)間5 min。染色固色后半成品指標(biāo)見表4。

表4 染色固色后半成品指標(biāo)

1.3.4 后整理工藝

拉幅工藝：柔軟劑20 g/L，溫度140～150 ℃，時(shí)間50 s，幅寬160 cm。預(yù)縮工藝：縮率3%，溫度105 ℃。染色成品指標(biāo)見表5。

表5 染色成品指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

石墨烯錦綸在前處理工藝中，原料測(cè)試數(shù)據(jù)與經(jīng)過燒堿-雙氧水處理后數(shù)據(jù)無變化。石墨烯錦綸染色不受染料、固色液及后整理影響。石墨烯功能化后的抑菌率見表6。由表6 可知，石墨烯梭織面料，印染加工按設(shè)定工藝流程進(jìn)行，抑菌率正常。根據(jù)GB/T 30127—2013《紡織品遠(yuǎn)紅外性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》進(jìn)行測(cè)試，石墨烯遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.85，遠(yuǎn)紅外輻照溫升為1.6 ℃。綜上所述，具有遠(yuǎn)紅外功能、抑菌功能、吸濕透氣功能、抗靜電功能。

表6 生物質(zhì)石墨烯錦棉混紡織物抑菌檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

（1）在錦綸纖維中加入1%的功能化石墨烯，聚酰胺遠(yuǎn)紅外輻照溫升為1.6 ℃，提高了聚合物的防遠(yuǎn)紅外功能。

（2）石墨烯梭織纖維由于石墨烯經(jīng)過炭化為黑色，錦綸纖維添加石墨烯后，纖維也是黑色，因此在加工淺色及漂白色時(shí)，受到石墨烯錦綸纖維的影響。