苏 昊
（常州纺织服装职业技术学院，江苏 常州 213000）
目前阻燃纺织品开发技术包括生产具有阻燃性的纤维和在纺丝原液中加入阻燃整理剂，国内外使用后一种加工方法制备阻燃纺织品，将碳纳米管、石墨烯等纳米材料加入纤维内部，具有改善纺织品的阻燃性能等作用，因此石墨烯用于纺织品阻燃具有广阔前景。纺织品面料产品创新方向是高性能材料，石墨烯涤纶纤维就是研发高性能材料中的一种。设计石墨烯服装面料具有远红外功能，可吸收人体皮肤散发的湿气，具有较低的表面电阻率。
1 石墨烯在织物领域应用研究
由于石墨烯在导电导热等方面表现出色，迅速得到广大学者的青睐，广泛应用于复合材料制备，传感器等领域[1]。由于中间分子作用力较强，发展具有局限性。石墨烯衍生物材料具有诸多优良性能，成为国内外学者研究的热点，为纺织行业创新发展起到推动作用。石墨烯及衍生物用于新型纤维制备，使用石墨烯新型纤维目前取得重要突破。石墨烯纤维是以石墨烯为单元制备的纤维，由于石墨烯为二维片状结构，无法按同取向组成连续长条，难以溶于有机溶剂。2011年浙大研究报道使用氧化石墨烯纳米微片可在水溶液中形成液晶相，通过化学还原方法制备石墨烯纤维。此后制备技术专利申请数量不断增加，石墨烯应用范围不断拓宽。关于制备石墨烯纤维的方法不断得到突破。研究提出干法纺丝制备石墨烯纤维方法，可用于织物纺织。
虽然石墨烯纤维制备方法不断创新，但目前石墨烯纤维局限于实验室制备，无法批量投入市场。石墨烯复合纤维是不同于石墨烯纤维的热门材料，可在原有纤维基础上进行改性整理。研究使用浸泡还原方法，使用石墨烯对羊毛等纤维进行改性整理，获得氧化石墨烯以牛血清蛋白等作为粘附剂对改性纤维进行整理可提高耐久性。普通纺织品能满足人们御寒保暖等需求，带有特定功能纺织品的出现能满足人们新的需求。石墨烯功能纺织品是以石墨烯为改性材料准备的纺织品，如导电导热纺织品等[2]。由于石墨烯具有诸多优良性能，可根据整理工艺不同赋予纺织品不同功能。
2 石墨烯纺织品性能分析
目前利用石墨烯研制功能性面料成为研究热点，但市面上石墨烯纺织品较少。原因是石墨烯材料价格昂贵，生产方法复杂；企业认为石墨烯过于高端，通过各种方法与各类织物结合比传统布料更加舒适。石墨烯功能面料在抗菌、防紫外线等方面应用市场广阔，石墨烯符合绿色发展理念，可以拓展石墨烯功能面料在纺织领域中的应用，很多石墨烯纺织品逐渐被人们接受，石墨烯功能面料引领高端纺织材料发展。
石墨烯在纺织品中具有良好抗菌性、保暖性、抗静电性等性能。随着人们生活水平的提高，抗菌类纺织品满足人们隔绝细菌侵扰的需求。传统纺织品在穿着中会因汗渍等环境滋生微生物，纺织领域中抗菌材料非常重要。当前市面上无机系抗菌剂因无毒无污染等特点广泛应用于抗菌面料中。石墨烯衍生物抗菌性优异，氧化石墨烯是石墨烯衍生物中研究应用最多的抗菌抗病毒材料，不会对环境造成污染[3]。石墨烯具有优异的抗菌性能，可与皮肤直接接触。对石墨烯含量与抑菌性能关系进行研究发现，抑菌性能随着石墨烯含量增加增强。目前石墨烯抑菌性能可用于内衣裤等与人体密切接触的纺织产品，石墨烯应用市场潜力巨大。石墨烯纤维相比其他抑菌纤维具有很大优势，随着石墨烯抗菌性研究，及产品质量标准的建立，石墨烯抗菌在生活中发挥关键作用。
石墨烯面料保暖效果利用远红外升温，红外线是波长0.76-1000μm的电磁波，波长2.5-1000μm的电磁波为远红外线[4]。远红外线由于波长较大，使用有较少烫伤的危害。红外线具有改善微循环系统等作用，石墨烯能吸收辐射40%的远红外线，面料可迅速升温。在低温下可发射远红外波。研究人体微循环测试表明，使用石墨烯面料受测人体PU值提高，测得人体皮肤表面温度提高。石墨烯保暖性能在保暖内衣上广泛应用，石墨烯材料主动产热式保暖效果明显，应用于女性保暖内衣具有健康理疗功效。石墨烯具有电磁屏蔽性、阻燃性等特性。通信技术迅速发展带来磁污染，强电辐射影响人体健康，氧化石墨烯与轻质棉织物结合植物屏蔽性能提高，石墨烯织物可满足商用级应用。
3 石墨烯改性面料的研发
石墨烯具有诸多优异性能，将石墨烯用于纺织行业具有较大开发价值。石墨烯在纺织领域应用方式包括改性纤维与功能性整理。石墨烯改性纤维开发纺织面料要把握其特性，保持纺织品各项基本性能，使其具有几种功能特质，开发产品要具备石墨烯独特的功能性，结合企业优势产品类型做好产品设计开发。石墨烯改性面料研发包括产品设计因素分析，机织印染服装面料设计开发，家纺面料设计开发等。
采用石墨烯改性聚酯短纤维单纤维密度为1.3dtex，石墨烯在纤维内占比1%。石墨烯改性面料产品设计受到纤维颜色与舒适性影响。石墨烯改性纤维呈深灰色，无法处理颜色限制了面料呈现效果。石墨烯改性合成纤维化纤感强，考虑其功能实现要求尽量贴肤。研发石墨烯面料以深色为主，将石墨烯本色作为面料点缀色[5]。织物层主要为石墨烯纤维，组织结构以经纬纱异面分布组织为主，有利于突破纤维颜色限制，在不影响服用功能下降低成本。通过测试分析多种成分配比石墨烯改性混纺纱线，石墨烯含量达50%具有功能性指标，考虑改性纤维含量过高会影响舒适性，确定面料中石墨烯改性纤维占比为50-60%。
机织印染服装面料应用石墨烯改性涤纶开发产品包括纬纱采用石墨烯改性涤纶短纤维混纺氨纶包开发弹力裤面料，与棉纤维混纺纱开发机织衬衣面料。石墨烯机织面料开发品种包括采用JC14.8tex经纱或采用18.4tes经纱，混纺比50/50，经密为512根/10cm，幅宽208cm，染色工艺为地面双染。石墨烯改性涤纶短纤与精梳棉混纺纬纱，纬纱细度1408tex，纬密为315根/10cm，染色工艺为涤棉双染。石墨烯改性牛仔面料设计开发采用涤纶短纤维与棉纤维混纺纬纱，纱线细度16.4tex，二上一下右斜纹，经密为472根/10cm，幅宽为150cm。牛仔布斜纹组织结构使织物表面为经支持面，保持经典牛仔面料风格的同时兼具石墨烯功能。
4 石墨烯在涤棉织物中的实验研究
涤棉织物兼具棉组分良好柔软性和涤纶组分具备的良好机械性能，大量用于产业用等方面。涤棉织物为易燃纺织品，使得涤纶组分受热熔融生成熔滴无法正常滴落带走热量，对其进行阻燃整理需要兼顾两种组分的区别。目前许多学者使用多种方法提升涤棉织物的阻燃性能。有学者用光接枝技术把AM接枝到涤棉织物，改性涤棉极限氧指数增大，改善织物阻燃性能。氧化石墨烯在许多方面与石墨烯具有相近性，将其用于纺织品阻燃整理中，可组织氧气与物体的深层接触。与阻燃剂使用可起到协同作用，氧化石墨烯表面含有大量官能团，能实现对纺织品的改性。
近年来智能纺织品得到快速发展，不断渗透到健康汽车等领域，导电性能是智能纺织品的基本要素，针对导电纺织品的大量需求，许多学者作出相关研究取得系列成果。导电纺织品使用中会因电压使用不当等因素产生热量引发火灾，人们对用于消防服等方面的纺织品进行阻燃整理，应用于可穿戴电子产品的导电纺织品具有易燃性。石墨烯在赋予纺织品良好导电性方面得到较多应用，具有二维层状结构，导热性能优异。将其用于纺织品功能整理中，能覆盖织物，加快热量散失，建立完整的导电网络。
5 石墨烯在涤棉面料中的应用试验
实验采用材料织物为加入1%功能化的石墨烯涤纶36.8tex，全棉36.8tex，规格CVC36.8tex×59tex，织法3/1，染化料为分散红玉S-5BL100%，分散黑S-3BL100%，活性红SBE100%。助剂包括双氧水，双氧水稳定剂，分散螯合剂HF-1，碳酸氢钠，防沾皂洗剂DL-106。使用仪器包括丝光机、定型机，还原皂洗机，SF600PLUS-CT电脑测色配色仪，SW-12A耐洗色牢度试验机，Y571B型摩擦牢度测试仪。
石墨烯涤棉梭织产品处理工艺流程为烧毛→氧漂→丝光→烘焙→拉幅。石墨烯涤棉染工艺烧毛为两正一反，烧碱28-30g/L，分散螯合剂HF-12g/L。氧漂烧碱3-4g/L，双氧水稳定剂5-6g/L，分散螯合剂HF-12g/L，定型210℃，幅宽为成品幅宽加5cm。石墨烯涤纶36.8tex。（见表1）
表1 半成品测试与质量判定
打底机染色颜色为藏蓝，工艺配方为200%分散深蓝HG 4g/L，200%活性黑ED4.5%，分散螯合剂HF-12g/L，工艺条件为烘干温度80-100℃。烘焙工艺条件为205℃90s，还原皂洗机气蒸固处理，工艺配方为碳酸氢钠30g/L，防染盐S1g/L，工艺条件为102℃气蒸70s，皂洗工艺95℃5min。后整理工艺中，拉幅工艺幅宽为成品幅宽，预缩缩率105℃。石墨烯涤棉纺织物抑菌性能分析检验依据为GB/T20944.3-2008。生物质石墨烯涤棉纺织物远红外性能检测依据为《纺织品远红外性能检测》。（见表2、表3、表4）
表2 打底机染色后半成品测试与质量判定
表3 石墨烯涤棉纺织物抑菌性能
表4 生物质石墨烯涤棉混纺织物远红外性能
6 结束语
氧化石墨烯在阻燃、导热等功能纺织品制备中得到大量应用。可选用石墨烯不同形式，获得所需的功能纺织品。石墨烯在防治领域表现巨大的潜力，石墨烯基本功能纺织品逐渐走向人们的生活。本文研究介绍石墨烯在纺织领域的应用，分析石墨烯功能纺织品的性能，总结石墨烯改性面料的研发，进行石墨烯在涤棉面料中的应用试验。研究表明石墨烯涤纶前处理工艺中，半成品测试数据与经烧碱处理后无明显变化；石墨烯所致面料开发按设定工艺流程正常运行，具有抑菌功能；石墨烯在加入染色前及后处理工序对半成品质量影响不大。
