浅析石墨烯纤维复合材料应用前景

“自2010年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授捧起诺贝尔物理学奖那一刻起，石墨烯一举成为举世瞩目的新材料。”

目前，欧洲、美国、日本、中国等众多国家，都把石墨烯列为本世纪最重要的新材料进行研究和开发，并已在新能源、电子、新材料等方面取得重要进展和初步应用效果，显示出广泛的应用前景。

将石墨烯与普通纤维复合，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，可广泛应用于面料、服装、家纺、针织等纺织品。目前，欧洲、美国、日本、中国等众多国家，都把石墨烯列为本世纪最重要的新材料进行研究和开发，我国已把石墨烯作为国家级重要战略材料列入国家“十三五”规划。

3月15日至17日，在上海举行的中国国际纺织纱线展览会上，“中国智造”的石墨烯纤维引发关注。许多专家表示，目前石墨烯的应用分为重应用和轻应用两种，重应用需要大量资金的投入和较长周期的开发，从而根本上借助石墨烯单层原子优势替代传统材料，比如石墨烯在电池、半导体芯片等领域的应用，但这类应用受限于目前的技术和产量无法迅速普及，大多还停留在实验室阶段。

而石墨烯的轻应用是面向民用的、可以快速实现产品化并能够给消费者带来较高性价比的应用，比如石墨烯发热和过滤。值得一提的是，目前已有企业将石墨烯应用到纺织领域。近年来，石墨烯在纺织领域的应用日益广泛，石墨烯制备高性能纺织纤维及进行纺织品功能整理也渐成行业研究热点。

石墨烯具有优异的抗菌性能、低温远红外功能，将石墨烯整理到织物上，即可制备抗菌织物。相对于传统的无机、有机抗菌剂，石墨烯基本没有细胞毒性，更适合与人体皮肤直接接触，具有亲肤养肤的作用。

兰州大学教授拜永孝认为，石墨烯织物是指石墨烯材料与普通纺织品有效结合，在保持纺织品各项基本性能的同时，具有石墨烯某一种或几种独特性质的纺织产品。石墨烯纺织品在导电、防辐射、防紫外线、抗菌、特殊防护和智能织物等领域都有巨大的应用前景。据了解，目前已有家纺企业开始将石墨烯进行产业化应用，并成功制造出集超强低温远红外、抗菌抑菌等多种功能于一身的石墨烯健康产品，在改善微循环、促进新陈代谢方面起到了至关重要的作用。

据业内人士透漏，石墨烯在智能纺织品领域也大有发展。之所以选择将石墨烯应用到智能纺织领域是看重了石墨烯良好的导热性，由于石墨烯的电热转换效能可达99%，与其他发材料相比有绝对的优势；其次，传统的电阻丝发热，容易发生短路着火、遇水联电不安全、人体舒适感低等情况。把石墨烯嵌入到纤维结构，捻线织成的布可支持3.7V安全电压，并可根据情况通过APP控制升温速度及温度。就用户体验来讲，提升了安全性及舒适度。除了发热速度快之外，其在发热均匀度、发热效率方面比碳纤维和电阻丝要优秀一些。而作为石墨烯纺织物的柔软、不怕折叠、可水洗的特性就更胜一筹。

中国纺织品商业协会新技术推广应用中心主任王黎明介绍，在纺织行业，国内企业已研制出石墨烯复合纤维，并实现了工业化生产，目前处于国际领先地位。“据我所知，美国还没有企业生产石墨烯复合纤维，他们把精力集中在特种航天、储能电池等更尖端的领域。而我国是纺织大国，又具有较强的科技实力，所以研制石墨烯复合纤维无可厚非，而且具有很大的应用价值。”

但专家表示石墨烯复合纤维的产业化，在我国刚刚起步。南通强生石墨烯科技有限公司展台专家客户云集，他们的技术和产品引起了业内广泛关注。

据介绍，强生从2009年开始，成立了由来自美国、欧盟和中国的科学家组成的研发团队，专注石墨烯产业化和后续应用研究。经过8年多的不懈努力和深入研究，在单层石墨烯的工业化制备和石墨烯复合功能纤维材料研究及产业化生产方面，取得重大突破，其中最大的一项突破在于石墨烯原料成本大幅下降。

“我们在决定开发石墨烯产业时，就坚定一定要把原料掌控在自己手里。”南通强生董事长沙晓林告诉记者，当年刚开始进入石墨烯领域时，原料要从美国进口，“价格要每克500元，比黄金还贵。如今，在我们科研团队的不断努力下，每克只需要1元。”

强生历时多年研究成功的全球最新石墨烯原料制备技术，最大的进展在于采用常温常压的插层-剥离生产工艺，该工艺生产流程短、效率高、产品单层率高、成本低、生产过程绿色环保。“这也是我们颠覆原料成本的关键所在。”沙晓林说。

据了解，石墨烯原料制备工艺和技术经中国上海科技情报所查新，具有完全知识产权，相应的石墨烯系列产品经国内外第三方权威机构证明，其单层率均达到99%的先进水平。并且通过了中国工程院院士、上海大学孙晋良教授领衔的专家委员会的评审，认为强生石墨烯生产工艺和技术达到国际先进水平。

沙晓林表示，不仅掌握了让石墨烯纤维飞入寻常百姓家的国际尖端技术，更要把目光瞄准了打造国际石墨烯品牌的长远梦想。

目前，强生已拥有一条年产10吨的石墨烯原料生产线，并已稳定运行和正常生产一年多时间，正在规划建设年产100吨的石墨烯原料生产线，也计划于今年5月投入生产。

中国是世界纺织大国，年产各种纤维近5000万吨，化纤产量占世界总量的70%，涤纶、锦纶等常规品种的技术、规模都是世界领先，但因普遍存在同质化严重、产品结构性过剩等问题，致使近年来行业效益不高，常规化纤等传统行业转型已迫在眉睫。

近年来，强生把开发和应用石墨烯复合纤维作为石墨烯应用的突破口和制高点，因此，强生石墨烯把研发石墨烯复合功能纤维和产业化，作为最重点的课题和任务。并且提出了“7+7”发展规划，即开发7种与常规化纤复合的纤维，7种与特殊纤维复合的纤维。

目前，强生石墨烯复合锦纶、涤纶、氨纶已实现产业化生产，石墨烯复合高强聚乙烯、芳纶、碳纤维等高端复合纤维的研发，也已取得重要进展。石墨烯复合功能纤维的广泛推广和应用，将对我国纺织产业转型升级，起到重要的推进作用。

强生凯瑞石墨烯复合纤维，包括了优异的抗菌抑菌功能：对大肠杆菌、金色葡萄球菌、革兰氏细菌24小时灭菌率达到99.9%。

超强的抗螨灭螨功能：尘螨是引起哮喘、过敏性鼻炎、湿疹甚至窒息的重要过敏源。强生凯瑞石墨烯复合纤维24小时灭螨率达到95%的一级标准（三级为60%、二级为80%）。以及强力的远红外发热功能、超强的抗紫外功能和超强的抗热耐磨功能。

中国石墨烯产业联盟教授李义春表示，目前我国石墨烯产业炒作多、产业化少，加快石墨烯产业化应用是关键中的关键。为此，强生石墨烯一方面在石墨烯原料生产技术上不断深入研发，在大幅提升质量的同时，大幅降低成本。目前，强生石墨烯成本已降至国外产品的三十分之一。同时，借助石墨烯原料的低成本优势，在复合纤维价格上，更加贴近中国纺织纤维市场的需求。

沙晓林表示，“强生石墨烯复合纤维，必将为助推我国纺织业转型升级做出重要贡献。”

“而作为新鲜事物，石墨烯用于纺织原料也需要制定市场准入标准。”王黎明表示，石墨烯“民用化”的国家标准正在推进中。