纤维新材料及应用-5功能纤维

石墨烯调研报告（石墨烯纤维应用）1.新型功能纤维石墨烯纤维的柔性使其可以被编织成各种宏观自支撑的编织物（图3）或掺到棉纺织物中，具有良好的导电性以用在电子纺织物上。

同时可以根据需要制成各种特殊形状的器件，如可伸缩的弹簧，透明、导电复合膜等。

因为石墨烯纤维具有很好的导电性和高的弹性，可以用在柔性导线上。

Gao 等证明银掺杂石墨烯纤维可拉伸150%。

即便在通电情况下，伸缩过程也不会对纤维结构造成破坏。

2.石墨烯纤维驱动器能够快速、可逆地响应环境刺激，并具有形状可控能力的智能材料日益受到关注。

以石墨烯为基础的材料显示出很多适合于驱动器的性能。

与碳纤维相比，石墨烯纤维弹性好，易编织，质量轻并且更容易被修饰的特点。

这使得石墨烯纤维在非传统的柔性器件中具有更大的应用优势。

最近，制成了具有双层结构的石墨烯/聚吡咯（PPy）电化学纤维驱动器。

用其可制成多臂的镊子和网状驱动器，这些驱动器将在生物研究等领域有很大的应用前景。

Qu课题组用激光定位还原氧化石墨烯纤维的方法制成了石墨烯/氧化石墨烯（G/GO）不对称纤维。

G/GO 纤维对湿度非常敏感。

在潮湿环境中显示出复杂的、可控的并能按预期发展的形变。

进而用G/GO纤维可以制作概念性的新型纤维行走机器人，可以在两个载玻片之间移动。

原理上，这个概念型机器人的行走速度可以通过调整相对湿度的交替周期和器件的长度来加快。

3.石墨烯纤维马达常规的石墨烯纤维中，石墨烯片往往沿着纤维方向排列。

将刚纺出的氧化石墨烯纤维水凝胶进行旋转加工，就获得螺旋的石墨烯纤维，见图4（a）。

由于含氧官能团的存在，在一定湿度下，氧化石墨烯发生水分子的吸附与脱附现象，造成石墨烯层间可逆的膨胀与收缩，从而诱发纤维的旋转运动，成为石墨烯马达。

因此，当相对湿度交替变化时，螺旋型氧化石墨烯纤维能够发生可逆的旋转，见图4（b）。

最大旋转速度可达到5190 r·min-1。

这种扭转石墨烯纤维（TGF）可以用作新型的湿度开关。

高效抗菌新型生物基纤维家纺面料的研发及应用齐振鹏 宋均宜 张书峰 李洋 钟军 孟娜（山东联润新材料科技有限公司）摘要：本文通过对新型生物质纤维海洋胶原蛋白纤维与银纤维无纺布的性能分析，根据纤维及无纺布的性能设计合理的生产流程，通过改造设备，优化工艺，解决了海洋胶原蛋白纤维及银纤维无纺布在棉纺系统中纺纱的技术性难题，开发出亲肤透气、抗菌抑菌的多功能面料。

关键词：海洋胶原氨基酸纤维；银纤维无纺布；小比例纤维；高效抗菌随着人们消费水平提高和健康意识不断增强，各种抗菌、抑菌等功能性纺织品越来越受到消费者青睐，后疫情时代人们对床品的抗菌、舒适等功能性也提出了更高要求；绿色安全、抗菌抑菌的功能性纺织品有良好的市场前景。

采用银纤维无纺布、海洋胶原氨基酸纤维生产高效抗菌纺织品，其抗菌效果持久、安全环保、舒适健康等优点，解决了生物基纤维与银纤维无纺布在棉纺系统纺纱的技术性难题，开发了多种高效抗菌纱线面料，满足纺织品不同场景下的功能性需求。

以赛紧纺海洋胶原氨基酸纤维/竹纤维/银纤维 48/48/4 40*40 173*120*105″4/1+1/4不规则缎条面料为例，介绍本项目研究。

1.纤维指标及工艺流程1.1 纤维特性海洋胶原氨基酸纤维是以生物科技超分子技术将海洋胶原胜肽氨基酸注入到再生纤维素纤维中制成的一种新型生物基纤维，其制备流程如下图所示。

该纤维与人体皮肤具有很好的亲和性，具有天然除臭、防紫外线等功能。

银纤维无纺布是采用磁控溅射技术将银离子与生物基无纺布复合制成的导电织物，通过银离子有效阻止病菌的繁殖和传播而达到强效抗菌目的，适用于服饰、家纺、医疗卫生、保健等领域，具有强效抗菌、耐洗涤特性。

图1 海洋胶原氨基酸纤维循环流程图2 银纤维无纺布1.2 工艺流程生物基纤维：F A002圆盘抓棉机→F A022-6多仓混棉机→Z F A1102A精开棉机→F A046A振动棉箱给棉机→F A141A单打手成卷机→F A224D梳棉机+银无纺布→J W F1310并条机（予并）→J W F1310并条机（一并）→J W F1310并条机（二28 HOME TEXTILE TIMESFEATURES专题报道2.1.2 锡林-盖板隔距对纱线质量的影响图3不同生条定量和出条速度与棉结的关系图4不同锡林-盖板隔距与棉结的关系图5不同锡林、刺辊速度与棉结的关系并）→RSBD22C并条机（末并）→FA497粗纱机→JWF1510细纱机→S A V I O自动络筒机→B E N N I N G E R整经机→K A R L MAYER耶浆纱机→ZAX9100喷气织机。

碳纤维材料对生活的影响碳纤维简介碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。

碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，在沿纤维轴方向表现出很高的强度。

碳纤维具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异且具有诸多特殊功能的新材料。

由于碳纤维及其复合材料优异的综合性能及高附加值，被人们称作是二十一世纪的“黑色黄金”，被列入国家“十三五”规划，作为国家重点发展的战略新兴产业。

二十世纪四、五十年代，美国人首次通过牵引人造丝的方法，制备得到了碳纤维符合材料(CFRP)。

此后美国人在该技术方面领跑世界近20年。

1969年，日本东丽公司研制成功高比强度和高比模量的碳纤维。

目前，以日本东丽、东邦和三菱人造丝三家日本公司的碳纤维材料产量占据世界70%以上的高性能碳纤维生产份额。

我国的碳纤维产业发展和国外存在着较大差距，无论是碳纤维的生产和下游的应用。

以碳纤维为例，2017年，全球碳纤维理论产能为147,100吨，而中国为2,6000吨。

差距已经较大，但在实际产量上，差距就更明显。

2016年全球碳纤维产量在84000吨左右，约为产能的60%，但中国的实际产量7400吨（有说5400），不到产能的30%（中国碳纤维2017年需求约24800吨，自给率30%）。

同时国外如东丽可以批量生产T300、T700、T800、T1000、M40、M55、M60等级别的碳纤维，而国内T300、T700可以满足一定的需求，其他级别产品在市场上还没形成规模化供应。

碳纤维的发展目前的碳纤维制备技术已经能制备出比强度比钢高十几倍，密度是一般金属的0.5 倍左右，疲劳极限是拉伸强度的70%~80%，在400摄氏度的高温下强度和弹性模量无变化，易于大面积整体成型。

由于国外碳纤维材料发展较早，除了应用于宇航、航空之外，在汽车、船舶、建筑、车辆、化工设备乃至文娱体育用品都得到了充分的应用。

新型纺织纤维材料发展趋势与方向新纤维之所以称为新纤维，主要是因为它在形状、性能或其他方面都不同于原来的传统纤维，并在某些方面进行了改进，以满足生产和生活的需要。

新型纤维可分为新型天然纤维、新型纤维素纤维、大豆蛋白纤维、水溶性纤维、功能性纤维、差别化纤维、高性能纤维和高敏纤维。

新型纤维是在传统纤维在某些方面已经不能满足人们需求的情况下产生的，它解决了传统纤维的一些缺陷。

体现了人们对纺织材料要求的提高。

同时，新型纤维的发展反映了未来纤维材料的发展趋势和方向。

因此，研究当前新型纤维的发展现状和类型，对今后新型纤维的进一步开发和研制具有重要意义。

一、新型纤维的开发前景随着人们环保意识的提高和新型纤维的发展现状，不难看出现在新型纤维的发展趋势是多元化、创新性和环保性。

随着人们生活水平的提高和一些纤维的缺陷，人们不仅满足于新开发的纤维，而且在纤维材料上追求多样化；各种面料新产品的开发需要各种新纤维的问世，这就需要新纤维的新颖性；由于化学纤维和废弃纤维的生产过程造成了很大的环境问题，这就要求未来新型纤维的发展应以环保为导向。

此外，新型纺织纤维的发展取决于高分子科学水平，而我国目前高分子科学发展水平较低，导致很多高性能材料和高附加值产品需要进口。

比如医用缝合线、高性能人造血管的生产，国内几乎是空白。

因此，研究人员应致力于开发各种高性能的高分子材料，进而推动新型纺织纤维的开发和应用。

二、新型纤维的开发意义纺织新材料的应用给传统纺织行业赋予了活力，纺织机电一体化、智能化推广和新的生产技术使这个古老的行业充满活力，重新焕发光彩。

新型天然纤维的不断开发和使用，不仅节约了石油等能源，还减少了环境污染。

天然纤维对人体有一定的亲和力，有些天然纤维还具有医疗保健作用。

随着人们崇尚自然、回归自然的追求不断增长，天然纤维的开发和利用得到了加大，具有更加广阔的市场前景。

三、新型纤维的分类1. 新型天然纤维新型天然纤维主要有天然彩棉和改性羊毛两大类。

纺织工程中新材料的应用探索纺织工程作为一门涉及纤维、纱线、织物及其加工工艺的学科，一直以来都在不断地发展和创新。

其中，新材料的应用为纺织行业带来了新的机遇和挑战。

本文将探讨纺织工程中一些具有代表性的新材料及其应用，包括高性能纤维、智能材料和环保材料等，并分析它们对纺织行业的影响。

一、高性能纤维高性能纤维是具有优异的物理性能和化学性能的纤维材料，如碳纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维等。

碳纤维具有高强度、高模量和低密度的特点，在航空航天、汽车制造和体育用品等领域得到广泛应用。

在纺织工程中，碳纤维可用于制造高性能的纺织复合材料，如碳纤维增强织物。

这些织物具有出色的强度和刚度，可用于制造飞机的结构部件、汽车的轻量化零部件以及高性能的运动装备，如网球拍、自行车车架等。

芳纶纤维具有耐高温、阻燃、高强度和高模量等特性，被广泛应用于防护服装、航空航天和电子电气等领域。

在纺织领域，芳纶纤维常用于制造防火服、防弹衣等防护用品，以及耐高温的输送带和电缆等工业用品。

超高分子量聚乙烯纤维具有极高的强度和耐磨性，在绳索、防护装备和渔网等领域有着重要的应用。

在纺织工程中，它可以用于制造高强度的绳索和渔网，以及具有良好耐磨性能的防护服。

二、智能材料智能材料是指能够感知外界环境变化并做出相应响应的材料。

在纺织工程中，常见的智能材料包括形状记忆材料、相变材料和导电纤维等。

形状记忆材料能够在一定条件下改变形状，并在特定条件下恢复原始形状。

例如，形状记忆合金丝可以被编织到织物中，用于制造具有形状记忆功能的服装，如能够自动调整领口和袖口形状的衬衫。

相变材料能够根据环境温度的变化吸收或释放热量，从而实现温度调节的功能。

将相变材料微胶囊化后可以嵌入到纺织纤维中，制造出具有调温功能的织物，这种织物可用于制作保暖服装和智能床上用品，能够根据人体的温度和环境温度自动调节热量，提供舒适的穿着和使用体验。

导电纤维具有良好的导电性，可用于制造抗静电织物和智能电子纺织品。

纤维增强原理纤维增强原理是指在材料制备过程中，通过添加纤维材料来增强材料的力学性能和耐久性能的原理。

纤维增强材料是一种复合材料，由纤维和基体组成，其中纤维起到增强作用，基体起到传递载荷和保护纤维的作用。

纤维增强原理的核心在于纤维的作用。

纤维可以分为连续纤维和短切纤维两种。

连续纤维是指长度很长的纤维，通常是直接使用天然纤维或人工合成纤维，如玻璃纤维、碳纤维等。

短切纤维是指长度较短的纤维，通常是将连续纤维切断得到，如短切玻璃纤维、短切碳纤维等。

不同类型的纤维在增强原理中起到的作用略有不同，但本质上都是通过增加材料的界面粘结强度和抗拉伸性能，来提高材料的力学性能。

纤维增强原理的优势在于可以显著提高材料的强度、刚度和耐磨性能，同时也可以改善材料的疲劳性能和抗冲击性能。

通过合理选择纤维材料的类型、长度和含量，可以使得材料在不同方向上具有不同的力学性能，从而满足不同工程应用的需求。

此外，纤维增强原理还可以有效地延缓材料的破坏过程，延长材料的使用寿命。

纤维增强原理的应用非常广泛，包括航空航天、汽车制造、建筑工程、体育器材等领域。

在航空航天领域，碳纤维增强复合材料被广泛应用于飞机机身、翼面和动力系统等部件中，以减轻结构重量、提高飞行性能；在汽车制造领域，玻璃纤维增强塑料被广泛应用于汽车外壳、内饰和悬挂系统等部件中，以提高汽车的安全性和燃油经济性；在建筑工程领域，碳纤维增强混凝土被广泛应用于桥梁、隧道和地基等工程中，以提高结构的承载能力和抗震性能；在体育器材领域，碳纤维增强复合材料被广泛应用于高尔夫球杆、网球拍和自行车车架等器材中，以提高器材的性能和使用寿命。

总的来说，纤维增强原理是一种有效的材料增强方法，通过合理应用可以显著提高材料的力学性能和耐久性能，满足不同工程应用的需求，具有广阔的应用前景。