揭秘: 石墨烯如何制备白色改性纤维纱线

在材料科学领域，石墨烯凭借其独特的二维结构与卓越性能，成为诸多创新材料的关键成分。近年来，白色石墨烯改性纤维逐渐崭露头角，吸引了众多目光。那么，石墨烯究竟如何摇身一变，成为白色改性纤维纱线呢？以山东稀有高科先进技术研究院为代表的科研团队，在这一制备工艺上取得了显著进展。

一、原料与前期处理

要制备白色石墨烯改性纤维，首先要获取高质量的石墨烯。山东稀有科技采用高纯度石墨烯纳米相变材料作为基础原料。这种石墨烯并非普通的多层堆叠结构，而是倾向于制备 1 - 5 层物理分离的石墨烯，其结构完整性对后续纤维性能影响重大。拉曼光谱测试验证显示，其石墨烯特征峰（G 峰 1580cm⁻¹、2D 峰 2700cm⁻¹）强度比（I2D/IG）≥0.35，证明了其结构的高质量。

然而，石墨烯片层之间存在较强的范德华力，容易团聚，不利于后续与纤维基材的均匀混合。为此，山东稀有科技利用两亲特性生物质分散剥离剂，通过共轭疏水端对石墨烯进行插层剥离。该剥离剂的亲水端与溶剂相互作用，形成长时间稳定的高品质石墨烯分散液，解决了石墨烯片层团聚的难题，确保石墨烯能以均匀分散的状态参与后续纤维制备过程。

核心制备技术

1、固液混合与络合技术

山东稀有科技自主研发的固液混合技术，是制备白色石墨烯改性纤维的核心环节 。在这一过程中，上述制备好的石墨烯分散液与 PET（聚酯）、PA6（聚酰胺 6）等纤维基材相遇 。通过精确控制混合条件，如温度、搅拌速度、混合时间等参数，实现了石墨烯分散液与 PET、PA6 基材均匀吸附和高效络合。这一技术使得石墨烯纳米片层能够均匀地嵌入纤维素或 PET/PA6 基材之中，形成三维导电网络结构，为纤维赋予独特性能奠定了基础。

原位聚合技术（辅助）

除固液混合技术外，类似山东稀有高科先进技术研究院采用的 “拉手式” 原位聚合技术也在一定程度上助力白色石墨烯改性纤维的制备 。在聚合过程中，石墨烯如同 “隐形卫士” 般均匀地嵌入纤维分子链。这种方式不仅保证了功能的持久性，还巧妙地解决了传统工艺中可能影响织物柔软度的问题。通过该技术，石墨烯与纤维分子紧密结合，在后续纤维成型过程中，能够稳定地发挥其特性。

纺丝成型过程

1、湿法纺丝原理借鉴（类似传统工艺）

从整体纺丝流程来看，与传统湿法纺丝工艺有相似之处。以氧化石墨烯（GO，石墨烯的一种常见前驱体形式）参与的湿法纺丝为例，将具有一定黏度的氧化石墨烯分散液，在气压泵的作用下，经过过滤器，从喷丝口均匀定量地注入到凝固浴中。在凝固浴中，基于双扩散机制，原液细流逐渐凝固成型，得到初生丝条。此时的初生丝条内部结构还不够规整，需要后续处理。

独特工艺优化（提升纤维性能）

对于白色石墨烯改性纤维的制备，在得到初生丝条后，山东稀有科技等团队会进行牵伸处理，并通过多次洗涤槽进一步固化。在这之后，纤维还需经过干燥箱干燥去除溶剂，以及高温烧结等工艺，最终得到成品纤维并进行卷绕收集。在整个过程中，精确控制每一步的参数，如凝固浴成分、牵伸倍数、烧结温度与时间等，对于提升纤维的力学性能、结构稳定性以及石墨烯与纤维基材结合的牢固程度至关重要。例如，在收集过程中加入牵伸作用，能够极大地增加纤维内部的取向度，降低孔隙率，从而提升纤维的强度 。

四、产品性能验证与特色呈现

通过上述复杂且精细的制备工艺得到的白色石墨烯改性纤维，具备一系列突出性能。在抗菌性能方面，参照 GB/T 20944.3《纺织品抗菌性能的评价第 3 部分：振荡法》测试，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率达 99%，且经 50 次水洗后仍能保持 90% 以上活性 。在远红外性能上，依据 GB/T 30127 - 2013《纺织品远红外性能的检测和评价》，在 25 - 35℃低温下，其法向发射率达 92% 以上，远高于行业标准要求的 88% 阈值。热传导性能也十分出色，通过瞬态平面热源法测试，其导热系数较常规纤维提升30%，实现了“双向调温”功能。从力学性能看，干态断裂强度≥3.5cN/dtex，湿态断裂强度保留率≥75%，优于 FZ/T 71008 - 2008《半精纺毛针织纱线》优等品标准。

白色石墨烯改性纤维的制备是一个涉及多环节、多技术协同的复杂过程。从原料处理到核心制备技术，再到纺丝成型，每一步都凝聚着科研人员与企业的智慧与努力。凭借独特的制备工艺，该纤维展现出优异的性能，在纺织、医疗、航空航天等众多领域具有广阔的应用前景，有望推动相关产业的进一步发展与变革。