為什么智能紡織品產(chǎn)業(yè)方興未艾，卻在市場(chǎng)上面臨“叫好不叫座”的尷尬？為什么智能服裝常常“走秀”于T型臺(tái)，卻沒能晾掛在老百姓家的陽臺(tái)？近年來，在國內(nèi)外智能紡織品研發(fā)領(lǐng)域不斷推出新產(chǎn)品的同時(shí)，“使用壽命短、原料成本高”，儼然已成為橫亙?cè)谘邪l(fā)人員面前的一道世界性難題。

近日，中化集團(tuán)下屬沈陽化工研究院喜報(bào)傳來，化工新材料所的魏峰教授團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出石墨烯及納米材料應(yīng)用技術(shù)，這一技術(shù)將有望讓智能紡織品走進(jìn)尋常百姓家。

“脆弱”電路催生研發(fā)新思路

電熱毯是將絕緣性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的軟索式電熱元件織入或縫入毛毯里，而作為高科技產(chǎn)品的智能紡織品電路，其原理與電熱毯也有相似之處，就是運(yùn)用混紡法或涂層法，把導(dǎo)電電路紡入紡織品里或涂在紡織品上。

魏峰教授介紹，這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：混紡法制得的導(dǎo)電電路通常導(dǎo)電性好，但穿著舒適性及耐洗耐折性能差；涂層法制得的導(dǎo)電電路，雖然能較好滿足人體舒適性需求，但耐洗耐折性能差、使用壽命短。不難發(fā)現(xiàn)，兩種方法的共性問題就是耐洗耐折性能差。而按照紡織品行業(yè)約定俗成的標(biāo)準(zhǔn)，只有產(chǎn)品耐洗性能達(dá)到50次家庭洗滌標(biāo)準(zhǔn)，才具備市場(chǎng)推廣及應(yīng)用價(jià)值。在2012年以前，雖然智能紡織品在傳感器設(shè)計(jì)等方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是因?qū)щ婋娐啡毕荩瑢?dǎo)致國內(nèi)外市場(chǎng)上沒有任何一種產(chǎn)品能達(dá)到耐洗50次、耐180°反復(fù)折疊性能。

也正是從2012年起，魏峰團(tuán)隊(duì)在公司的大力支持下，與英國利茲大學(xué)共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合開展《智能紡織品用導(dǎo)電油墨》項(xiàng)目開發(fā)，攻關(guān)石墨烯及納米材料應(yīng)用技術(shù)。團(tuán)隊(duì)依托沈陽院—英國利茲聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，著眼于導(dǎo)電材料配方設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試、工業(yè)放大和商業(yè)推廣，確立三個(gè)技術(shù)突破點(diǎn)：一是與所有已經(jīng)商品化的導(dǎo)電油墨相比，耐折耐洗性能更好，使用壽命更長；二是與已有傳統(tǒng)油性導(dǎo)電油墨相比，VOC更低，更安全環(huán)保；三是成本比銀導(dǎo)電油墨更低，適合大批量生產(chǎn)。

性能指標(biāo)引領(lǐng)研發(fā)新高度

導(dǎo)電油墨由導(dǎo)電填料、黏合劑、溶劑以及添加劑等組成，是用導(dǎo)電材料分散在連結(jié)料中制成的糊狀油墨。項(xiàng)目伊始，魏峰團(tuán)隊(duì)就以前瞻性眼光，確立把綠色環(huán)保元素融入項(xiàng)目全過程的研發(fā)思路，運(yùn)用清潔技術(shù)開發(fā)水性碳系導(dǎo)電油墨。

起初，團(tuán)隊(duì)利用已有技術(shù)儲(chǔ)備，采用水性聚氨酯分散體開發(fā)導(dǎo)電油墨。多次試驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然這種導(dǎo)電油墨印刷在紡織品上導(dǎo)電性能良好，但是耐洗性都沒能達(dá)到洗滌20次，而且印刷電路手感偏硬，耐折性能較差，根本無法應(yīng)用在智能紡織品上。

出師不利，魏峰決定推倒重來。針對(duì)耐洗性能差問題，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次試驗(yàn)論證，決定用超柔軟聚丙烯酸乳液、有機(jī)硅水性分散體作為基礎(chǔ)樹脂，以替代水性聚氨酯分散體。讓團(tuán)隊(duì)倍感振奮的是，用這種方法制作的印刷電路不但柔軟性好，而且對(duì)基材附著力強(qiáng)，能夠大幅度改善耐洗耐折性能。

魏峰帶領(lǐng)研發(fā)人員乘勢(shì)前進(jìn)，采用高品質(zhì)石墨烯作為導(dǎo)電材料，配合導(dǎo)電碳黑和石墨粉，先后設(shè)計(jì)出數(shù)百個(gè)配方，經(jīng)過上千次試驗(yàn)，終于開發(fā)出高導(dǎo)電性油墨配方，研制出具有商業(yè)推廣價(jià)值的水性碳系導(dǎo)電油墨。這種導(dǎo)電油墨可以利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在紡織品上印刷導(dǎo)電電路，只需印刷薄薄一層即可滿足要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，導(dǎo)電電路經(jīng)過50次水洗后導(dǎo)電性能依然良好，并且順利通過了180°反復(fù)折疊的耐折性能測(cè)試。同時(shí)，針對(duì)導(dǎo)電油墨使用過程中紡織品因高溫烘烤容易變色問題，團(tuán)隊(duì)研制出低溫交聯(lián)劑，將涂層固化溫度降低到80℃，為產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)掃清了技術(shù)障礙。技術(shù)開發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)還申請(qǐng)了4項(xiàng)發(fā)明專利。

市場(chǎng)前景拓展研發(fā)新領(lǐng)域

從智能手機(jī)到智能手表，從智能冰箱到智能汽車……如今，“智能”正不斷嵌入人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｓ每萍紝?shí)現(xiàn)衣食住行智能化，無疑成為人民群眾日益增長的美好生活需求的重要組成部分。

作為化工新材料追夢(mèng)人，團(tuán)隊(duì)在前期研發(fā)成果基礎(chǔ)上，又開發(fā)出水性石墨烯電磁屏蔽涂料，成果已開始商業(yè)化推廣。這種涂料可廣泛應(yīng)用于電磁屏蔽服裝、屏蔽布、屏蔽手機(jī)套，其耐洗耐折性能比銀、銅、不銹鋼絲混紡布料更強(qiáng)，使用壽命也更長；還可涂刷在建筑墻體表面，應(yīng)用于大型計(jì)算機(jī)中心等重要場(chǎng)所，發(fā)揮電磁屏蔽功能，防止重要信息泄露。團(tuán)隊(duì)還致力于開發(fā)具有防腐抗靜電功能的水性石墨烯導(dǎo)電涂料，用于油品、化學(xué)品、煤氣、天然氣等儲(chǔ)罐表面涂刷，以及加油站及重點(diǎn)保護(hù)建筑物表面涂刷，確保安全。

在魏峰團(tuán)隊(duì)的科研視野里，新時(shí)代是智能科技的時(shí)代，更是納米技術(shù)的時(shí)代。魏峰介紹說，全球智能紡織品產(chǎn)值預(yù)計(jì)2020年將達(dá)50億美元。石墨烯及納米材料作為很有前途的新材料，在智能紡織品、鋰電池、屏蔽材料、功能涂料（油墨）、柔性顯示、射頻識(shí)別、復(fù)合材料、導(dǎo)熱材料等領(lǐng)域均顯示出良好的應(yīng)用前景。

“石墨烯及納米材料應(yīng)用還處于起步階段，隨著國家環(huán)保政策要求日益嚴(yán)格，這種綠色環(huán)保產(chǎn)品必將得到進(jìn)一步重視。”魏峰信心滿滿地說，“作為美好生活不可或缺的一部分，石墨烯及納米材料應(yīng)用技術(shù)的市場(chǎng)和前景不可限量。”

作者：沈陽化工研究院/周傳明