為什么智能紡織品產(chǎn)業(yè)方興未艾，卻在市場上面臨“叫好不叫座”的尷尬？為什么智能服裝常常“走秀”于T型臺，卻沒能晾掛在老百姓家的陽臺？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，“使用壽命短、原料成本高”，儼然已成為橫亙在研發(fā)人員面前的一道世界性難題。

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

“脆弱”電路催生研發(fā)新思路

電熱毯是將絕緣性能達到標準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，就是運用混紡法或涂層法，把導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：混紡法制得的導電電路通常導電性好，但穿著舒適性及耐洗耐折性能差；涂層法制得的導電電路，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)約定俗成的標準，只有產(chǎn)品耐洗性能達到50次家庭洗滌標準，才具備市場推廣及應用價值。在2012年以前，雖然智能紡織品在傳感器設計等方面的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是因?qū)щ婋娐啡毕?，導致國?nèi)外市場上沒有任何一種產(chǎn)品能達到耐洗50次、耐180°反復折疊性能。

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

性能指標引領(lǐng)研發(fā)新高度

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

起初，團隊利用已有技術(shù)儲備，采用水性聚氨酯分散體開發(fā)導電油墨。多次試驗結(jié)果顯示，雖然這種導電油墨印刷在紡織品上導電性能良好，但是耐洗性都沒能達到洗滌20次，而且印刷電路手感偏硬，耐折性能較差，根本無法應用在智能紡織品上。

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

魏峰帶領(lǐng)研發(fā)人員乘勢前進，采用高品質(zhì)石墨烯作為導電材料，配合導電碳黑和石墨粉，先后設計出數(shù)百個配方，經(jīng)過上千次試驗，終于開發(fā)出高導電性油墨配方，研制出具有商業(yè)推廣價值的水性碳系導電油墨。這種導電油墨可以利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在紡織品上印刷導電電路，只需印刷薄薄一層即可滿足要求。試驗結(jié)果表明，導電電路經(jīng)過50次水洗后導電性能依然良好，并且順利通過了180°反復折疊的耐折性能測試。同時，針對導電油墨使用過程中紡織品因高溫烘烤容易變色問題，團隊研制出低溫交聯(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，團隊還申請了4項發(fā)明專利。

市場前景拓展研發(fā)新領(lǐng)域

從智能手機到智能手表，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?。用科技實現(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人，團隊在前期研發(fā)成果基礎上，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。這種涂料可廣泛應用于電磁屏蔽服裝、屏蔽布、屏蔽手機套，其耐洗耐折性能比銀、銅、不銹鋼絲混紡布料更強，使用壽命也更長；還可涂刷在建筑墻體表面，應用于大型計算機中心等重要場所，發(fā)揮電磁屏蔽功能，防止重要信息泄露。團隊還致力于開發(fā)具有防腐抗靜電功能的水性石墨烯導電涂料，用于油品、化學品、煤氣、天然氣等儲罐表面涂刷，以及加油站及重點保護建筑物表面涂刷，確保安全。

在魏峰團隊的科研視野里，新時代是智能科技的時代，更是納米技術(shù)的時代。魏峰介紹說，全球智能紡織品產(chǎn)值預計2020年將達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、射頻識別、復合材料、導熱材料等領(lǐng)域均顯示出良好的應用前景。

“石墨烯及納米材料應用還處于起步階段，隨著國家環(huán)保政策要求日益嚴格，這種綠色環(huán)保產(chǎn)品必將得到進一步重視。”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用技術(shù)的市場和前景不可限量。”

作者：沈陽化工研究院/周傳明