關注 | 讓神奇的石墨烯纖維走進尋常百姓家

"自強不息 —— 工業界的喉舌。」

圖為南通強生公司展示台上的石墨烯切片。

石墨烯因其具有的諸多奇特性能而成為當下最炙手可熱的新材料之一。石墨烯是目前發現的最薄的二維材料，10萬片石墨烯疊加在一起只有一根頭髮絲的厚度，1克石墨烯平鋪，可達2640平方米；石墨烯又是現在最結實的材料，其硬度是鑽石的3倍、鋼鐵的100倍；石墨烯具有很好的導熱性，是銅的10倍；石墨烯也顯示出良好的生物相容性與最佳的透光性，只吸收2.3%的白光；石墨烯還有著難以置信的耐磨性。正因為石墨烯的這些奇特性能，使之可用作超級電容和高效儲能電池、超薄超輕航空航天材料、超韌超強防彈材料、新型醫學材料、納米感測器材料等。但是由於大規模生產的工藝問題沒有解決，這又使之同時成為最貴的新材料之一，每噸高達數萬元到數十萬元。

那麼，如何才能讓石墨烯這種高大上的新材料，走進尋常百姓家，真正造福普通老百姓？一個叫做南通強生石墨科技有限公司的企業交出了一份讓人滿意的答卷：通過技術創新，使當初500元一克的石墨烯，成本只有1元，只相當於本來的2%；再將石墨烯與普通纖維複合，使石墨烯纖維具有抗菌、抗蟎蟲、抗熱、抗切割、抗靜電、抗紫外線、遠紅外發熱和傳導清涼等特殊功能，從而可廣泛應用於服裝、家紡、產業用纖維等紡織品領域。

從原料到複合纖維的探索

強生公司在2009年就組建了來自美國、歐盟和的科學家團隊開始專註石墨烯產業化和後續應用的研究。圍繞著製備高品質石墨烯和延伸材料與產品的應用，目前在單層石墨烯的工業化製備和石墨烯複合材料功能纖維材料研究及產業化方面，取得了重大突破。

強生歷時多年研究成功的全球最新石墨烯原料製備技術，採用常溫常壓的插層-剝離生產工藝，以此獲得的高品質石墨烯，單層率達到99%，且生產流程短、效率高、成本低、生產過程綠色環保，經上海科技情報所查新、專利事務所審查、工程院院士領銜的專家評審委員會評議，一致認為強生石墨烯生產工藝和技術達到國際先進水平。目前，強生已擁有一條年產10噸的石墨烯原料生產線，已經穩定運行和正常生產一年多。據南通強生石墨烯科技有限公司董事長沙曉林介紹，強生正在規劃建設年產100噸的石墨烯原料生產線，計劃於今年4月投入生產。今後三年內，將總體規劃建設年產500噸石墨烯原料工廠。

原料生產出來還只是強生一盤大棋的開端，如何應用才是關鍵。此時，沙曉林看到了纖維產業。「我們普通的化纖比如滌綸、錦綸等，技術和規模在全球都是領先的，但是現在最大的問題就是同質化比較嚴重，又出現了產能過剩，導致價格競爭，行業利潤下降。」沙曉林迅速決定把剛剛研製成功的高品質石墨烯材料嫁接到纖維產業，那是迅速讓化纖產業的尋常品種轉型升級的捷徑。纖維產量每年已經超過了5300萬噸，其中化纖佔比超過了70%，而其中80%是滌綸，「那絕對是個大市場。」沙曉林說。

混紡是解決石墨烯原料與普通纖維結合的思路。利用石墨烯「工業味精」的特點，每種普通纖維里只加5%左右的石墨烯原料，即能使新型纖維具備石墨烯的特性，紡制出石墨烯纖維，這樣，純度降下來，石墨烯纖維的成本也成功地大幅降低。沙曉林用這種方式生產出了7種石墨烯複合纖維，它們分別混紡的是：錦綸、滌綸、氨綸、腈綸、丙綸、維綸和彈性滌綸。這7種新型纖維已完成技術工藝研究和小線試產，其中錦綸、滌綸、氨綸和彈性滌綸複合纖維已完成工廠大線產業化生產。同時，另外7種石墨烯特種複合纖維的關鍵工藝和技術瓶頸已經突破，目前產品正處於小試和中試階段，這些特種複合纖維是：石墨烯與棉纖維、蠶絲、高強高模聚乙烯、芳綸、玻璃纖維、碳纖維以及PET回料再生纖維。

強生石墨烯複合纖維，具有抗菌、抗靜電、抗熱、抗切割、抗紫外和遠紅外發熱、傳導清涼等多項功能，是現有纖維中最神奇並能將多種功能性集於一身的新型纖維。目前強生石墨烯已具備年產5000噸石墨烯複合功能纖維的能力。而三年內投產的石墨烯原料工廠，將能配套10萬噸石墨烯複合纖維的生產。

在紡織行業的應用應有所側重

「石墨烯產業的應用要從基礎做起，可能纖維新材料在紡織領域的應用是比較現實和不錯的選擇，」化纖行業協會會長端小平說，「拿紡織纖維材料為突破口應該是一個理想的戰略選擇。」他認為此舉主要有兩點原因：首先，石墨烯在紡織的應用以少量和混紗為主，應用技術難度低，可操作性強；其次，在性能上，不需要特別高品質的石墨烯即可達到纖維材料功能性的要求，這也與石墨烯產業目前發展的現狀和水平相當，「有市場還要產業化，有基礎的生產還有應用，才能實現高水平的生產和應用。」

石墨烯產業技術創新戰略聯盟秘書長李義春也贊同上述觀點，他認為石墨烯在紡織領域的應用是石墨烯應用領域的一個很重要的探索，而且目前已經取得重大進展。初步統計，去年在石墨烯應用產品領域的產值大概有40億元，而石墨烯在紡織領域就至少有7億~8億元產值，而且將來在紡織領域的應用還將大大拓展。

說到石墨烯材料的重要性，李義春直呈：它和別的超導材料還不一樣，「因為別的材料都只是一種材料，而石墨烯可以引發一批新材料，它的應用相當於工業味精，可以添加到各種材料里，從而帶動各種領域的變化和提升。」李義春認為石墨烯的重要性表現在三個方面：第一，在推動傳統產業的轉型升級上能夠起到一定的作用，第二，有可能成為引發新的高新技術產業的增長點，第三，通過它的技術應用，有可能推動大眾創業、萬眾創新的工作。正因為如此，石墨烯被列入國家「十三五」規劃的165項重大工程中。這是國家對石墨烯的作用的高度肯定。工信部等三部委於2015年11月聯合發布的《推動石墨烯產業發展的指導意見》，也把石墨烯在全國產業的應用作為一個工作節點，來推動石墨烯在輕工、紡織、有色金屬等各種行業中的發展。

「我們今天看到了強生公司通過自主創新開發了一系列的在紡織領域的應用，這使石墨烯在紡織應用領域形成了一個非常大的產業鏈，對南通當地在高端紡織品領域的發展注入了新的血液。」李義春說。

針對石墨烯產業在紡織行業的發展方向，端小平認為應著重在目前已知的石墨烯材料的幾個主要用途即散熱發熱、輕質高強、抗靜電、抑菌抗菌等領域展開研究，而不必面面俱到。