Khi ngành công nghiệp sợi hóa học theo đuổi sự chuyển đổi hiệu suất cao và đa chức năng, vật liệu 3D rỗng sợi graphene đã trở thành một lực lượng chủ chốt trong việc phá vỡ những hạn chế của sợi hóa học truyền thống với cấu trúc độc đáo và hiệu suất tuyệt vời của chúng. Chúng không chỉ truyền thêm sức sống công nghệ vào ngành mà còn mở rộng ranh giới ứng dụng. Giá trị và quy trình sản xuất của nó rất đáng để thảo luận chuyên sâu.
vật liệu 3D rỗng sợi graphene trước tiên đã phá vỡ nút thắt về hiệu suất của sợi hóa học truyền thống. Mặc dù sợi hóa học truyền thống như polyester và nylon có chi phí thấp, nhưng chúng có những vấn đề như độ bền không đủ và khả năng chống chịu thời tiết kém, gây khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các lĩnh vực cao cấp. Khi độ bền cao và độ dẫn điện cao của graphene được kết hợp với trọng lượng nhẹ và độ thoáng khí cao của cấu trúc 3D rỗng, độ bền kéo của vật liệu cao hơn 30% so với sợi hóa học thông thường. Nó cũng có khả năng dẫn nhiệt và chống tia cực tím tuyệt vời. Nó có thể được sử dụng trực tiếp trong quần áo ngoài trời cao cấp, các bộ phận nhẹ hàng không vũ trụ và các tình huống khác, lấp đầy khoảng trống trong lĩnh vực hiệu suất cao của vật liệu sợi hóa học.
Thứ hai, vật liệu này thúc đẩy việc nâng cấp chức năng của ngành công nghiệp sợi hóa học. Sợi hóa học truyền thống có các chức năng đơn lẻ và chủ yếu bị giới hạn trong lĩnh vực vải dệt. Tuy nhiên, vật liệu 3D rỗng sợi graphene có thể phát triển các sản phẩm chức năng như băng y tế kháng khuẩn và vật liệu lọc nước nhờ vào các đặc tính hấp phụ của cấu trúc rỗng và các đặc tính kháng khuẩn của graphene. Ví dụ, các kênh rỗng của nó có thể hấp thụ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước, với hiệu quả lọc hơn 95%, và các đặc tính kháng khuẩn của graphene có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn, mang lại khả năng ứng dụng đa lĩnh vực như bảo vệ môi trường và điều trị y tế, đồng thời mở rộng thị trường của ngành công nghiệp sợi hóa học.
vật liệu 3D rỗng sợi graphene cũng đáp ứng nhu cầu carbon thấp của ngành. Trong quá trình sản xuất của nó, polyme phân hủy sinh học có thể được sử dụng làm ma trận, với liều lượng thấp của các tấm nano graphene (chỉ 0.5%-1% bổ sung có thể đạt được một bước nhảy vọt về hiệu suất), giảm tiêu thụ tài nguyên; đồng thời, cấu trúc rỗng làm giảm mật độ vật liệu đi 40%, có thể làm giảm việc sử dụng thuốc nhuộm và phụ gia trong quá trình xử lý tiếp theo, giúp ngành công nghiệp sợi hóa học đạt được mục tiêu "carbon kép" và thúc đẩy sự chuyển đổi của ngành sang màu xanh.
việc chuẩn bị vật liệu đòi hỏi bốn bước chính. Bước đầu tiên là chuẩn bị nguyên liệu thô. Các tấm nano graphene được phân tán đều trong chất lỏng kéo sợi polyester hoặc polyamide thông qua công nghệ phân tán siêu âm. Nồng độ phân tán và kích thước hạt được kiểm soát để đảm bảo sự phân bố đồng đều của graphene, đây là cơ sở để đảm bảo hiệu suất vật liệu. Bước thứ hai là kéo sợi composite. Một đầu kéo sợi rỗng được sử dụng để kéo sợi trong thiết bị kéo sợi nóng chảy. Bằng cách điều chỉnh khẩu độ của đầu kéo sợi (thường là 0.1-0.3mm) và nhiệt độ kéo sợi (260-280℃), các sợi kéo sợi tạo thành một cấu trúc rỗng và thiết bị kéo được sử dụng để kiểm soát nhiều lần kéo sợi (thường là 3-5 lần) để cải thiện độ bền của sợi; bước thứ ba là xử lý tạo hình 3D, trong đó các sợi rỗng đã kéo sợi được dệt thành 3D thông qua máy bện Đối với cấu trúc ba chiều, mật độ dệt được điều chỉnh theo yêu cầu ứng dụng. Ví dụ, dệt lỏng được sử dụng khi sử dụng cho vật liệu lọc và dệt dày đặc được sử dụng cho các bộ phận kết cấu. Bước cuối cùng là xử lý và thử nghiệm sau. Vật liệu đúc 3D được xử lý nhiệt (nhiệt độ 120-150°C) để ổn định cấu trúc, sau đó độ rỗng được phát hiện bằng kính hiển vi điện tử và các tính chất cơ học được kiểm tra bằng máy thử kéo để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp.
Ngày nay, vật liệu 3D rỗng sợi graphene đã xuất hiện trong nhiều lĩnh vực. Với việc liên tục tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí, nó sẽ thúc đẩy hơn nữa sự chuyển đổi của ngành công nghiệp sợi hóa học từ "sản xuất cơ bản" sang "sản xuất thông minh cao cấp" và trở thành động lực cốt lõi cho sự phát triển chất lượng cao của ngành.
Khi ngành công nghiệp sợi hóa học theo đuổi sự chuyển đổi hiệu suất cao và đa chức năng, vật liệu 3D rỗng sợi graphene đã trở thành một lực lượng chủ chốt trong việc phá vỡ những hạn chế của sợi hóa học truyền thống với cấu trúc độc đáo và hiệu suất tuyệt vời của chúng. Chúng không chỉ truyền thêm sức sống công nghệ vào ngành mà còn mở rộng ranh giới ứng dụng. Giá trị và quy trình sản xuất của nó rất đáng để thảo luận chuyên sâu.
vật liệu 3D rỗng sợi graphene trước tiên đã phá vỡ nút thắt về hiệu suất của sợi hóa học truyền thống. Mặc dù sợi hóa học truyền thống như polyester và nylon có chi phí thấp, nhưng chúng có những vấn đề như độ bền không đủ và khả năng chống chịu thời tiết kém, gây khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu của các lĩnh vực cao cấp. Khi độ bền cao và độ dẫn điện cao của graphene được kết hợp với trọng lượng nhẹ và độ thoáng khí cao của cấu trúc 3D rỗng, độ bền kéo của vật liệu cao hơn 30% so với sợi hóa học thông thường. Nó cũng có khả năng dẫn nhiệt và chống tia cực tím tuyệt vời. Nó có thể được sử dụng trực tiếp trong quần áo ngoài trời cao cấp, các bộ phận nhẹ hàng không vũ trụ và các tình huống khác, lấp đầy khoảng trống trong lĩnh vực hiệu suất cao của vật liệu sợi hóa học.
Thứ hai, vật liệu này thúc đẩy việc nâng cấp chức năng của ngành công nghiệp sợi hóa học. Sợi hóa học truyền thống có các chức năng đơn lẻ và chủ yếu bị giới hạn trong lĩnh vực vải dệt. Tuy nhiên, vật liệu 3D rỗng sợi graphene có thể phát triển các sản phẩm chức năng như băng y tế kháng khuẩn và vật liệu lọc nước nhờ vào các đặc tính hấp phụ của cấu trúc rỗng và các đặc tính kháng khuẩn của graphene. Ví dụ, các kênh rỗng của nó có thể hấp thụ hiệu quả các chất ô nhiễm trong nước, với hiệu quả lọc hơn 95%, và các đặc tính kháng khuẩn của graphene có thể ức chế sự phát triển của vi khuẩn, mang lại khả năng ứng dụng đa lĩnh vực như bảo vệ môi trường và điều trị y tế, đồng thời mở rộng thị trường của ngành công nghiệp sợi hóa học.
vật liệu 3D rỗng sợi graphene cũng đáp ứng nhu cầu carbon thấp của ngành. Trong quá trình sản xuất của nó, polyme phân hủy sinh học có thể được sử dụng làm ma trận, với liều lượng thấp của các tấm nano graphene (chỉ 0.5%-1% bổ sung có thể đạt được một bước nhảy vọt về hiệu suất), giảm tiêu thụ tài nguyên; đồng thời, cấu trúc rỗng làm giảm mật độ vật liệu đi 40%, có thể làm giảm việc sử dụng thuốc nhuộm và phụ gia trong quá trình xử lý tiếp theo, giúp ngành công nghiệp sợi hóa học đạt được mục tiêu "carbon kép" và thúc đẩy sự chuyển đổi của ngành sang màu xanh.
việc chuẩn bị vật liệu đòi hỏi bốn bước chính. Bước đầu tiên là chuẩn bị nguyên liệu thô. Các tấm nano graphene được phân tán đều trong chất lỏng kéo sợi polyester hoặc polyamide thông qua công nghệ phân tán siêu âm. Nồng độ phân tán và kích thước hạt được kiểm soát để đảm bảo sự phân bố đồng đều của graphene, đây là cơ sở để đảm bảo hiệu suất vật liệu. Bước thứ hai là kéo sợi composite. Một đầu kéo sợi rỗng được sử dụng để kéo sợi trong thiết bị kéo sợi nóng chảy. Bằng cách điều chỉnh khẩu độ của đầu kéo sợi (thường là 0.1-0.3mm) và nhiệt độ kéo sợi (260-280℃), các sợi kéo sợi tạo thành một cấu trúc rỗng và thiết bị kéo được sử dụng để kiểm soát nhiều lần kéo sợi (thường là 3-5 lần) để cải thiện độ bền của sợi; bước thứ ba là xử lý tạo hình 3D, trong đó các sợi rỗng đã kéo sợi được dệt thành 3D thông qua máy bện Đối với cấu trúc ba chiều, mật độ dệt được điều chỉnh theo yêu cầu ứng dụng. Ví dụ, dệt lỏng được sử dụng khi sử dụng cho vật liệu lọc và dệt dày đặc được sử dụng cho các bộ phận kết cấu. Bước cuối cùng là xử lý và thử nghiệm sau. Vật liệu đúc 3D được xử lý nhiệt (nhiệt độ 120-150°C) để ổn định cấu trúc, sau đó độ rỗng được phát hiện bằng kính hiển vi điện tử và các tính chất cơ học được kiểm tra bằng máy thử kéo để đảm bảo rằng sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp.
Ngày nay, vật liệu 3D rỗng sợi graphene đã xuất hiện trong nhiều lĩnh vực. Với việc liên tục tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm chi phí, nó sẽ thúc đẩy hơn nữa sự chuyển đổi của ngành công nghiệp sợi hóa học từ "sản xuất cơ bản" sang "sản xuất thông minh cao cấp" và trở thành động lực cốt lõi cho sự phát triển chất lượng cao của ngành.
