[发明专利]一种空间三维网络结构的石墨烯导电织物以及制备方法和应用

说明书

本发明实施例涉及一种空间三维网络结构的石墨烯导电织物及其制备方法和应用，本发明将具有高比表面积的碳纳米材料与具有高比表面积的三维织物结合，可以产生优异的协同效应，形成空间三维联通导电网络；同时在简化制备工艺的情况下可以弥补普通二维织物需要吸附或包覆多层导电材料来形成涂层厚度方向上的三维导电形式，而且本发明三维织物具有质轻、柔韧性好、导电性能均匀稳定、发热效率高、能耗低及耐久性好等一系列优点，此外，其三维结构还可使织物的耐水洗牢度和耐摩擦牢度获得较大程度的改善。

技术领域

本发明涉及纺织品领域，尤其是涉及一种空间三维网络结构的石墨烯导电织物。

背景技术

随着电子行业的快速发展，导电织物用于智能可穿戴、抗静电、抗电磁屏蔽及电热转换等成为研究热点，现有的导电织物制备方法通常有三大类，一类是前处理，即在纺丝阶段在聚合物中引入导电成分进行熔融或溶液纺丝获得导电纤维，此类方法导电成分引入量比较有限，导电效果不佳，而且还要考虑导电成分与基体的结合性以及导电材料加入对纤维可纺性能的影响等；第二类是中间处理，主要是对纤维或纱线进行导电处理，方法主要有采用普通纤维与金属纤维混纺、纤维或纱线表面引入导电材料(金属镀覆、导电高分子材料或碳系导电材料包覆)等，其中采用金属纤维混纺，金属纤维本身的可加工性及其织造加工较为困难，制得得织物手感粗糙，服用舒适性较差；而采用金属镀覆的制备工艺复杂、加工成本高、且金属的比重大，不能满足织物轻质、柔软的要求。第三类则是后处理，以织物为基体在其表面进行导电处理，主要有织物基底上表面均匀涂覆和织物浸渍导电材料两种方法，织物表面涂覆的方法成本较低、工艺简单、生产效率高，但缺点是采用刮涂的方式在织物基底上形成的涂层容易造成织物孔隙堵塞，影响织物透气性和服用性，而且织物耐洗性较差，随着洗涤次数增加导电性能会发生急剧降低，而且涂层织物耐弯折性较差，一旦涂层产生裂纹，就会造成织物导电失效；结合第二和第三类方法，在保证织物透气性和柔软性的前提下，将碳系导电材料引入纤维、纱线或织物表面成为目前的应用热点。

如边绍伟等人以棉布为基体材料，石墨烯为导电材料，采用重复数次浸渍-烘干的方法在棉织物纤维表面覆盖氧化石墨烯，然后通过原位化学还原的方法将氧化石墨烯还原成石墨烯，从而使棉织物具有良好的导电性能(专利CN 105088749A)。然而该发明需要通过数次浸渍-烘干的制备工序才能获得导电性能较佳的织物，这主要是因为采用碳系导电材料进行导电处理时，导电微粒在导电涂层较薄时，在二维涂层平面内的导电粒子平均接触较少，不能有效建立连通的导电通路，在不断增加导电涂层厚度后，可以在涂层厚度方向上形成导电粒子的三维立体结构，在该结构中导电粒子平均的接触概率得到增加，可以形成一个交叉的立体导电网络，使电阻率迅速下降；然而这种通过增加涂层厚度来提高导电性的方法不仅使制备工序繁琐复杂，而且导电材料的厚度越厚，一是导电材料包覆牢度差，容易脱落，耐水洗和耐磨擦性能不佳，其次是附着较厚导电材料的织物硬挺，织物不易弯折，弯折次数增加表面导电材料容易产生裂纹，造成导电失效。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种具有空间三维网络结构的导电织物，本发明将具有高比表面积的碳纳米材料与具有高比表面积的三维织物结合，可以产生优异的协同效应，形成空间三维联通导电网络；同时在简化制备工艺的情况下可以弥补普通二维织物需要吸附或包覆多层导电材料来形成涂层厚度方向上的三维导电形式，而且本发明三维织物具有质轻、柔韧性好、导电性能均匀稳定、发热效率高、能耗低及耐久性好等一系列优点，此外，其三维结构还可使织物的耐水洗牢度和耐摩擦牢度获得较大程度的改善。

本发明还提供一种空间三维网络结构的石墨烯导电织物的制备方法。该方法制备工艺简单，织造效率高，适合工业化生产。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种空间三维网络结构的导电织物，其特征在于，以整体三维织物为骨架载体进行导电处理得到的，导电材料附着率为1-20％，(优选3-10％)，所述导电材料为具有高比表面积的碳纳米材料。