À medida que a indústria de fibras químicas busca a transformação de alto desempenho e multifuncional, os materiais 3D ocos de fibra de grafeno se tornaram uma força-chave para romper as limitações das fibras químicas tradicionais com sua estrutura única e excelente desempenho. Eles não apenas injetam vitalidade tecnológica na indústria, mas também expandem as fronteiras de aplicação. Seu valor e processo de produção merecem uma discussão aprofundada.

os materiais 3D ocos de fibra de grafeno primeiro romperam o gargalo de desempenho das fibras químicas tradicionais. Embora as fibras químicas tradicionais, como poliéster e nylon, tenham baixo custo, elas apresentam problemas como resistência insuficiente e baixa resistência às intempéries, tornando difícil atender às necessidades de campos de ponta. Quando a alta resistência e alta condutividade do grafeno são combinadas com a leveza e alta respirabilidade da estrutura 3D oca, a resistência à tração do material é mais de 30% maior do que a das fibras químicas comuns. Ele também possui excelente condutividade térmica e resistência aos raios UV. Pode ser usado diretamente em roupas de alta qualidade para atividades ao ar livre, componentes leves aeroespaciais e outros cenários, preenchendo a lacuna no campo de alto desempenho de materiais de fibra química.

Em segundo lugar, este material promove a atualização funcional da indústria de fibras químicas. As fibras químicas tradicionais têm funções únicas e são principalmente limitadas ao campo de tecidos têxteis. No entanto, os materiais 3D ocos de fibra de grafeno podem desenvolver produtos funcionais, como curativos antibacterianos médicos e materiais de filtro de água, em virtude das propriedades de adsorção da estrutura oca e das propriedades antibacterianas do grafeno. Por exemplo, seus canais ocos podem absorver eficientemente poluentes na água, com uma eficiência de filtração de mais de 95%, e as propriedades antibacterianas do grafeno podem inibir o crescimento de bactérias, proporcionando possibilidades para aplicações intersetoriais, como proteção ambiental e tratamento médico, e ampliando o território de mercado da indústria de fibras químicas.

os materiais 3D ocos de fibra de grafeno também atendem às necessidades de baixo carbono da indústria. Em seu processo de produção, polímeros biodegradáveis podem ser usados como matriz, com uma baixa dosagem de nano-folhas de grafeno (apenas 0,5%-1% a adição pode alcançar um salto de desempenho), reduzindo o consumo de recursos; ao mesmo tempo, a estrutura oca reduz a densidade do material em 40%, o que pode reduzir o uso de corantes e aditivos no processamento subsequente, ajudando a indústria de fibras químicas a atingir a meta de "duplo carbono" e promovendo a transformação da indústria para o verde.

a preparação do material requer quatro etapas principais. A primeira etapa é a preparação das matérias-primas. As nano-folhas de grafeno são dispersas uniformemente no líquido de fiação de poliéster ou poliamida por meio da tecnologia de dispersão ultrassônica. A concentração de dispersão e o tamanho das partículas são controlados para garantir a distribuição uniforme do grafeno, que é a base para garantir o desempenho do material. A segunda etapa é a fiação composta. Uma fieira oca é usada para fiação no equipamento de fiação por fusão. Ao ajustar a abertura da fieira (geralmente 0,1-0,3 mm) e a temperatura de fiação (260-280℃), as fibras fiadas formam uma estrutura oca, e o dispositivo de tração é usado para controlar a múltipla extensão da fibra (geralmente 3-5 vezes) para melhorar a resistência da fibra; a terceira etapa é o processamento de formação 3D, onde as fibras ocas fiadas são tecidas em 3D por meio de uma máquina de trança. Para a estrutura tridimensional, a densidade da tecelagem é ajustada de acordo com os requisitos da aplicação. Por exemplo, a tecelagem solta é usada quando usada para materiais de filtro, e a tecelagem densa é usada para peças estruturais. A última etapa é o pós-processamento e teste. O material moldado em 3D é termofixado (temperatura 120-150°C) para estabilizar a estrutura, e então a ocosidade é detectada por um microscópio eletrônico e as propriedades mecânicas são testadas por uma máquina de teste de tração para garantir que o produto atenda aos padrões da indústria.

Hoje, os materiais 3D ocos de fibra de grafeno surgiram em muitos campos. Com a otimização contínua dos processos de produção e a redução de custos, ele promoverá ainda mais a transformação da indústria de fibras químicas de "fabricação básica" para "fabricação inteligente de ponta" e se tornará a principal força motriz para o desenvolvimento de alta qualidade da indústria.