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一、产品概述

石墨烯导电抗病毒抑菌纤维材料是由江苏清大际光新材料有限公司与北京航天凯恩新材料有限公司共同开发的一类具有长效稳定导电功能、兼具抗病毒与抑菌功能性的纺织纤维材料。依托于江苏清大际光新材料有限公司在石墨烯电弧法制备方面的技术积累与北京航天凯恩新材料有限公司在石墨烯预处理修饰及功能性复合材料设计制备方面的技术基础，双方经过3年努力，共同开发形成了石墨烯片层分离及改性技术、石墨烯为核心的功能性填充组分设计及制备技术、熔融共混制备功能性复合材料技术。制备所得纤维的体积电阻率≤ 10^6Ω·cm ，纤度≤50dtex，断裂强度≥4cN/dtex，断裂伸长率≥30%，白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌抑菌分别超过75%、80%与95%，达到纺织品抗菌要求，抗病毒活性超过99.5%。该纤维物理性能与穿着感受与普通的化学纤维几乎相当，可以与普通纤维混合纺织，形成具有导电、抗病毒、抑菌等功能性的织物产品，能够满足电阻式加热、电磁屏蔽、运动健康、医疗监测等领域的需求，为智能服装、功能纺织品的原材料提供定制化的高端解决方案。

图1石墨烯导电抗病毒抑菌纤维

二、产品开发背景

智能服装的设计中，具有特殊功能性的纤维具有不可替代的作用。实现服装的监测功能除了依赖于传感技术之外，利用衣物纤维本身的导电性将监测信号准确传递到处理芯片也十分重要，传导纤维的使用避免了服装内额外导线的添加，这可以显著提升相应的智能服装的耐用性及舒适度。而实现服装的自主加热功能同样需要依赖于纤维的导电性，将适当电阻的纤维束与供电单元构成导电通路能够在避免额外金属导线使用的情况下，为服装的任意区域模块提供可控的发热效果，服装的柔性亦得以保持。从实际应用角度考虑，接受治疗的患者、执行军事任务的军人、野外探险考察人员、高强度体育运动人员是使用智能服装最积极、最广泛的客户人群，上述人群的在避免身体遭受额外的细菌、病毒感染方面存在共同的强烈诉求，抗病毒、抑菌防护类产品尤其被各方看好，为智能服装中使用的导电纤维额外赋予微生物抗性，能够更好地保障智能服装使用人员的生命健康，提高智能服装在复杂环境下的使用效果。 传统的天然及合成纤维多为聚合物材料，本身不具备任何的功能特性，将相应的功能性组分与纤维所用的聚合物原料进行结合，是制备功能性纤维的重要方法。目前实现市场化销售的功能性纤维多采用涂覆法制备，也就是将高浓度的功能性助剂完全附着于纤维的表面，形成表面具有功能性的纤维。德国BASF公司、日本帝人公司等在上世纪60年代即开发了该技术，但是，在实际应用中，研究者也发现这种功能性纤维只是在纤维表面附着功能成分，一般仅能够实现单一功能，且长期穿戴及反复洗涤后容易使功能性组分脱落，致使纤维功能性丧失，影响使用效果。 为解决涂覆法制备纤维存在的固有问题，近年来研究者提出了复合或共混法制备功能性纤维材料。该方法是将功能性助剂与制备纤维的聚合物材料共混复合后，再进行纤维成型加工。这一方法能够使功能性助剂沿纤维的轴向分布，有利于纤维的连续稳定导电，也有助于赋予纤维长效的微生物抗性。但是，抗病毒及抑菌助剂的载体是无机颗粒，导电助剂也多为炭系材料，以上助剂与聚合物的相容性不佳，易于形成功能性组分的聚集结构，严重影响纤维成型加工的连续性，无法形成可以用于服装织造的纤维长丝。

三、产品开发过程

江苏清大际光新材料有限公司与北京航天凯恩新材料有限公司充分充分整合两家各自的优势，形成了资源调度高效、人员专业、分工明确、平台保障充分的联合研发团队。双方共同从零开始，通过理论设计、技术验证、工艺改进，克服了理论、技术、设备等方面的诸多困难，形成了石墨烯导电抗病毒抑菌尼龙颗粒材料的批量产出条件。产品性能完全满足进一步熔融纺丝要求，并且通过与下游纤维企业合作实现了石墨烯导电抗病毒抑菌纤维的连续制备，解决了传统复合功能性纤维难以连续纺丝、纺出纤维形成差等问题，具备良好的推广应用价值。在开展该项目之初，江苏清大际光新材料有限公司与北京航天凯恩新材料有限公司共同完善了石墨烯导电抗病毒抑菌纤维开发的顶层设计，形成了理论设计、技术验证、工艺改进方案同步设计，开发过程迭代创新的整体思路，制定了突出产品创新点、实现差异化竞争的原则。结合设计的原始创新、设备的自主组合，项目组顺利完成了核心技术攻关。 石墨烯导电抗病毒抑菌纤维开发过程中，首先树立了由材料原始设计开发着手的新思路。通过反复分析GB/T 20944《纺织品抗菌性能的评价》、T/CHC 2-2021《抗病毒功能纺织品》、FZ/T 50035-2016《合成纤维长丝电阻试验方法》等相关标准，与下游功能性服装企业、安全防护服装企业等应用方具体沟通，指导原始创新设计。在材料开发中，基于材料化学、材料物理等学科基础知识，结合技术人员的创新思维，以满足实际需要为目标，创造性运用了抗静电-抗病毒功能性协同构建技术及功能组分分布调控技术，在调剂粘度的尼龙基体中原位构建了多功能组分间的物理-化学混杂结合作用，实现导电、抗病毒、抑菌组分高度整合与增效。 设备与技术的结合是产出优异产品的必要保障，石墨烯导电抗病毒抑菌纤维所需颗粒材料的特征使其对设备的要求更加突出。江苏清大际光新材料有限公司与北京航天凯恩新材料有限公司基于常规尼龙改性的生产设备，发挥人才优势，在深度结合材料技术路线的基础上，从源头设计设备改造方案，创新性地对双螺杆挤出机的螺杆组合进行调整，整体加强混合段的剪切强度，增加部分反向螺纹组件，适当提高材料在螺杆中停留时间，将生产设备改造为适应石墨烯导电抗病毒抑菌纤维颗粒原料的生产设备，解决了材料的制备实现问题。 熔融纺丝是实现石墨烯导电抗病毒抑菌纤维制备的最终流程，由此方可加工成目标要求纤度、强度的长纤维。在江苏清大际光新材料有限公司与北京航天凯恩新材料有限公司克服没有纺丝加工经验的不利条件，基于纺丝原理，依次匹配调整材料的加入速度、物料压力、纺丝各段温度、喷丝口直径、喷丝速度、收卷速度等工艺参数，逐步实现纺丝过程的连续进行。

四、产品先进性及竞争优势

石墨烯导电抗病毒抑菌纤维具有良好导电性、兼具抗病毒与抑菌性，功能性不因洗涤、弯折、老化而丧失，与常规的锦纶纤维具有几乎相当的物理性能与穿着感受，以上特征是市场普遍存在的表面附着型功能纤维所不具备的，也是下游应用领域所重点关注的，因此本研究开发的产品具有独特的技术优势，能够更好地满足运动、科考、勘探、军事、医疗等领域对电阻式加热、电磁屏蔽、运动健康、医疗监测等功能性纺织品的需求。考虑到市场上鲜有长效多重功能性的纤维产品，因此石墨烯导电抗病毒抑菌纤维具有显著的独创优势。

图2 石墨烯导电抗病毒抑菌纤维的导电性展示

①与表面附着型功能纤维竞争的优势目前市场上具有抗病毒、导电某一功能的纺织纤维材料多数以涂覆改性法实现功能组分在纤维表面附着而制备。此类纤维的功能性由其涂层决定，因此，表面附着型功能纤维的功能普遍单一，更为重要的是，随着纤维的使用与洗涤，其功能性也会逐渐丧失。同时，附着于纤维表面的功能性涂层会影响纤维的弹性、柔性，相比普通纤维的穿戴体感下降显著。而石墨烯导电抗病毒抑菌纤维是由复合在其中的功能组分实现导电、抗菌等多重功能性，不但功能性长期稳定保持，还不影响纤维材料本身的穿着体感，克服了表面附着型功能纤维的一系列缺陷。竞争的优势如下表所示：

本项目产品性能	涂覆导电纤维	涂覆抗病毒、抑菌纤维
导电性能	发热、传导皆可	发热、传导皆可	无
抗病毒及抑菌性能	广谱抗病毒、抑菌	无	广谱抗病毒、抑菌
功能性保持	长久保持	逐渐丧失	逐渐丧失
纤维性能	与普通锦纶纤维相当	比普通锦纶纤维柔性差、弹性差	比普通锦纶纤维柔性差、弹性差

②与其他长效功能纤维竞争的优势

市场上其他复合型长效功能纤维同样仅具有单一性能，但是其纤度较大，且纤维柔软度、弹性都不够理想，纤维连续化制备也存在诸多问题，一般是以短纤维形式存在，而价格也相对较高。石墨烯导电抗病毒抑菌纤维是稳定的长纤维产品，在导电基础上兼具抗病毒与抑菌性，纤维的力学性能、纤维特性、穿着感受都与普通纤维产品相当，而价格仅有其他长效功能纤维的60%，相比现有市场上的类似产品具有绝对优势。

图3 石墨烯导电抗病毒抑菌纤维的抗病毒及抑菌性展示

五、产品市场预期

石墨烯导电抗病毒抑菌纤维的开发为市场提供一种相对于国内的其他功能纤维，在功能参数、技术水平方面具有明显颠覆性的新产品。产品瞄准长效高性能功能性纤维及织物市场，为医疗、运动、军事、安全等领域提供完全创新性的高端抗菌、导电纤维解决方案。作为功能性服装的主要原材料，石墨烯导电抗病毒抑菌纤维也必将在未来十年迎来需求量的爆发式增长。根据功能性服装市场规模估计，至2030年，功能性纤维原材料的市场规模也将达到200-300亿元，预计其中以导电为主要功能的纤维材料市场规模约100亿元，需求量数万吨，其中具有长效复合功能的连续长纤维材料预计市场规模将在30-35亿元，需求量在2万吨左右，这一功能性纤维细分市场技术含量较高，预计到2030年，也仅有少数国内外龙头企业能够量产出满足该细分市场要求的纤维材料。石墨烯导电抗病毒抑菌纤维完美契合了该细分市场需要，在该市场中具有明确的先发优势。

资料来源：石墨烯资讯编辑整理，转载请注明出处

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