Seiring dengan industri serat kimia yang mengejar transformasi berkinerja tinggi dan multi-fungsi, bahan 3D berongga serat graphene telah menjadi kekuatan utama dalam menerobos batasan serat kimia tradisional dengan struktur unik dan kinerja luar biasa mereka. Mereka tidak hanya menyuntikkan vitalitas teknologi ke dalam industri, tetapi juga memperluas batas aplikasi. Nilai dan proses produksinya layak untuk dibahas secara mendalam.

bahan 3D berongga serat graphene pertama kali menerobos hambatan kinerja serat kimia tradisional. Meskipun serat kimia tradisional seperti poliester dan nilon berbiaya rendah, mereka memiliki masalah seperti kekuatan yang tidak mencukupi dan ketahanan cuaca yang buruk, sehingga sulit untuk memenuhi kebutuhan bidang kelas atas. Ketika kekuatan tinggi dan konduktivitas tinggi graphene dikombinasikan dengan struktur 3D berongga yang ringan dan bernapas tinggi, kekuatan tarik material lebih dari 30% lebih tinggi dari serat kimia biasa. Ia juga memiliki konduktivitas termal dan ketahanan UV yang sangat baik. Ia dapat langsung digunakan dalam pakaian luar ruangan kelas atas, komponen ringan dirgantara, dan skenario lainnya, mengisi kesenjangan di bidang kinerja tinggi bahan serat kimia.

Kedua, material ini mempromosikan peningkatan fungsional industri serat kimia. Serat kimia tradisional memiliki fungsi tunggal dan sebagian besar terbatas pada bidang kain tekstil. Namun, bahan 3D berongga serat graphene dapat mengembangkan produk fungsional seperti balutan antibakteri medis dan bahan filter air dengan memanfaatkan sifat adsorpsi dari struktur berongga dan sifat antibakteri graphene. Misalnya, saluran berongganya dapat secara efisien menyerap polutan dalam air, dengan efisiensi filtrasi lebih dari 95%, dan sifat antibakteri graphene dapat menghambat pertumbuhan bakteri, memberikan kemungkinan untuk aplikasi lintas bidang seperti perlindungan lingkungan dan perawatan medis, dan memperluas wilayah pasar industri serat kimia.

bahan 3D berongga serat graphene juga memenuhi kebutuhan industri akan karbon rendah. Dalam proses produksinya, polimer biodegradable dapat digunakan sebagai matriks, dengan dosis rendah nanosheets graphene (hanya 0.5%-1% penambahan dapat mencapai lompatan kinerja), mengurangi konsumsi sumber daya; pada saat yang sama, struktur berongga mengurangi kepadatan material sebesar 40%, yang dapat mengurangi penggunaan pewarna dan aditif dalam pemrosesan selanjutnya, membantu industri serat kimia mencapai tujuan "karbon ganda" dan mempromosikan transformasi industri menjadi hijau.

persiapan material membutuhkan empat langkah utama. Langkah pertama adalah persiapan bahan baku. Nanosheets graphene didispersikan secara merata dalam cairan pemintalan poliester atau poliamida melalui teknologi dispersi ultrasonik. Konsentrasi dispersi dan ukuran partikel dikontrol untuk memastikan distribusi graphene yang seragam, yang merupakan dasar untuk memastikan kinerja material. Langkah kedua adalah pemintalan komposit. Spinneret berongga digunakan untuk pemintalan dalam peralatan pemintalan leleh. Dengan menyesuaikan lubang spinneret (biasanya 0.1-0.3mm) dan suhu pemintalan (260-280℃), serat yang dipintal membentuk struktur berongga, dan perangkat traksi digunakan untuk mengontrol beberapa peregangan serat (biasanya 3-5 kali) untuk meningkatkan kekuatan serat; langkah ketiga adalah pemrosesan pembentukan 3D, di mana serat berongga yang dipintal ditenun menjadi 3D melalui mesin kepang Untuk struktur tiga dimensi, kepadatan tenun disesuaikan sesuai dengan persyaratan aplikasi. Misalnya, tenun longgar digunakan ketika digunakan untuk bahan filter, dan tenun padat digunakan untuk bagian struktural. Langkah terakhir adalah pasca-pemrosesan dan pengujian. Material cetakan 3D diatur panas (suhu 120-150°C) untuk menstabilkan struktur, dan kemudian kekosongan dideteksi oleh mikroskop elektron dan sifat mekanik diuji oleh mesin uji tarik untuk memastikan bahwa produk memenuhi standar industri.

Saat ini, bahan 3D berongga serat graphene telah muncul di banyak bidang. Dengan optimasi berkelanjutan dari proses produksi dan pengurangan biaya, hal itu akan lebih lanjut mempromosikan transformasi industri serat kimia dari "manufaktur dasar" menjadi "manufaktur cerdas kelas atas" dan menjadi kekuatan pendorong utama untuk pengembangan industri berkualitas tinggi.