如何通过染整技术实现纺织品的功能性,抗紫外性能纤维的测试方法

来源:未知作者:五金工具 日期:2020/02/11 00:19 浏览:

5月份以来,气温逐渐升高,防晒衣、遮阳伞等抗紫外线产品的销量直线上升。但记者调查发现,消费者对于进口防紫外线产品的热衷程度要远远高于国产产品。是国产产品质量真的比不上进口产品,还是消费者的购买倾向有盲目性?这成为国内防紫外线产品生产商最困惑的问题。  国内产品质量可比肩国际  不可否认,日本在抗紫外线织物开发领域一直处于国际领先地位。目前,在国际市场上拥有较高知名度和稳定客户群的抗紫外线功能的运动服、衬衫、帽子、太阳伞及其他防护用品均来自日本。  尽管国内对于抗紫外线织物的研究深度不比日本,但国内科研工作者取得的成绩同样不容小觑:山东巨龙化工公司将紫外线吸收剂和屏蔽剂进行复配,研制成功用于棉织物的抗紫外线整理剂;厦门华普高技术产业有限公司开发的纳米级陶瓷棉纺织品,同时具有抗紫外线、抗菌及远红外保温功能;东华大学研发的功能杂化材料做成的衣服可以屏蔽掉99.7%的紫外线,紫外线防护系数达50以上;武汉纺织大学纺材实验室研制出的具有永久抗紫外线功能的棉纤维,已经申请获得了国家技术专利并将用于织物生产,有望真正实现衣物的永久性防紫外线功能。  南京工业大学教授王然指出,从整理工艺来看,国产防紫外线产品的质量并不比国际产品差,且成本较低,其销量差的主要问题是市场推广做得不够,消费者认识不足,导致产品销量不理想。  5类新型加工工艺渐流行  对于抗紫外线纺织品有近10年研究经验的山东宏鑫新材料有限公司技术总经理徐洁表示,目前,国内常规提高纺织品防紫外线性能的途径大致有4种。一是直接选用具有较好抗紫外线性能的纤维为原料来生产纺织品,如亚麻、涤纶纤维等;二是改变面料的组织结构,如增加面料的厚度、密度等;三是在纺织纤维纺丝时添加陶瓷微粒以反射紫外线,达到防紫外线的作用;四是对织物进行防紫外线后整理,如将织物浸轧紫外线吸收剂或阻断剂,或在织物表面进行防紫外线涂层整理等。然而,这4种工艺在环保、成本、产品性能耐久性等方面均存在不同程度的瑕疵,如不改进,在不久的将来成为企业生产的负担。  据徐洁介绍,磁控溅射技术、静电纺丝技术、等离子纳米技术、微胶囊技术以及溶胶凝胶技术5类工艺是国际上最新流行起来的防紫外线织物加工技术。可喜的是,这5种工艺,国内厂商同样具备生产能力。  在综合对比了各工艺的生产流程和产业开发成本后,徐洁认为,静电纺丝技术是提升纺织品抗紫外线性能的最佳方式。徐洁表示,通过静电纺丝技术生产的抗紫外线面料,其遮蔽率将超过95%,能有效防止紫外线对人体的侵袭与伤害,且具有无毒、无刺激、耐洗涤等性能。同时,此类产品对皮肤无刺激、无过敏反应,并具有良好的吸湿透气性。  可用于提高纺织品防紫外线性能的静电纺丝工艺可分为喷射涂层法和直接纺丝法。喷射涂层法是在静电纺丝液中加入紫外屏蔽剂,通过静电纺喷射到织物上,在织物表面形成一层纳米级别的抗紫外线薄膜,达到抗紫外线效果。直接纺丝法是在静电纺丝液中加入抗紫外线整理剂,直接制作出带有抗紫外线效果的织物。徐洁表示,除制备出的产品性能优良外,这种工艺的成本并不是最高,在企业可承受范围之内。  王然十分赞同徐洁的看法。他表示,尽管静电纺丝工艺的产业化程度还有待提高,但其市场价值是不可估量的,且南京工业大学、天津工业大学的研究者在静电纺丝关键技术方面已经取得一定突破。王然同时表示,在通过静电纺丝工艺制备抗紫外线纺织品时,特别需要注意选择合适防紫外线添加剂。所选择的添加剂需要具备选择性强烈吸收波长为290nm~400nm的紫外线的能力,才可以有效地防止和抑制紫外线渗透。此外,该类添加剂还应具备低挥发性、良好热稳定性、耐水解性、耐水中萃取性等性能。

一、防紫外线纤维的制造及性能 首先选择合适的防紫外线添加剂很重要,这是一类能选择性地强烈吸收波长为290-400nm的紫外线,有效地防止和抑制光、氧老化作用而自身结构不起变化的助剂。这类助剂还应具备五毒、低挥发性、良好的热稳定性、化学稳定性、耐水解性、耐水中萃取性、与高聚物的相容性。防紫外线添加剂可分为无机物和有机物两大类,特别能使紫外线散射而消除的无机物质有二氧化钛、氧化锌、滑石粉、陶土、碳酸钙等等,这些无机物质具有较高的折射率,使紫外线发生散射从而防止紫外线入侵皮肤。其中氧化锌和二氧化酞的紫外线透射率较低,为大多数紫外线纤维所选用。 二、防紫外线纤维的制备方法 1、在成纤聚合物聚合过程中或熔融状态下加入具有紫外线屏蔽性能的成分。 也就是选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体一起共聚,制得防紫外线共聚物,然后纺成防紫外线纤维。例如,日本专利报道,用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得防紫外线良好的线型聚酯,再通过常规的熔融纺丝法纺制成纤维。这种纤维具有良好的防紫外线性能,能有效地吸收波长为280-340nm的紫外线,可用作室外用品。 2、在纤维制造过程中或任意阶段将屏蔽紫外线剂混入纤维中。 防紫外线纤维的生产制造可通过共混纺丝制得,即将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂的粉体在聚合物聚合时加入或直接共混纺丝,也可先制成防紫外线母粒再进行纺丝。这样制得的防紫外线纤维比后整理法制成的纺织品的防紫外线功能持久,耐洗性好,手感柔软,易于染色。但其混纺丝法由于粉体加入量的多少、颗粒的大小和均匀度的不同,其功能也不一样,并有可能逐渐堵塞喷丝孔,缩短喷丝板的寿命,增加成本。 三、防紫外线纤维的性能 目前,国内外防紫外线纤维的开发工作正在不断地加快,作为各种纺织品面料,防紫外线纤维必须具有一定的性质。 ● 具有良好的紫外线屏蔽功能 ● 聚合物经改性产生良好的持久性 ● 与普通制品一样耐洗和耐烫性好 ● 从聚合物中溶出屏蔽剂,但不产生剥离,安全性好。 ● 与混入无机化合物同样,安全性、光稳定性良好,对皮肤无伤害。 ● 阳光下穿着感舒适 ● 加工方便,具有持久性。 四、纺织品的抗紫外线辐射性能的测试方法的比较 1.紫外线及对人体的影响 太阳光线中的紫外线,过去很长时间以来,人们只知对人体是有益的,如可促进维生素D合成的作用,促进骨骼组织发育的作用成长期的儿童多晒太阳,多在户外活动,有利于防止佝偻病,有益于身体健康,皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等。但是,现代科学研究表明,紫外线对人体的有害影响要远大于它的有利作用。过多地遭受紫外线辐射是有害的。它主要影响眼睛和皮肤,引起急性角膜炎和结膜炎,慢性白内障等眼疾,诱发皮肤癌。 在大气上部25-30公里处有臭氧层圈,可吸收来自太阳的过量的紫外线,保护地球上的一切生物和我们人类免受紫外线的侵害。然而近年来,由于人类生产和生活活动,大量地排放氟利昂之类的氯氟烃化合物,使地球环境和平流层臭氧都遭到日趋严重的破坏,南极、北极地区上空臭氧空洞的出现,地球的保护圈臭氧层变薄变稀,其后果就是使到达地面的紫外线辐射量增多。 紫外线按照其辐射波长的不同,可以划分成紫外A(波长为315–400nm)、紫外B(波长为280–315),以及紫外C(波长在280cm以下)三个波段。由于大气臭氧层对紫外A的吸收很少,所以紫外A可以到达地面,其辐射量的变化基本上同臭氧层的变化没有关系而紫外C则同紫外A完全相反,它几乎完全被臭氧层所吸收,所以它基本上不到达地面而紫外B的辐射量同臭氧层的变化有着密切的关系,对人类也有较大的影响。 近年来,防紫外线织物也越来越多,一般采用在织物中增加紫外线整理剂,由防紫外线纤维加工织物等防止紫外线对人体的危害。各种防紫外线织物也开始在市场上销售。 对于经加工的防紫外线织物,如何测试其紫外线透过率,目前国内和国际上有什么测试方法,其异同点如何,是人们一直关注的问题。本文就此作了些比较。 2.纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法和产品标准 由于澳大利亚和新西兰受紫外线的辐射更为强烈,人们对紫外线辐射造成的危害更为关注。1990年和1993年,澳大利亚和新西兰提出了太阳镜和防晒霜的相关标准。1996年澳大利亚和新西兰推出织物抗紫外线测试标准AS/NZS4399。我国在1997年制定了织物抗紫外线测试方法GB/T17032–1997?。美国和英国也相继于1998年提出了纺织品的紫外线透过率方法标准,即AATCC183–1998、BS7914–1998。 1997年由德国的海恩斯坦研究院(HohensteinInstitute)提出UV801标准(The UV-Standard801),以评估纺织品的抗紫外线性能,提供测试结果并给合格的纺织品挂有抗紫外线辐射标签。1999年英国制定了BS7949:1999?《儿童服装抗紫外线辐射性能的产品标准》,规定儿童的上衣、短裤和全身衣服的紫外线透过率不超过2.5%。我国有关抗紫外线纺织品的标准制定计划也已列入2000年的制标计划,2001年完成。 3.测试结果表示方法 3.1紫外线防护系数(UPF)和紫外线透过率(T(UV-A)AV,T(UV-B)AV) 由AS/NZS4399:1996可知,紫外线防护系数UPF (Ultraviolet Protection Factor)(又称紫外线遮挡系数)是表示织物防护紫外线的能力。它是紫外线对未防护的皮肤的平均辐射量与要经测试的织物遮挡后紫外线辐射量的比值。 紫外线辐射源为测试提供充足且稳定的紫外线辐射能量。单色仪将辐射源的紫外线辐射能量色散,以便进行光谱测量。积分球可计算出由样品出射的所有方向(直射和漫射)的光谱辐射通量。探测器为光电倍增管组成,将信号经放大和处理后,输入计算机,进行信号的最后处理。 3.2影响纺织品紫外线透过率的因素 紫外线的透过率取决于许多因素,比如组织结构、覆盖系数、颜色,在工艺加工中的化学添加剂和样品的处理等: 1)织物的组织和结构:越密的机织或针织物紫外线的通过量越小。同一织物组织,紫外线防护性能随这织物的厚度和质量的增加而增加,基本上取决于织物的覆盖系数。 2)织物纤维的种类:不同的材料有不同的紫外线吸收性能。棉和粘胶织物紫外线的透过率均高。漂白的棉织物具有较大透过率。毛织物、丝织物具有较高的紫外线的吸收能力。涤纶,由于有芳香环结构,具有较高的紫外线吸收能力。具有消光剂的材料,较容易吸收紫外线。尼龙纤维相当容易通过紫外线的辐射。 3)织物的颜色及颜色的深浅:许多染料均吸收紫外线。一般来说,深颜色的具有较好的防护性能。黑色和深蓝色具有较低的紫外线穿透率。 4)后整理:经抗紫外处理的织物,反复洗涤后会影响它的抗紫外性能。未经紫外整理的服装,经缩水后会改善它的抗紫外性能 5)含湿量:湿衣物较干的衣物具有较低的紫外线透过率。 4. 对不同测试方法的比较可以得出的结果 1)测试原理基本相同。紫外线的波长分为UV-A、UV-B和UV-C三个波段,其中UV-A和UV-B对人体的影响最大。GB/T 17032为UV-B波段(主峰波长297nm)的透过率AS/NZS4399、AATCC183、BS7914为UV-A和UV-B两个波段的UFF值或透过率。 注:*虽然是从280nm开始,在280~290nm范围内,没有或很少紫外线透过织物。 2)四个方法对测试的温、湿度环境要求有差异,其差异对结果的影响程度有待进一步研究。测试样品要求为干燥、不扭曲,且未与皮肤紧密接触的织物。 3)AS/NZS4399、AATCC183、BS7914对试样测试时应视颜色、组织等因素发表测试。 GB/T17032适合于任何织物。 4)GB/T17032和BS7914测试结果为紫外线透过率:AS/NZS 4399和AATCC 183测得平均UPF值及T(UV-A)?AV,T(UV-B)?AV。 5)织物的紫外线透过率与织物的组织、结构、纤维种类和颜色等因素有关。 五、结束语 现在服装面料发展的趋势,是把高科技与时代经济和文化发展紧密结合,进一步融入百姓生活,舒适、休闲、时尚、绿色、环保和健康的复合型功能是发展的潮流。防紫外线纺织品是1990年代新发展起来的功能性产品,是把高科技纳米技术用于纺织服装方面的典型实例,因其在防紫外线方面的良好的效果,已越来越受到广大消费者的青睐。但仍存在一些关键的技术问题,如纳米微粒的制备、保存、运输、纳米微粒的团聚、纳米颗粒的表面改性、纳米粉末在织物上的均匀分布等。这些使其应用受到限制,但因其在防紫外线方面的独特功能,在织物防紫外线方面已显示出巨大的应用前景。

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染整是现代印染的概念,是化学整理溶入印染行业后的科学定义。功能性后整理是指使织物具有某些特殊性能的整理加工过程,可通过在织物上浸轧功能性整理剂、物理机械表面处理、涂层、层压复合、覆膜等方法实现,也可以通过微波或超声波处理、等离子体处理、辐射或热处理、生物酶处理等方法实现。

功能性后整理是指使织物具有某些特殊性能的整理加工过程,可通过在织物上浸轧功能性整理剂、物理机械表面处理、涂层、层压复合、覆(贴)膜等方法实现,也可以通过微波或超声波处理、等离子体处理、辐射或热处理、生物酶处理等方法实现。

染整的大多数工序是化学加工过程,纺织材料经化学加工后要反复水洗并加以烘干,热能和水的消耗量都很大,对水质的要求比较高。在化学处理过程中还会产生有害物污染空气和水。因此,确定工艺和设计设备时,必须设法降低热能的消耗、提高水的利用率、减少污染。

功能性整理剂加工技术

功能性整理剂加工技术针对织物染整加工过程的不同阶段,既可以在染色后染缸内直接加入功能性染色助剂,达到某些需求的功能性,也可以在定形时加入功能性后整理助剂,实现产品的功能性需求。如易护理类织物经过亲水链段的含氟化合物、硅油、石蜡等助剂的浸轧处理,可达到防水、防油、防污的效果,使织物长时间保持干净清爽,减少洗护次数。功能性后整理时,因功能助剂主要附着在织物表面,很难渗透到纤维内部,因此对织物功能效果的耐久性要求较高。

功能性整理剂加工技术针对织物染整加工过程的不同阶段,既可以在染色后染缸内直接加入功能性染色助剂,达到某些需求的功能性,也可以在定形时加入功能性后整理助剂,实现产品的功能性需求。如易护理类织物经过亲水链段的含氟化合物、硅油、石蜡等助剂的浸轧处理,可达到防水、防油、防污(三防)的效果,使织物长时间保持干净清爽,减少洗护次数。功能性后整理时,因功能助剂主要附着在织物表面,很难渗透到纤维内部,因此对织物功能效果的耐久性要求较高。

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功能性整理剂加工后织物的防水防污效果

功能性整理剂加工后织物的防水防污效果

物理机械表面整理技术

物理机械表面整理技术是采用机械方式改变织物表面形态和光泽,以及纤维在织物表面的排列状态等,以赋予织物特殊的外观和手感风格。其加工方法包括柔软、轧光、轧纹、起绒、磨毛等。

物理机械表面整理技术是采用机械方式改变织物表面形态和光泽,以及纤维在织物表面的排列状态等,以赋予织物特殊的外观和手感风格。其加工方法包括柔软、轧光、轧纹、起绒、磨毛等。

涂层整理是在织物表面均匀地涂布一层或多层高聚物,以赋予织物某种功能的一项表面整理技术。涂层整理是在织物表面涂敷,不渗入织物内部,所以能保持纤维本身柔软的特点,可将低档基布制成高档织物。涂层整理的主要目的是改变织物的外观和风格,视所用涂层材料及整理剂的不同可使织物增加许多新的功能,如防水、透湿、防污、防霉、防静电、防红外线、抗射线、防钻绒、耐磨、防油、耐水压、反光、阻燃弹性、挺括、柔软等。

涂层整理技术

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涂层整理是在织物表面均匀地涂布一层或多层高聚物(如聚氨酯PU),以赋予织物某种功能的一项表面整理技术。涂层整理是在织物表面涂敷,不渗入织物内部,所以能保持纤维本身柔软的特点,可将低档基布制成高档织物。涂层整理的主要目的是改变织物的外观和风格,视所用涂层材料及整理剂的不同可使织物增加许多新的功能,如防水、透湿、防污、防霉、防静电、防红外线、抗射线、防钻绒、耐磨、防油、耐水压、反光、阻燃弹性、挺括、柔软等。

金属涂层使织物具有导电、电磁屏蔽、导热等特性

金属涂层使织物具有导电、电磁屏蔽、导热等特性

织物的层压复合技术是指将两层或多层织物黏结在一起,或者将织物与高聚物薄膜以及其他柔性片材黏结在一起,形成兼有多种功能的复合物的技术。层压织物有两层复合、三层复合及多层复合之分,也有布与布、布与PUR泡沫材料、布与橡胶、布与革、布与纸、布与非织造布、布与膜材等各类复合。层压复合技术可以将织物各种有用的性能融合在一起,生产出防风、防水、透湿、保暖等各种功能性复合材料。近两年由于复合产品的稳定性更佳,复合产品越来越多,特别是三层复合产品,如四面弹复合膜再复合摇粒产品、机织布复合膜再复合经编布产品、机织布复合PUR泡沫材料再复合纬编布产品等。

层压复合技术

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织物的层压复合技术是指将两层或多层织物黏结在一起,或者将织物与高聚物薄膜以及其他柔性片材黏结在一起,形成兼有多种功能的复合物的技术。层压织物有两层复合、三层复合及多层复合之分,也有布与布、布与PUR泡沫材料、布与橡胶、布与革、布与纸、布与非织造布、布与膜材等各类复合。层压复合技术可以将织物各种有用的性能融合在一起,生产出防风、防水、透湿、保暖等各种功能性复合材料。近两年由于复合产品的稳定性更佳,复合产品越来越多,特别是三层复合产品,如四面弹复合膜再复合摇粒产品、机织布复合膜再复合经编布产品、机织布复合PUR泡沫材料再复合纬编布产品等。

三层复合的防水透湿面料

三层复合的防水透湿面料

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覆膜整理的面料集功能与图案于一身

覆膜整理的面料集功能与图案于一身

功能整理中的新技术

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现代高新技术在纺织品整理中所发挥的作用已经越来越大,例如纳米技术、等离子体技术、超声波技术、微波技术、微胶囊技术、生物酶技术、石墨烯整理技术等已在纺织品染整加工中得到了广泛的应用。这些技术在缩短加工时间、降低环境污染及节省能源的同时,保持甚至提高了纺织品的质量。由于纳米粒子具有较大的比表面积、体积比及较高的表面能,且TiO2、Al2O3、ZnO、MgO、SiO2等纳米粒子具有光催化活性、导电性、紫外吸收和光氧化等能力,既可使纳米粒子和纤维之间拥有很好的亲和力,又能赋予织物诸多功能,因此采用纳米技术可有效地生产用途广泛的超强、耐久和特殊功能的纺织品;等离子体技术是一种清洁、能量有效、处理均匀的工艺,其在纺织品整理上的应用研究主要集中在以下几方面:改善羊毛防毡缩性能,提高纤维的亲水性,提高纤维和聚合物基质的黏结力,赋予纤维疏水疏油性能,进行各种功能整理如抗皱、阻燃、抗菌和抗静电等;超声波在纺织品整理中的作用可分为分散、脱气和扩散三种,可用于织物柔软整理、含氟拒水整理、树脂抗皱整理、层压复合加工中的黏合、辅助纳米颗粒功能整理等,具有加快反应速率,减少加工时间,降低化学品的消耗和能量损耗,改进产品质量等优点;微波辐射可引起(激发)分子转动,促进化学键的断裂,在纺织品后整理加工中的应用比较广泛,可以应用在织物的免烫整理、阻燃整理、防水防油整理、羊毛防毡缩整理等加工中;利用微胶囊缓释、发泡、隔离的特性,各种功能性整理剂制成微胶囊可进行纺织品的多种功能性整理,如织物抗皱免烫、抗起毛起球、阻燃、抗静电、防水防油防污、防缩、抗紫外线辐射、抗菌防臭、芳香等;采用生物酶整理技术可以改善棉、毛织物的染色性能,对棉、麻织物进行柔软加工,对羊毛织物进行防毡缩加工,对丝织物进行桃皮绒加工等;石墨烯具有优异的力学性能、导热性能、阻隔性能和极高的电子迁移率等特点,氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,具有活性基团和水溶性,所以其反应活性更强,在某些特殊条件下应用比石墨烯更加便捷,两者在抗菌、抗静电、防紫外线、阻燃、防水、导热等功能整理方面具有广泛应用。

现代高新技术在纺织品整理中所发挥的作用已经越来越大,例如纳米技术、等离子体技术、超声波技术、微波技术、微胶囊技术、生物酶技术、石墨烯整理技术等已在纺织品染整加工中得到了广泛的应用。这些技术在缩短加工时间、降低环境污染及节省能源的同时,保持甚至提高了纺织品的质量。

普通棉织物(a)、石墨烯整理棉织物(b)与石墨烯-聚甲基硅氧烷整理棉织物(c)防水性能对比

由于纳米粒子具有较大的比表面积、体积比及较高的表面能,且TiO2、Al2O3、ZnO、MgO、SiO2等纳米粒子具有光催化活性、导电性、紫外吸收和光氧化等能力,既可使纳米粒子和纤维之间拥有很好的亲和力,又能赋予织物诸多功能,因此采用纳米技术可有效地生产用途广泛的超强、耐久和特殊功能的纺织品;等离子体技术是一种清洁、能量有效、处理均匀的工艺,其在纺织品整理上的应用研究主要集中在以下几方面:

改善羊毛防毡缩性能,提高纤维的亲水性,提高纤维和聚合物基质的黏结力,赋予纤维疏水疏油性能,进行各种功能整理如抗皱、阻燃、抗菌和抗静电等;

超声波在纺织品整理中的作用可分为分散、脱气和扩散三种,可用于织物柔软整理、含氟拒水整理、树脂抗皱整理、层压复合加工中的黏合、辅助纳米颗粒功能整理等,具有加快反应速率,减少加工时间,降低化学品的消耗和能量损耗,改进产品质量等优点;微波辐射可引起分子转动,促进化学键的断裂,在纺织品后整理加工中的应用比较广泛,可以应用在织物的免烫整理、阻燃整理、防水防油整理、羊毛防毡缩整理等加工中;

利用微胶囊缓释、发泡、隔离的特性,各种功能性整理剂制成微胶囊可进行纺织品的多种功能性整理,如织物抗皱免烫、抗起毛起球、阻燃、抗静电、防水防油防污、防缩、抗紫外线辐射、抗菌防臭、芳香等;

采用生物酶整理技术可以改善棉、毛织物的染色性能,对棉、麻织物进行柔软加工,对羊毛织物进行防毡缩加工,对丝织物进行桃皮绒加工等;

石墨烯具有优异的力学性能、导热性能、阻隔性能和极高的电子迁移率等特点,氧化石墨烯是石墨烯的氧化物,具有活性基团和水溶性,所以其反应活性更强,在某些特殊条件下应用比石墨烯更加便捷,两者在抗菌、抗静电、防紫外线、阻燃、防水、导热等功能整理方面具有广泛应用。