面对这一难题，山东大学王桂龙教授团队创造性地开发了一种基于PTFE原位成纤与碳纳米管（CNT）原位复合改性的工艺，通过灵活的双螺杆共混及牵引纺丝方法，首次实现了高导电填料负载的多孔PTFE复合纤维连续化制备，在工业化生产中具有显著前景。所制备的PTFE/CNT纤维纤细灵活、持久耐用，具有卓越的孔隙率、导电性和力学强度，为个体在极端环境下的安全提供了可靠保障。
由于PTFE的独特表面特性和疏松的晶体结构，在双螺杆加工过程中PTFE晶体在剪切力作用下容易纤维化为纳米纤维，将熔体挤出后经过牵引纺丝再进行洗涤，从而在所制备纤维内部实现了具有PTFE纳米纤维和CNT两者相互缠绕且各自独立的双纳米纤维微观结构。所制备纤维继承了PTFE和CNT的双重优势，轻质柔软，具有良好的机械强度和高低温使用性。同时，由于取向排列的高含量CNT以及独立的纳米纤维结构共同作用，纤维具有优异的导电性能，这使所编织的纺织品能够实现更多的防护性能与智能化应用。经过测试，该材料的电导率达到185 S/m，拉伸强度高达17.3 MPa，且在极端温度（-150℃到150℃）范围内保持稳定的性能。此外，其高孔隙率（76%）确保了织物的透气性与轻质感，避免使用过程中的不适感。
基于“原位成纤”的PTFE/CNT双网络纤维制备工艺示意图
PTFE/CNT双网络纤维结构与性能表征
透气性和防护性能对于穿戴舒适性和安全性至关重要。该材料的透气性表现尤为突出，使得穿戴者在高强度活动中依然保持干爽与舒适。织物纤维之间的有效空隙和纤维内部多孔结构协同作用，允许气体分子自由流动，提升了透气性和湿气排出能力，确保了在高温和潮湿环境下的舒适穿戴体验。该织物的防水和防化学品性能十分突出，借助PTFE的低表面能和CNT的优异化学惰性，该织物能够抵御各种液体和化学腐蚀。实验表明，该材料在接触酸碱等强腐蚀性溶液时，依然保持其结构和功能的完整性。这一特性不仅提高了材料的耐用性，还为从事高风险工作的人员提供了重要的保护，确保他们在面临液体溅泼和化学品暴露时的安全。此外，CNT的引入显著提高了织物的电磁屏蔽性能、抗紫外线性能、抗静电性能。研究结果显示，该材料电磁干扰（EMI）屏蔽效能在X波段下达到29 dB。这一特性为穿戴者在工作和生活中面临的电磁辐射风险提供了额外的保护。同时，该材料紫外线防护指数（UPF）高达3000以上，远远超过现有的防晒服标准，能够有效阻挡有害的紫外线辐射，保护皮肤健康。此外，其出色的抗静电性能在防护服和工作服中起着关键作用，防止静电积累造成的意外伤害。
PTFE/CNT纤维织物的透气防水与多效防护性能
该纺织品的电热和光热转换能力具有重要实际应用价值。通过外加电压或太阳光照射，该材料能够快速升温至130℃以上，确保在寒冷环境中提供持久的保暖效果。这种高效的热能管理技术，尤其适用于户外工作者、运动员和军人等需要在低温环境中保持体温的人群。此外，其导电结构不仅使纺织品能够快速升温，还能实时监测温度和机械变形。通过集成于纤维智能传感能力，用户可以监控自己的身体活动，确保在潜在危险中及时做出反应。通过在纤维中集成CNT，这种材料能够有效实现动作与温度的实时感知。当使用者进行各种动作时，例如弯曲、按压或拉伸，织物会迅速响应，改变其电阻值。实验结果表明，该纺织品在不同弯曲角度下的相对电阻变化表现出良好的线性关系，使其能够精确地监测用户的运动状态。在温度监测方面，该材料同样表现出色。研究发现，PTFE/CNT纤维的具有负温度系数，能够精确地感知周围环境的温度变化。当温度升高时，织物的电阻会随之改变，能够用于实时监测周围的温度变化，从而在火灾等紧急情况下提供早期预警。这种智能传感性能的集成使得该纺织品不仅能用作传统服装，还能用于智能穿戴设备，为用户提供更高的安全性和便利性。
PTFE/CNT纤维织物压阻传感性能
PTFE/CNT纤维织物的温度传感性能及多功能示意图
原文链接：inktype="text" imgurl="" tab="outerlink" data-linktype="2">https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416428
