创新应用 | 石墨烯复合导电土工布开启智能土工布新纪元

目前，智能技术纺织品在土木工程领域的应用已经变得越来越重要，除光纤传感器的应用外，作为新兴材料的石墨烯也已经被开发应用于土工布的渗漏检测。石墨烯材料自问世以来，就受到了广泛研究和关注，短短10年间，其在RFIDs、复合材料、传感器及其相关产品等领域的应用已经日趋成熟，同时新兴应用领域仍在飞速发展。

近期，石墨烯材料的应用已经扩展至工业领域大规模应用的土工合成材料领域，并被认为带来了土工合成材料的革新。

1、石墨烯复合导电土工布的性能与应用领域

石墨烯是目前世上最薄也是最坚硬的纳米材料，具有高电导率、导热性和高强度，同时具有疏水性，对所有气体分子具有不可渗透性，可以提供超过钢材的强度和自修复能力，以及优于铜的导电性。

将石墨烯应用在土工布中制成的纳米土工复合材料被认为是土工合成材料未来的发展趋势，石墨烯将赋予土工布优异的性能包括优良的导热性能（导热系数大）、良好的导电性、高强度（重量减轻）、稳定性、自修复、疏水性、抗菌性能（防止过滤堵塞）、温度/压力/湿度感应功能（温度、压力变化及泄漏定位检测）、大数据收集和解读等。

可预见的应用领域包括废弃物填埋、采矿、污水处理厂、水库、水坝和其他储液池的衬砌系统等，在替代传统EKG材料（电动土工合成材料）方面具有明显优势，尤其是在储液池漏液检测方面极具潜力。

2、石墨烯复合导电土工布在漏液检测上的应用

当储液池出现渗漏问题时，传统的依靠监测井等检测的方法往往无法及时发现渗漏和确定渗漏点的位置。采用石墨烯复合导电土工布，当导电土工布没有被渗出液所浸泡时，其电阻为一常值，漏液浸湿土工布后电阻会发生改变，连接于导电土工布的专用设备可以实时检测到电阻的变化，因此，可以及时有效地发现渗漏，并通过不同位置检测点的数据对比确定渗漏点的位置，从而及时对漏液点进行修复。

石墨烯导电土工布的漏液检测

3、石墨烯复合导电土工布的制造

澳大利亚石墨烯技术公司Imagine IM与土工织物制造商Geofabrics Australasia合作，于2016年8月推出了石墨烯复合导电土工布产品（Bidim^®），并宣布澳大利亚成为第一个在大规模工业产品中使用石墨烯的国家。据悉，Imagine IM专门设立的北吉隆工厂提供了石墨烯涂层技术解决方案（imgne^® X3母粒），由Geofabrics Australasia通过涂层的方法生产出导电土工布产品，目前主要用于垃圾填埋、采矿设施等的漏液检测领域，首个应用安装计划将于今年4月在昆士兰州的煤层气站进行。

根据Imagine IM的估计，相比于现有解决方案，该技术可以节省20%～40%的成本。经测试表明，利用石墨烯的导电性可检测土工织物中孔径低至1mm的泄漏，且在低至5kV的试验电压下也能显示出可靠的结果，试验没有产生任何误报。甚至在土工布存在变形的情况下，以15kV的试验在距接地线1～20m处均能确保测试灵敏度，成为一种极具成本效益的导电土工布解决方案。

另外，imgne^® X3作为石墨烯涂层可以增强纺织品和其他材料的电导率，而不会影响材料本身的强度和其他特性。Imagine IM预计其将在今年1季度通过imgne^® X3母粒的销售许可获得第一笔收入。

剑桥石墨烯中心（The Cambridge Graphene Centre，CGC）在此之前也已经开发了一种石墨烯土工膜材料生产技术，包括关键制造设备挤出系统。Bandera Spa是与CGC在生产石墨烯土工膜和片材方面合作的公司之一，据该公司介绍，其用于石墨烯土工合成材料的工业化挤出生产线产量可高达每小时几吨，可生产用于农业领域的宽度达22m、用于包装等领域的宽度达3m、以及用于防水系统的宽度达8.5m的产品，产品可根据应用领域具有多层（3～9层）结构。

更多内容，详见《纺织导报》2017年第5期。