با توجه به اینکه صنعت الیاف شیمیایی به دنبال تحول با عملکرد بالا و چند منظوره است، مواد سه بعدی توخالی الیاف گرافن به یک نیروی کلیدی در غلبه بر محدودیت‌های الیاف شیمیایی سنتی با ساختار منحصربه‌فرد و عملکرد عالی خود تبدیل شده‌اند. آنها نه تنها نشاط فناوری را به این صنعت تزریق می‌کنند، بلکه مرزهای کاربردی را نیز گسترش می‌دهند. ارزش و فرآیند تولید آن شایسته بحث و بررسی عمیق است.

مواد سه بعدی توخالی الیاف گرافن ابتدا از تنگنای عملکرد الیاف شیمیایی سنتی عبور کردند. اگرچه الیاف شیمیایی سنتی مانند پلی استر و نایلون کم‌هزینه هستند، اما مشکلاتی مانند استحکام ناکافی و مقاومت ضعیف در برابر آب و هوا دارند که باعث می‌شود نتوانند نیازهای حوزه‌های پیشرفته را برآورده کنند. هنگامی که استحکام بالا و رسانایی بالای گرافن با وزن سبک و تنفس‌پذیری بالای ساختار سه بعدی توخالی ترکیب می‌شود، مقاومت کششی ماده بیش از 30% بیشتر از الیاف شیمیایی معمولی است. همچنین دارای رسانایی حرارتی عالی و مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش است. می‌توان از آن مستقیماً در لباس‌های بیرونی پیشرفته، اجزای سبک وزن هوافضا و سایر سناریوها استفاده کرد و شکاف موجود در زمینه عملکرد بالای مواد الیاف شیمیایی را پر کرد.

ثانیاً، این ماده ارتقاء عملکردی صنعت الیاف شیمیایی را ارتقا می‌دهد. الیاف شیمیایی سنتی دارای عملکردهای واحدی هستند و بیشتر به حوزه پارچه‌های نساجی محدود می‌شوند. با این حال، مواد سه بعدی توخالی الیاف گرافن می‌توانند محصولات کاربردی مانند پانسمان‌های ضد باکتریایی پزشکی و مواد فیلتر آب را با توجه به خواص جذب ساختار توخالی و خواص ضد باکتریایی گرافن توسعه دهند. به عنوان مثال، کانال‌های توخالی آن می‌توانند آلاینده‌ها را در آب به طور موثر جذب کنند، با راندمان فیلتراسیون بیش از 95% و خواص ضد باکتریایی گرافن می‌تواند از رشد باکتری‌ها جلوگیری کند و امکاناتی را برای کاربردهای بین رشته‌ای مانند حفاظت از محیط زیست و درمان پزشکی فراهم کند و قلمرو بازار صنعت الیاف شیمیایی را گسترش دهد.

مواد سه بعدی توخالی الیاف گرافن همچنین نیازهای کم کربن صنعت را برآورده می‌کنند. در فرآیند تولید آن، پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر می‌توانند به عنوان ماتریس استفاده شوند، با دوز کمی از ورقه‌های نانو گرافن (فقط 0.5%-1% افزودن می‌تواند جهش عملکردی را به دست آورد)، کاهش مصرف منابع؛ در عین حال، ساختار توخالی تراکم مواد را تا 40% کاهش می‌دهد، که می‌تواند استفاده از رنگ‌ها و مواد افزودنی را در پردازش‌های بعدی کاهش دهد و به صنعت الیاف شیمیایی در دستیابی به هدف «دو کربن» و ترویج تحول صنعت به سمت سبز کمک کند.

تهیه این ماده به چهار مرحله کلیدی نیاز دارد. اولین قدم، تهیه مواد اولیه است. ورقه‌های نانو گرافن به طور یکنواخت در پلی استر یا مایع ریسندگی پلی آمید از طریق فناوری پراکندگی اولتراسونیک پراکنده می‌شوند. غلظت پراکندگی و اندازه ذرات کنترل می‌شود تا توزیع یکنواخت گرافن تضمین شود، که اساس تضمین عملکرد مواد است. گام دوم ریسندگی کامپوزیت است. از یک اسپینرت توخالی برای ریسندگی در تجهیزات ریسندگی مذاب استفاده می‌شود. با تنظیم دهانه اسپینرت (معمولاً 0.1-0.3mm) و دمای ریسندگی (260-280℃)، الیاف ریسیده شده یک ساختار توخالی تشکیل می‌دهند و از دستگاه کشش برای کنترل چند برابر کشش الیاف (معمولاً 3-5 بار) برای بهبود استحکام الیاف استفاده می‌شود. گام سوم پردازش شکل‌دهی سه بعدی است، جایی که الیاف توخالی ریسیده شده از طریق یک دستگاه بافندگی به صورت سه بعدی بافته می‌شوند. برای ساختار سه بعدی، تراکم بافت با توجه به الزامات کاربردی تنظیم می‌شود. به عنوان مثال، بافت شل زمانی استفاده می‌شود که برای مواد فیلتر استفاده شود و بافت متراکم برای قطعات ساختاری استفاده می‌شود. آخرین مرحله، پس از پردازش و آزمایش است. ماده قالب‌گیری شده سه بعدی حرارت داده می‌شود (دما 120-150°C) برای تثبیت ساختار، و سپس توخالی بودن توسط میکروسکوپ الکترونی تشخیص داده می‌شود و خواص مکانیکی توسط دستگاه تست کششی آزمایش می‌شود تا اطمینان حاصل شود که محصول با استانداردهای صنعت مطابقت دارد.

امروزه، مواد سه بعدی توخالی الیاف گرافن در بسیاری از زمینه‌ها ظاهر شده‌اند. با بهینه‌سازی مداوم فرآیندهای تولید و کاهش هزینه، این امر باعث ارتقای بیشتر تحول صنعت الیاف شیمیایی از «تولید پایه» به «تولید هوشمند پیشرفته» خواهد شد و به نیروی محرکه اصلی برای توسعه با کیفیت بالای صنعت تبدیل خواهد شد.