[發明專利]一種熱致仿生變色纖維、紗線和織物及其制備方法

有效

• 申請號: 202010567159.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111676545B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 陶光明;李攀;簡艾嘉;曾少寧;高子晨
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: D01F8/10
• 分類號: D01F8/10;D01F1/10;D02G3/02;D02G3/34
• 代理公司: 北京彩和律師事務所 11688
• 代理人: 閆桑田

本發明提供了一種熱致仿生變色纖維，所述熱致仿生變色纖維包括自內而外設置的溫度管理層和熱致仿生變色層，所述溫度管理層包含導電絲，所述熱致仿生變色層包含第一材料和在第一材料中不連續分布的第二材料和第三材料，所述第一材料包括聚合物，所述第二材料包括微結構產生材料，所述第三材料包括熱致變色材料。本發明涉及的熱致仿生變色纖維結構簡單，具有大的絲徑范圍，熱致仿生變色層直接裸露在纖維的外表面，纖維可實現最佳的變色效果，并且具有精準調控的仿生變色能力，在溫度監測，可穿戴式變色標識，時尚展示，偽裝等方面有著巨大的前景。而熱致仿生變色纖維的制備方法可實現纖維一次成型，大規模生產不同類別的熱致仿生變色纖維。

技術領域

本發明屬于功能纖維領域，具體地，涉及一種熱致仿生變色纖維、紗線和織物及其制備方法。

背景技術

隨著人工智能技術的發展，功能性纖維的發展備受關注，功能性纖維因其獨特的可穿戴特新應用日益廣泛。基于功能性纖維的蓬勃發展，紡織工業目前正朝著智能可穿戴方向發展，功能性纖維可用于健康監測、溫度控制、電子皮膚、柔性發光等領域。本專利具體涉及到一種可精準調控的熱致仿生變色纖維及其織物，該纖維及其織物可用于變色偽裝、工程裝飾、健康監測、智能家居、仿生變色等領域。目前大多數所謂的“智能紡織品”是將功能性器件集成到現有紡織支架中的技術制成，而不是用真正的功能纖維紡織而成。先前工作通過熱軟化拉絲結合涂覆工藝實現內嵌導電加熱絲的熱致變色纖維制備，本專利通過對預制棒預處理(添加鹽、糖類、高折射率納米材料等)實現熱致仿生變色纖維的制備，所制備纖維通過編織技術并結合微電子器件集成技術實現可精準調控熱致仿生變色織物的制造。

熱致變色纖維可分為主動變色纖維和被動變色纖維，主動變色纖維內部含有溫度調控單元，被動變色纖維顏色的改變由外界溫度決定。中國專利CN110205705A公開了一種熱致變色纖維的制備和應用，通過熱軟化拉絲制備的纖維為芯包結構，芯層為熱致變色層、包層為保護層，該纖維無法實現對變色纖維顏色的主動調控。中國專利CN108547010A公開了一種光/熱雙致變色纖維的制備方法及其所得材料和應用，該專利通過采用靜電紡絲法制備熱致變色纖維，制備纖維不含溫度管理層無法實現對變色纖維顏色的主動調控。中國專利CN107475840B公開了一種可拉伸電熱致變色纖維及其制備方法，通過該專利制備的纖維為四層結構，依次為包芯紗層、導電層、保護層、變色層，其中導電層為涂覆的還原氧化石墨烯，保護層為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，變色層為浸涂的熱致變色油墨。通過該方法制備的熱致變色纖維時間成本高、制備過程復雜、導電層浸染的均勻性影響變色纖維質量、同時熱致變色層通過浸染制備在纖維最外層易潮解使用壽命有限。美國專利US 20190112733A1公開了一種變色纖維的制備方法，基于熔紡技術實現多結構變色纖維制造。該專利側重于纖維制備工藝，且制備過程中材料加工溫度較高變色材料易受到損傷，并未涉及纖維的仿生變色。中國專利CN110205688A公開了一種電熱致變色纖維其制備方法和應用，通過該方法制備的熱致變色纖維為三層結構，芯層為導電層，中間層為熱致變色層，包層為保護層，保護層通過涂覆或共拉方式獲得，一方面復雜了纖維制備工藝，另一方面通過在變色纖維外側涂覆樹脂等材料使得變色纖維變色效果弱化，且該專利不能達到仿生變色效果且未涉及織物層面的精準調控。加拿大國家研究院提出了一種通過熔融紡絲制備熱致變色纖維方法，制備出的纖維為三層結構，芯層為溫度控制層，中間層為漂白層，包層為熱致變色層。通過該方法制備的變色纖維能量轉換效率低，該熱致變色纖維所需調控電壓高，纖維機械性能差。復旦大學彭慧勝課題組提出了一種基于聚二乙炔(PDA)的熱致變色纖維的制備，通過該方法制備的熱致變色纖維變色元受限，無法實現多溫度梯度，多色系寬范圍調控。且無法實現大規模制備。武漢紡織大學王鑫課題組提出了一種基于復合紗線的熱致變色纖維的制備方法，用碳納米管溶液浸染高度結實耐用的紗線作為導電層，通過電紡將熱致變色材料包覆在涂有導電材料的紗線外側實現熱致變色纖維的制備，該方法制備的變色纖維穩定性差，變色層容易脫落。但是，上述制備工藝所制備的變色纖維均未涉及仿生變色效果，且難以達到織物層面的精準調控。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種熱致仿生變色纖維及其制備方法和應用。