一种电热致变色纤维、其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于功能纤维领域，更具体地，涉及一种电热致变色纤维、其制备方法和应用。该电热致变色纤维包括具有三层结构的复合材料，自外而内依次为包层、中间层和芯层，其中所述包层为保护层，所述中间层为热致变色层，所述芯层为导电层；所述导电层采用的材料为具有电热效应的导电层材料；所述热致变色层通过采用热软化拉丝法制备得到，所述热致变色层的预制棒中包含有孔结构，所述导电层材料穿过所述预制棒的孔中，采用所述热软化拉丝法获得所述热致变色层的同时，将所述导电层作为芯层制备在所述热致变色层的内部；该电热致变色纤维使用时，所述导电层材料在通电条件下发热，所述中间层的热致变色层材料在导电层的热作用下发挥变色功能。

An electrothermochromic fiber, its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种电热致变色纤维、其制备方法和应用
本专利技术属于功能纤维领域，更具体地，涉及一种电热致变色纤维、其制备方法和应用。
技术介绍
随着可穿戴技术的发展，人们对于材料功能化、智能化程度要求也越来越高，消费者也对纺织品提出了更高的要求，纺织服装功能向需求的市场逐渐扩大，可控变色只能织物在军事隐身领域，时尚领域，智能家居领域以及民用服装领域都存在广泛研究前景，因此，变色纤维及其智能织物已成为各国学者们探索和研究的热门领域。其中变色纤维主要分为两大类，需要电源驱动的有源变色纤维和无需电源的无源变色纤维，其中有源变色纤维因其可实现自主调控而更受广大科研工作者的青睐。而有源变色纤维技术主要分为两种，利用电致变色材料制备的额电致变色纤维及利用热致变色材料制备的电热致变色纤维。中国技术专利CN208000443公开了一种利用电致变色材料通过化学沉积等技术制备的同轴电致变色纤维，其包含两个电极层、电解质层以及变色层，这种复杂的多层结构严重影响了纤维的性能，并且制备工艺比较复杂，成本高，也难以实现超长连续纤维的生产，这些都严重影响了其在可穿戴领域的发展。中国专利技术专利CN107475840公开了一种可拉伸电热致变色纤维及其制备工艺，以包芯纱为弹性基体，在其表面依次通过沉积等方法制备导电层，保护层以及变色层，制备而成的纤维具有一定弹性，但是该方法工艺复杂，不具备规模化生产的能力，且纤维直径较大，纤维耐用性差，穿戴体验不佳。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种电热致变色纤维、其制备方法和应用，其采用光纤制备中热软化拉丝工艺制得本专利技术具有三层复合结构的电热致变色纤维的中间层即热致变色层，由此解决现有的电热致变色纤维制备工艺复杂、成本高、生产速度慢的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种电热致变色纤维的制备方法，该电热致变色纤维包括具有三层结构的复合材料，自外而内依次为包层、中间层和芯层，其中所述包层为保护层，所述中间层为热致变色层，所述芯层为导电层；所述导电层采用的材料为具有电热效应的导电层材料；所述热致变色层通过采用热软化拉丝法制备得到，具体为：先获得该热致变色层的预制棒，然后对该预制棒进行热软化拉丝获得所述热致变色层纤维；所述热致变色层的预制棒中包含有孔结构，所述导电层材料穿过所述预制棒的孔中，采用所述热软化拉丝法获得所述热致变色层的同时，将所述导电层作为芯层制备在所述热致变色层的内部；所述导电层采用的材料的熔点高于所述热致变色层采用的材料的熔点；热致变色层预制棒进行热软化拉丝时导电层材料不热软化但与之共拉，最终嵌入在所述中间层内部；该电热致变色纤维使用时，所述导电层材料在通电条件下发热，所述中间层的热致变色层材料在导电层的热作用下发挥变色功能。优选地，所述保护层采用的材料为第一聚合物材料；所述热致变色层采用的材料为第二聚合物材料掺杂热致变色材料得到的聚合物基复合材料；所述热致变色材料为一种或多种能够随温度改变而发生颜色变化的有机或无机材料；所述第一聚合物材料和第二聚合物材料种类相同或不同。优选地，所述的制备方法，包括如下步骤：(1)将热致变色材料和第二聚合物材料复合，得到热致变色复合材料；(2)将步骤(1)得到的热致变色复合材料与第一聚合物材料复合，并加工成型，使得所述第一聚合物材料位于所述芯层的包层，所述热致变色复合材料位于芯层，制备得到芯包结构预制棒；(3)在步骤(2)得到的芯包结构预制棒的芯层制孔，得到具有孔结构的预制棒；(4)将导电层材料穿过步骤(3)得到的具有孔结构的预制棒的孔中，在拉丝设备上进行共拉，得到包含三层结构的电热致变色纤维。优选地，所述第一聚合物材料和第二聚合物材料为透明热塑性材料，且能够同时进行热软化拉丝；且其拉丝温度均低于所述热致变色材料的耐受温度。优选地，所述导电层材料的熔点高于所述第一聚合物的熔点，所所述导电层材料的熔点高于所述二聚合物的熔点；所述第一聚合物材料和第二聚合物材料的熔点之差不超过50℃。优选地，所述的制备方法，包括如下步骤：(1)将热致变色材料和第二聚合物材料复合，得到热致变色复合材料；(2)将步骤(1)得到的热致变色复合材料加工制成预制棒，得到热至变色复合材料预制棒；(3)在步骤(2)得到的热致变色复合材料预制棒中制孔，得到具有孔结构的预制棒；(4)将导电层材料穿过步骤(3)得到的具有孔结构的预制棒的孔中，采用所述热软化拉丝法获得所述热致变色层的同时，将所述导电层作为芯层制备在所述热致变色层的内部，得到热致变色层和导电层的复合结构纤维；(5)将步骤(4)得到的热致变色层和导电层的复合结构纤维外部涂覆所述包层材料，得到所述具有三层复合结构的电热致变色纤维。优选地，步骤(5)具体为：将步骤(4)得到的热致变色层和导电层的复合结构纤维在保持拉丝张力的条件下，穿过盛有流体状第一复合材料的涂覆装置中，获得表面涂覆有保护层材料的热致变色层纤维，固化后得到所述具有芯包结构的热致变色纤维。优选地，在步骤(4)得到的热致变色层和导电层的复合结构纤维外部通过磁控溅射法、刷涂或喷涂涂覆所述包层材料。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的制备方法制备得到的电热致变色纤维。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的电热致变色纤维的应用，用于制备电热致变色织物。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供了一种电热致变色纤维的热软化拉丝制备方法，其采用光纤制备中成熟的拉丝工艺对该具有三层复合结构的电热致变色纤维的中间层即热致变色层进行热软化拉丝制得。拉丝的同时将导电层材料嵌合在该热致变色层中，共拉但导电层不软化得到。拉丝工艺相对于现有的热致变色纤维制备方法，热致变色材料及聚合物基材选择范围广，结构设计多样化：可以设计不同截面结构纤维，且可以准确控制不同热致变色材料在纤维中的分布，生产效率高，适合规模化生产。(2)本专利技术提供的电热致变色纤维具有芯包结构，包层作为保护层可以很好地保护芯层的热致变色层材料保持变色特性，包层可以和热致变色层层制成芯包结构预制棒，然后通过热软化拉丝与导电层共拉制得，此时包层和中间热致变色层选择的聚合物材料均为透明热塑性材料，熔点相同或相近，且低于所述热致变色材料的耐受温度。本专利技术通过选择合适的聚合物材料分别作为该热致变色纤维的热致变色层和包层材料，并在热致变色层中掺杂热致变色材料，结合热软化拉丝工艺获得该全新的结构设计能够很好的确保热致变色材料使用过程中的循环稳定性。(3)本专利技术提供的电热致变色纤维的包层结构也可以通过在热软化拉丝制得嵌合有导电层的热致变色层的热致变色层纤维后，在该纤维表面通过各种涂覆工艺制备得到。比如可以通过采用光纤制备中采用的涂覆工艺，将热致变色层拉丝纤维穿过盛有包层材料的涂覆杯中，使得流体状包层材料涂覆在热致变色层纤维表面，固化后得到本专利技术的具有芯包结构的热致变色纤维；当然也可在获得热致变色层纤维后，通过其他涂覆工艺，比如喷涂、刷涂、磁控溅射或其他涂覆沉积工艺获得。(4)本专利技术提供的一种电热致变色纤维，其包括三层结构的复合材料，自内向外依次为芯层导电层、中间层热致变色层以及包层保护层。其中芯层导电层为具有电热效应的导电材料，该导电材料在通电条件下发热，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电热致变色纤维的制备方法，其特征在于，该电热致变色纤维包括具有三层结构的复合材料，自外而内依次为包层、中间层和芯层，其中所述包层为保护层，所述中间层为热致变色层，所述芯层为导电层；所述导电层采用的材料为具有电热效应的导电层材料；所述热致变色层通过采用热软化拉丝法制备得到，具体为：先获得该热致变色层的预制棒，然后对该预制棒进行热软化拉丝获得所述热致变色层纤维；所述热致变色层的预制棒中包含有孔结构，所述导电层材料穿过所述预制棒的孔中，采用所述热软化拉丝法获得所述热致变色层的同时，将所述导电层作为芯层制备在所述热致变色层的内部；所述导电层采用的材料的熔点高于所述热致变色层采用的材料的熔点；热致变色层预制棒进行热软化拉丝时导电层材料不热软化但与之共拉，最终嵌入在所述中间层内部；该电热致变色纤维使用时，所述导电层材料在通电条件下发热，所述中间层的热致变色层材料在导电层的热作用下发挥变色功能。

【技术特征摘要】
1.一种电热致变色纤维的制备方法，其特征在于，该电热致变色纤维包括具有三层结构的复合材料，自外而内依次为包层、中间层和芯层，其中所述包层为保护层，所述中间层为热致变色层，所述芯层为导电层；所述导电层采用的材料为具有电热效应的导电层材料；所述热致变色层通过采用热软化拉丝法制备得到，具体为：先获得该热致变色层的预制棒，然后对该预制棒进行热软化拉丝获得所述热致变色层纤维；所述热致变色层的预制棒中包含有孔结构，所述导电层材料穿过所述预制棒的孔中，采用所述热软化拉丝法获得所述热致变色层的同时，将所述导电层作为芯层制备在所述热致变色层的内部；所述导电层采用的材料的熔点高于所述热致变色层采用的材料的熔点；热致变色层预制棒进行热软化拉丝时导电层材料不热软化但与之共拉，最终嵌入在所述中间层内部；该电热致变色纤维使用时，所述导电层材料在通电条件下发热，所述中间层的热致变色层材料在导电层的热作用下发挥变色功能。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护层采用的材料为第一聚合物材料；所述热致变色层采用的材料为第二聚合物材料掺杂热致变色材料得到的聚合物基复合材料；所述热致变色材料为一种或多种能够随温度改变而发生颜色变化的有机或无机材料；所述第一聚合物材料和第二聚合物材料种类相同或不同。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将热致变色材料和第二聚合物材料复合，得到热致变色复合材料；(2)将步骤(1)得到的热致变色复合材料与第一聚合物材料复合，并加工成型，使得所述第一聚合物材料位于所述芯层的包层，所述热致变色复合材料位于芯层，制备得到芯包结构预制棒；(3)在步骤(2)得到的芯包结构预制棒的芯层制孔，得到具有孔结构的预制棒；(4)将导电层材料穿过步骤(3)得到的具有孔结构的预制棒的孔中，在拉丝设备上进行共拉，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶光明，董英琴，李攀，吴嘉威，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42