一种连续功能化纤维、装置及其制备方法和用途制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种连续功能化纤维、装置及其制备方法和用途，所述制备方法包括如下步骤：将具有吐丝功能的动物的纺丝器固定；在动物吐丝时将动物吐出的丝纤维以恒定的张力牵伸并卷绕成筒，且在牵伸过程中丝纤维经功能化处理获得包覆在丝纤维表面的功能材料层。本申请中提供一种具有普适性的简单、高效、节能的高性能功能化丝纤维及其制备方法，由此种连续功能化纤维形成的面料具有连续功能层，可以在智能织物和柔性器件中得到广泛应用。

A continuous functional fiber, device, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种连续功能化纤维、装置及其制备方法和用途
本专利技术涉及纤维领域，特别是涉及一种功能化纤维。
技术介绍
对单纤维或者单纱线尺度使其功能化形成功能化丝纤维一直是丝材料发展的瓶颈，如对天然丝纤维、工厂丝及纱线等对其功能化形成丝纤维在目前工业技术中是不容易实现的。目前，丝材料的应用主要集中在服装或床上用品等传统纺织行业，但是丝原料价格相对较高，使由此市场受众人群少，其使用范围较小，由此导致产品销量不多，大大阻碍了我国蚕桑产业的发展。继2016年中国茧丝行业发展报告指出“桑蚕生产方式落后，工业自动化程度低，终端产品附加值低是目前茧丝绸行业存在的问题和短板”之后。而更好地获取并利用丝材料已变得十分急迫。目前，目前研究给予传统缫丝方法，从蚕茧中提取丝，工艺流程复杂，高耗能污染大，且蚕丝中含有较多缺陷。而相对于强拉丝的所有的相关研究只是简单的将丝从蚕的口器抽出后用卷绕装置收集，以往通过此方法所收集的丝的量也非常有限。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种连续功能化纤维、装置及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术是通过以下技术方案获得的。本专利技术提供一种连续功能化纤维的制备方法，包括如下步骤：将具有吐丝功能的动物的纺丝器固定；在动物吐丝时将动物吐出的丝纤维以恒定的速度牵伸并卷绕成筒，且在牵伸过程中丝纤维经功能化处理获得包覆在丝纤维表面的功能材料层。根据本专利技术上述所述的技术方案，本申请中具有吐丝功能的动物选自蚕或蜘蛛；蚕包括桑蚕和柞蚕。所述蚕的纺丝器为其口器，所述蜘蛛的纺丝器在其腹部。根据本专利技术上述所述的技术方案，动物的纺丝器的固定方式可以采用固定件将动物的纺丝器固定在平面上，固定件可以选自固定胶、胶带和粘土中的一种或多种；或者采用具有多个腔体结构的气囊通过控制气囊的形状和不同腔体中的气体压力来固定动物及动物的纺丝器。蚕在自然吐丝的过程中总伴随着“8”字型的摆头运动，这个过程导致纺丝速度不均匀，且在摆头处容易使丝产生缺陷，而大大影响丝的结构均匀性和力学性能。本专利技术采用将动物纺丝器固定的方式，允许蚕的身体自由运动，同时保持动物的纺丝器如蚕的头部及口器位置固定或蜘蛛的腹部固定，从而实现丝纤维的稳定连续收集。根据表征测试，通过本申请中方法获得的蚕的丝纤维的力学性能远优于天然蚕茧丝，其力学指标，如断裂伸长率等，甚至与天然蜘蛛丝相当。根据本专利技术中上述所述的技术方案，牵伸使得丝纤维的运动速度大于动物自然吐丝速度。牵伸可采用自动化张力器，以便于分段控制丝纤维抽拉张力。本申请中所述的自动化张力器为包含几个间隔分布的导丝辊和用于控制导丝辊转动速度的动力件，导丝辊通过布局设置将功能化处理后的丝纤维牵伸使得丝纤维上获得均一的张力，从而利于丝纤维的均匀化。根据本专利技术上述所述的技术方案，功能化处理包括荧光处理以使得丝纤维表面包覆荧光层；和/或夜光处理以使得丝纤维表面包覆夜光层；和/或导电处理以使得丝纤维表面包覆导电层形成导电纤维或纤维传感器；和/或光敏处理以使得纤维表面包覆光敏层形成光电纤维；和/或热致变色处理以使得丝纤维表面包覆热致变色层形成热致变色纤维；和/或光致变色处理以使得丝纤维表面包覆光致变色层形成光致变色纤维；和/或电致变色处理以使得丝纤维表面包覆电致变色层形成电致变色纤维。根据本申请上述所述的功能化处理，其可以通过功能化处理单元进行，所述功能化处理单元至少包括功能材料溶液，动物吐出的丝纤维连续穿过功能材料溶液以使其表面包覆有功能材料层。根据本专利技术上述所述的技术方案，沿着丝纤维的运动方向，在所述功能化处理单元的下游还设有固化单元，用于将功能化处理单元中丝纤维上形成的功能材料层固化。在一个具体的实施方式中，所述固化处理单元提供一个能够控制温度、湿度及长度的空间，包覆有功能化材料层的丝纤维贯穿此空间后实现固化。根据本专利技术上述所述的技术方案，沿着丝纤维的运动方向，在所述功能化处理单元的上游还设有预处理单元，用于将动物吐出的丝纤维的表面性质进行改进。通过预处理可以调控丝纤维与功能材料的结合作用力，确保功能材料层与丝纤维的紧密结合；同时预处理还不能破坏功能层结构及功能，同时需要能使功能层迅速固化，并与核心丝纤维界面紧密粘结。在一个具体的实施方式中，所述预处理单元可利用蒸汽、温度、溶剂或溶液改变丝纤维的表面性质。本专利技术还公开了一种采用如上述所述的制备方法获得的连续功能化纤维。本专利技术还公开了如上述所述的连续功能化纤维在可穿戴设备、柔性器件、医疗保健监控、环境保护及人机界面中的用途。本专利技术另一方面还提供了一种连续功能化纤维的装置，沿着纤维连续的加工方向，依次设有若干个功能化处理单元，若干个所述功能化处理单元的下游，还依次设有固化处理单元和卷绕单元。根据本专利技术上述所述的装置，沿着连续纤维的加工方向，所述功能化处理单元的上游还设有预处理单元。本专利技术提供的技术方案将动物产生的丝纤维通过主动牵伸后进行连续收丝，同时在连续牵伸过程中原位对丝纤维进行功能化处理；功能化处理过程中丝纤维的表面包覆形成功能材料层，由此形成的连续功能化纤维包括高性能的丝纤维芯层以及功能层。在本申请上述技术方案中，可以通过调控丝纤维的表面性质及功能材料溶液的性质如极性、粘性等，以及末端牵引速率，从而调控负载在丝纤维表面的功能材料的形貌及厚度。通过本专利技术专利技术技术方案中的固定件或控制气囊、固定动物的纺丝器，并获得大量连续的强拉丝纤维，再通过后续的预处理单元、功能化处理单元以及固化处理单元可完成对强拉丝纤维的大批量功能化及收集。本申请中提供一种具有普适性的简单、高效、节能的高性能功能化丝纤维及其制备方法，由此种连续功能化纤维形成的面料具有连续功能层，可以在智能织物和柔性器件中得到广泛应用。附图说明图1显示为本专利技术中制备方法的流程示意图图2显示为本专利技术中实施例1中的荧光丝纤维的效果示意图图3显示为本专利技术中实施例2中具有串珠状的夜光丝纤维的效果示意图图4显示为本专利技术中实施例4形成的导电丝纤维的导电性能测试图图5显示为本专利技术中实施例4中形成的导电丝纤维的应力应变曲线图6显示为本专利技术中实施例5中形成的热致变色丝纤维的热变效果示意图，其中a为采用常温水溶液时，b为采用60℃的热水时。图7显示为本专利技术中实施例5中形成的热致变色丝纤维的显微镜图像，其中a为室温状态，b为加热至60℃状态时图8显示为本专利技术实施例5中的热致变色丝纤维的显微镜图像，其中a为室温时图像，b为加热至60℃时的显微镜图像图1中标号说明1昆虫蚕2预处理单元3功能化处理单元4固化单元具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续功能化纤维的制备方法，包括如下步骤：将具有吐丝功能的动物的纺丝器固定；在动物吐丝时将动物吐出的丝纤维以恒定的速度牵伸并卷绕成筒，且在牵伸过程中丝纤维经功能化处理获得包覆在丝纤维表面的功能材料层。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续功能化纤维的制备方法，包括如下步骤：将具有吐丝功能的动物的纺丝器固定；在动物吐丝时将动物吐出的丝纤维以恒定的速度牵伸并卷绕成筒，且在牵伸过程中丝纤维经功能化处理获得包覆在丝纤维表面的功能材料层。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具有吐丝功能的动物选自蚕或蜘蛛。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，动物的纺丝器的固定方式为采用固定件将动物的纺丝器固定在平面上，或者采用具有多个腔体结构的气囊通过控制气囊的形状和不同腔体中的气体压力来固定动物及动物的纺丝器。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，牵伸使得丝纤维的运动速度大于动物自然吐丝速度。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，功能化处理包括荧光处理以使得丝纤维表面包覆荧光层；和/或
夜光处理以使得丝纤维表面包覆夜光层；和/或
导电处理以使得丝纤维表面包覆导电层形成导电纤维或纤维传感器；和/或
光敏处理以使得纤维表面包覆光敏层形成光电纤维；和/或
热致变色处理以使得丝纤维表面包覆热致变色层形成热致变色纤维；和/或
光致变色处理以使得丝纤维表面包覆光致变色层形成光致变色纤维；和/或
电致变色处理以使得丝纤维表面包覆电致变色层形成电致变色纤维。


6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的功能化处理通过功能化处理单元进行，所述功能化处理单元至...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌盛杰，任婧，林诗绘，王洋，刘强，刘雅文，戚萍，肖越龙，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海;31