本发明专利技术提供了一种热致仿生变色纤维，所述热致仿生变色纤维包括自内而外设置的温度管理层和热致仿生变色层，所述温度管理层包含导电丝，所述热致仿生变色层包含第一材料和在第一材料中不连续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结构产生材料，所述第三材料包括热致变色材料。本发明专利技术涉及的热致仿生变色纤维结构简单，具有大的丝径范围，热致仿生变色层直接裸露在纤维的外表面，纤维可实现最佳的变色效果，并且具有精准调控的仿生变色能力，在温度监测，可穿戴式变色标识，时尚展示，伪装等方面有着巨大的前景。而热致仿生变色纤维的制备方法可实现纤维一次成型，大规模生产不同类别的热致仿生变色纤维。变色纤维。
【技术实现步骤摘要】
一种热致仿生变色纤维、纱线和织物及其制备方法
[0001]本案是申请日为2020年6月19日，专利技术名称为一种热致仿生变色纤维、纱线和织物及其制备方法，申请号为CN202010567159.7的案件的分案申请。
[0002]本专利技术属于功能纤维领域，具体地，涉及一种热致仿生变色纤维、纱线和织物及其制备方法。
技术介绍
[0003]随着人工智能技术的发展，功能性纤维的发展备受关注，功能性纤维因其独特的可穿戴特新应用日益广泛。基于功能性纤维的蓬勃发展，纺织工业目前正朝着智能可穿戴方向发展，功能性纤维可用于健康监测、温度控制、电子皮肤、柔性发光等领域。本专利具体涉及到一种可精准调控的热致仿生变色纤维及其织物，该纤维及其织物可用于变色伪装、工程装饰、健康监测、智能家居、仿生变色等领域。目前大多数所谓的“智能纺织品”是将功能性器件集成到现有纺织支架中的技术制成，而不是用真正的功能纤维纺织而成。先前工作通过热软化拉丝结合涂覆工艺实现内嵌导电加热丝的热致变色纤维制备，本专利通过对预制棒预处理(添加盐、糖类、高折射率纳米材料等)实现热致仿生变色纤维的制备，所制备纤维通过编织技术并结合微电子器件集成技术实现可精准调控热致仿生变色织物的制造。
[0004]热致变色纤维可分为主动变色纤维和被动变色纤维，主动变色纤维内部含有温度调控单元，被动变色纤维颜色的改变由外界温度决定。中国专利CN110205705A公开了一种热致变色纤维的制备和应用，通过热软化拉丝制备的纤维为芯包结构，芯层为热致变色层、包层为保护层，该纤维无法实现对变色纤维颜色的主动调控。中国专利CN108547010A公开了一种光/热双致变色纤维的制备方法及其所得材料和应用，该专利通过采用静电纺丝法制备热致变色纤维，制备纤维不含温度管理层无法实现对变色纤维颜色的主动调控。中国专利CN107475840B公开了一种可拉伸电热致变色纤维及其制备方法，通过该专利制备的纤维为四层结构，依次为包芯纱层、导电层、保护层、变色层，其中导电层为涂覆的还原氧化石墨烯，保护层为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，变色层为浸涂的热致变色油墨。通过该方法制备的热致变色纤维时间成本高、制备过程复杂、导电层浸染的均匀性影响变色纤维质量、同时热致变色层通过浸染制备在纤维最外层易潮解使用寿命有限。美国专利US 20190112733A1公开了一种变色纤维的制备方法，基于熔纺技术实现多结构变色纤维制造。该专利侧重于纤维制备工艺，且制备过程中材料加工温度较高变色材料易受到损伤，并未涉及纤维的仿生变色。中国专利CN110205688A公开了一种电热致变色纤维其制备方法和应用，通过该方法制备的热致变色纤维为三层结构，芯层为导电层，中间层为热致变色层，包层为保护层，保护层通过涂覆或共拉方式获得，一方面复杂了纤维制备工艺，另一方面通过在变色纤维外侧涂覆树脂等材料使得变色纤维变色效果弱化，且该专利不能达到仿生变色效果且未涉及织物层面的精准调控。加拿大国家研究院提出了一种通过熔融纺丝制备热致变色纤维方法，制备出的纤维为三层结构，芯层为温度控制层，中间层为漂白层，包层为热致变色层。通
过该方法制备的变色纤维能量转换效率低，该热致变色纤维所需调控电压高，纤维机械性能差。复旦大学彭慧胜课题组提出了一种基于聚二乙炔(PDA)的热致变色纤维的制备，通过该方法制备的热致变色纤维变色元受限，无法实现多温度梯度，多色系宽范围调控。且无法实现大规模制备。武汉纺织大学王鑫课题组提出了一种基于复合纱线的热致变色纤维的制备方法，用碳纳米管溶液浸染高度结实耐用的纱线作为导电层，通过电纺将热致变色材料包覆在涂有导电材料的纱线外侧实现热致变色纤维的制备，该方法制备的变色纤维稳定性差，变色层容易脱落。但是，上述制备工艺所制备的变色纤维均未涉及仿生变色效果，且难以达到织物层面的精准调控。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种热致仿生变色纤维及其制备方法和应用。
[0006]具体来说，本专利技术涉及如下方面：
[0007]1一种热致仿生变色纤维，其特征在于，所述热致仿生变色纤维包括自内而外设置的温度管理层和热致仿生变色层，所述温度管理层包含导电丝，所述热致仿生变色层包含第一材料和在第一材料中不连续分布的第二材料和第三材料，所述第一材料包括聚合物，所述第三材料包括热致变色材料。
[0008]2根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述热致仿生变色纤维的直径为2μm
‑
5000μm，优选为10μm
‑
1000μm。
[0009]3根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述第三材料在所述热致仿生变色层中的总质量比为0.01wt.％
‑
70wt.％，优选为5wt.％
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40wt.％。
[0010]4根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述第二材料为空气孔。
[0011]5根据项4所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述第二材料形成的孔径为0.05μm
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50μm，优选为0.1μm
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30μm。
[0012]6根据项4所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述热致变色纤维的孔隙率为0.1
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95％，优选为10
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50％。
[0013]7根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述第二材料为微纳颗粒。
[0014]8根据项7所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述微纳颗粒的粒径为0.05μm
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50μm，优选为0.1μm
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30μm。
[0015]9根据项7所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述微纳颗粒选自二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、硫化锌(ZnS)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)、氮化硼(BN)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、碳酸钡(BaCO3)和硅酸铝(Al2SiO5)中的一种或两种以上。
[0016]10根据项7所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述微纳颗粒在所述热致仿生变色层中的质量比为0.01wt.％
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70wt.％，优选为10wt.％
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50wt.％。
[0017]11根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述温度管理层和热所述致仿生变色层之间还包括中间层。
[0018]12根据项11所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述中间层包括聚合物和热致变色材料。
[0019]13根据项1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟树脂、氟树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯(F
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PMMA)、环烯烃类共聚物(COC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚乙二醇(PEG)、高密度聚乙烯(HD本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热致仿生变色纤维，其特征在于，所述热致仿生变色纤维包括自内而外设置的温度管理层和热致仿生变色层，所述温度管理层包含导电丝，所述热致仿生变色层包含第一材料和在第一材料中不连续分布的第二材料和第三材料，所述第一材料包括聚合物，所述第三材料包括热致变色材料；优选地，所述温度管理层和热所述致仿生变色层之间还包括中间层，进一步优选地，所述中间层包括聚合物和热致变色材料；进一步优选地，所述热致变色材料为包裹有机变色材料或热致变色液晶的微胶囊。2.根据权利要求1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述热致仿生变色纤维的直径为2μm
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5000μm，优选为10μm
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1000μm；优选地，所述第三材料在所述热致仿生变色层中的总质量比为0.01wt.％
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70wt.％，优选为5wt.％
‑
40wt.％。3.根据权利要求1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述第二材料为微纳颗粒；优选地，所述微纳颗粒的粒径为0.05μm
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50μm，进一步优选为0.1μm
‑
30μm；进一步优选地，所述微纳颗粒选自二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、硫化锌(ZnS)、氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)、氮化硼(BN)、氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)、碳酸钡(BaCO3)和硅酸铝(Al2SiO5)中的一种或两种以上；进一步优选地，所述微纳颗粒在所述热致仿生变色层中的质量比为0.01wt.％
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70wt.％，优选为10wt.％
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50wt.％。4.根据权利要求1所述的热致仿生变色纤维，其特征在于，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟树脂、氟树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯(F
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PMMA)、环烯烃类共聚物(COC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、聚乙二醇(PEG)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚丙烯(PP)、丙烯腈
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丁二烯
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苯乙烯(ABS)、苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚偏二氯乙烯树脂(PVDC)、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酯和间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物中的一种或两种以上。5.一种热致仿生变色纤维的制备方法，所述热致仿生变色纤维包括自内而外设置的温度管理层和热致仿生变色层，所述温度管理层包含导电丝，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：制备热致仿生变色复合母料；由热致仿生变色复合母料制备热致仿生变色预制棒；将导电丝穿过所述热致仿生变色预制棒，通过热软化拉丝制备得到热致仿生变色纤维；优选地，所述将导电丝穿过所述热致仿生变色预制棒之前还包括，将中间预制棒...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶光明，李攀，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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