一种同步变形变色复合纤维及其制备方法、应用
本发明涉及纺织，尤其涉及一种同步变形变色复合纤维及其制备方法、应用。
背景技术：
1、刺激响应材料作为一种新型的智能材料，能够对外部刺激(如热、光、ph值、水分、电场以及磁场)做出反应，从而改变其某些特性。到目前为止，大多数研究人员主要集中在单一反应材料上，即形状记忆或颜色变化。然而，在当今技术发达的世界上，设计和制造多刺激响应材料，使其向前迈进是至关重要的。多刺激响应性可以为智能系统引入更多的新功能，如伪装、仿生学、执行器、传感器等等。作为智能材料的一个经典类别，形状记忆聚合物能够固定至少一个临时形状，并使用特定的刺激恢复其永久形状。与其他传统的形状记忆材料，如合金或陶瓷相比，形状记忆聚合物具有成本低和易加工的优点。此外，热诱导的形状记忆聚合物(shape memory polymers，smps)具有响应温度范围广的优势。因此，由于其多功能性，生物医学、执行器、仿生学和航空航天是smps被广泛使用的领域。热致变色剂作为一类刺激反应材料(stimulus response materials，srms)，能够在温度变化时转变为不同的颜色。因此，变色智能材料已被广泛用于纺织品、传感、防伪、环境监测等方面。通过合理混合smps和srms这些智能材料所设计的双响应系统，能够在一个智能材料中可同时实现形状记忆和变色效果。目前，大多数常见的变形变色体系均为多层黏合结构，由多层单一的变形层、变色层和电致加热层组成，相互之间一般通过粘合法、固化法或沉积法进行粘结，粘结方式不可靠，且透气透湿性差、一体化效果差、接触舒适性差。
2、此外，由于热刺激是激活刺激响应材料的最常见、简单方便的刺激方法，它可以使整个系统在一个相对均匀的温度环境中接受刺激。但是，使用热刺激的主要缺点在于难以实现精确的局部刺激，材料组分也较难实现同步热刺激。而在由电触发的刺激响应材料中很容易实现精确的反应控制，可以提供一个操作方便、远程控制和快速反应的系统，实现远程及精准化的控制。目前，大多数产生电热刺激系统采用3d打印和涂层技术以有效地将导电材料纳入刺激响应材料中，但涂层织物很容易受到外部摩擦的影响而脱落。此外，刚性的导电层会抑制变形操作，对织物的拉伸和折叠也是一种挑战。更重要的是，电热刺激需要对所设计的涂层织物施加高电压从而实现有效的电热反应。由于人类穿戴的安全问题，高电压限制了电热刺激响应材料的应用。
3、专利cn114523733a提供了一种电化学驱动型变色变形双响应致动器及其制备方法，所述致动器以含有锂盐的聚偏氟乙烯凝胶电解质为中间层，两侧设置变色变形双网络结构薄膜；该致动器虽具有良好的光学性能和致动性能，但加工过程较复杂，未能实现一体成型，两层变形变色双层网络结构薄膜为独立的结构，需要依靠含有锂盐的聚偏氟乙烯凝胶电解质黏合。专利cn 110016219a提供了一种指示变形温度的温感变色形状记忆性材料及其制备方法，该方法包括将母料投入至密炼机中第一次密炼；加入与母料的形变温度的取值范围相同随温度变化的变色颜料和辅料；投入到密炼机中第二次密炼；硫化后制得指示变形温度的温感变色形状记忆性材料。该发明通过密炼机实现了变形及变色材料的复合，但制备工艺较为复杂，无法实现远程控制。
4、因此，为解决变形变色系统在使用过程中不同步、易脱落分层、制备流程复杂、可穿戴性差、电阻高等问题，亟需寻求或开发一种新材料、新结构或新的加工方式以解决上述问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种同步变形变色复合纤维及其制备方法、应用。本发明所述同步变形变色复合纤维由形状记忆材料和可逆变色微胶囊组成，所述形状记忆材料和可逆变色微胶囊的响应温度条件非常接近，在特定温度范围内，能够实现同时同步的变形变色响应，同步响应一方面在结构发生变形时能够通过变色指示温度变化，另一方面在应用于织物中能够实现一定的仿生及伪装效果。本发明提供的同步变形变色织物制造简单、响应快速、同步效果好，可采用机织、针织或刺绣方法将导电纱线、不导电纱线及同步变形变色复合纤维制备成织物结构。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种同步变形变色复合纤维，所述同步变形变色复合纤维由形状记忆材料和可逆变色微胶囊组成。
4、进一步地，所述形状记忆材料包括热致形状记忆改性聚酯纤维、热致形状记忆改性聚氨酯水凝胶、热收缩形状记忆聚烯烃材料中的一种。
5、进一步地，所述可逆变色微胶囊为热致可逆变色微胶囊。
6、进一步地，所述可逆变色微胶囊与形状记忆材料的质量比为0.3-0.9：6。
7、一种所述同步变形变色复合纤维的制备方法，所述制备方法具体为：将形状记忆材料和可逆变色微胶囊进行超声混合，经干燥、得到混合材料，再经拉伸后，得到同步变形变色复合纤维。
8、进一步地，所述超声混合的功率为40-60w，频率为40-50khz，温度为30-60℃，时间为2-3h；所述干燥的温度为50-60℃，时间为5-6h。
9、进一步地，所述拉伸具体为：将混合材料置于熔融挤出机中，设置预热温度为210℃，挤出头温度为180℃，挤出速度为100rpm，形成直径为1.6-1.9mm的同步变形变色复合纤维。
10、一种所述同步变形变色复合纤维或所述制备方法制备的同步变形变色复合纤维的应用，所述同步变形变色复合纤维用于制备同步变形变色织物。
11、进一步地，所述同步变形变色织物的组织形式为平纹组织、平纹变化组织、纬平组织、纬平变化组织、经平组织、经平变化组织、平针组织、平针变化组织。
12、进一步地，所述同步变形变色织物的织造方法包括机织、针织、刺绣中的至少一种。
13、本发明有益的技术效果在于：
14、本发明提供了一种基于织物结构的同步变形变色织物。由于所开发的形状记忆材料以及变色微胶囊的响应温度极为接近，这使得在特定温度范围内，该织物能够展现出同时同步的变形与变色响应，这种同步响应不仅能够在结构发生形变时，通过颜色的变化来指示温度及变色时间，而且还能够实现一定的仿生效果，甚至可用于伪装，为多个领域的应用提供了全新的可能性。
15、本发明采用熔融共混的方法，将变色材料以及形状记忆材料结合在一起，并通过优化变色材料与形状记忆材料的相对用量，构建出可以同步变形变色的复合纤维，提升纤维的综合性能。本发明所述方法不仅简化了制备过程，使得操作更为便捷，而且为复合纤维的多元化应用提供了强有力的技术支持。
16、本发明采用织物结构将变形变色复合纤维与导电纱线结合在一起，形成一体化结构。这种一体化设计不仅确保了系统各部分紧密结合，有效避免了分层或黏贴脱落等问题，而且制备方法简便易行，为大批量生产提供了可能。同时，本发明采用织物结构从而实现了可穿戴性，为伪装等领域开辟了广阔的应用前景，特别是在军事伪装、单兵作战服等方面。此外，本发明所制备的同步变形变色织物还能够根据需求，通过对结构末端实施电致加热，实现精准远程控制，这一创新功能为织物赋予了更高的智能性和实用性，可应用于因此可应用于医疗系统、伪装服装、仿生机器人、广告宣传等领域。
技术特征：
1.一种同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述同步变形变色复合纤维由形状记忆材料和可逆变色微胶囊组成。
2.根据权利要求1所述的同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述形状记忆材料包括热致形状记忆改性聚酯纤维、热致形状记忆改性聚氨酯水凝胶、热收缩形状记忆聚烯烃材料中的一种。
3.根据权利要求1所述的同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述可逆变色微胶囊为热致可逆变色微胶囊。
4.根据权利要求1所述的同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述可逆变色微胶囊与形状记忆材料的质量比为0.3-0.9：6。
5.一种权利要求1-4任一项所述同步变形变色复合纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体为：将形状记忆材料和可逆变色微胶囊进行超声混合，经干燥、得到混合材料，再经拉伸后，得到同步变形变色复合纤维。
6.根据权利要求5所述的同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述超声混合的功率为40-60w，频率为40-50khz，温度为30-60℃，时间为2-3h；所述干燥的温度为50-60℃，时间为5-6h。
7.根据权利要求5所述的同步变形变色复合纤维，其特征在于，所述拉伸具体为：将混合材料置于熔融挤出机中，设置预热温度为210℃，挤出头温度为180℃，挤出速度为100rpm，形成直径为1.6-1.9mm的同步变形变色复合纤维。
8.一种权利要求1-4任一项所述同步变形变色复合纤维或一种权利要求5-6任一项所述制备方法制备的同步变形变色复合纤维的应用，其特征在于，所述同步变形变色复合纤维用于制备同步变形变色织物。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述同步变形变色织物的组织形式为平纹组织、平纹变化组织、纬平组织、纬平变化组织、经平组织、经平变化组织、平针组织、平针变化组织。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述同步变形变色织物的织造方法包括机织、针织、刺绣中的至少一种。
技术总结
本发明公开了一种同步变形变色复合纤维及其制备方法、应用。本发明所述同步变形变色复合纤维由形状记忆材料和可逆变色微胶囊组成，所述形状记忆材料和可逆变色微胶囊的响应温度条件非常接近，在特定温度范围内，能够实现同时同步的变形变色响应，同步响应一方面在结构发生变形时能够通过变色指示温度变化，另一方面在应用于织物中能够实现一定的仿生及伪装效果。本发明提供的同步变形变色织物制造简单、响应快速、同步效果好，可采用机织、针织或刺绣方法将导电纱线、不导电纱线及同步变形变色复合纤维制备成织物结构。
技术研发人员：肖学良,李子彦,许润欣,郭力畅
受保护的技术使用者：江南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5