[发明专利]一种热致仿生变色纤维、纱线和织物及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于功能纤维领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热致仿生变色纤维及其制备方法和应用。