[发明专利]一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明属于液晶材料技术领域，公开了一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。该液晶弹性体纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将液晶单体、硫醇、迈克尔加成反应催化剂和光引发剂分散在挥发性有机溶剂中进行反应，持续搅拌至所述挥发性有机溶剂挥发完全，制得液晶弹性体预聚物；(2)将所述液晶弹性体预聚物牵拉成丝，经加捻后进行固定，使用紫外光照射进行聚合，得到所述液晶弹性体纤维。所述液晶弹性体纤维可实现三维螺旋卷曲，克服了现有液晶弹性体材料伸缩变形单一的缺陷，并具有变形范围更大、遇热形变且可逆回复的特点。

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，尤其涉及一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。

背景技术

液晶弹性体是一类新型的高分子材料，由液晶相序(自组织)和弹性高分子量适度交联得到，在外场(电场、温度、光等)的刺激下液晶弹性体可以通过改变介晶基元的排列而产生形状的变化，进而表现出形状、软弹性、光学特性的改变，是目前高分子材料研究中十分活跃的领域，液晶弹性体已在人工肌肉、纳米机械、人工智能等众多方面显示出良好的应用前景。

然而传统液晶弹性体材料的收缩率较低，形变程度有限，限制了液晶弹性体材料在更多领域中的应用。因此，本发明希望提出一种变形范围更大且形变可逆的新型液晶弹性体纤维。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可螺旋弯曲的液晶弹性体纤维及其制备方法与应用。所述液晶弹性体纤维可实现三维螺旋卷曲，克服了现有液晶弹性体材料伸缩变形单一的缺陷，并具有变形范围更大、遇热形变且可逆回复的特点。

本发明提供了一种液晶弹性体纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将液晶单体、硫醇、迈克尔加成反应催化剂和光引发剂分散在挥发性有机溶剂中进行反应，持续搅拌至所述挥发性有机溶剂挥发完全，制得液晶弹性体预聚物；

(2)将所述液晶弹性体预聚物牵拉成丝，经加捻后进行固定，使用紫外光照射进行聚合，得到所述液晶弹性体纤维。

本发明以硫醇与液晶单体发生迈克尔加成反应，硫醇与α,β-不饱和羰基化合物的这种迈克尔加成中，含有丙烯酸酯端基的液晶单体通过与硫醇的巯基-丙烯酸酯的“点击”反应，可以灵活地调整交联密度和聚合物结构，聚合生成硫醚结构，该反应过程具有对氧气不敏感，产物不易氧化降解，比一般自由基反应过程可控的特点。通过该方法所制得液晶弹性体纤维的蓬松性更强，且提高了纤维加工时的抱合力和尺寸稳定性。

本发明通过预先加捻(加捻：丝的一端不动，另一端回转，这一过程称为加捻。加捻是利用纤维的弯曲和回转运动加以扭转，以使纤维间的纵向联系固定起来的过程。弯曲可造成卷绕，扭转会形成捻回。张力和扭转是加捻的必要条件)再交联聚合的操作，使液晶弹性体纤维产生三维扭曲取向，在受到热刺激时可形成三维螺旋卷曲的纤维结构；通过控制加捻旋转的圈数，可以控制纤维螺旋变形的程度。经旋转加捻，所制备的液晶弹性体纤维的变形范围得到大幅提高，纤维性能也得到明显提升。本发明所制备的液晶弹性体纤维在热刺激下会使得部分液晶基元的排列方向紊乱，引起液晶相到各向同性相的相转变，并且分子取向的变化将进一步使整个液晶弹性体纤维产生三维螺旋卷曲结构的宏观形变；该液晶弹性体纤维在受到和撤去热刺激时，为避免自身空间的相互作用，可实现自发的三维螺旋卷曲变形与可逆回复，且变形幅度相比于传统液晶弹性体纤维要更大。

优选的，步骤(1)所述光引发剂包括安息香双甲醚、苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦、2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的至少一种。