[发明专利]一种具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器的制备方法，采用热诱导同轴干法纺丝法，连续制备具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器，其中芯层为液晶，鞘层为PDMS，芯鞘结构有效防止了温敏材料的泄漏。芯层液晶在34℃‑38℃间表现出黄‑绿‑蓝‑紫的多彩可逆变化；鞘层高透明的PDMS将液晶完全包覆在内部，避免了芯层的流失，可在自然光下直接肉眼观察芯层液晶的颜色变化。该纤维基温度传感器展现出优异的柔韧性和可编织性，在医疗健康、智能服装等领域具有广阔的应用价值。

技术领域

本发明属于纤维材料技术领域，涉及一种具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器的制备方法。

背景技术

环境温度是影响人类日常活动的关键因素之一，过高或过低的温度都会引起人体生理不适性的增加，从而破坏人体内的稳态平衡，导致发烧、畏寒、中暑、激素紊乱等异常情况的出现。传统温度传感器体积大、刚性大，限制了其在智能纺织品和可穿戴领域中的应用。与之相比，具有温度传感功能的纤维和纱线不仅柔性高、质量轻，还具有可纺织加工性，已成为制备新型柔性温度传感器的关键材料。特别地，温致变色柔性温度传感器可通过颜色变化来传递信息，不仅可以主动感知环境温度，精确捕捉信号，而且信号无需后续处理，具有反馈及时、颜色可视、简单便捷等优势。目前，温致变色柔性温度传感器的基本制备方法有以下三种：一是温致变色微胶囊，该方式将温致变色材料封装于高分子聚合物内，但其会弱化温敏材料的色彩；二是温致变色薄膜，即通过浸渍涂覆、丝网印刷等方式将温敏材料包覆在纺织基材表面，但是，薄膜通常手感较硬、透气性差，且涂层的均匀性难以控制，长期使用容易脱落；三是温致变色纤维，将温致变色材料直接与纺织材料结合，缩短了工艺流程，制得的纤维具有耐洗涤性好、变色效果持久等优势。

在专利CN105821522A中，发明人利用湿法纺丝制得温致变色共混纤维，然而，该纤维存在温敏材料逐渐渗出的风险。专利CN111005089A和专利CN110205705A的发明人以聚合物作为鞘层、聚合物与温致变色微胶囊的混合物作为芯层，制备具有芯鞘结构的温致变色复合纤维，该方法将温敏微胶囊包裹在高聚物鞘层中，避免了微胶囊的泄漏，但该纤维也具有明显的局限性：聚酰胺等聚合物鞘层仍会在一定程度上阻碍芯层色彩的显示，并且温敏微胶囊的颜色变化较为单一。液晶材料能根据温度变化显示出丰富的色彩，专利CN107938013A发明了一种具有液晶芯的静电纺芯鞘纳米纤维，然而纤维仅能在偏光显微镜下观察到明显的彩虹色，肉眼无法辨别颜色变化。

因此，开发一种肉眼可视的温致变色纤维基温度传感器具有显著的必要性和挑战性。

发明内容

本发明目的是提供一种具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器的制备方法，解决上述问题。

本发明的技术方案是：

一种具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将PDMS预聚物和固化剂充分混合，经真空除气后，获得鞘层PDMS纺丝液；

(2)将胆甾醇油醇碳酸酯和胆甾醇壬酸酯置于水浴锅内进行加热，待其完全融化后，在恒温状态下通过磁力搅拌获得匀质的芯层液晶纺丝液；

(3)将所述鞘层PDMS纺丝液和所述芯层液晶纺丝液分别注入类同轴针管的鞘层和芯层进行热诱导同轴干法纺丝，所述鞘层PDMS纺丝液在高温油浴中迅速固化，包裹住芯层液晶，经卷绕装置收集后，得到连续的具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维；

(4)将所述PDMS/液晶复合纤维放入烘箱中继续烘干，使纤维完全固化，获得具有芯鞘结构的PDMS/液晶复合纤维基高透明温度传感器。

进一步的，在步骤(1)中，所述PDMS预聚物和所述固化剂的质量比为10：1。

进一步的，在步骤(2)中，所述胆甾醇油醇碳酸酯和胆甾醇壬酸酯的质量比为1：1。