[发明专利]一种电致变色纳米纤维包芯纱及其制备方法

说明书

本发明涉及一种电致变色纳米纤维包芯纱及其制备方法，方法包括以下步骤：1.制备表面涂覆有导电聚合物的纱线，得到导电纱线；2.配制含有热敏变色油墨的静电纺丝液，利用所述静电纺丝液制得的静电纺纳米纤维为变色纳米纤维；3.将导电纱线作为芯纱，将变色纳米纤维作为鞘纱纺制包芯纱，得到电致变色纳米纤维包芯纱线。本发明的制备方法简单，可将纱线的电阻大大降低，通过改变感温变色油墨的种类，可以改变纱线的变色效果，变色范围大；采用静电纺包芯纱的方法包覆在导电纱表层，将温变油墨的颜色变化转变为纳米纤维包芯纱线的颜色变化；使用时将电压加在本发明的纱线的两端，通过控制电压的大小即可控制纱线颜色的转变，使用方法简单。

技术领域

本发明涉及变色纱线领域，具体涉及一种电致变色纳米纤维包芯纱及其制备方法。

背景技术

多功能的电子纺织品在未来的可穿戴电子纺织品领域有广阔的应用前景。它们作为可穿戴电子设备的潜在应用已得到证明，如基于纱线的传感器、柔性电路、个人体运动监视器、和自供电电子纺织品。然而大多数的电子纺织品仍面临着关键的挑战，如良好的恢复性，耐持久性，以及包括良好的可水洗性和大规模生产。纤维材料本身有着优越的柔韧性能，因此在对纤维材料进行改性或者是使其多功能化时，应保有可穿戴纺织品所特有的性能。电致变色纳米纤维包芯纱其表面是通过静电纺纱的方法而包裹的一层可随着温度变化而发生颜色变化的纳米纤维,并且织物颜色会随温度的恢复而恢复。在电压无法测量或无法连续测量的场合,可以通过织物颜色的变化来反映电压的变化。目前的研究目标是使得智能变色纤维或者织物能在工业、国防、医用等各个领域广发应用。传统的方法是利用物理黏合技术使得变色染料与织物结合起来，从而得到随环境条件改版而变色的织物。然而通过此类染色和整理技术制备获得色牢度较好的变色纤维，经过整理后纤维的颜色不能改变，但是会因为长期光照或频繁的洗涤而褪色。因此，一种可控持久的智能变色纤维或织物的研究与开发具有重要的现实意义。目前大多数变色纤维和织物是通过外力、温度、紫外线和化学溶剂的刺激而实现的，这些条件下发生的颜色变化均是被动产生的，所以无法主动的控制纤维或者织物的颜色变化。通过直接控制电力而间接的控制颜色的改变，是一种更为主动且可控的方法。电致色是利用电能转化为热能的原理而衍生出的一种可控性的色变途径，其是由于纤维或者织物内部因电流通过而产生热能从而导致的温变油墨的颜色改变。目前已有研究报道了基于纤维的电致变色材料，通过使用三种导电聚合物和双电极螺旋缠绕结构，研究了可逆电致变色纤维，然而在织物中加入钢丝会影响最终产品的灵活性和适用性。石墨烯还被用于功能化弹性纤维，以制备可拉伸的电致变色纤维，但其制备工艺复杂，难以大规模生产。研究专家将聚苯胺沉积在碳纳米管纤维上制备电致变色纤维，但由于聚苯胺变色范围的限制，纤维只能在蓝色、绿色和浅黄色之间转换。导电聚合物沉积在织物的一侧，热敏颜料印刷在另一侧，以实现电致变色功能，然而，导电聚合物的特殊颜色会影响织物的使用效果，而沉积在织物表面的聚合物的耐久性也是一个大问题。研究人员还使用聚吡咯和碳纳米管填充同轴多纤丝来实现电致变色织物，然而，由于导电性差，需要较高的电压来诱导颜色变化，这可能会限制它们在可穿戴设备中的应用。将导电元件整合到具有耐久性的纤维系统中，同时保持纺织品的纺织性质，进行二次颜色变化机制的整合，仍然是目前的一大挑战，理想情况下，电致变色纺织品应表现出良好的电热性能，具有可重复性和耐久性，而且为了导电而增加的部件不应改变纺织品的基本颜色，以便使用热变色油墨，此外，彩色光谱必须足够广泛，以确保应用潜力和制造过程必须能够扩大规模，以实现商业化的目的。

发明内容

本发明提出了一种电致变色纳米纤维包芯纱及其制备方法，本发明先制备表面涂覆碳纳米管或聚合有聚吡咯等导电聚合物的纱线，将混有一定温变油墨的PU/DMF或PA/甲酸的溶液通过静电纺丝的方法制备成具有皮芯结构的纳米纤维电致变色复合纱线，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维比传统方法制备的纳米纤维比表面积高、孔隙率高以及孔隙连通性好，此方法可发展出变色多样化和变色过程可控的变色纱，而且本发明的制备方法简单，制备成本低，耐持久性能好，制得的纱线应用范围广。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：