[发明专利]一种表面褶皱化纤维类材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种表面褶皱化纤维类材料及其制备方法，该方法包括步骤：(1)制备由树脂和稀释剂构成的涂布液；(2)将材料浸泡入所述涂布液中后取出干燥，获得表面涂布有涂层的材料；(3)将表面涂布有涂层的材料进行等离子体处理得表面褶皱化材料。制得的具有褶皱状表面的纤维由纤维基体和包覆于所述纤维基体表面的树脂涂布液涂层构成；且褶皱状结构在纤维表面沿纤维长度方向呈环状排列；且由该纤维制得的表面褶皱化纤维织物与水接触角大于150°，滚动角小于10°，表面褶皱化纤维织物具有超疏水性。本发明的方法提高了材料防水防污性；本发明的表面褶皱化纤维类材料在功能性服装、户外用品、军用防护服、光电等领域，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属材料表面改性技术领域，涉及一种表面褶皱化纤维类材料及其制备方法，具体是涉及一种在纤维和织物表面制备微纳米尺度图案的方法。

背景技术

材料起皱和屈曲现象已经有几十年的研究历史，利用这一现象可以生产具有明确几何形状和尺寸的微纳米结构，赋予材料优异的光学、电磁、超疏水、智能粘附等特性，并已广泛应用于生物学、纳米计量学、光学和电子学等领域。

科学家通过改变材料表面微结构产生褶皱以赋予纤维优异的特性。然而，大多数方法处理得到的褶皱都处于无序状态。一种典型的方法是利用硬的表层和弹性体基质组成的“双层”系统，由于层间模量与热膨胀不匹配产生内应力，进而引发褶皱生成。这种方法简单便捷，但是褶皱结构的形貌无法精确调控，产生的多是无序、“迷宫”状的褶皱。所以，研究一种在材料表面形成具有周期性褶皱的方法是非常必要的。

为了提高材料褶皱的周期性，科学家们利用一种裂纹实验装置，通过刀片在材料表面施加应力，产生垂直于加工方向的周期性裂纹，改变了材料的力学特性与光学特性。这种方法虽然可以赋予材料新的性能，然而产生的裂纹内部是由空隙和孔洞组成，并不是真正意义上的褶皱结构。而且对实验仪器要求较高，只能对材料局部区域进行处理，无法实现整体处理。另外有一种利用紫外光交联处理材料表面，实现了对材料表面的整体处理，在掩膜的帮助下，可以生成有序的褶皱形貌；然而紫外光穿透效果较差，只能对材料表面区域进行处理，若是多层材料则无法一次性实现处理过程，导致效率低下；并且在无掩膜的条件下生成的褶皱仍是无序状态，无法自发形成有序褶皱，限制了其应用。因此，对于具有周期性表面褶皱化材料，如何整体制备的方法仍然是一个挑战。

除此之外，在单根长纤维表面处理产生褶皱也引起了科学家们的兴趣。例如：异形纤维在加工后产生不均匀环状皱褶，多孔纤维在加工后产生粗糙的孔状表面结构，以及具有皮芯结构的纤维加工后在局部区域产生环状褶皱，这一类材料在加工后沿纤维轴向产生许多形貌结构，但仅在小部分区域产生有序褶皱，且褶皱形貌不连贯，无法贯穿整条长纤维；或者仅在环向具有周期性，使其疏水特性、光学性能远远达不到要求。且对单根纤维处理前通常需要对单根纤维预拉伸，工艺复杂不易控制。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明通过在材料基体上形成由树脂和稀释剂组成的树脂涂布液涂层，并利用氩气或氧气的等离子体进行处理，由于等离子体的强穿透性，不仅可以对单根纤维或者丝束进行处理，而且可以实现对具有一定厚度的织物材料进行穿透处理；进一步利用等离子中高能量粒子会使得涂层原位交联，且在涂层厚度方向产生渐变模量，从而在纤维轴向自发地形成环状排列的褶皱。

本发明的目的之一是提供一种制备具有表面褶皱化材料的方法，具体是通过在材料基体上形成由树脂和稀释剂组成的树脂涂布液涂层，并利用氩气或氧气的等离子体进行处理，在涂层厚度方向产生渐变模量，从而在纤维轴向自发的形成环状排列的褶皱；

本发明的目的之二是提供一种具有褶皱状表面的纤维，该纤维是由纤维基体和包覆于所述纤维基体表面的树脂涂布液涂层构成；且褶皱状结构在纤维表面沿纤维长度方向呈环状排列；

本发明的目的之三是提供一种表面褶皱化纤维织物，该织物编织采用的纤维表面包覆有沿轴向环状排列褶皱结构的树脂涂布液涂层，且褶皱结构在纤维表面沿纤维长度方向呈环状排列。