本發(fā)明涉及功能纖維，具體是指一種可控變色的電熱紗線及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著“智能可穿戴”概念的普及，人們將紡織品與各類新型智能材料結(jié)合，生產(chǎn)出更多元化及智能化的產(chǎn)品。對于使用者來說，更輕質(zhì)、貼合人體且舒適感佳的可穿戴功能產(chǎn)品是迫切需要的，一維結(jié)構(gòu)的智能纖維、功能紗線應(yīng)運而生，可滿足要求。

2、柔性變色纖維作為一種具有高附加值、高效益的產(chǎn)品，在軍事、娛樂、防偽等領(lǐng)域均具有良好的發(fā)展前景。變色機制主要可分為電致變色、光致變色、力致變色、熱致變色等。其中，光、電致變色材料在晶體結(jié)構(gòu)改變時發(fā)生變色，雖然穩(wěn)定性較好但是靈敏度較低；力致變色材料的顏色隨分子結(jié)構(gòu)的變化而改變，其使用壽命較短；熱致變色材料的結(jié)構(gòu)相對簡單，但其變色依靠熱分解，變色效果受環(huán)境因素影響。整體來看，無論哪一種智能變色材料，在實際生產(chǎn)及使用過程中都會受到限制。

3、另外，制備變色纖維通常有兩種相對簡單的方式：一種是直接將變色材料與聚合物混合后紡絲；另一種是采用涂層法在纖維上涂覆變色材料。但前者大規(guī)模生產(chǎn)困難且參數(shù)控制較為復(fù)雜，后者涂層的質(zhì)量直接影響顯色效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為改善以上變色材料的應(yīng)用以及功能紗線制備方法上的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種可控變色的電熱紗線及其制備方法，采用包纏、短纖包覆與涂層工藝制得的具有四層復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控變色電熱紗線，具有良好的導(dǎo)電、熱學(xué)性能與變色性能，可使用現(xiàn)有紡織機器實現(xiàn)較快速度生產(chǎn)，成本低。

2、本發(fā)明提出一種可控變色電熱紗線，具有由內(nèi)而外依次為芯層、導(dǎo)電層、包覆層、變色層的四種復(fù)合結(jié)構(gòu)；

3、所述芯層為聚氨酯紗線，所述聚氨酯紗線細度為560d，由24根單絲構(gòu)成；

4、所述導(dǎo)電層采用的是經(jīng)石墨烯水性導(dǎo)電漿料摻雜多壁碳納米管后獲得的復(fù)合材料修飾棉紗獲得的導(dǎo)電紗，其中，石墨烯水性導(dǎo)電漿料中石墨烯片層直徑為10～50μm，多壁碳納米管長度3～12μm，棉紗規(guī)格為40s/2；

5、所述包覆層所用材料為棉纖維，棉纖維組成的粗紗棉條規(guī)格為300tex，經(jīng)細紗工藝后包覆在導(dǎo)線層上形成包覆層；

6、所述變色層所用材料為溫敏變色微膠囊，溫敏變色微膠囊直徑在2～5μm。

7、本發(fā)明還公開了一種可控變色電熱紗線的制備工藝，包括以下步驟：

8、(1)石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合導(dǎo)電墨水的制備：

9、向石墨烯水性導(dǎo)電漿料中緩慢加入多壁碳納米管1.5～2.5份，并加入定量去離子水30～50份，使復(fù)合導(dǎo)電墨水中碳含量整體為5％；

10、添加0.5～1份的粘結(jié)劑后進行攪拌30～60min并超聲45～60min，得到復(fù)合導(dǎo)電墨水；

11、其中，石墨烯與多壁碳納米管含量質(zhì)量比為2～3:1；

12、粘結(jié)劑為水性聚氨酯、水性聚氨酯樹脂、水性環(huán)氧樹脂、水性丙烯酸樹脂中的一種或多種；

13、(2)導(dǎo)電棉紗的制備：

14、將棉紗浸入石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合導(dǎo)電墨水中，超聲浸漬30～45min后在40～50℃下熱烘2～3min，重復(fù)操作3～10次以獲得導(dǎo)電棉紗；

15、(3)螺旋包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合導(dǎo)電紗線的制備：

16、將聚氨酯紗線預(yù)拉伸20～60％后以伸直狀態(tài)夾在包纏機兩端，導(dǎo)電棉紗一端固定，兩紗線呈60～90°，牽引其以200～400r/min的速度勻速包纏在聚氨酯紗線表面；

17、(4)棉纖維包覆紗的制備：

18、以螺旋包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合導(dǎo)電紗線為芯，經(jīng)過細紗工藝，將棉纖維均勻包覆在芯紗表面；

19、(5)可控變色電熱紗線的制備：

20、將溫敏變色微膠囊溶解于去離子水中，再滴加粘結(jié)劑與增稠劑，攪拌15～30min后超聲消泡處理獲得熱致變色油墨；

21、其中，之后將棉纖維包覆紗浸入3～8min后取出烘干，烘箱溫度控制在40～50℃，熱烘時間在10～30min。

22、進一步地，步驟(2)中，棉紗需要在95～98℃、10g/l的氫氧化鈉中進行除雜處理，之后用去離子水沖洗并室溫烘干。

23、進一步地，步驟(4)中，螺旋包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合導(dǎo)電紗線通過細紗機前羅拉搖架上安裝的導(dǎo)紗裝置而不經(jīng)過牽伸，由前羅拉喂入，與經(jīng)過牽伸的棉須條重合，一同經(jīng)過前羅拉后加捻。

24、進一步地，步驟(4)中，細紗時牽伸倍數(shù)為8～60，捻度為60～70捻/10cm，捻縮率為2～3％，紗線號數(shù)為30～50tex。

25、進一步地，步驟(5)中，熱致變色油墨各成分的重量份分別為：溫敏變色微膠囊10份，粘結(jié)劑10～20份，增稠劑5份，去離子水65～75份。

26、進一步地，步驟(5)中，所述溫敏變色微膠囊為變色溫度在33、38、45℃中的一種或多種，變色與褪色時間分別為6～10s與4～7s。

27、采用上述結(jié)構(gòu)使得本方案具備以下有益效果：

28、1、多層復(fù)合結(jié)構(gòu)：芯層聚氨酯紗線提供彈性；導(dǎo)電層采用兩種碳材料混合，導(dǎo)電及熱學(xué)效果更佳；包覆層采用棉纖維，成本低，可以很好的遮蓋黑色的導(dǎo)電層，改善了為遮蓋深色材料而使用厚重涂層，進而影響使用舒適感的技術(shù)缺陷；變色層加入了粘結(jié)劑，可有效提高涂層牢度，得益于包覆層的存在，使用較薄涂層便可實現(xiàn)變色效果；

29、2、功能多樣：將碳材料優(yōu)異的電熱性能與變色材料的溫敏變色性能結(jié)合，制備出兼具二者優(yōu)點的電熱致變色材料，可用于導(dǎo)電傳感、電加熱及變色響應(yīng)等領(lǐng)域，因此很大程度上拓寬了變色纖維的應(yīng)用范圍；

30、3、變色效果可控：可通過外加電壓的大小控制變色效果，包括時間與顏色，另外還可通過改變變色層所用溫敏變色材料，實現(xiàn)寬色譜變色電熱紗線的制備。

技術(shù)特征：

1.一種可控變色的電熱紗線，其特征在于，包括四層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外分別為芯層、導(dǎo)電層、包覆層、變色層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控變色的電熱紗線，其特征在于，所述芯層材料為高彈聚氨酯紗線；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可控變色的電熱紗線，其特征在于，所述聚氨酯紗線細度為560d，由24根單絲構(gòu)成；

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1～3所述的可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，棉紗需要在溫度為95～98℃、濃度為10g/l的氫氧化鈉中進行除雜處理，之后用去離子水沖洗并室溫烘干。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，細紗工藝中，需要在細紗機前羅拉搖架上安裝一個導(dǎo)紗裝置，螺旋包纏結(jié)構(gòu)復(fù)合導(dǎo)電紗線通過導(dǎo)紗裝置而不經(jīng)過牽伸，由前羅拉喂入，與經(jīng)過牽伸的棉須條重合，一同經(jīng)過前羅拉后加捻。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，細紗工藝中，細紗時牽伸倍數(shù)為8～60，捻度為60～70捻/10cm，捻縮率為2～3％，紗線號數(shù)為30～50tex。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，熱致變色油墨各成分的重量份分別為：溫敏變色微膠囊10份，粘結(jié)劑10～20份，增稠劑5份，去離子水65～75份。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可控變色的電熱紗線的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述溫敏變色微膠囊為變色溫度在33、38、45℃中的一種或多種，變色與褪色時間分別為6～10s與4～7s。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及功能纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種可控變色的電熱紗線及其制備方法，由內(nèi)而外依次為芯層、導(dǎo)電層、包覆層、變色層的四種復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用包纏、短纖包覆與涂層工藝制得的具有四層復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控變色電熱紗線，具有良好的導(dǎo)電、熱學(xué)性能與變色性能，可使用現(xiàn)有紡織機器實現(xiàn)較快速度生產(chǎn)，成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：王金鳳,鄭姿辰
受保護的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)桐鄉(xiāng)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19