CN105803549A - 分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30~100um的复合薄膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机分切成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，经加热装置加热；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。本发明分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料，利用蝴蝶翅膀上特殊的微纳米结构产生的颜色效应是一种典型的结构色，开启了仿生学中的一个重要研究方向。
Description
技术领域
本发明属于纤维、纱线材料制备技术领域，具体涉及一种分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，属于干法纺丝法。
背景技术
蝴蝶在阳光照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒，这种颜色效应是蝴蝶翅膀上特殊的微纳米结构引起的，是一种典型的结构色，而针对其结构光学机理的研究是仿生学中的一个重要方向。
国内任露泉、韩志武等人针对蝴蝶翅膀结构色的变色机理展开了一系列的理论及实验研究。国外Banerjee、Morpho、Vukusic等人提到蝴蝶翅膀鳞片化的光学特性，依赖于入射广角度、偏振方向及波长，同时还与鳞翅微纳结构周围的气氛密切相关。如果仿蝴蝶鳞翅微纳结构的制作工艺获得成功，则必将开启一个新方向。
彩虹膜是国外20世纪80年代根据多层膜的干涉原理开发出的膜材料，它和我们常用的用颜色印染的彩色塑料薄膜完全不同，不是利用颜色印染形成，而是利用折光系数不同的两种热塑性透明树脂（折光系数相差0.03），经多层复合共挤出制成30层以上，厚度方向上均匀平行的交替厚度为0.015-0.05mm的有彩虹效果的薄膜，随观察角度的不同而色彩各异。其五彩斑斓的色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象产生，彩虹膜所反射的色彩是由反射光的波长所决定的。故此它显现出五颜六色的绚丽色彩。制备彩虹膜还可以采用刻光珊的方法和多层镀膜的方法来制备，但是这两种方法制造费用高，制造的面积小，生产速度低，只适合用于防伪标识，商标等使用。而多层反射塑料复合彩虹膜制造费用低，生产规模大，一台机组一天可以生产数万平方米，适合大范围的应用，如装饰装潢材料、印刷、包装等方面使用。尤其在糖果、鲜花包装上效果很好，并具有相当大的应用前景。
2005年前，彩虹膜的制备技术基本被美国Mearl公司、Angerer公司和台湾日鹤公司等把持，其中有10多项专利覆盖了制备技术的关键点，最近美国的EDI公司、北京化工学院的杨卫民、四川大学的郭少云、蓝天、精诚公司等先后推出专利型技术解决了困扰薄膜阻隔性、光学性、针孔疵点、瑕疵断裂、抗拉伸性和电学性能的问题。
传统有将彩虹膜经分切机分切制备装饰花边的技术，其技术只是将薄膜分切成相应宽度的窄带形式，并没有进一步进行相应的深入研究和改性，当前制备的窄条具有很多不适用于纺织服装舒适性的纤维特性。如何将已有的特点发扬光大，使彩虹膜的特点或性能在满足视觉特点的同时适应服装特点等不同需求的要求，如吸波、隐形、特定色泽和色彩的稳定体现等很多问题亟待解决。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，利用类似微纳叠层工艺达到彩虹膜加工的技术，通过减少微纳叠层层数，增加双向拉伸工艺，实现制备蝴蝶鳞片结构材料的制备。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30~100um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40-100层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为10-400nm的单层膜；实现单层膜适应特定色谱的颜色（如单层膜10-400nm），当光线照射到该单层膜上时，色彩效果是依据光学的折射、干涉，反射原理，在反射带处于光的波长范围时有彩虹现象产生，彩虹膜所反射的色彩是由反射光的波长所决定的，显现出特定颜色的色彩，制备蝴蝶鳞片结构材料；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机分切成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料材料扁平丝，并拉伸变细成需求的特定蝴蝶鳞片结构；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成一定卷装容量的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
所述步骤（1）中微纳叠层膜的卷装直径为60cm，厚度为30-100μm，幅宽为100mm。
所述步骤（2）中的薄膜分切机以80-240m/s的速度，将微纳叠层膜分切成33-1176根，宽度为0.085mm-3.0mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝。
所述步骤（2）中的薄膜分切机采用机械式旋转圆刀片模组、直刀片模组、超声波刀片模组或激光分切模组的分切形式。
所述步骤（3）中加热装置的加热温度为40-210度，该加热装置的温度为加工彩虹膜材料中较高玻璃化温度材料的玻璃化温度以上30-60度。
所述微纳叠层膜表层涂有纳米功能颗粒、纳米功能溶液/乳液、纳米材料前驱体乳液/溶液，制备得到功能化的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝。
所述步骤（3）中采用的加热装置具有软化扁平丝的功效，在卷绕装置的协同作用下，将扁平丝拉伸变细，加强特定形态蝴蝶鳞片结构的丝。
延伸而言，本发明连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝可以进一步加工成具有蝴蝶鳞片结构的服装。
本发明的有益效果：1.本发明方法操作过程简便，利用现有纺织设备直接实现蝴蝶鳞片结构材料的制备，经合理的设计和匹配相应的成熟配件，用微纳叠层膜可以直接得到蝴蝶鳞片结构材料及丝；可大量获得蝴蝶鳞片结构材料及丝，在设备许可的范围内，就可以快速制备出长达几万米长的蝴蝶鳞片结构材料纱线，并形成特定的卷装，便于下一步的工业化应用；2.利用的构筑材料微纳叠层膜来源广泛，成本低，可以大量连续生产；3.本发明制得的蝴蝶鳞片结构材料，微细片层间结合紧密，由外表及内部结构呈蝴蝶鳞片结构分布；4.本发明提供了分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，可在微纳叠层膜分切前涂敷纳米功能材料，得到含均匀分布的纳米功能的原位修饰的复合蝴蝶鳞片结构材料；5.本发明利用类似微纳叠层工艺达到彩虹膜加工的技术，通过减少微纳叠层层数，增加双向拉伸工艺，实现制备蝴蝶鳞片结构材料制备；6.将已有的扁平丝特点发扬光大，使彩虹膜的特点或性能在满足视觉特点的同时适应服装特点等不同需求的要求，如吸波、隐形、特定色泽和色彩的稳定体现等很多问题，分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料，利用蝴蝶翅膀上特殊的微纳米结构产生的颜色效应是一种典型的结构色，开启了仿生学中的一个重要研究方向。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为100μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜1在放卷过程中由狭缝涂布头2在微纳叠层膜表面涂敷一层5um厚度的氧化钛纳米管水乳液（含固量1%），而后，经导辊3，经分层叠加挤出成膜加工成厚度为100um的复合薄膜，所述复合薄膜包含100层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为400nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机4采用机械式旋转圆刀片模组的分切形式以80m/s的速度，将微纳叠层膜分切成33根，宽度为3.0mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在40度下经加热装置5加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子6。
实施例2
本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为80μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为80um的复合薄膜，所述复合薄膜包含90层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为300nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机采用直刀片模组的分切形式以100m/s的速度，将微纳叠层膜分切成100根，宽度为1.0mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在150度下经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
实施例3
本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为50μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为50um的复合薄膜，所述复合薄膜包含60层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为100nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机采用直刀片模组的分切形式以200m/s的速度，将微纳叠层膜分切成1176根，宽度为0.085mmmm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在210度下经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
实施例4
本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为30μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为10nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机采用直刀片模组的分切形式以240m/s的速度，将微纳叠层膜分切成500根，宽度为0.2mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在200度下经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
实施例5
本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为40μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为40um的复合薄膜，所述复合薄膜包含50层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为50nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机采用激光分切模组的分切形式以210m/s的速度，将微纳叠层膜分切成200根，宽度为0.5mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在180度下经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
实施例6
本实施例分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，包括如下步骤：（1）将卷装直径为60cm，厚度为60μm，幅宽为100mm的微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为60um的复合薄膜，所述复合薄膜包含100层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为200nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机采用超声波刀片模组的分切形式以200m/s的速度，将微纳叠层膜分切成200根，宽度为0.5mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，在180度下经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
Claims (6)
1.一种分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将微纳叠层膜经分层叠加挤出成膜加工成厚度为30~100um的复合薄膜，所述复合薄膜包含40-100层、其每层厚度均小于1um，经双轴向牵伸作用得到厚度为10-400nm的单层膜；（2）将步骤（1）制得的单层膜用薄膜分切机分切成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝；（3）将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝每1根为一组，经加热装置加热，将连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝拉伸变细；（4）将步骤（3）得到的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝输出到卷绕成型装置，制成连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝筒子。
2.根据权利要求1所述的分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中微纳叠层膜的卷装直径为60cm，厚度为30-100μm，幅宽为100mm。
3.根据权利要求1所述的分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的薄膜分切机以80-240m/s的速度，将微纳叠层膜分切成33-1176根，宽度为0.085mm-3.0mm的连续蝴蝶鳞片结构材料扁平丝。
4.根据权利要求1所述的分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于：所述步骤（2）中的薄膜分切机采用机械式旋转圆刀片模组、直刀片模组、超声波刀片模组或激光分切模组的分切形式。
5.根据权利要求1所述的分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中加热装置的加热温度为40-210度。
6.根据权利要求1-5中任一所述的分切微纳叠层膜制备蝴蝶鳞片结构材料的方法，其特征在于：所述微纳叠层膜表层涂有纳米功能颗粒、纳米功能溶液/乳液、纳米材料前驱体乳液/溶液。
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