CN107283987A - 一种具有应力响应的发光织物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于智能材料技术领域，具体为一种具有应力响应的发光织物及其制备方法。本发明将具有应力响应的发光材料分散在具有弹性透光材料中作为发光复合材料，进一步组装在织物或纤维基底表面，构建具有不同结构的应力发光织物。发光织物在应力作用下具有发光能力，发光亮度与材料本身以及施加应力有关，同时发光的颜色也可以调节。通过结构的设计可实现多种发光图案的显示。这种对应力响应的发光织物可以应用于智能织物等领域，具有装饰和警示等作用。

Description

一种具有应力响应的发光织物及其制备方法
技术领域
本发明属于智能材料技术领域，具体为一种具有应力响应的发光织物及其制备方法。
背景技术
织物是当今生活中不可或缺的材料，其应用领域极为广阔，包括衣着用织物、装饰用织物、医用织物、产业用织物等。虽然织物发展至今已经有了数量庞多的种类，但传统的织物不具有智能响应性。随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们已经不再满足于现有织物的单一功能。随着可穿戴设备迅速发展并成为一股潮流，人们对织物的功能化需求日益强烈。例如，具有能量收集和存储功能的织物已经被开发出来。可以主动发光的织物也有相关的研究，但是这类发光织物主要基于电致发光原理或长余辉发光原理，发光常常受到限制。
机械力是自然界中普遍存在的，开发一种可以将机械力的能量直接转化为光能的织物将是非常有意义的。利用织物机械运功时的产生的能量而发光，不需要消耗电能等能量，因此这种织物的发光不受供能设备的限制，同时也符合可持续发展的要求。这种应力发光织物，可以起到安全警示或娱乐装饰等作用，也可以用于机械运动的监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有应力响应的发光织物及其制备方法。
本发明提供的具有应力响应的发光织物的制备方法，具体步骤为：
（1）将发光材料分散在弹性材料中，形成复合材料；
（2）将复合材料组装在基底表面；
（3）在复合材料表面组装一保护层；
（4）进一步构建发光织物。
步骤（1）中，所述发光材料选自具有应力发光能力的材料，具体如氯元素、铜元素、锰元素、染料等材料掺杂的硫化锌颗粒；又如铕元素、铈元素等稀土金属元素掺杂的硅酸盐体系或者铝酸盐体系等材料。
步骤（1）中，所述弹性材料为具有透光性能的材料，透光率为30%-100%。具体可以选用任意型号的聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯醇等。
步骤（1）中，复合材料中发光材料分散在弹性透明材料中，形成一体;发光材料在复合材料中所占比例为1%-99%,优选比例为10%-80%；复合材料通过热固化、湿法挤出和融熔挤出等方式形成固体，热固化的温度在10℃-120℃，固化时间为10分钟到72小时。
步骤（2）中，所述基底可以是织物或纤维；织物的材料可具有弹性，织物结构为任意结构，包括平纹、斜纹、缎纹等机织结构、针织结构，无纺布或网状等结构，例如机织、针织、无纺布、网状等结构，但不限于这些结构，织物形状与面积大小任意，优选弹力布和弹力网。纤维材料可具有弹性，纤维结构任意，包括普通圆形截面纤维、异形纤维和多股纤维等，纤维的直径为0.001-50 mm。长度任意。
步骤（2）中，所述复合材料组装在基底表面，当基底为织物时，可以通过蘸涂、涂覆、胶合等方法组装，图案任意，复合材料所占织物基地底表面面积的0.1%-100%，厚度为0.01-5mm。当基底为纤维时，可以使用蘸涂和浇筑模型等方法但不仅限于这些方法组装，优选蘸涂的方法；复合材料包覆纤维可均匀包覆在纤维表面；复合材料厚度为0.01-5mm。
步骤（3）中，所述保护层材料具有良好透光性，透光率为30%-100%，优选复合材料中弹性材料，优选透光率在90%以上的；所述保护层材料还具有良好的力学性能和耐候性能；所述保护层的厚度为0.01-10mm，优选0.1-0.3mm；保护层较为均匀的包裹在复合材料表面，占复合材料表面的0%-100%，优选5%-100%。
步骤（4）中，所述基于织物基底的发光器件，可直接作为发光织物；基于纤维基底的发光器件可通过纺织技术如平纹编织、斜纹编织、针织等方法但不限于这些方法，构建成发光织物。
本发明中，所述应力包括拉力、压力、摩擦力等方式的力。
本发明中，所制备的应力发光织物在受到拉伸或弯曲等应力的作用下能够发出相应颜色的光，再次受到应力作用后可再次发光，可重复性好。发光颜色可以调节，如可以通过在弹性材料中添加不同的染料或LED荧光粉等，或者通过使用不同种类的发光材料及其混合材料来调节发光颜色，可调节的颜色包括红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外；其发光强度也可以调节，如改变应力的大小或频率，调节复合材料中发光粉的含量等。
本发明所述的应力发光织物具有应力响应的发光织物可作为时尚娱乐的装饰作用，也可以为在弱光线环境下的工作者提供安全警示作用，或者作为传感器用于检测机械运动。
附图说明
图1为点阵状应力发光织物的效果与截面结构示意图。
图2为基于织物基底的应力发光织物的效果与截面结构示意图。
图3为应力发光复合纤维的制备示意图。
图4为基于复合纤维构建的应力发光织物的效果与截面结构示意图。
具体实施方式
实施例1
（1）基于聚二甲基硅氧烷透明弹性材料的应力发光复合材料的制备。
配制聚二甲基硅氧烷前躯体溶液：将聚二甲基硅氧烷预聚体与催化剂按9:1的比例混合均匀，抽真空，除去气泡，作为聚二甲基硅氧烷前驱体备用。称量7 g ZnS:Cu发光粉与3 g PDMS前驱体，混合搅拌均匀，抽真空除去气泡，得到应力发光复合材料。
（2）点阵状应力发光织物的构建。
以聚二甲基硅氧烷弹性纤维编织的网织物为基底，在弹力线交叉处蘸涂复合材料，于70℃下固化30分钟，随后再蘸涂聚二甲基硅氧烷前躯体于70℃下固化30分钟包覆保护层，这样即可织物上制备一个具有应力发光的点。通过在弹性网络织物上有选择的蘸涂含有不同种发光材料的复合材料，可以制备一个带有不同颜色的汉字“旦”图案的应力发光织物，其效果与截面结构如图1所示。
实施例2
基于弹性织物基底的应力发光织物的构建。
首先将普通的商用弹性织物清洗干净，晾干备用。通过3D打印的方法制备了三种图案的模具，分别为字母“Z”、“n”“S”的形状。使用模具有选择性地在织物表面涂覆稀释过的实施例1中所述聚二甲基硅氧烷前驱体，在70℃下固化30分钟；然后以同样的方式在其表面涂覆一层实施例1中所述复合材料，在同样条件下固化；最后，在以同样的方式涂覆一层聚二甲基硅氧烷前躯体溶液固化后作为保护层，即可得到以弹性织物为基底的带有“ZnS”图案的应力发光织物，其效果与截面结构如图2所示。
实施例3
（1）基于弹性纤维基底的应力发光复合纤维的制备
应力发光复合纤维的制备方法如图3所示，首先在直径为1mm的弹性聚二甲基硅氧烷纤维表面蘸涂实施例1中所述的复合材料，悬挂于70 ℃烘箱中，固化30分钟取出，随后在固化后的纤维表蘸涂一层实施例1中所述聚二甲基硅氧烷前驱体溶液，在相同条件下固化，即可得到应力发光复合纤维。
（2）基于应力发光复合纤维构建应力发光织物
将实施例3中所得的应力发光复合纤维，通过平纹织布的方式编织成织物，即应力发光织物，其效果与截面结构如图4所示。

Claims (10)

1.一种具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将发光材料分散在弹性材料中，形成复合材料；
（2）将复合材料组装在基底表面；
（3）在复合材料表面组装一层透明材料；
（4）进一步构建发光织物；
步骤（1）中，所述发光材料为具有应力发光能力的材料，所述弹性材料为具有透光性能的材料，透光率为30%-100%。
2.根据权利要求1所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述发光材料为选自氯元素、铜元素、锰元素、染料材料掺杂的硫化锌颗粒；或者选自铕元素、铈元素稀土金属元素掺杂的硅酸盐体系或者铝酸盐体系材料；
步骤（1）中，所述弹性材料选自聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，复合材料中发光材料分散在弹性透明材料中，形成一体；发光材料在复合材料中所占质量比例为1%-99%；复合材料通过热固化、湿法挤出和融熔挤出方式形成固体，热固化的温度在10℃-120℃，固化时间为10分钟到72小时。
4. 根据权利要求1所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述基底是织物或纤维；织物或纤维的材料具有弹性，纤维的直径为0.001-50 mm。
5.根据权利要求4所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述织物结构为平纹、斜纹、缎纹的机织结构、针织结构，无纺布或网状结构；纤维结构为圆形截面纤维、异形纤维或多股纤维。
6.根据权利要求1-5之一所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述复合材料组装在基底表面，当基底为织物时，通过蘸涂、涂覆、胶合方法组装，复合材料所占织物基地底表面面积的0.1%-100%，厚度为0.01-5mm；当基底为纤维时，使用蘸涂和浇筑模型方法组装；复合材料均匀包覆在纤维表面；复合材料厚度为0.01-5mm。
7.根据权利要求1-5之一所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述保护层材料具有良好透光性，透光率为30%-100%；所述保护层材料还具有良好的力学性能和耐候性能；所述保护层的厚度为0.01-10mm；保护层均匀的包裹在复合材料表面，占复合材料表面的0%-100%。
8.根据权利要求7所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，基于织物基底的发光器件，直接将其作为发光织物；基于纤维基底的发光器件，通过纺织技术包括平纹编织、斜纹编织、针织方法，构建成发光织物。
9.根据权利要求1、2、3、4、5或8所述的具有应力响应的发光织物的制备方法，其特征在于，通过在弹性材料中添加不同的染料或LED荧光粉，或者通过使用不同种类的发光材料或其混合材料来调节发光颜色，调节后的颜色包括红外、红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色、紫外；通过改变应力的大小、应力的频率、复合材料中发光粉的含量来调节发光强度。
10.一种由权利要求1-9之一所述制备方法制备的具有应力响应的发光织物。
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