CN109610057A - 一种电致变色纱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电致变色纱及其制备方法，本发明的电致变色纱制备方法包括以下步骤：1.清洗纤维粗纱条，然后将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍，得到碳纳米管/纤维粗纱条；2.利用碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱，得到碳纳米管/纤维复合纱；3.将白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；4.将感温变色油墨涂覆于纱线表面，室温下晾干，得到电致变色纱。本发明的制备方法简单，制备成本低，可将纱线的电阻最低降低到300Ω/cm，且采用感温变色油墨涂覆在包缠纤维表层，通过改变感温变色油墨的种类，可改变纱线的变色效果，变色范围大。本发明可以得到白色的变色纱，变色纱的颜色不会受到纱体本色的影响。

Description

一种电致变色纱及其制备方法
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纱及其制备方法。
背景技术
近年来，智能可穿戴电子器件因为可与人体皮肤接触和功能的多样化而受到越来越多的关注。这些可穿戴电子器件可以用作拉伸和压缩传感器、电子皮肤、健康监测和超级电容器等。纤维材料由于具有优越的强力和柔韧性能，目前纤维材料已被广泛作为基底材料来制备可穿戴纺织品。作为智能纺织品的一种，智能变色纤维和织物由于在电子显示屏、军事、防护、传感和其它领域具有广泛的应用价值，也收到越来越多的关注。传统的方法是通过染色和后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，并且会因为长期光照或频繁的洗涤而褪色。因此开发可控智能变色纤维/织物具有重要的现实意义。目前大多数变色纤维和织物是通过温度、紫外线和化学溶剂的刺激而实现的，然而，通过刺激改变其颜色是被动的，因此用户无法随时控制纤维或织物的颜色变化。因此，通过电力驱动纤维或织物的颜色变化是一个更容易和可控的方法。通常这种材料通电时会产生热量，当热量被吸收时，材料内部的热致变色油墨的颜色会发生变化，因此，电致变色纤维或织物使颜色变化可控成为可能。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。也有研究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。也有报道将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。已有研究有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
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电致变色纱及其制备方法，将碳纳米管与纤维复合后，通过环定纺纱机得到碳纳米管纤维复合纱，用普通白纤维包缠于碳纳米管复合纱表层，将感温变色油墨涂覆在纱的表面再晾干，可以通过控制电流来控制纱线的温度，实现纱线变色可控，由于表层包缠有白纤维，因此纱体本色不会影响纱线变色效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种电致变色纱的制备方法，包括以下步骤：
S1.清洗纤维粗纱条，然后将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍，得到碳纳米管/纤维粗纱条；
S2.利用碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱，得到碳纳米管/纤维复合纱；
S3.将白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，晾干，得到电致变色纱。
进一步的，纤维粗纱条为棉纤维、粘胶纤维、羊毛纤维和麻纤维中的任意一种或多种。
进一步的，所述S1中，采用乙醇清洗纤维粗纱条。
进一步的，所述S1中，碳纳米管的分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.025-0.15wt％。
进一步的，所述S1中浸渍的具体步骤为：重复进行a操作1-12次，所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干。
进一步的，所述S2中的纺纱方法具体为环锭纺纱方法。
进一步的，所述S3中白色纤维为棉纤维、粘胶、涤纶纤维、锦纶纤维和羊毛纤维中的任意一种或多种。
进一步的，所述S3中感温变色油墨为消色型油墨和显色型油墨中的任意一种。
一种电致变色纱，由上述的方法制备而成。
本发明的有益效果为：1、本发明的制备方法简单，制备成本低，可以得到电致变色纱线，可将纱线的电阻最低降低到300Ω/cm；2、本发明采用感温变色油墨涂覆在包缠纤维表层，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；3、本发明采用白色纤维包缠在碳纳米管复合纱表层，可以得到白色的导电纱，感温变色油墨的颜色不会受到纱体本色的影响；4、将电流加在本发明的电致变色纱线的两端，通过控制电流的大小，即可控制纱线颜色的转变，控制方法简单。
附图说明
图1为本发明的电致变色纱温度变化与电流变化的关系。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种电致变色纱的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用乙醇清洗棉纤维粗纱条表面的油污和杂质，重复进行a操作6次，得到碳纳米管/纤维粗纱条；所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干；所述分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.05wt％；
S2.将碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱得到碳纳米管/纤维复合纱,其中纺纱时纱线的捻度为647T/m；
S3.将普通白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，室温晾干。
检测得到的电致变色纱的电阻值为600Ω/cm。
测试电致变色纱温度的变化与电流的增加(1mA、2mA、3mA、4mA、5mA)的关系，测试结果如图1中的曲线a所示，由图1可知，随着电流的增加，电致变色纱温度也逐步增加。
测试电致变色纱在加不同电流时纱线的温度及保温的持续性温度变化及相应颜色变化，将纱线的温度从室温31.2℃增加到62.4℃，并且纱线颜色由最初的暗红色变为最终的黄色。
实施例2
一种电致变色纱的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用乙醇清洗棉纤维粗纱条表面的油污和杂质，重复进行a操作1次，得到碳纳米管/纤维粗纱条；所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干；所述分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.05wt％；
S2.将碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱得到碳纳米管/纤维复合纱，其中纺纱时纱线的捻度为647T/m；
S3.将普通白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，室温晾干。
检测得到的电致变色纱的电阻值1000Ω/cm。
测试电致变色纱温度的变化与电流的关系，测试结果如图1中的曲线c所示，由图1可知，随着电流的增加，电致变色纱温度也逐步增加。
测试电致变色纱在加不同电流时纱线的温度及保温的持续性温度变化及相应颜色变化，将纱线的温度由室温31.2℃增加到44℃，纱线颜色由暗红色转变为最终的玫红色。
实施例3
一种电致变色纱的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用乙醇清洗棉纤维粗纱条表面的油污和杂质，重复进行a操作6次，得到碳纳米管/纤维粗纱条；所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干；所述分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.025wt％；
S2.将碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱得到碳纳米管/纤维复合纱，其中纺纱时纱线的捻度为647T/m；
S3.将普通白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，室温晾干。
检测得到的电致变色纱的电阻值为800Ω/cm。
测试电致变色纱温度的变化与电流的关系，测试结果如图1中的曲线b所示，由图1可知，随着电流的增加，电致变色纱温度也逐步增加。
测试电致变色纱，给纱线加5mA的电流时，纱线的温度由室温31.2℃增加到52.8℃，纱线颜色由暗红色转变为最终的橘黄色。
实施例4
一种电致变色纱的制备方法，包括以下步骤：
S1.利用乙醇清洗棉纤维粗纱条表面的油污和杂质，重复进行a操作6次，得到碳纳米管/纤维粗纱条；所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干；所述分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.05wt％；
S2.将碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱得到碳纳米管/纤维复合纱，其中纺纱时纱线的捻度为547T/m；
S3.将普通白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，室温晾干。
检测电致变色纱的电阻值为900Ω/cm。
测试电致变色纱温度的变化与电流的关系，测试结果如图1中的曲线d所示，由图1可知，随着电流的增加，电致变色纱温度也逐步增加。
测试电致变色纱，给纱线加5mA的电流时，纱线的温度由室温31.2℃增加到50℃，纱线颜色由暗红色转变为最终的橘黄色。
上述几个实施例中，S4时涂覆的感温变色油墨均为显色型油墨，同理，若S4时涂覆的是消色型油墨，则加一定电流时使得纱线升温到达失色临界点时，纱线整体颜色消失。
通过上述实验可知，本发明的电致变色纱在加不同电流时纱线的温度会进行不同程度的增加，进而使纱线外层的变色油墨改变为不同的颜色，因此可以使得纱线整体的颜色进行改变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电致变色纱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.清洗纤维粗纱条，然后将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍，得到碳纳米管/纤维粗纱条；
S2.利用碳纳米管/纤维粗纱条进行纺纱，得到碳纳米管/纤维复合纱；
S3.将白色纤维包缠于碳纳米管/纤维复合纱表面，得到碳纳米管包缠纱；
S4.将感温变色油墨涂覆于碳纳米管包缠纱表面，晾干，得到电致变色纱。
2.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S1中，纤维粗纱条为棉纤维、粘胶纤维、羊毛纤维和麻纤维中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S1中，采用乙醇清洗纤维粗纱条。
4.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S1中，碳纳米管的分散水溶液中碳纳米管的浓度为0.025-0.15wt％。
5.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S1中浸渍的具体步骤为：重复进行a操作1-12次，所述a操作为将纤维粗纱条在碳纳米管的分散水溶液中浸渍10-30min，然后烘干。
6.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S2中的纺纱方法具体为环锭纺纱方法。
7.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S3中白色纤维为棉纤维、粘胶、涤纶纤维、锦纶纤维和羊毛纤维中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的电致变色纱的制备方法，其特征在于，所述S3中感温变色油墨为消色型油墨和显色型油墨中的任意一种。
9.一种电致变色纱，其特征在于，由权利要求1-8任意一项所述方法制备而成。
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