阅读说明：本技术 一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法 (A kind of preparation method of the colored fiber with response colour change function ) 是由 许培俊 程静琪 冯鑫 高尚林 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法,具体步骤如下：1、在室温下配制一定浓度的氧化石墨烯(GO)水分散液,对GO水分散液进行超声处理；2、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理；3、将离心处理得到的上层清液稀释,再将碳纤维依次放置在滤膜上,采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置滤膜表面；4、待抽滤结束后将纤维连同滤膜一起烘干,从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维；有序堆积GO涂层能使入射光受到调制,反射出特定波长的彩色光；同时,该彩色纤维还具备“溶剂-色彩”的变色响应功能,在不同有机溶剂或其蒸气中产生色彩的响应性变化；本发明具有操作过程简单、耗时较短及成本低廉的优点。(A kind of preparation method of the colored fiber with response colour change function, the specific steps are as follows: 1, prepare certain density graphene oxide (GO) aqueous dispersions at room temperature, GO aqueous dispersions are ultrasonically treated；2, the GO aqueous dispersions after completing to ultrasonic treatment carry out centrifugal treating；3, the supernatant liquor for obtaining centrifugal treating dilutes, then carbon fiber is placed sequentially on filter membrane, is filtered the GO aqueous dispersions after dilution to placement filter membrane surface using vacuum filtration method；4, wait filter after fiber is dried together with filter membrane, thus prepare to solvent have response colour change function colored fiber；Orderly accumulation GO coating can be such that incident light is modulated, and reflect the colourama of specific wavelength；Meanwhile the colored fiber is also equipped with the discoloration response function of " solvent-color ", and the responsiveness variation of color is generated in different organic solvents or its steam；The present invention has the advantages that operating process is simple, time-consuming shorter and low in cost.)

一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种功能性纤维材料的制备方法，具体涉及一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法。

背景技术

随着智能材料兴起，各种具备光、热、电、磁、应力应变等功能响应性的智能材料不断问世，开发功能性纤维已经成为智能复合材料领域未来发展的重要方向。

自然界中的颜色主要分为化学色和结构色两类。化学色在生活中应用比较广泛，比如常见的化学染料，涂料等，开发制备功能性纤维过程中，化学色不易在碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等高性能纤维材料表面着色，且化学色的制备及使用过程一般伴随着环境污染等问题；结构色是由于物体表面的特殊微观结构对入射光进行一系列的干涉，折射和散射导致特定波长的光被反射形成的，与化学色相比，结构色一般具有极高的饱和度，色彩艳丽，对环境无污染且不会褪色，但对于结构色与高性能纤维材料制备合成彩色纤维及其复合材料的研究目前还未见相关报道。

发明内容

为了填补上述现有技术的空白，本发明的目的在于提供一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法，能够制备具备“溶剂-色彩”的变色响应功能的结构色彩色纤维，具有操作过程简单、耗时较短及成本低廉的优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在室温下配制一定浓度的氧化石墨烯(GO)水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为15-50min；

步骤二：对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为1000-10000r/min，离心时间为10-50min；

步骤三：将离心处理得到的上层清液稀释至一定浓度，再将纤维放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有纤维的滤膜表面；

步骤四：待抽滤结束后，将纤维连同滤膜一起烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

所述步骤一中GO水分散液的浓度为1-5mg/mL。

所述步骤一中对GO水分散液进行超声处理每隔3min停一次。

所述步骤三中的纤维为碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维中的一种。

所述步骤三中的滤膜为聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜、氧化铝滤膜中的一种。

所述步骤三中稀释后的GO水分散液浓度为0.05-1mg/mL。

所述步骤四中烘干温度为40-100℃。

所述步骤四中的溶剂为DMF、DMAc、水、乙醇、甲醇、THF中的一种或多种任意混合。

本发明采用GO为基材制备彩色碳纤维。GO边缘上含有大量羟基和羧基使得GO具有良好的亲水性，GO在水中分散性很好且其水分散体系易呈向列型液晶相，这种向列型液晶相GO的形成，使得以GO为基材的功能性材料容易形成周期性结构，并有可能形成结构色；真空抽滤法可以实现GO在碳纤维表面的周期性层状堆积结构，并产生结构色，其色彩还能够随不同溶剂或其蒸气的转变而产生变色响应。采用GO溶液真空抽滤制备彩色碳纤维的方法，对实验设备的要求不高，操作过程简单且耗时较短，可为彩色纤维及其复合材料传感研究及发展奠定基础。

附图说明

图1为本发明具有响应变色功能的彩色碳纤维的真空抽滤法制备过程示意图。

图2为原始碳纤维和本发明的具有响应变色功能的彩色碳纤维在光学显微镜下的颜色对比。

图3是本发明的具有响应变色功能的彩色碳纤维在水蒸气作用下的变色行为。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

一种具有响应变色功能的彩色纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：在室温下配制一定浓度的氧化石墨烯(GO)水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为15-50min；

步骤二：对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为1000-10000r/min，离心时间为10-50min；

步骤三：将离心处理得到的上层清液稀释至一定浓度，再将纤维放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有纤维的滤膜表面；

步骤四：待抽滤结束后将纤维连同滤膜一起烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

所述步骤一中GO水分散液的浓度为1-5mg/mL。

所述步骤一中对GO水分散液进行超声处理每隔3min停一次，防止GO过热还原。

所述步骤三中的纤维为碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维等无机和有机纤维中的一种。

所述步骤三中的滤膜为聚偏氟乙烯滤膜、聚四氟乙烯滤膜、氧化铝滤膜中的一种。

所述步骤三中稀释后的GO水分散液浓度为0.05-1mg/mL。

所述步骤四中烘干温度为40-100℃。

所述步骤四中的溶剂为DMF、DMAc、水、乙醇、甲醇、THF无机或有机溶剂中的一种或多种任意混合。

实施例1

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为30min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为5000r/min，离心时间为15min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.05mg/mL，再将碳纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有碳纤维的聚偏氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将碳纤维连同聚偏氟乙烯滤膜一起在50℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例2

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为20min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为8000r/min，离心时间为10min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.1mg/mL，再将玻璃纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有玻璃纤维的聚偏氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将玻璃纤维连同聚偏氟乙烯滤膜一起在60℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例3

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为40min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为3000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.5mg/mL，再将芳纶纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有芳纶纤维的聚偏氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将芳纶纤维连同聚偏氟乙烯滤膜一起在80℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例4

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为25min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为2000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.2mg/mL，再将聚酰亚胺纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有聚酰亚胺纤维的聚偏氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将聚酰亚胺纤维连同聚偏氟乙烯滤膜一起在60℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例5

1)、在室温下配制浓度为2mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为45min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为6000r/min，离心时间为20min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.1mg/mL，再将玄武岩纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有玄武岩纤维的聚四氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将玄武岩纤维连同聚四氟乙烯滤膜一起在70℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例6

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为36min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为8000r/min，离心时间为15min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为1.0mg/mL，再将玻璃纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有玻璃纤维的聚四氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将玻璃纤维连同聚四氟乙烯滤膜一起在100℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例7

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为42min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为5000r/min，离心时间为25min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.5mg/mL，再将芳纶纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有芳纶纤维的聚四氟乙烯滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将芳纶纤维连同聚四氟乙烯滤膜一起在80℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例8

1)、在室温下配制浓度为3mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为50min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为1000r/min，离心时间为50min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.1mg/mL，再将聚酰亚胺纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有聚酰亚胺纤维的氧化铝滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将聚酰亚胺纤维连同氧化铝滤膜一起在70℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例9

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为25min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为3000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.05mg/mL，再将芳纶纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有芳纶纤维的氧化铝滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将芳纶纤维连同氧化铝滤膜一起在60℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

实施例10

1)、在室温下配制浓度为1mg/mL的GO水分散液，对GO水分散液进行超声处理，超声功率为800w，超声处理时间为39min；

2)、对超声处理完成之后的GO水分散液进行离心处理，离心机转速为4000r/min，离心时间为30min；

3)、将离心处理得到的上层清液稀释为0.2mg/mL，在将碳纤维依次放置在滤膜上，采用真空抽滤法将稀释后的GO水分散液抽滤至放置有碳纤维的氧化铝滤膜表面；

4)、待抽滤结束后将碳纤维连同氧化铝滤膜一起在80℃条件下烘干，从而制备出对溶剂具有响应变色功能的彩色纤维。

通过将不同颜色的彩色纤维放置在不同溶剂蒸气环境下，可以使彩色纤维发生变色，参见图3中不同颜色如：红色、绿色及紫色的彩色纤维在水蒸气的作用下，其颜色发生了改变，并且在水蒸气消失之后，其颜色又变回了原样，重复试验发现这种响应性变化具有很好的循环性。

以上所述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。