针对热致变色柔性温度传感器制备工艺复杂、拉伸性不足、多色彩协同调控困难等问题,通过溶液法将2种具有不同变色效果的热致变色微胶囊与热塑性弹性体苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)混合,制得纺丝液,再采用溶液吹纺技术制备出3种颜色分段响应的柔性可拉伸热致变色纤维膜。对热致变色纤维膜的微观结构进行测试表征,分析热致变色微胶囊质量分数对其力学性能的影响规律,研究热致变色微胶囊质量分数为30%的纤维膜在不同温度下的变色光谱特性和时间响应性能,并探究其疏水性和透湿性。结果表明:所制备的热致变色纤维膜在低于22 ℃时呈现蓝色,在22~35 ℃区间呈现白色,在高于35 ℃时转变为粉红色;该纤维膜具有良好的力学性能,断裂伸长率最高可达611%;同时,其还具备良好的疏水性,经10 min水浸润后,接触角仍大于120°。基于上述特性构建的柔性可穿戴温度传感器,实现了对环境温度的无源可视化监测,在柔性温度传感领域展现出广阔的应用前景。
为制备色彩丰富、色牢度高且颜色构建过程友好的莱赛尔纤维,促进其可持续产业化发展,阐述了莱赛尔纤维及其制品颜色构建技术的进展,对莱赛尔纤维及其制品在构建颜色上的技术、方法进行了系统综述。首先,介绍了目前莱赛尔纤维染色的主要方法,包括表面改性染色、原液着色、超声波辅助染色、高温还原染料染色以及天然染料媒染染色。其次,在对目前莱赛尔纤维颜色构建研究现状进行深入分析的基础上,对比分析了不同染色方法。最后,展望了未来的研究方向和发展前景,基于当前莱赛尔纤维染色技术的发展,以及纤维素纤维非水、少水染色工艺的环保优势,可以预见这类染色方法将成为未来推动莱赛尔纤维染色绿色可持续发展的重要方向。
为提高姜黄素的利用率并实现缓释,将其分散到淀粉溶液中获得核层纺丝液,以可降解的聚乙烯醇配制壳层纺丝液,采用同轴静电纺丝技术制备载姜黄素的核壳结构纳米纤维膜,并对纳米纤维膜的形态结构和缓释性能进行表征与测试。结果表明:纳米纤维表面光滑,具有明显的核壳结构;壳层流速直接影响纳米纤维的形态结构,纤维直径和壳层厚度随壳层流速的增加呈先增大后减小的趋势;核层姜黄素以无定形状态存在,核层和壳层组分间存在氢键作用;随着壳层流速增加,负载率减小,包封率先增大后减小,但并未影响姜黄素的有效释放;在初始阶段姜黄素的释放速率较大,24 h后趋于平缓,进入缓释阶段,且在24 h和96 h内的累积缓释率均随壳层流速的提高而增大,均为Fickian扩散。
为探究聚酰胺66(PA66)的氢键作用对其聚集态结构、加工性能及材料性能的要影响,通过溶液共混方式将金属氯化物(CaCl2、LaCl3)与PA66共混复合,构建单氯化物(PA66-nCa、PA66-nLa)和双氯化物(PA66-nLa/Ca)复合体系。研究分子间氢键的变化及其对PA66结晶性能和力学性能的影响。结果表明:单独或者复配添加氯化物均能屏蔽PA66的分子间氢键,PA66/氯化物的结晶能力明显下降甚至基本消失;相同添加量下,对氢键的屏蔽能力由高到低依次为PA66-La/Ca、PA66-La、PA66-Ca,复配添加具有协同屏蔽作用,且水的解络合作用可使氢键恢复,表明氯化物对PA66的氢键作用具有可逆调控性;力学性能方面,氢键被屏蔽后PA66样品的可拉伸性明显增强,其中PA66-5La/Ca和PA66-10La/Ca的断裂伸长率增加更明显,均超过200%,是PA66断裂伸长率的2~3倍,应力诱导作用大幅增加了样品的取向度,并出现由α晶型向γ晶型的转变;拉伸取向(未断裂)样品经过水的解络合处理4~6 h后,由于高取向、高结晶度和氢键恢复的叠加作用,其拉伸强度最高提升至原始强度的1.70倍左右。
为探讨新型非水介质下活性红195对蚕丝织物的染色可行性,实现环保染色工艺,通过单因素实验优化了活性红195上染蚕丝织物的工艺条件,以染后织物的K/S值、匀染性及染料固色率作为评估指标。采用准一级及准二级动力学模型对染色动力学行为进行拟合分析,并通过Nernst、Langmuir和Freundlich热力学模型研究了活性红195在异构烷烃体系中上染蚕丝织物的热力学行为。同时,对比了异构烷烃浴染色与水浴染色的色牢度差异。结果表明:在染色温度80 ℃、染色时间40 min、浴比1∶40、碳酸钠质量浓度14 g/L,且织物经提前浸轧碱液并保持带液率100%的条件下,染后织物的K/S值最大,匀染性最佳,固色率最高;活性红195在蚕丝织物上的吸附动力学遵循准二级模型,平衡吸附行为可同时用Langmuir和Freundlich模型描述;异构烷烃浴染色织物的色牢度与水浴染色相当,且耐湿摩擦色牢度优于水浴染色。
为制备高比表面积铜材料以提高其对葡萄糖的电催化氧化性能,采用静电纺丝技术制备硝酸铜/聚乙烯吡咯烷酮(Cu(NO3)2/PVP)纳米纤维膜,再经煅烧工艺得到氧化铜纳米纤维(CuO-NFs)材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪及X射线光电子能谱仪等对CuO-NFs材料的表面形貌、组成和结构进行表征;并探究不同Cu含量的CuO-NFs对葡萄糖的电催化氧化性能的影响。结果表明:紧密堆积的氧化铜(CuO)颗粒组成的纳米纤维在煅烧后暴露出更多的活性位点,有利于电催化氧化过程中能接触更多的葡萄糖;CuO-NFs对葡萄糖的检测灵敏度达172.68 μA·L/(mmol·cm2),检测限(LOD)为0.53 μmol/L,响应时间仅为1 s,线性范围为1~20 000 μmol/L;CuO纳米纤维对于干扰物质有很好的抗干扰能力,且表现出良好的重现性和长期稳定性。
为解决蛋白基超细纤维因缺乏黏性难以适配柔性传感器应用需求的问题,提出一种多巴胺辅助离子螯合改性方法,以赋予玉米醇溶蛋白超细纤维自黏性。基于环氧交联玉米醇溶蛋白基底,通过多巴胺接枝、自聚合和铁离子螯合构建自黏性蛋白纤维膜,并揭示多巴胺处理参数和活化参数对剥离强度、表面形貌和化学结构的影响。结果表明,在维持超细纤维结构的前提下,蛋白纤维膜实现强而持久的自黏性(剥离强度高达0.45 N/mm,持续8 h以上),且对多种材料表面(玻璃、金属、树脂、树叶和猪皮)具有黏附普适性;改性后的玉米醇溶蛋白超细纤维展现出较优的细胞相容性,具有体内外应用潜力,可在人体运动(如静坐、站立和行走)时实现心电信号监测。
针对以不同软硬段质量比合成的聚对苯二甲酸丙二醇酯嵌段聚四氢呋喃(PTT-b-PTMG)尚缺乏系统性研究的现状,采用直接酯化-熔融缩聚方法合成了系列不同硬度的PTT-b-PTMG共聚酯,借助红外光谱仪、核磁共振仪、凝胶渗透色谱仪、乌氏黏度计、差示扫描量热仪、热重分析仪、X射线衍射仪等仪器,对PTT-b-PTMG共聚酯的结构与性能进行表征。结果表明:随软段含量增加,PTT-b-PTMG共聚酯的特性黏度、分子量增加,分子序列结构中的PTT硬段链段长度变短,邵氏硬度、熔点、结晶温度下降,而所有共聚物在室温下都具有与均聚PTT 相同的晶体结构;随软段含量增加,拉伸强度、拉伸模量下降,断裂伸长率提升;共聚酯具有良好的热稳定性。
针对织物起毛起球评定过程中因主观因素造成的等级评定误差、效率低等问题,开发了智能识别织物起毛起球等级评定系统。该系统采用基于U-Net网络模型通过嵌入双注意力机制和迁移学习等手段进行重塑出的DA-Unet模型,实现对不规则织物起毛起球区域精准的语义分割,研究发现当光源在60°入射角度时模型的像素准确率可达98.75%。结合Spearman和Kendall方法对特征参数与等级的相关性进行分析,确定了起毛起球个数、面积、最大面积和面积中位数4类特征参数对等级影响最大。在采用六大机器学习分类算法对针织和机织物(涵盖棉、涤纶材质)进行等级评定时,随机森林分类算法准确率最高,可达97.42%和95.31%。随后借助箱线图对相关特征参数数值进行分析,确定等级相关数值范围,最终构建精确的等级评定模块。实验对1 200张不同类型的织物进行分析,结果显示,系统对织物起毛起球等级的评定结果,与人工评级结果误差在1级以内的准确率分别达98.90%(针织物)和98.19%(机织物),有效验证了系统在织物起毛起球等级评定方面的准确性。
为探究不同物种来源脱细胞基质(dECM)的理化性质差异,以便在组织工程的应用中筛选适宜物种来源的dECM,将牛、鼠、猪不同动物来源的脱细胞骨骼肌(DSM)分别与丝素蛋白(SF)复合,制备SF-DSM支架。对支架的力学性能、亲水性能以及微观结构进行表征,分析不同物种来源的dECM对凝胶支架性能的影响。结果表明:不同动物来源的骨骼肌经过脱细胞处理后,其力学性能无显著性差异;牛、鼠、猪来源SF-DSM支架的弹性模量、亲水性能均无明显差异;红外光谱结果证实,SF和不同来源的DSM成功交联;不同物种来源的骨骼肌组织脱细胞前后的力学性能无明显差异,且物种间也无明显差异;SF-DSM支架的弹性模量、孔隙率、吸水性、保水性以及溶胀率均未因DSM来源不同而产生差异。
为提高壳聚糖基纳米纤维膜的止血性能,采用还原氨化法对壳聚糖进行改性,合成不同取代度(6.25%~58.65%)和碳链长度(C12/C18)的烷基壳聚糖(N-CS)。通过静电纺丝技术将止血性能优异的N-CS与聚乙烯醇(PVA)共混,制备N-CS/PVA纳米纤维膜。对不同质量比下纳米纤维膜的微观结构、亲疏水性、力学性能及凝血性能等进行表征与分析。结果表明:取代度为19.60%的十八烷基壳聚糖表现出最优凝血性能,凝血时间缩短至68 s;当N-CS质量分数为20%时,纳米纤维膜具有良好的微观结构与力学性能,且在生理pH值下呈现良好的疏水平衡和正电性,可有效促进血小板吸附与凝血因子聚集,凝血时间较医用纱布缩短39.50%,细胞增殖率均为90%以上。该材料具有良好的凝血性能和生物安全性,可为机械性创伤急救中壳聚糖基止血敷料的设计提供理论参考。
为深入探究丝素蛋白纳米原纤(SNF)的绿色高效提取工艺并得到高性能丝素蛋白(SF)膜材料,采用低共熔溶剂(DES)剥离SF纤维提取SNF,系统研究了DES剥离SF纤维的工艺调控,分析了剥离进程中SF纤维微观形貌和分子构象的变化规律,研究了DES剥离的作用机制,并对其微观形貌、化学结构和热稳定性能进行测试与表征。结果表明:氯化胆碱/尿素DES对SF纤维具有较强的剥离能力,在优化的工艺参数下,经超声波和离心处理可提取直径在20~107 nm区间分散稳定的SNF,且DES可回收,5次循环后的回收率在90%以上;DES主要破坏无定形区域的SF分子网络,导致SF纤维溶胀和松动,进而被剥离成纳米原纤,并保留了原有的β-折叠晶体结构;制备的SNF具有较高的透光率、紧密排列的纳米原纤网络结构,相比再生SF膜,其具有高断裂强度、高韧性和优良的热稳定性。
为优化复合纱品种,改善棉混纺织物在高强度作业作训及户外运动等应用场景下强力、耐磨性不足的问题,采用环锭纺纱技术开发了3种线密度为18.3 tex的包芯-包缠结构锦纶/棉复合纱,用其织制了6种平纹与斜纹组织的机织物,并与同规格包芯-包缠结构涤纶/棉复合纱和涤纶/棉(50/50)短纤混纺纱织制的4种平纹与斜纹机织物进行性能对比,通过建立模糊综合评价模型对织物的服用性能进行综合评价。结果表明:采用包芯-包缠结构锦纶/棉复合纱织制的6种机织物的强力、耐磨性和抗起毛起球性能均显著优于用涤纶/棉复合纱和涤纶/棉短纤混纺纱织制的机织物;其中采用高强锦纶6长丝为芯纱和包缠纱的斜纹机织物的综合服用性能最佳,可满足作训服、工装服、户外运动服等长时间、高强度的使用要求。
针对螺吡喃化合物难以直接上染织物且牢度低的问题,通过硫醇-烯点击化学法,分别使乙烯基螺吡喃与3-巯丙基三乙氧基硅烷改性棉织物、巯基螺吡喃与[3-(甲基丙烯酰氧基)丙基]三甲氧基硅烷改性棉织物发生化学键合,成功制备出高牢固光致变色棉织物F1、F2。借助扫描电子显微镜能谱分析仪、傅里叶红外光谱仪等表征光致变色棉织物的表面元素含量和化学组成。采用热重分析仪和接触角测量仪表征光致变色棉织物的热稳定性及表面亲疏水性。以外观、颜色参数、可逆变色循环次数评价光致变色棉织物的可逆变色性、耐光疲劳性和耐皂洗性能。结果表明:乙烯基螺吡喃和巯基螺吡喃均能与改性棉织物发生点击化学反应,光致变色棉织物F1上Si、S原子含量分别为0.03%和0.02%;与F1上元素组成分布相比,F2上Si、S原子含量分别提高0.26%和0.44%,皂洗后表面Si、S原子百分比下降较少,证明巯基螺吡喃的接枝率更高;F2能发生20次以上的可逆变色,皂洗1次和5次后其K/S值未发生明显变化,且仍能保持15次以上的可逆变色;此外,巯基螺吡喃接枝后的光致变色棉织物在紫外光照和可见光光照后接触角分别为96.8°和125.8°,呈现疏水性,可赋予织物一定的拒水性能。
在全球可持续发展目标的推动下,减少石化塑料依赖并开发绿色低碳材料已成为重要研究课题。纤维素基材料具有良好的生物相容性和低毒性,通过纳米技术、材料科学和化学改性可赋予其多维结构与多样化功能。为提高天然纤维素资源的利用率和高价值转化,基于天然纤维素固有结构及物化特性,系统分析了天然纤维素的多维结构材料的制备方法、特性及应用,阐明天然纤维素多维结构演变机制及其核心驱动力。从结构维度出发,详细讨论了不同纤维素材料在力学性能、加工工艺和功能特性上的显著差异,概述了多维结构纤维素在药用辅料、智能纺织品、可降解包装材料与节能净水材料等领域的应用进展,总结了多维结构调控与设计对纤维素基功能材料的影响,指出其面临的生产挑战及技术瓶颈。最后,展望了各类纤维素材料在多维结构转化应用方面的潜力,以期为纤维素基材料的多维应用提供理论依据和方向。
针对当下连体骑行服款式结构较单一,组织结构变化较少且拉伸弹性和压力舒适性研究不足等问题,在分析人体动态皮肤拉伸变化数据和压力分布理论的基础上,结合经编全成形技术进行全成形连帽式连体骑行服结构设计与开发。首先对连帽式连体骑行服进行设计区域划分,从而便于在各分区部位填充对应贾卡组织,通过贾卡网孔组织实现眼部周围区域开口,头部实现全包式连帽设计,并对贾卡组织进行上机织造,得到对应贾卡组织实物;其次结合拉伸弹性测试与舒适压力测试结果对连体骑行服进行尺寸规格设计;接着在CLO 3D服装设计软件中进行虚拟仿真与压力试穿,完成工艺上机与产品织造;最后进行真人试穿效果评价。结果表明,连帽式连体骑行服能通过经编全成形技术实现一体成形上机织造,服装紧身贴体效果好,适宜骑行运动穿着,能够为系列产品开发提供有效途径。
为明确经编双轴向碳纤维织物增强复合材料在冲击作用下的损伤情况,探究其冲击响应与吸能机制,以碳纤维经编双轴向织物为增强体制备层合板,在9、15、21、27 J能量冲击下进行渐进式落锤冲击测试,分析冲击响应曲线特性,对冲击后样品进行损伤形貌的可视化检测,并研究不同织物面密度对经编双轴向碳纤维层合板抗冲击性能的影响。结果表明:经编双轴向碳纤维织物增强层合板在渐进冲击过程中逐渐发生树脂的压缩破坏、纤维的抽拔与断裂、织物的分层破坏等,随冲击能量增加,层合板损伤越严重,能量吸收越多,能量吸收率从50.6%增至75.2%,比吸能从51.01 J/kg增至231.14 J/kg;层合板刚度从15 J冲击后开始退化,从1 579 N/mm降至27 J冲击时的952.8 N/mm;冲击能量沿试样厚度及纤维轴向传递,背面纤维最先发生断裂,裂口呈T字或十字状,最终27 J冲击后累积比吸能值为521.89 J/kg时,背凸高度约2 mm;织物面密度降低有利于提高层合板的吸能上限,150 g/m2织物的层合板比300 g/m2织物的层合板比吸能降低19.8%,能量吸收率降低11%。
为解决纬编针织物在平幅印染连续加工过程中易出现的张力波动、幅向收缩及屈曲问题,探究其加工过程中应力应变场的演化机制。采用小参数渐进展开法确定针织物宏观等效本构模型,建立柔性针织物-机械系统动力学模型,通过数值仿真与实验验证相结合的方法,全面刻画平幅印染加工过程中针织物的应力应变场的时空演化规律。结果表明:幅宽方向上,织物边沿区域沿长度方向的拉伸应力较高,中间区域幅宽方向应力交替变化形成屈曲,且主动辊前后长段空行程区间的织物更易发生屈曲;幅向收缩在轧压辊后的空行程区间形成,平幅区域的主动辊对缓解缩幅起主导作用,其辊径和包角越大,缓解缩幅效果越显著;被动辊和空行程区对缩幅的影响较小,但被动辊的惯性显著影响张力波动的持续时间。通过优化辊面结构、缩短空行程、采用变阻尼被动辊及增加主动辊包角设置等措施,可缓解应力分布不均、缩幅和屈曲现象,为设计适配针织物的加工设备和低张力控制模型提供依据。
为探究多层芳纶平纹织物铺层对破坏模式的影响机制,以芳纶平纹机织物为研究对象,用7.62 mm手枪子弹为被防护对象,采用四周夹紧方式,设置单层、三层、五层3种常规铺层织物靶板和五层30°间隔铺层([0°/30°/60°/90°/120°])织物靶板,通过弹道试验和有限元仿真探究了织物层数和铺层方式对其能量吸收水平的影响。结果表明:在常规铺层织物靶板中,随着层数的增加,吸能水平和吸能效率均呈现增长趋势,五层靶板吸能水平较三层靶板和单层靶板分别高45.49%和472.82%;三层靶板比吸能较单层靶板高14.63%,五层靶板比吸能较三层靶板高3.0%;单层靶板缺少层间摩擦作用,吸能效率与三层、五层靶板相差较大。将五层靶板采用30°间隔铺层后,面内应力波传播方向发生变化,靶板较难发生破坏,与弹丸的接触时间延长,从而表现出更强的抗侵彻能力,其吸收能量较常规铺层五层靶板提升12.47%。
为应对老年人跌倒高发带来的健康风险,提升老年人跌倒后的防护效果,减轻跌倒伤害,对老年人跌倒伤害防护智能服装的研究进展进行综述。首先梳理了老年人跌倒的发生机制和常见致伤类型,概述了跌倒伤害防护手段由传统缓冲向智能防护演进的过程;然后系统分析了跌倒伤害防护智能服装系统的整体工作原理以及智能监测与智能防护两大核心模块中的关键技术;在此基础上,进一步探讨了未来跌倒伤害防护智能服装在算法智能化、模块微型化、材料轻量化、结构适老化及功能拓展等方面的发展方向,为提升产品性能及推动其在养老照护领域的实用化发展提供理论参考。
高模量对位芳纶作为重要的战略材料在航空航天、安全防护等尖端领域有广泛的应用。为推动高模量对位芳纶纤维的发展,突破行业技术瓶颈,综述了国内外高模量对位芳纶的研究进展。从市场需求和高模量对位芳纶性能优势出发深入分析了研究高模量对位芳纶的必要性;从纺丝工艺及纤维多尺度结构形态角度系统分析了影响对位芳纶模量的主要因素;重点总结了国内外制备高模量对位芳纶的方法,包括热处理、高分子量树脂纺丝、超临界二氧化碳增强、涂层处理、纳米材料增强及交联剂处理;最后介绍了高模量对位芳纶的主要应用。指出,高模量对位芳纶的发展不仅需要深化纤维结构的研究,超越传统的加工限制提高其产量和质量,也需与时俱进实现高性能多功能。
为揭示高湿度环境下纤维素纤维溶胀过程中水分布的微观机制,为纤维素纤维活性染料染色时织物含湿率的控制提供理论支持,采用分子动力学模拟方法,构建了经时域核磁实验验证的纤维素纤维孔道模型,系统分析了不同含湿率下孔道的动态溶胀行为。结果表明:水分子优先在晶区与非晶区的界面孔道形成纵向梯度密度分布,并在非晶区均匀渗透;40%~50%含湿率是纤维素结构从孤立孔隙向三维渗透网络转变的临界区间;高含湿率能增强孔道连通性,提高对水分子传质效率,促使其扩散系数呈非线性增长,因此控制织物带液率小于40%能有效抑制活性染料因纤维内部自由水增多而加剧的水解;时域核磁实验与模拟结果一致,显示纤维内部的强结合水比例稳定在0.07%左右,证实了模型的可靠性;低含湿率时,O6/O4位点主导水合作用,而溶胀引发的结构松弛促使低亲和力O2/O3位点的水分子吸附比例显著提高。
为解决复杂形状芯模制造以及碳纤维复合材料成型后芯模脱模难题,以石英砂为原料,采用化学改性与湿法覆膜法制备覆膜砂,在石英砂表面构筑水溶性壳层。利用水溶性聚合物改性呋喃树脂后,将覆膜砂点黏合为遇水可溃散砂质芯模,设计特殊涂料整理砂质芯模表面,研究其作为模具在中空异形碳纤维复合材料成型中的适用性,并探究该砂质芯模的3D打印成型可行性。结果表明:相比石英砂,覆膜砂制得的砂质芯模的硬度和抗拉强度显著提升,分别达到54.5 HD、2.44 MPa,且遇水快速溃散,便于复合材料成型与脱模;经涂料整理后,芯模表面粗糙度由25.8 μm降至3.5 μm,可有效阻隔树脂的渗入与粘连,使碳纤维复合材料内表面粗糙度低至0.9 μm;改性黏合剂的黏度和表面张力分别为10.8 mPa·s、36.8 mN/m,可在3D打印机喷头中连续、稳定喷射,覆膜砂因合理的粒径分布和优异的流动性,可在3D打印机铺砂系统中铺砂,其壳层中氯化铝可催化黏合剂固化而将其黏合为特殊形状砂型,为3D打印砂质芯模成型碳纤维复合材料创造了条件。
为解决纺织企业智能工厂建设中,重载盘轴因尺寸多样、载重量大导致的存储占用空间大、管理困难的问题,提出配备通用托盘承载重载物料的货架式立体库设计方案,以满足对多种类重载盘轴的存储需求及直接调度管理;针对重载盘轴调度优化问题,以迭代次数为依据设计交叉和变异动态调整参数,对遗传算法进行改进以增强其探索能力;同时,设计存储最优矩阵保证最优解在迭代过程中不被淘汰,并将其应用于货架式立体库的出入库路径优化;开展4组不同工况的调度实验,与常用于路径规划的模拟退火算法进行对比。结果表明:优化后的遗传算法具备更强的探索能力和收敛性,优化调度时间最大缩短了21%,提升了立体库的运行效率,为纺织企业智能化仓储管理和智能工厂建设提供了理论和技术参考。
针对目前民族服饰文化遗产保护与传承不足的现状,提出利用数字化技术进行民族服饰保护与传承的方法。首先,采用三维扫描技术对民族服饰进行全方位数字化采集,并以全信息格式存储;其次,运用人工智能辅助的数字修复技术还原服饰细节,同时使用深度学习技术实现民族服饰图像的自动分类;然后,在Marvelous Designer软件中按1:1比例复刻服饰并模拟织物的物理特性;最后,选取馆藏清代蓝缎女袄作为实验对象,在虚幻引擎环境中构建虚拟数字人,通过人机交互方式实现沉浸式展示。实验结果显示:该方法不仅能高效记录和展示民族服饰细节,还可提升公众对民族服饰文化的认知和兴趣。研究结果为民族服饰的数字化保护和创新传承提供了一条全新的技术路径,对其它物质文化遗产的保护与传承亦具有参考价值和借鉴意义。
为满足智能服装对能源供应轻便高效的需求,根据摩擦纳米发电机(TENG)在捕获低频能量方面的显著优势及种类多样、便于实现的特点,提出了一种基于TENG原理的智能服装自供能优化设计方法。基于有限元理论构建水平滑动式TENG供能装置的有限元数值仿真模型,研究摩擦层面积、运动方式、运动幅度、运动频率等因素对水平滑动式TENG输出性能的影响规律,确定优化结构参数;结合人体运动特征提出了TENG的最佳安装方案。结果表明,优化设计后的TENG在最佳安装方案下,单体最大输出功率为1.2 mW;针对不同尺寸等级的服装,组合后的最大输出功率可达31.2 mW,足以驱动常见人体生命特征传感器正常工作,为智能服装的供能设计与优化提供了有效解决方案。
针对现有商用析氢催化剂成本高、原料稀缺的问题,选用天然蚕丝基原材料(丝织物、天然蚕茧、脱胶丝素以及再生丝素蛋白膜)为丝素基碳材料前驱体,选用六水合硝酸钴和硫脲作为金属前驱体,采用化学活化法、浸渍法和高温炭化法制备丝素基碳材料析氢电催化剂,研究了前驱体形式对材料形貌结构以及电催化性能的影响。结果表明:浸渍负载金属后表面都形成了Co3S4尖晶石硫化物作为主要活性成分,其中采用脱胶丝素作为碳前驱体制备的催化剂具有最大的电化学活性面积、最高的石墨化程度以及最佳的电催化性能,其过电位和塔菲尔斜率分别低至235 mV和67.89 mV/dec。
为改善户外功能衣在人体运动后因细菌滋生和汗液挥发产生的异味,以及提升其热湿舒适性,以王莲叶脉的结构为仿生原理,采用消臭氨纶/丙纶包覆纱作为地纱,羊毛作为添纱设计并开发了8款仿生结构面料。对8款面料的消臭、热湿舒适性及服用性能进行测试。结果表明: 叶片泡状结构面料消臭性能高达99.50%,适用于腋下、前胸等易产生异味的部位;次叶脉结构面料克罗值达0.723 7 clo,适用于腹部及膝关节等需重点保暖部位;主叶脉结构面料透气率为390.78 mm/s、透湿率为454.77 g/(m2·h),主次叶脉小方格面料单向传递指数为409.610,适用于胸背部等出汗量大的部位;以上仿生结构面料经7 000次摩擦后起毛起球等级仍达5级,适用于羊毛户外功能衣面料。
为解决油脂和颜色物质的水污染问题,以纤维素纳米纤维(CNF)为基材料,低给量的疏水组分甲基三甲氧基硅烷(MTMS)为改性剂,采用冷冻干燥方法成功制备出低成本高性能疏水亲油型纤维素纳米纤维气凝胶(CNF-Xs)。表征了CNF-Xs气凝胶的油水分离性能和力学性能,探讨了MTMS的添加量与气凝胶微观形貌、化学结构、压缩性能、油水分离效能的关系。结果表明:纤维素纳米纤维气凝胶具有微纳米纤维组成的三维网络骨架,并呈现出有序排列的层状结构和多孔胞腔构造,其赋予气凝胶超低密度(0.08 g/cm3)和优越的结构稳定性;在80%的应变下仍可恢复形变,具有良好的压缩性能;对油红染色的正己烷吸收能力达到39.41 g/g,10次循环使用后仍能保持98%的超高过滤效率;此外,MTMS的硅氧烷网络结构赋予CNF-Xs气凝胶优异的疏水性,在低给量的情况 (CNF与MTMS的量比为1:3) 下,CNF-Xs气凝胶的水接触角可达133°。所设计的CNF气凝胶材料在高效吸附油脂的同时又可去除油性颜色物质,优于多数报道的吸附材料,有望实现纺织印染和油污染废水处理绿色清洁生产技术的快速发展。
基于纤维、纱线和纺织品的可穿戴技术为实现具有多功能和可扩展的健康设备提供了理想的解决方案。为深入研究智能可穿戴健康纺织品的发展,探讨了其在人体生理健康监测、智能交互技术与可穿戴计算、疾病治疗和特殊人群及健康追踪与管理方面的应用。通过系统综述最新研究进展,旨在深化对纺织品在健康领域应用的理解。其目标是推动下一代智能可穿戴纺织品的设计和创新治疗方案的开发。总结认为:各种形式的智能纺织品正在成为未来个性化医疗保健的重要组成部分,下一代智能纺织品将彻底改变医疗保健和可持续发展的可穿戴技术。指出未来研究方向为:开发新材料和新结构以提升耐洗性和确保可重复使用性;电子系统的进一步小型化及优化界面工程;集成新型纺织结构;研发高效的加工技术;构建完全集成的个性化医疗保健解决方案,实现闭环健康管理及远程患者护理。
为深入探究经纬编交织物的线圈几何结构及其在织物中的排列规律,首先,建立了花型图矩阵模型,通过矩阵元素的取值区间表示不同类型的线圈组合;其次,构建了经纱和纬纱颜色矩阵模型,用于记录纱线的色彩变化;然后,提出了线圈类型矩阵模型,精确描述了不同路径经编线圈在正反面的排列情况。在此基础上,针对经编和纬编线圈的几何特征,建立了线圈三维模型,并根据花型图矩阵信息调整线圈型值点的位置,实现了经纬编交织物的数字化设计和三维仿真。仿真结果表明,所提出的模型能够有效描述经纬几何组织的几何结构,为后续织物设计及生产提供了组织结构设计优化、生产效率和质量控制水平提升的理论参考。
为实现基于三维悬垂模型的织物匹配,提出一种基于PointNet分类模型的织物三维悬垂模型匹配方法。首先利用三维扫描装置采集50种织物的三维悬垂模型,从中筛选出11种悬垂结果差异较大的织物,其对应的三维悬垂模型组成了织物三维悬垂模型分类数据集DPN;剩余39种织物的三维悬垂模型组成织物三维悬垂模型匹配测试数据集DRC;对数据集DPN扩增后,利用重采样方法将数据集DPN和DRC中的所有三维悬垂模型重采样为具有相同顶点数目和拓扑结构的三维三角形网格;然后用数据集DPN训练PointNet分类模型;最后利用训练完成的PointNet分类模型提取数据集DRC中所有织物三维悬垂模型的特征向量νPN,以该特征向量为依据实现织物三维悬垂模型的匹配。结果表明:PointNet能有效实现数据集DPN的分类,利用PointNet提取的特征向量νPN能实现数据集DRC中织物三维悬垂模型的匹配,且基于PointNet分类模型的织物三维悬垂模型召回率可达39.91%,相对于基于悬垂指标和悬垂模型曲率的织物匹配方法(召回率38.55%)更优。
为开发兼具适宜相变温度与优良可编织性的相变纤维,以中空涤纶纤维为基材,月桂酸和正癸酸的二元脂肪酸混合物为相变物质,利用脂肪酸的低共融效应对相变物质的变温范围进行调节,通过真空浸渍法将中空涤纶纤维基材与二元脂肪酸相变物质结合制备涤纶相变纤维,并对影响其焓值转化率的因素进行理论推导。结果表明,所得相变纤维在25.00~40.97 ℃温度范围内出现相变吸热行为,并在37.81 ℃出现吸热峰,能够满足人体热舒适性需求。由该相变纤维编织的罗纹针织物经多次升降温循环后,相变物质仍能稳定发挥调温作用,可广泛应用于运动服、床品等领域。理论推导证实,真空浸渍法制备相变纤维的焓值转化率主要受中空纤维中空度、中空纤维密度、相变物质密度、相变物质熔融焓的影响,据此建立的关联公式可为相变纤维开发提供理论指导。
针对相变冷却服设计过程中冷却速率低、衣内微气候湿度大、冷却时效短、工况选择不完善等常见问题,对国内外诸多研究方法进行综述。从衣内微气候舒适度的影响因素出发,分别从相变材料、冷却服结构优化(相变包)、使用工况3个方向分析讨论。分析认为:相变冷却服的研究设计需要围绕使用工况(包括作业环境、人体活动水平)这个关键点,根据衣内微气候舒适度需求对相变材料的性能进行优化,并在服装结构上对冷源结构(相变包)进行改良。未来可以通过开发具有高相变潜热和高热导率的复合相变材料来提高服装的冷却效率,再结合人体工效学来改善人体热湿舒适性,使相变冷却服在冷却效果、热湿舒适性、成本等综合效能评价达到最优。
为了解纳米纤维复合织物发展现状,实现其在防水透湿冲锋衣领域的广泛应用,综述了纳米纤维复合织物制备方法、发展历程以及应用现状。不同性能的纳米纤维膜、复合织物以及复合方法等,皆会影响纳米纤维复合织物的性能。通过掺杂改性或添加涂层覆膜可改善纳米纤维复合织物防水透湿性能,赋予纳米纤维复合织物新的功能。然而目前大多研究仅仅考虑局部优化,往往顾此失彼,难以实现防水性、透湿透气性以及耐用性等各项性能指标的平衡。未来可基于复合织物系统整体设计思路,采用无氟聚合物并掺杂改性、基布整理、根据纳米纤维膜和基布特点优化复合工艺等,解决纳米纤维复合织物的绿色化、耐用性、多功能性等问题,从而实现其在不同户外场景的广泛应用。
为探究三维机织复合材料的弯曲作用机制,以芳纶织物为增强体,环氧树脂和聚醚胺为基体制备了三维深角联芳纶/环氧树脂复合材料。研究了织物纬密、组织结构以及铺层方式对三维深角联芳纶织物/环氧树脂复合材料弯曲性能的影响。结果表明:当三维深角联芳纶/环氧树脂复合材料承受弯曲载荷时,纬向弯曲性能优于经向;随着纬密增大,材料的纬向弯曲强度、弯曲模量以及经向弯曲模量均呈先升后降的趋势,而经向弯曲强度则呈下降趋势;材料的纬向弯曲性能优于平纹结构,并具有更好的抗分层性。采用正交铺层方式制备的复合材料有利于最大限度地发挥材料弯曲性能的提高潜力,同时减小弯曲性能各向差异。
为突破传统织锦四方连续纹样数字化创新与高效传承的瓶颈,将纹样依结构特征模块化,归纳连缀式、散点式、重叠式三类纹样排布及共性规律,基于面向对象编程技术建立自动生成程序,精确控制纹样元素形状、比例与布局参数,进而复现经典纹样并依参数生成重构纹样,有效传承与发扬传统织锦四方连续纹样的美学与韵律。结果表明:该方法可对纹样形状、大小、位置等参数进行细节化控制与快速调整,提升了纹样设计的自由度与精准度,实现了纹样从传统手工绘制与布局模式向数字化构建与创新生成模式的有效转换,为传统织锦艺术在当代传承与发展提供了技术支撑与实践参照。
为丰富条带纺纱线品种,基于环锭纺纱方法,以静电纺膜条带为纱芯、棉纤维为外包层,制备内置条带的静电纺热塑性聚氨酯(TPU)膜条带/棉复合纱。从模型构建和纱线纺制2个方面,探讨TPU膜条带/棉复合纱全包覆结构关键参数。通过建立最小全包覆量结构模型,获得外包层线密度理论临界值;通过实验研究前罗拉处喂入须条宽度,获得外包层线密度实际临界值。以TPU纳米纤维膜条带为芯纱,分别采用不同线密度棉粗纱为包覆层,通过双粗纱喂入模式制备3种复合纱。结果表明:当外包层线密度是理论临界值的2倍以上时,可制备出全包覆结构复合纱;此条件下制备的TPU膜条带/棉复合纱无漏芯现象,其断裂强度为13.43 cN/tex,断裂伸长率为45%。内置TPU膜条带纺纱技术可解决纳米纤维膜应用中力学性能低的瓶颈问题,并赋予复合纱较好的弹性。
为研发不同结构特征的聚丙烯/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PP/PBT)共混纤维,选择质量分数分别为5%、10%、15%、20%、25%和30%的PBT与PP共混切片熔融纺丝。借助流变仪研究了PP/PBT共混熔体的流变特性,借助差示扫描量热仪分析了共混物的热性能,结果表明共混体系为不相容体系。在此基础上,通过改变组分比例,调控PP/PBT共混纤维的制备工艺参数,成功制备出具有沟槽状及微纤结构的PP/PBT共混纤维;并且在250 ℃下进行纺丝所制备的纤维具有最佳性能。随着分散相组分比的增加,共混纤维的表面沟槽状结构愈发明显。当PBT的质量分数达到30%时,共混纤维表面出现了最为明显的沟槽状结构及大量微纤。进一步对PP/PBT共混纤维进行超声波处理发现,纤维表面出现了大量PBT微纤,形成鹅绒状纤维形态。
为改善海藻酸钙(CA)纤维的耐盐性、耐洗涤性和力学性能,以单宁酸(TA)、四硼酸钠(STB)及其组合物为交联剂,通过浸渍法制备了不同种类交联剂的海藻酸钙纤维,借助红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、扫描电子显微镜,并通过吸湿保湿性测试、耐盐耐洗涤性测试、力学性能测试等对纤维的结构和性能进行表征。结果表明:TA和STB均能够抑制纤维在含金属离子溶液中的钙钠离子交换,TA能够提高CA纤维的结晶度、增强分子间氢键作用,提高CA纤维的强度,STB能够提高CA纤维的断裂伸长和耐洗稳定性,通过TA和STB组合交联CA成功构建了硼酸盐共价键-单宁酸螯合作用-氢键协同交联网络,使得海藻酸钙纤维的断裂强度提升27.18%、断裂伸长率提升7.48%,经生理盐水和洗涤溶液处理后纤维的形貌和尺寸变化不大,其耐盐性和耐洗涤性能显著提高。
针对颗粒状吸附剂吸附染料后处理和回收困难的问题,采用具有多孔结构的灯心草纤维制备活性炭-灯心草(AC-JE)用于去除印染废水中的染料。通过微观形貌、浸润性能和孔径结构分析,以罗丹明B为染料模型探讨在不同条件下的染料吸附效果;并进行连续过滤染液实验,考察AC-JE的稳定性和可连续使用性。研究结果表明:活性炭均匀分散于灯心草多孔网状结构上,在染液初始质量浓度为25 mg/L,AC-JE质量为50 mg,吸附时间为60 min时,对罗丹明B染料吸附容量稳定为3.99 mg/g,去除率达到99.97%,吸附过程遵循准二级动力学方程和Langmuir等温模型,温度为315.15 K时最大单分子层吸附容量为142.43 mg/g;AC-JE经过7次连续累积过滤使用,其去除率仍能保持在85.57%,具有较高的稳定性和可连续利用性。AC-JE在印染废水处理中表现出优异的吸附性能和连续过滤潜力,为解决染料吸附剂回收困难的问题提供了新思路。
京公网安备11010502044800号
