为优化夏季用轻薄但效应单一的平针结构针织物的热湿调节功能,采用不同粗细的涤纶与氨纶搭配,通过原料细度、织物密度以及孔隙率调节,设计开发9种变化孔隙的单面纬编结构织物。研究原料、织物结构和孔隙对织物透气、吸湿等热湿舒适性能的影响。结果表明,孔隙特征与织物透气导湿性能呈现明显关联。织物体积质量在200~400 kg/m3之间,体积质量越小,透气率越高。在机型原料相同的情况下,局部使用细纱会使织物表面孔隙占比上升,织物组织结构影响平均孔径,孔径最大可以达到105 μm。在织物组织结构相同的情况下,织物平均孔径与单向水分传递指数和透湿率均呈现正相关;织物水分蒸发速率与织物体积质量和表面孔隙率也呈现正相关性。模糊综合评价的结果表明,对于单面添纱织物来说,添加氨纶虽然能增强单向导湿性能,但氨纶收缩织物孔隙,增加厚重,使透气效果降低,故在原料不含氨纶且织物表面孔隙率较高的情况下,织物的透气导湿性能最优。
为深入探究新型真菌材料在可降解性、生物相容性、耐用性、隔音性等方面的应用研究,促进真菌复合材料的发展,对目前国内外大型真菌及菌丝体复合材料的研究现状进行了综述。首先,从材料角度出发,对平菇、金针菇、灵芝等大型真菌的主要结构、组成成分、活性物质和应用价值等内容进行了分类介绍,对比分析了固态发酵和液态发酵方式对真菌材料及其加工性能的影响。其次,综合分析了国内外有关纯菌丝体材料和菌丝体复合材料的研究进展,详细介绍了菌丝体复合材料在隔音材料、建筑板材、包装材料、纺织皮革以及医用敷料等方面的研究成果。最后,对真菌材料存在的生产污染、致病性、使用寿命等问题以及未来发展方向进行了分析与展望,希望为真菌复合材料的快速发展提供有益借鉴。
为进一步提高能源利用率,满足当今社会对可持续能源的迫切需求,首先,列举了相变材料微胶囊的芯材和壁材的分类及其选择原则;其次,分析总结了相变材料微胶囊不同制备技术的国内外最新研究进展,重点对比归纳了物理法、化学法以及物理化学法等制备技术的原理、特点及其适用范围;然后,综述了相变材料微胶囊在纺织、医疗、建筑、能源等领域的应用进展并分析总结国内外最新相关研究;最后,针对相变材料微胶囊在生产制备和实际应用中的关键问题,提出其潜在解决方案和优先发展方向,以推进相变材料微胶囊不断向绿色化、多功能化方向深入发展。
针对当前无氟防水剂整理织物耐久性不佳的问题,引入低表面能聚硅氧烷链段和长碳链十六烷基,并通过对硅溶胶乳液进行氨基改性以提高有机硅改性聚氨酯有机组分和十六烷基改性硅溶胶无机组分的界面作用,制备了一种耐久型水性杂化无氟防水剂,并将其应用于涤纶/棉织物的防水整理。研究了防水剂的硅溶胶组分中氨基硅烷偶联剂质量分数、焙烘温度等因素对织物防水性能及防水耐久性能的影响,考察了防水整理织物的表面形貌及对不同液体的防水效果。结果表明:当γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)质量分数为1.5%,焙烘温度为160 ℃时,防水剂可在涤纶/棉织物表面形成微纳米尺寸的粗糙结构的拒水膜,水接触角可达131.8°;经20次标准洗涤后,织物的水接触角仍可维持在129°,表现出良好的耐水洗性能。
为进一步深入研究静电纺丝技术及纳米纤维结构设计,达到实现纤维纳米尺度的导向性结构控制,有效提高纳米纤维的比表面积、力学性能及形貌均一有序性的目标。简要介绍了静电纺丝技术在纺丝效率不断提高的同时逐渐发展出同轴共纺、偏轴共纺、并轴共纺、共轭电纺等纺丝方法,综述了基于实心纳米纤维、多孔纳米纤维、中空纳米纤维、纳米电缆及Janus纳米纤维等不同纳米纤维的结构特点、制备方法及纺丝机制,分析了静电纺丝技术在不同结构纳米纤维的制备方法、形成机制及结构调控等方面的研究进展及成果,并进一步表明静电纺丝技术在实现纳米尺度导向性结构控制方面具有广泛的应用潜力。认为纤维从简单的光滑细丝状逐渐向形貌多样化、结构多级化发展,应用领域从单一功能向多功能及多功能协调领域发展。
针对传统印染行业高能耗、高污染的问题,急需革新染色技术,开发具有更加高效、节能和环保的染色新方法。结构色因其色彩饱和度高、色彩长期稳定且对环境友好而受到了越来越多的关注,并取得了极大进展,尤其是在纺织印染领域。首先分析了结构色的形成原理,系统总结了结构色材料的制备新技术,包括刮涂法/喷涂法、垂直沉积法、重力沉降法、浸渍提拉法、层层自组装法、电泳沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、原子层沉积法等,并比较了各种技术的优劣。在此基础上,进一步探讨了结构色在纺织领域中的多维应用,指出了结构色所面临的挑战,并从仿生自然发展新型结构色材料、提高结构色色彩丰富度及力学稳定性、突破结构色规模化制备技术、完善结构色产品生态等4个方面展望了结构色的未来发展方向,以期推动结构色跨越式发展,助力 “碳达峰,碳中和”国家战略。
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。
为拓展和促进丝素蛋白材料在骨再生领域中的应用,综述了近年来丝素蛋白骨修复材料的研究进展,简要概括了丝素蛋白骨修复材料的种类和制备方法,重点阐述了丝素蛋白骨修复材料的仿生设计以及力学性能和成骨性能的调控方法。分析发现:丝素蛋白基薄膜、水凝胶和多孔支架均能诱导骨再生;调控分子量、β-折叠结构或形成定向通道可有效提高材料的力学性能;与羟基磷灰石复合不仅能提高力学性能还可促进成骨分化;同时,负载细胞或生长因子可显著增加新生骨的体积,进而修复大尺寸骨缺损。最后,总结使用丝素蛋白修复骨缺损存在的问题,并指出丝素蛋白支架的仿生设计以及保持生长因子或种子细胞的活性仍是未来研究中考虑的重点。
为推进智能可穿戴纺织品的研发和应用,基于纺织基应变传感器的研究现状,从纤维、纱线、织物3个结构尺度介绍了柔性应变传感器的设计思路和制备方法。概述了纺丝法、表面涂层和炭化改性制备纤维基应变传感器的关键问题及优缺点,总结了螺旋纱、皮芯结构复合纱等特殊纱线结构在应变传感器中的应用,对比了不同织物结构作为应变传感器基材的传感机制和性能特征。最后讨论了纺织基柔性应变传感器发展过程存在的问题和挑战:通过纺织结构设计实现传感器高灵敏度和大应变范围的要求;建立多尺度结构与传感性能之间的理论关系,充分发挥纺织材料的结构和性能优势;进一步推动纺织基应变传感器在可穿戴电子领域的实际应用。
为提升传统纹样创新设计效率,提出了一种参数化解构和再生设计方法。以八达晕纹样为例,在解读其艺术价值和形态结构的基础上,将其划分为填充、装饰、骨架3类元素,分别拆解为基本图元;各图元参数量化后,构建形态拟合公式,利用Rhino软件建立基础纹样模型;此基础上,通过调整不同参数,生成不同形制的纹样。并进一步,对生成纹样内部区域进行自动赋色。结果表明,基于八达晕纹样的参数化图案设计模型可衍化出不同风格效果的近似纹样,拓展纹样生成的丰富性;相较于传统设计方法,该方法实现由线稿、结构、赋色的一体化设计,为当代服饰纹样再生方法提供参考。
为明确人工饲料饲喂和桑叶饲喂对家蚕蚕丝品质的影响,借助扫描电子显微镜、氨基酸分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、二维广角X射线衍射仪等,系统性地对2种饲喂方式获得的蚕丝的形态、组成、结构与性能进行分析。结果表明:与桑叶饲喂所获得的蚕丝相比,人工饲料饲喂所获得的蚕丝在外观、蛋白质组分方面无显著差异,而在元素含量、脯氨酸含量、二级结构、结晶度等方面存在差异;大量元素中,除Na和Si外,其余元素在人工饲料饲喂蚕丝中的含量均显著低于桑叶饲喂蚕丝,微量元素Al、Cr、B在人工饲料饲喂蚕丝中含量低于桑叶饲喂蚕丝,而Fe、Mn、Zn、Cu元素的含量反之;脯氨酸在人工饲料饲喂蚕丝中的含量显著高于桑叶饲喂蚕丝;饲料饲喂蚕丝中β转角结构含量大于桑叶饲喂蚕丝,而无规则卷曲结构含量相反,其结晶度也较桑叶饲喂蚕丝的降低5.1%;人工饲料饲喂蚕丝具有更高的平均断裂应变,而桑叶饲喂蚕丝具有更高的断裂强度,但二者差异并不显著;虽然桑叶饲喂蚕丝与人工饲料饲喂蚕丝在部分元素、氨基酸和二级结构上存在一定差异,但反映到蚕丝力学性能上其差异并不显著,说明家蚕蚕丝品质受饲喂方式的影响不显著,人工饲料饲喂具有替代桑叶饲喂家蚕的可能性。
针对当前导湿材料的导湿性能差、穿着不舒适等问题,分别以聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)/SiO2为原料,通过静电纺丝制备疏水层和具有取向结构的亲水层,并探究 PVDF 层厚度对复合纤维膜的孔径、单向导湿指数、透湿透气性能和力学性能的影响。结果表明:随着 PVDF 层纺丝时间的增加,双层纤维膜的孔径逐渐减小,当 PVDF 层的纺丝时间为3 h时,所制备的复合纤维膜的透湿率为8.7 kg/(m2·d),透气率为196.5 mm/s,拉伸断裂强度为1.4 MPa;此外,由于亲水层 PAN/SiO2 纤维高度取向,加快了水分在该层的扩散和蒸发,双层膜可在2 s内由内向外单向传输液体,单向导湿指数高达1 778.2%,具有良好的液体单向传导性能。
为尽早发现、及时干预糖尿病患者足部疾病的发展,提高糖尿病足预防性智能产品预测能力的敏感度和特异度,基于文献回顾,对比了不同类型糖尿病患者与健康人群的足底温度特征差异,分析了糖尿病足的温度预测指标的提取和阈值设置,发现单、双侧足部温度及足部应变温度均能用于预防糖尿病足疾病的发生,但以双足对称点的温差2.2 ℃作为糖尿病足疾病预测阈值应用最广。讨论了基于糖尿病足温度监测需求的智能测温鞋袜产品的设计开发,发现智能袜的研发程度比智能鞋更为成熟,不同产品间温度传感器的数量和放置区域存在差异,其中大拇趾底、第1跖骨头、第5跖骨头和足跟这4个区域具有高度一致性。未来研究可针对不同风险程度的糖尿病足进行温度分级,结合压力、湿度等其他指标建立多指标风险预测模型,并综合鞋和袜进行系统性多功能研发。
为探究高包覆包芯纱的临界包覆率实现不露芯的包覆效果,采用低比例棉纤维包覆7.78 tex涤纶低弹丝制备出高包覆率包芯纱,且截面接近理想结构的涤纶/棉包芯纱,并进一步探讨外包棉纤维的临界比例,以及纱线结构与包覆率、棉与涤纶比例之间的关系。实验以5%为梯度不断减少外包棉纤维含量共纺制8组包芯纱,并通过数码显微系统表征纱线包覆率、截面结构等特点。结果表明:当外包棉纤维比例为53%时,包芯纱包覆率还保持在87.5%,此后包芯纱包覆率低于85%出现大面积露芯;随着外包棉纤维含量梯度化减少,包芯纱包覆率降幅呈三段变化,由开始的0.3%变化为4%,最后在52%的比例时降幅突增为9.4%。不同比例涤纶与棉纺制的包芯纱截面偏心度平均变化范围为8.8%~11.2%,实现了包芯纱结构的稳定控制。
静电纺丝技术存在生产效率低和对高黏纺丝溶液限制大等问题,阻碍了高性能无机纤维的大规模产业化进程,而静电溶吹技术基于静电力与气流力的耦合作用,可助力微纳纤维的高产高质。为推广静电溶吹纺丝技术并为微纳无机纤维生产提供理论和实践依据,综述了该技术的基础研究,包括原理和先进设备;具体分析了该技术生产无机纤维的影响因素,尤其明晰了产业化的可控工艺;总结了目前国内外静电溶吹技术制备无机纤维的应用进展,通过与其它纺丝技术的对比阐明了静电溶吹技术目前存在的优势和挑战,并指出协同提升纤维质量和产量、赋予纤维结构/功能多样化以及研发多孔轻质无机纤维和超细无机纱线是该技术未来的重要发展方向。
为提高壳聚糖的可纺性,改善壳聚糖基纳米纤维的物理形态和力学性能,对国内外利用静电纺丝技术制备壳聚糖基纳米纤维的相关研究进行了综述。介绍了壳聚糖静电纺丝液的配制要求以及不同纺丝参数对纤维形态的影响;在此基础上,详细综述了壳聚糖化学改性纳米纤维和壳聚糖共混改性纳米纤维的研究进展;最后,对应用壳聚糖基纳米纤维处理废水中重金属离子、染料和其它污染物的研究现状进行总结。研究发现:不同纺丝参数最终均是通过影响射流拉伸的难易程度来改变纤维形态,且通过化学改性和共混改性的方法不仅可提高壳聚糖的可纺性,还可增强壳聚糖基纳米纤维的耐酸性、热稳定性、抗菌性和吸附性;同时指出探寻新的溶剂、共混剂和功能材料以及与选择性分离技术结合来增强对水中污染物的吸附能力是壳聚糖基纳米纤维的未来发展趋势。
为制备一种绿色环保的抗菌空气过滤材料,在壳聚糖水刺非织造布(CS)的表面静电纺丝一层壳聚糖/聚氧化乙烯(CHI/PEO)纳米纤维膜,得到壳聚糖微纳米纤维复合空气滤材(CHI/PEO-CS)。对制备的CHI/PEO-CS复合膜的微观形貌、力学性能、孔径分布、透气性、过滤性能以及抗菌性能进行了系统研究。结果表明:CHI/PEO纤维直径随着PEO质量分数的增加而增大,当PEO质量分数为0.45%时,CHI/PEO纤维的成纤率最好,对应的纳米纤维直径为146 nm;CHI/PEO-CS对300 nm NaCl气溶胶颗粒的过滤效率可达99.56%,对应压降为63 Pa;当壳聚糖水刺布表面静电纺纳米纤维膜后,CHI/PEO-CS在改善其过滤性能的基础上依旧保持原水刺布较高的强力,且具有较好的透气性能(246.2 mm/s);此外,CHI/PEO-CS对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的拦截率分别为99.97%和99.88%,显著高于纯CS水刺布。
为提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)阻燃性能,以PET废弃物为前驱体,采用热解法制备了PET基碳点(PET-CDs),并采用熔融共混法将其与PET混合制备PET复合物(PET-CDs-PET)。借助透射电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱对PET-CDs进行结构分析,借助荧光光谱仪、紫外分析仪研究了PET-CDs的光学性能,通过极限氧指数、垂直燃烧及锥形量热探究了不同添加量下PET-CDs对PET阻燃性能的影响,并采用材料强力测试仪研究了PET-CDs-PET的力学性能。结果表明:所制备的PET-CDs的荧光为激发波长依赖型,最佳激发波长和最佳发射波长分别为320 nm和420 nm,荧光量子产率为25.73%;当PET-CDs的添加质量分数为1%时,LOI值达30%,UL-94等级达到V-2级,总热释放量及总烟释放量略有降低,CO释放峰值下降42%,CO2释放峰值下降35.9%。
为提高深度学习技术在疵点检测中的应用效率,推动纺织行业质量控制自动化与智能化发展。首先,对现有公开的疵点数据集进行整理,剖析织物疵点数据的现状及困境。其次,从监督学习、半监督学习和无监督学习三方面梳理了面向织物疵点检测的深度学习技术原理,对比各自的优缺点及适用场景。此外,对疵点检测领域常用的速度和精度评价指标进行了总结。最后,基于背景、检测方法及评价指标等多个维度,对深度学习各类网络在疵点检测任务中的实验结果进行了对比分析。结果表明,数据集质量是影响算法性能的关键因素。认为未来研究重点将是生成有织物纹理特性的高质量疵点,可自动标注的监督学习算法,以及提升无监督和半监督学习算法的检测性能。
为开发具有油水分离和吸附重金属离子双重功能的新型膜材料,利用静电纺丝技术制备左旋聚乳酸(PLLA)纳米纤维膜,再依次采用溶剂诱导结晶和1-(3-氨基丙基)咪唑(API)修饰改性得到富咪唑型多孔PLLA纳米纤维膜,并对其微观形貌、化学基团构成、力学性能和润湿性能进行测试与表征,研究了该纳米纤维膜的油水分离性能和对铜离子的吸附性能。结果表明:当丙酮与水体积比为10∶1、丙酮/水混合溶液用量为0.4 mL/(mg纤维)、处理时间为150 s时,溶剂诱导结晶处理所得PLLA纳米纤维膜中多孔纤维的形貌最佳;API修饰改性并未对多孔纤维的形貌和直径产生过多影响,改性后PLLA纳米纤维膜表面出现的咪唑和酰胺基团能够有效改善其润湿性能,使静态水接触角下降了15.6°;与未改性PLLA纳米纤维膜相比,所制得富咪唑型多孔PLLA纳米纤维膜的脆性有所增加,但其断裂强度仍能达到未改性的PLLA纳米纤维膜断裂强度的96.6%,整体力学性能保持良好;利用该纳米纤维膜可实现有效油水分离,分离通量为1 044.9 L/(m2·h),分离效率可达99.1%,且其对铜离子吸附性能良好,在pH值为6的铜离子溶液中接触24 h后,对铜离子吸附量可达41.46 mg/g。
复合薄膜中挠曲电材料的质量分数对薄膜的挠曲电效应影响显著,为探究聚丙烯腈(PAN)/MoS2复合薄膜中MoS2质量分数对其挠曲电压及挠曲电系数的影响规律,采用静电纺丝方法制备PAN/MoS2复合薄膜,借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪对复合薄膜的结构、形貌、元素组成等进行表征,基于悬臂梁方法测试不同MoS2质量分数对PAN/MoS2复合薄膜挠曲电效应的影响,通过间歇式挠曲电效应测试检测复合薄膜的稳定性。结果表明:挠曲电压和挠曲电系数随着MoS2质量分数的增大而提高,且在MoS2质量分数为50%时挠曲电压和挠曲电系数达到最优,分别为0.8 V和1.96 nC/m;该薄膜的挠曲电效应稳定性优异,串联多个PAN/MoS2复合薄膜可获得较高的挠曲电压,且电压衰减极弱,可广泛适用于微小型可穿戴电子设备。
针对静电纺丝多喷头间电场强度分布不均匀所导致的纺丝液射流运动轨迹不稳定、纺丝纤维分布较为分散等边缘效应问题,采用COMSOL Multiphysics软件,通过深入研究多喷头静电纺丝的纺丝电压、喷头间的横向间距和纵向间距对多喷头电场强度分布均匀性的影响程度,给出削弱多喷头边缘效应的喷头最优空间位置关系。结果表明:在三喷头仿真实验中,增大喷头间的横向间距,3个喷头的电场强度随着纵向间距的减小而逐渐趋于一致;当横向间距为5.0 cm、纵向间距为0.5 cm时,边缘效应能够得到有效缓解,且该间距更有利于多喷头的结构设计;五喷头、九喷头静电纺丝装置在保持横向间距为5.0 cm不变的情况下,纵向间距为0.5 cm时的电场强度分布相对于零点位置更加均匀,且九喷头的效果最好。通过实验验证,九喷头结构具有纺丝面积大、效率高和纺丝过程稳定等优点,研究结果可为纺丝装置的多喷头结构研究与设计提供借鉴。
近年来,通过引入外部气流来增强静电纺使纳米纤维生产能力取得了显著进展,气流辅助不仅提高了静电纺丝效率,还改善了纤维的取向、堆积密度甚至形貌,已逐渐发展成为一种先进的纳米纤维制造方法。不同的气流施加方式,对静电纺丝过程具有不同的效果,结合不同的静电纺丝模式,使其展示独特优势,从而极大地丰富了静电纺丝技术。综述了气流辅助静电纺丝技术的研究进展,包括其基本原理、发展历程,讨论了具有代表性的气流辅助静电纺丝装置,如气流辅助的针型静电纺丝、气流辅助的无针静电纺丝、离心静电纺丝主要参数和理论模拟。对气流辅助静电纺丝技术存在的问题以及未来研究发展进行了展望。
为降低汽车座椅用织物的制备成本,表层织物利用双层小提花组织设计,采用一定比例的阻燃涤纶与普通涤纶进行交织,兼顾装饰、阻燃、耐磨等性能;中间层使用不同结构的经编间隔织物(WKSF)替代海绵,提高透气性、环保性及缓压性能;里层织物采用涤纶针织物。采用热塑性聚氨酯(TPU)热熔胶网膜黏合剂将3层织物复合层压,研究复合工艺中温度、时间、施胶量等参数对复合材料性能的影响。结果表明:优化复合工艺的温度为120 ℃、时间为100 s、施胶量为50 g/m2;当间隔织物网眼数为45个/(25 cm2),厚度为7.12 mm,间隔丝密度为39.71根/cm2时,中间层织物对复合材料的剥离强力、透气性等性能最佳。通过该复合工艺设计的汽车座椅面料可将阻燃、透气、装饰、绿色环保等功能集于一体,从而适应高档汽车座椅用纺织品的需要。
为满足柔性可穿戴传感器的多功能传感需求,实现应变和温度传感具有重大的意义。采用湿法纺丝技术制备聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)/银纳米线(AgNWs)/聚氨酯(PU)弹性复合导电纤维,研究其拉伸应变传感性能和温度传感性能。结果表明:当AgNWs质量分数为20%,(PEDOT:PSS)与PU质量比为1∶3时,纤维热电性能达到最佳,电导率为47.4 S/cm,塞贝克系数为13.8 μV/K,功率因数为902.7 nW/(m·K2),此外,该弹性导电复合纤维具有良好的力学性能,断裂伸长率可达800%,能够检测0%~90%的应变范围,并在100次循环拉伸/回复下依旧保持良好稳定性;同时可将其作为温度传感器,快速检测人体与环境温度。
由于受柔性电容式传感器介电层弹性模量的限制,目前电容器的性能如灵敏度等难以达到应用要求,为提高传感器的传感性能,以聚吡咯复合蚕丝织物作为织物电极,羊毛纤维集合体作为介电层构建全纤维的电容式压力传感器,对电极的织物结构和纤维集合体高度进行优化分析;对传感器的电学及传感性能进行测试,并进行了应用探索。结果表明:面密度为69 g/m2素绉缎聚吡咯复合织物方阻最小,为42 Ω/□;纤维电容器以素绉缎聚吡咯复合织物作为电极,羊毛纤维集合体为介电层,且高度为1.4 cm时传感性能最优,在频率为10 kHz、电容最高为66 pF、压力为0~5 N范围内灵敏度最高为1.08 N-1。该电容式传感器具有良好的稳定性,有望应用于肢体运动监测与公共场合安全监测中。
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。
为提高生物质基碳气凝胶的电化学性能,促进其在储能领域的产业化应用,对储能器件领域用生物质基碳气凝胶材料进行了系统评述。首先介绍了目前制备生物质基碳气凝胶的主要方法,即凝胶炭化法、水热炭化法和直接炭化法,并对比分析了3种方法的优缺点。分别总结了3类生物质基碳气凝胶在超级电容器和锂离子电池等储能器件中的最新研究进展,包括未经改性的纯生物质基碳气凝胶以及通过金属掺杂和杂原子掺杂改性的复合生物质基碳气凝胶,并重点阐述了其材料设计和微观结构与电化学性能之间的关系。最后在对研究现状进行深入分析的基础上,展望了生物质基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景,指出提高原料利用率、改善整体环保性以及调控结构性能将会成为今后的热点方向,而生物质基碳气凝胶也势必将作为一种新型的绿色电化学能源材料而得到蓬勃发展。
为帮助人们改善不良坐姿,预防脊柱疾病,对智能坐姿矫正服装的研究进展进行综述。首先,从人体工效学的角度出发,介绍了坐姿生理学基础,表明了不良坐姿对人体造成的危害;然后基于穿戴方式归类了现有矫姿类可穿戴产品,重点阐述了坐姿矫正服装相较于矫姿带等其它产品的优势及可发展性;随后分析了智能坐姿矫正服装系统中应用到的可穿戴传感技术、系统识别不良坐姿信号的阈值判定技术及识别反馈警示技术这三大关键技术;最后从电子设备、系统识别、反馈模式、人机交互及服装安全5个方面展望了智能坐姿矫正服装未来的发展趋势。研究指出,未来应侧重于应用纺织品传感器及织物触觉系统等柔性电子设备,使其向智能化舒适化进一步发展,在医疗保健、健康监护领域具有更好的应用前景。
为解决传统聚酯纤维分子主链结构中极性酯基导致的疏水性差的问题,提出直接氟修饰策略,以碱性溶液为刻蚀试剂,三氯(1H,1H,2H,2H-十三氟正辛基)硅烷为氟化改性试剂,在温和条件下对聚酯织物表面进行了简单高效的疏水化改性处理。借助红外光谱仪、差示扫描量热仪、热失重分析仪、接触角测试仪、扫描电子显微镜-能谱仪等分别表征了氟改性前后聚酯化学结构、熔点、热稳定性、水接触角以及表面元素分布,同时探究了疏水改性机制。研究结果表明:氟化改性前后聚酯织物具有相似的化学结构和熔点,经过碱性溶液刻蚀的未氟化改性聚酯织物表层刻痕明显;氟化改性聚酯织物表层覆盖氟元素和硅元素,其疏水性大幅提升,水接触角高达(120±5)°,保持1 h后几乎没有变化,同时对有机溶剂仍具高吸附性能;疏水性主要作用机制是含氟功能基团的改性剂以化学键键接的方式接枝在水解后的聚酯织物表面,并产生低表面能效果;基于直接氟化改性方法制备的聚酯织物在海洋大规模油污处理方面具有较高应用潜力。
软体机器人由可变形材料制成,具有柔顺性高、适应性强等优势,现已成为机器人领域的研究热点,并在加速服装智能化进程中发挥重要作用。为促进软体机器人技术与服装领域的融合发展,根据当前软体机器人的研究进展,聚焦于软体机器人关键技术,总结其在制作材料、制作方法、驱动方式及控制与建模4个方面的研究现状;对软体机器人在纺织面料抓取与转移、上肢辅助及下肢辅助服装上的应用情况进行综述。研究认为:可利用智能软材料和微加工技术实现控制元件微型化;结合织物性能特点提高面料自动抓取与落料精度;可穿戴软体机器人在优化设备技术性能的同时,要对整个人机系统进行持续评估和迭代开发,提高人机交互便捷性,以促进软体机器人行业与服装领域的深度融合。
为充分利用石英纱线及其纤维毡良好的隔热效果制备隔热性能优异的石英纱线/石英纤维毡三维织物,采用石英纱线和纤维毡在小样织机上进行三维立体编织,针对石英纱线/石英纤维毡三维织物不易编织等诸多问题,对织机综丝综框进行降低摩擦处理;然后采用控制变量法和实验对比法,对所得石英纱线/石英纤维毡三维织物在热环境下的隔热性能进行测试表征,对其加热状态下的温度和外观形状的变化趋势和规律进行探讨。实验结果表明:石英纱线/石英纤维毡三维织物在300~700 ℃时,平均隔热保留率是相等厚度普通石英纤维织物的4倍,验证了石英纱线/石英纤维毡三维织物的优越隔热性能。确定了石英纱线/石英纤维毡三维织物具有良好的整体性能和隔热性,能够作为航天飞行器的外部隔热材料抵挡高温冲刷,因此对石英纱线/石英纤维毡三维织物性能的研究具有深远意义。
缝纫线迹缺陷检测过程易受缝纫机抖动和面料移动过快等影响,针对缺陷检测过程中的扰动影响,以高精度和快速检测缺陷特征为目标,提出一种基于机器视觉的缝纫线迹缺陷检测方法。首先将主干网络的标准卷积改用蓝图卷积的DeblurGAN-v2算法和拉普拉斯算法联用,分辨模糊与清晰图像,并对运动模糊图像去模糊。然后将师生特征金字塔匹配算法应用到缝纫线迹缺陷检测上,将困难样本挖掘技术应用到师生特征金字塔匹配算法中提高了算法的检测精度与速度。结果表明:图像去模糊算法有效地去除了由外部干扰引起的图像模糊问题,缺陷检测算法检测正确率保持在95%以上,单张图片检测速度在0.04 s以下。本文方法能有效检测线迹缺陷特征,保障生产的高效性和连续性。
面对日益严重的空气污染,传统过滤材料的过滤效率低且过滤阻力大,静电纺纳米纤维材料具有高孔隙率、大比表面积等特性,过滤效率高且过滤阻力小,可广泛应用于空气过滤及个人防护等领域。为此,首先从加工方式方面综述了3种静电纺丝法,不同的方法可获得不同尺度的纤维;其次,从不同纳米纤维材料结构和功能化制备角度,系统综述了空气过滤纳米纤维材料的最新研究进展;最后对规模化制备及纺丝原理进行论述,并展望了未来发展趋势。研究认为:需要深入研究静电纺丝机制,进一步研究电场、溶液、纤维成形之间的影响机制与构效关系开发新技术,来实现静电纺纳米纤维材料的规模化宏量制备;在此基础上对其进行功能化改进,研发具备自清洁、抗菌和传感等功能的空气过滤纳米纤维材料,以提高其在空气过滤领域的应用价值。
针对目前发光纤维颜色单一、制备工艺复杂等问题,将具有光响应的光致变色分子螺噁嗪(SPO)和长余辉材料间苯二甲酸(IPA)通过简单的掺杂方式引入聚氨酯纺丝液中,利用湿法纺丝制备兼具光致变色和长余辉发光特性的光刺激响应型发光纤维。研究结果表明:间苯二甲酸可作为优异的磷光供体材料掺杂进聚氨酯赋予其长余辉发光特性;当间苯二甲酸的添加量为聚氨酯纺丝液质量的12.5%时,聚氨酯纤维的长余辉发光性能最佳;利用SPO的光致变色特性调控纤维长余辉发光颜色,纤维经紫外光照射后迅速从无色变为蓝色,关闭紫外光后,其展现出蓝色渐变为绿色的动态长余辉特性,发光持续时间约7 s。相较于传统的发光纤维,此纤维既兼具了光致变色的可视化,又在时间尺度上调控了其动态多色的长余辉性能。
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。
针对现有创伤敷料在促伤口愈合及防粘连方面存在的不足,采用静电纺丝技术,以去离子水为溶剂,选用生物相容性材料海藻酸钠进行制备,通过分析溶液电导率、纤维形态及直径分布,优化溶液配比,成功制得具有良好生物相容性、可降解性和高比表面积的海藻酸钠/聚环氧乙烷/聚乙烯吡咯烷酮复合纳米纤维膜。结果显示:当海藻酸钠与聚环氧乙烷质量比为1∶4,海藻酸钠/聚环氧乙烷总质量分数为4%,聚乙烯吡咯烷酮占溶质总质量的10%时,所得复合纳米纤维膜形貌均匀,纤维直径约为240 nm;经氯化钙质量分数为3.0%的无水乙醇溶液交联处理24 h后,复合纳米纤维膜的吸液倍率达到1 050.80%,质量损失率为40.63%,显著提升了其耐水性和结构稳定性,展现了在创伤修复领域的应用潜力。
针对静电纺纳米纤维纱线制备技术的产率低、纱线力学性能较差以及生产过程有安全风险和环保隐患的技术现状,对静电纺纳米纤维纱线制备技术进行了综述。首先从纳米纤维聚集加捻原理出发,概述了手动加捻法、电场诱导成纱法、高速旋转加捻法、水浴成纱法和气流辅助成纱法的成纱机制、技术特点及研究现状,指出高速旋转加捻法以纱线制备连续稳定可控等优势成为静电纺纳米纤维纱线制备技术的主流;随后从纤维特性及纱线结构出发,探讨工艺、装置与材料对纱线力学性能的影响,研究认为静电纺纳米纤维纱线增强的本质在于提升纤维取向、纤维抱合紧密度与单纤维力学性能。最后介绍了静电纺纳米纤维纱线的产率现状及影响因素,指出熔体或绿色纺丝液体系的无针静电纺技术与成纱技术的结合是静电纺纳米纤维纱线高效制备的有效途径。
针对自充电体系中压电隔膜亲水性差、电压性低和自充电电池结构坚硬导致能量损失等问题,利用聚丙烯腈(PAN)压电纳米纤维代替传统的聚偏氟乙烯(PVDF)作为超级电容器中的隔膜。通过静电纺丝技术,将极化和拉伸过程的协同作用相结合,从而获得优异的亲水性(接触角0°)、高压电性能(4.4 V)、高力学性能(8.2 MPa)和优异循环稳定性(20 000次循环后保持不变)的自充电超级电容器。研究结果表明,基于PAN压电隔膜的超级电容器在2 mA/cm2的电流密度下具有138 mF/cm2的比电容,5 000次压缩循环后的电容保持率为94.2%。该器件可通过机械运动在无外接电源的情况下为小灯泡等小型家用电器充电。
针对柔性金属空气电池阴极腐蚀问题,采用静电纺丝技术在不同滚筒转速条件下制备了4组聚乙烯亚胺(PEI)/聚丙烯腈(PAN)复合纤维薄膜。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积和孔径分析仪、同步热分析仪和柔性电子器件综合测试平台等对复合纤维薄膜的物理特性、CO2吸附性能及力学性能进行表征。结果表明:静电纺丝制备的PEI/PAN复合纤维薄膜的纤维表面较粗糙,存在沟壑、褶皱和微孔等形貌结构;当接收滚筒转速在1 500 r/min时,PEI/PAN复合纤维薄膜中纤维排列较规整,结晶度高,取向性显著;相比接收滚筒转速为500 r/min时制备的随机取向的纤维薄膜,接收滚筒转速为1 500 r/m时制备的高取向纤维薄膜的比表面积增大了82.29%,CO2吸附性能提升了62.06%,纵向拉伸断裂强度增强了178.57%。本研究通过取向增强获得了兼具抗CO2腐蚀性能和优异力学性能的静电纺丝柔性金属空气电池阴极隔膜,为柔性金属空气电池阴极抗CO2腐蚀薄膜的制备工艺方法提供参考。
为提高迷彩伪装图案的设计效率和环境适应性,利用背景拼接与纹理模板融合进行迷彩伪装图案的全自动化设计。通过将输入的若干背景图像自动组合为单张拼接图像,采用均值聚类法提取出背景拼接图像的主色;提出4种迷彩纹理模板自动设计方法(多圆形随机分布法、WGN傅里叶频谱法、肌理图像生成法及分层云彩法),再对所得迷彩纹理模板进行色彩聚类与色彩替换,得到最终的迷彩伪装图案。为验证设计的有效性,针对丛林虚拟场景自动生成了4种伪装图案,并进行了伪装效果的主观和客观评价。结果表明,上述方法仅需17.0~71.0 s即可完成针对目标背景的迷彩图案设计,且最优方案为基于多圆形随机分布法纹理模板的迷彩图案;本文方法相对于普通迷彩伪装,其主观评价搜索时间增加了8.1%,基于Positioning and Focus Network(PF-Net)模型的客观评价发现概率降低了45%。
为将金属有机框架(MOFs)均匀且稳固地固定在纤维材料表面,创造出柔软且具备自净化防护面料,采用单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷(TA-APTES)涂层改性的聚丙烯(PP)非织造布作为载体,通过原位生长法制备高MOFs负载量的纤维基复合材料。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱仪等手段对复合材料的表面形貌、组成和化学结构进行表征,并对复合材料的MOFs负载量和表面浸润性进行了分析。结果表明:TA-APTES涂层能够显著提高复合材料中MOFs的负载量,可达20.96%;并且有效提高复合材料的表面湿润性,从而提高其在水溶液中的催化降解效率,实现快速降解化学战剂模拟物4-硝基苯磷酸二甲酯(DMNP),在30 min左右即可实现100%的转化率,其降解半衰期短(4.8 min)。
为探究聚吡咙基碳纤维作为自支撑负极材料的电化学性能,将聚羧酸铵盐(PCAAS)和不同质量分数的聚氧乙烯(PEO)混合溶液通过静电纺丝技术制备成前驱体纳米纤维,在500 ℃下亚胺化、环化形成聚吡咙(BBB)纤维,800 ℃下炭化形成聚吡咙基碳纤维(BCF),将BCF作为负极材料装配成锂离子电池,探究不同质量分数PEO对BCF形貌结构和电化学性能的影响。结果表明:当PEO质量分数为6%时,前驱体纳米纤维表面光滑且直径均匀,炭化后的BCF直径减小了24.2%;聚吡咙作为芳杂环聚合物有密集的碳链,经炭化后含碳量高达97.5%;且咪唑和吡咯的残留N导致较多无序碳的产生,N上的孤对电子作为载体促进电子迁移,并为Li+提供了更多活性位点;在恒流充放电循环中,50 mA/g的电流密度下循环100圈后仍具有422.3 mA·h/g的放电比容量。
针对聚硅氧烷与聚氨酯分子极性差异较大、二者的复配物在焙烘过程中易发生微相分离导致纺织品的亲水性和手感均差的问题,以三乙醇胺、羟烃基硅油、聚乙二醇2000、异佛尔酮二异氰酸酯为原料,设计合成了非线性阳离子型聚氨酯改性有机硅柔软剂。对合成产物进行表征,并将其用于棉织物和锦纶/氨纶织物的柔软整理。分析了整理后织物的形貌、元素分布、折皱回复角、亲水性和综合手感。结果表明:氨基硅油(AS)与支化型阳离子聚氨酯改性有机硅柔软剂(BS)复配物的最大质量损失速率温度由AS的334 ℃提升至397 ℃,且该复配物整理后的锦纶/氨纶织物表面硅元素的质量分数由1.4%降低至0.8%;经支化结构阳离子聚氨酯改性有机硅柔软剂(BS)整理后,棉织物的折皱回复角为190.0°、锦纶/氨纶织物的亲水时间为20.1 s;BS与AS复合后整理织物,棉织物的折皱回复角为129.1°,锦纶/氨纶织物的亲水时间为48.6 s。与用氨基硅油整理相比,经非线性阳离子聚氨酯改性有机硅柔软剂与氨基硅油的复配物整理,锦纶/氨纶织物的亲水性、弹性、平滑度、蓬松感和暖感都有明显提升,其在高级时尚服装面料和运动服装面料领域均有较好的应用前景。
针对超细纤维合成革用聚氨酯涂层易燃、强度低、韧性不足等问题,自制了一种含磷双元醇反应型阻燃剂(DHIMP),并将其作为扩链剂与二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、2,2-二羟甲基丁酸共聚得到分散性、稳定性良好的阻燃水性聚氨酯(P-WPU)。将P-WPU制成涂层浆料并通过双面刮涂—交换凝固—烘干等制备工艺,最终在超细纤维合成革表面构建柔软强韧的聚氨酯涂层。通过傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱分析了DHIMP的分子结构,对比表征了DHIMP对P-WPU乳液的粒径、力学性能以及超细纤维合成革阻燃性能的影响。结果表明:DHIMP不仅提高了P-WPU涂层的阻燃性,同时也提高了其弹性模量、断裂强度、断裂伸长率;当DHIMP质量分数为11.7%时,超细纤维合成革的综合性能最佳,其断裂强度为29.04 MPa,断裂伸长率达795.40%;当DHIMP质量分数为16.1%时,阻燃超细纤维合成革的阻燃性能最佳,极限氧指数达28.6%,熔滴数量为0~1,具有良好的阻燃效果。
为探讨天然染料用于生物基聚酰胺56(PA56)的染色可行性,实现PA56的环保染色工艺,通过单因素实验,以染色后织物K/S值为指标,优化了茜草上染PA56织物的染色工艺条件。采用准一级和准二级动力学模型,研究了茜草上染PA56的染色动力学特性,分析了染液pH值及添加剂对染色动力学参数的影响。结果表明:当染液的pH值为4.2,染色温度为80 ℃时,染色保温40 min后可获得一定染色深度的茜草上染PA56织物;经不同金属离子媒染后,染色织物的色牢度和K/S值均有提高;茜草色素在PA56纤维上的染色吸附过程符合准二级动力学模型,随着染色温度的升高,染料平衡吸附量增加,半染时间缩短,扩散系数增大;在染色中加入元明粉或平平加O,或采用预媒染色,都不会改变茜草上染PA56的准二级动力学特征。
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