[发明专利]一种液晶复合纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有皮芯结构的液晶复合纤维，所述液晶复合纤维以高分子材料为皮层，以液晶材料与聚合物网络的混合物为芯层，其中所述聚合物网络由可聚合材料通过固化交联获得。本发明还公开了一种制备液晶复合纤维的方法，包括：将所述高分子材料、所述可聚合材料、所述液晶材料与有机溶剂混合，形成均一溶液；将所述均一溶液在相对湿度不超过60％的环境中通过静电纺丝方法制成中间复合纤维；聚合所述中间复合纤维中的所述可聚合材料，形成所述液晶复合纤维。本发明可提高液晶复合纤维的结构稳定性，增加液晶复合纤维的横向的力学性能，同时使得液晶复合纤维具有液晶的双折射特性，进一步提高液晶复合纤维在可穿戴传感装置的应用范围。

技术领域

本发明涉及液晶复合材料领域，特别涉及一种具有皮芯结构的液晶复合纤维及其制备方法。

背景技术

液晶所具备的特殊光电性质使得它们目前在平板显示器行业发挥巨大作用，同时，由于其对热、化学、电场、生物等环境变化有着非常敏感的响应，液晶被应用在温度和生化传感方面。尤其是最近发展出来的，将液晶融入到纺织品中，形成可穿戴的微型传感器。而其中一种实现方式是通过物理或化学手段，以高分子材料包裹液晶材料，形成一种特殊皮芯结构的液晶复合纤维材料，进一步形成可穿戴的传感装置。通过这种在纤维结构中加入液晶的方式，在保持液晶对外界温度、光、电场、化学、生物等环境变化的响应特性基础上，同时具有更大的比表面积，进一步增强与液晶接触所带来的响应效果。

Jan P.F.Lagerwall等人首先提出了用同轴静电纺丝技术将低分子量的液晶材料加入到高分子纤维中制成液晶复合纤维，之后，John L.West等人阐述了将液晶材料和高分子材料首先溶解在特定溶剂中，再采用同轴静电纺丝的方法制成以高分子材料为皮层和液晶材料为芯层的皮芯结构的液晶复合纤维。这些液晶复合纤维已被证明对外界温度、电场、化学气体具有响应，但是现有技术中所用的高分子材料多为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，为一种水溶性高分子材料，易溶于水及常用的溶剂，由其制成的复合纤维结构稳定性不够，易影响后期的环境响应效果。同时由于静电纺丝技术制成的纤维是沿着纤维轴向生长，且其芯层为液相的液晶材料，造成液晶复合纤维在轴向的力学性能比较好，但在横向的力学性能很差，限制了其在可穿戴式传感方面的应用范围。

因此，需要提供一种纤维结构更加稳定，横向力学性能更加好的液晶复合纤维，用为制造稳定性更高，适用范围更广的可穿戴式传感装置。

发明内容

为满足上述需求，本发明提出一种具有皮芯结构的液晶复合纤维，所述液晶复合纤维以高分子材料为皮层，以液晶材料和聚合物网络的混合物为芯层，其中所述聚合物网络由可聚合材料通过固化交联获得。在一些实施方案中，所述液晶复合纤维的直径尺寸为1微米到20微米。

在本发明的一些实施方案中，所述液晶复合纤维的直径尺寸为1微米到15微米。

在本发明的优选的实施方案中，所述液晶复合纤维的直径尺寸为2微米到15微米。

在本发明的进一步优选的实施方案中，所述液晶复合纤维的直径尺寸为2微米到10微米。

在一些实施方案中，所述所述高分子材料包括可溶于易挥发溶剂的天然高分子材料，如拟蛋白缩氨酸、弹性多肽等，或合成高分子材料，如聚乙烯醇、聚氨酯等。在优选实施方案中，所述高分子材料包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)。

在一些实施方案中，所述可聚合材料为具有可聚合官能团的聚合单体材料。在优选实施方案中，所述可聚合材料为UV光学胶。

在一些实施方案中，所述液晶材料包括至少一种向列相液晶。

本发明的一些实施方案中，所述有机溶剂是具有能够完全溶解高分子材料、可聚合材料及液晶材料，且易挥发的性质的有机溶剂。

在本发明的优选实施方案中，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、乙醇与二甲基甲酰胺的混合物。