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。

再生丝素蛋白(RSF)微介观尺度的重构,是提升RSF材料力学性能的有效手段。为大力拓展RSF在生物医用领域的应用,通过模拟蚕腺体内的微环境,利用盐离子体系诱导RSF溶液产生液-液相分离效应,实现高浓度RSF水溶液的稳定自凝聚及微介观结构调控,并将多种几何尺寸的丝素纳米原纤(SFNF)作为RSF材料的增强体,利用静电纺丝法最终获得力学增强型自凝聚RSF微纳米纤维膜。结果表明:盐离子体系中,柠檬酸钠对RSF液-液相分离的诱导效果最强,RSF溶液的β-折叠结构含量由初始33.8%增加至51.1%,RSF溶液整体黏度提升,可纺性提高;SFNF有效改善了RSF微纳米纤维膜的力学性能,断裂伸长率从2.06%提升至3.54%,断裂强度从0.46 MPa提升至0.49 MPa;此外,纤维膜的溶血率为2.58%,具有良好的血液相容性,在创面敷料领域具有潜在的应用前景。

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。

为提升废旧纺织品的利用价值,同时促进智能驱动结构的发展,通过溶解、混合及成膜工艺,将废旧棉织物与废旧聚氨酯结合,制成了具有湿度响应性的纤维素/聚氨酯复合薄膜,分别采用扫描电子显微镜观察了复合膜的形貌特征,用万能试验机测试了复合膜的力学性能并分析了复合膜的湿度响应性。结果表明:复合膜外观均一且成形好,厚度为(0.18±0.02) mm的纤维素/聚氨酯膜可轻松承受1 000 g的质量而不受损坏,超过薄膜本身质量的34 000倍,具有良好的力学性能;当复合薄膜中纤维素质量分数为30%时展现出良好的成形效果及驱动性能,表现出15 s的快速响应时间、32 s的回复时间及136.3°的弯曲角度;其出色的湿度响应特性归因于亲水性纤维素和具有良好弹性的聚氨酯,纤维素可完成吸收/解吸水分子的过程。基于这些特性,将复合薄膜应用于模拟“机械抓手”,成功地完成了物品的抓取操作,研究结果可促进废旧纺织品的循环利用,为纤维素材料在智能驱动领域的应用开辟新途径。

针对质子交换膜内高效质子传输通道构筑难题,提出了多尺度微相界面结构与多功能酸-碱离子域协同构筑策略,采用聚多巴胺(PDA)修饰和锆1,4-氨基苯金属有机骨架(UiO-66)原位生长方法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/PDA/UiO-66纳米纤维,后经磺化聚砜溶液(SPSF)浸渍制得致密的复合质子交换膜,并对PVDF/PDA/UiO-66纳米纤维对质子交换膜微观结构、吸水性能、尺寸稳定性能、质子传导性能、甲醇渗透系数等的影响规律进行了研究。结果表明:多尺度微观纳米纤维结构显著增加了微相界面作用区域并通过酸-碱离子作用有效调控膜内质子传输位点,提升了复合质子交换膜综合性能;所制备的质子交换膜吸水率增加到55.56%,溶胀性被限制在18.32%;复合膜的质子电导率达到了0.165 S/cm,相对于SPSF膜提升了100.97%;甲醇渗透系数显著降低,甲醇渗透率低至2.139×10^-7 cm²/s,选择性相比SPSF膜提高了11倍。基于原位生长金属有机骨架纳米纤维的多尺度微相界面结构与多功能酸-碱离子域协同构筑策略,可从结构与功能角度有效协同提升质子交换膜综合性能,助推下一代新型纳米纤维复合质子交换膜发展。

纤维素是存在于植物细胞壁中的天然高分子化合物,因其独特的生物相容性、可再生性和环境友好性而备受瞩目。为提高纤维素的电学性能,基于密度泛函理论,采用第一性原理计算的方法,探讨了氧原子掺杂对纤维素电学特性的调控规律。结果发现:纤维素是带隙为4.938 eV的绝缘体,当纤维素中的碳原子被氧原子替换后,其电学特性发生了显著的变化;其中,O₂原子替换C₁或C₃后体系带隙明显减小,呈半导体特征,替换原子与周围原子之间的相互作用发生改变,电子局域性增强;O₂原子替换C₂或C₄后体系价带向导带偏移,甚至超过费米能级,表现出半金属特征,而O₂原子替换C₅后体系仍然表现为绝缘体;当O₂原子替换碳的位置时,由于氧原子的电负性较强,易与周围的碳原子形成稳定的共价键,从而限制了电子的跃迁,导致体系的带隙明显减小,导电性增强。

为解决无序结构聚乳酸(PLA)超细纤维材料医用防护性的不足,以石蜡(PW)共混改性PLA为原料,通过熔喷原位牵伸工艺制备了类蒲叶PLA超细纤维材料,并对其结构特征和医用防护性进行表征和测试。结果表明:所制备样品的纤维直径分布在1~8 μm,取向角分布在-30°~30°的纤维占比为63.24%,表现出清晰的类蒲叶高定向结构;纤维直径小于3 μm的超细纤维占比、取向角小于30°的定序分布和特征间距定性表征了类蒲叶高定向排列结构特征,所建立的类蒲叶结构参数随工艺参数变化的二次回归方程置信度为0.97;受益于类蒲叶结构的有效调控,滚动倾斜角度减小到32.38°,水接触角和耐静水压分别增大到155°和2 597 Pa,满足国家标准的技术要求,为超细纤维医用防护材料的仿生结构设计和绿色化制备提供实施例。

针对噪声污染问题,以聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)和聚乙烯/聚丙烯双组分纤维(ES)为原料,采用针刺工艺,结合热风黏合技术,制备PET/ES纤维多孔吸声非织造材料。借助扫描电子显微镜、毛细流孔径分析仪、电子织物强力仪、噪声振动测试系统对PET/ES纤维多孔吸声非织造材料结构形貌特征、孔径及其分布、力学性能和吸声性能进行表征。结果表明:所制备的吸声材料孔隙率最高可达91.22%,且随着热风黏合温度和黏合时间的增加,吸声材料的力学性能显著提升,相较于热加固前提升了2 044%;此外,PET/ES 纤维的配比和喂入量对材料的吸声系数有显著影响;ES纤维混入比例较低时材料对低频呈现较好的吸声系数,随着ES纤维含量增加可显著提升材料对高频段的吸声系数。

为利用双喂入双分梳(DFO)转杯纺技术的双“喂给-分梳-输纤”系统设计更好地拓宽纤维原料的适纺范围,利用数值模拟技术深入分析了输纤通道的对称性对DFO转杯纺纱器内部气流场的影响;通过图像处理和实验测试方法,探讨了2个输纤通道的夹角对纱线外观和性能的影响。仿真发现:对称的输纤通道为转杯提供了更加稳定、均衡的气流场静压与速度分布;而110°的输纤通道夹角使得转杯内产生局部负高压区,易影响此区域的纤维形态而导致纤维排列混乱。采用黑/白粘胶条子分别喂入2个喂给-分梳通道进行纺纱实验,结果表明:输纤通道对称的转杯纺纱器所纺纱线包缠更加紧密,2种颜色的纤维在纱线表面的分布较为均匀;输纤通道夹角为110°时所对应的纱线在强度、毛羽指数和条干均匀度上的表现比前者略差,并且从右输纤通道进入转杯的纤维更倾向于分布在纱线表面,呈现出鲜明的外观效果。综上,输纤通道的不对称性为开发具有独特风格的转杯纱开辟了新途径。

为解决复合纱捻度高、残余扭矩大、扭结较多的问题,采用羊毛纤维、锦纶长丝为原料,结合自捻纺纱与低扭矩纺纱技术,制备了嵌入式同相自捻纱和异相自捻纱,对同相自捻纱进行受力分析,探究了嵌入长丝的角度/间距对复合自捻纱自捻扭矩的影响,分析了长丝与粗纱在不同间距下对2种自捻纱成纱性能的影响。结果表明:嵌入式异相自捻纱性能普遍优于同相自捻纱;随着长丝与粗纱间距增大,长丝包缠角度变大,对短纤维的束缚作用增强,提高了纤维强度利用率和成纱均匀度;当长丝与粗纱间距过大时,长丝对短纤维内外转移的调控作用减弱,纤维间抱合力减小,条干均匀度恶化;在2 mm间距时嵌入式自捻纱综合性能更优,异相自捻纱与同相自捻纱的断裂强度分别为9.79和6.63 cN/tex,条干CV值分别为19.16%和20.93%,3 mm毛羽数量分别为119根/(10 m)和102根/(10 m);嵌入式自捻纱充分利用长丝连续性和受力均匀性平衡退捻力矩,有效降低了复合纱线的残余扭矩(≤1个扭结/(25 cm))。

针对传统纱线三维模型仿真方法精度不高、纱线条干均匀度二维测量方法无法全面表征纱线立体结构的问题,基于双斜交平面镜成像原理,以纱线的多视角图像绘制圆形并将其拟合为纱线条干横截面,堆叠所有横截面,重构纱线条干三维模型,并从二维、三维层面分析所提方法的有效性和可靠性。结果表明:所提方法能够精确构建纱线条干三维模型并全方位展示纱线条干情况;在二维层面,纱线条干三维模型横截面平均面积与USTER^®TESTER 5所测纱线直径的相关系数为0.996,横截面面积变异系数与USTER TESTER 5所测条干均匀度变异系数的相关系数为0.834,这表明所提方法能够较为准确地反映纱线条干的特性;在三维层面,纱线条干横截面面积变异系数与现有纱线外观三维测量方法的条干均匀度相关系数为0.965,进一步验证了所提方法在纱线条干三维模型仿真上的有效性,并探索了其在纱线外观三维测量上应用的可能性。

为解决针织圆机高速工作时纱线张力波动较大问题,提出了一种基于超级基(HBF)神经网络区间观测器的反演非奇异滑模纱线恒张力控制方法。通过构建运动纱线系统的数学模型,运用神经网络逼近系统参数(输纱器与编织机构转动惯量)变动所导致的不确定性响应,将HBF神经网络与区间观测器相结合设计了一个区间状态观测器,估算出系统转速及纱线张力的边界范围,提高了状态识别的准确性。基于纱线张力估算值,构建反演非奇异终极滑模控制器,确保了张力跟踪误差能够在短时间内迅速收敛,从而增强了系统的鲁棒性与动态响应能力。仿真和实验结果表明:所提控制方法成功地使运动纱线张力在1.6 s内达到并维持在预设值,调节时间相较于标准滑模控制及现有文献中的滑模控制器分别缩短了57%和33%,验证了该控制算法的高效性与可靠性。

为研究输纤通道对弯钩纤维伸直效果的影响,采用流体力学数值模拟方法模拟了改进前后输纤通道内气流场的分布状态,并借助离散元软件建立了柔性纤维模型,利用两相流耦合方法求解弯钩纤维在气流场中的伸直变化过程,讨论了弯钩纤维的伸直效果。结果表明:改进输纤通道内的高速气流区域相对原输纤通道占比较大,对弯钩纤维的加速伸直效果更好;弯钩纤维在改进输纤通道中能更早到达通道出口,且伸直效果优于原输纤通道。改进输纤通道对后弯钩纤维的伸直效果提升更加明显。该研究通过数值模拟的方法分析了弯钩纤维伸直过程,为转杯纺输纤通道等关键部件的设计提供指导。

为拓展柔性传感器的研发思路,开发出高质量的柔性电容式扭转器件,采用水浴静电纺丝法制备以镀银锦纶(SCN)为芯纱,聚丙烯腈(PAN)为包覆层的静电纺纤维包芯纱(EFCY),利用EFCY构建电容式扭转传感器,分析了纱线的性能,探讨了扭转传感器的传感原理与性能。结果表明:静电纺纤维在SCN芯纱表面包覆完整且均匀,直径分布较为均匀,结构疏松多孔,力学性能较芯纱有所提升;扭转传感器的电容值随着捻度的增大而增大,极限捻度可达13 捻/cm左右;速度变化会使传感器电容稍有变化但影响不显著;在加捻—解捻—反向加捻—解捻循环测试中,传感器显示出较优异的重复稳定性。该传感器在扭转监测用柔性电子领域初步具备优良的应用条件。

针对传统的电容式压力传感器灵敏度较低且不透气的问题,制备了一种采用碳纳米管修饰的非织造布为电极层,离子液体处理的非织造布为介电层的透气性全织物型离电式柔性压力传感器。借助扫描电子显微镜、全自动单一纤维接触角测量仪和全自动透气性测试仪等表征与分析电极层和介电层。结果表明:全织物型离电式柔性压力传感器在低压范围(0~1.19 kPa)内的灵敏度高达2.89 kPa^-1,具有0~224 kPa较宽的感测范围,较短的响应时间(50 ms),在超过1 000次施压循环后仍然保持较稳定的相对电容变化;此外,还具有较好的透气率(225 mm/s)和超疏水性,其水接触角为159.5°。全织物型离电式柔性压力传感器对人体关节运动具有优异的识别能力,在运动监测领域具有潜在的应用前景。

为进一步提升界面太阳能蒸汽发生器的蒸发性能,基于针织间隔织物的可设计性,使用石墨烯/碳纳米管包覆涤纶复合纤维编织光热蒸发层,涤纶长丝编织漂浮层,利用二维编织技术制备的间隔纱将光热蒸发层和漂浮层连接,制备出一种自漂浮纬编异形间隔织物界面太阳能蒸汽发生器,并对其输水性能、光吸收性能、蒸发性能、废水处理性能等进行了研究。结果表明:间隔纱的液体传输速度为1 cm/min,能够实现水分的快速传输;制备的蒸发器可以在无光照条件下漂浮900 s,蒸发器在紫外-可见-近红外光区域的光吸收率高达96%,蒸发速率在1 kW/m²光照条件下为1.80 kg/(m²·h),蒸发效率高达95.73%,即使在质量分数为15%的氯化钠溶液中蒸发效率依然可以达到1.51 kg/(m²·h)。

为模拟绿色植被的光谱反射特征和颜色,利用C.I.酸性黄199、C.I.酸性蓝324、C.I.酸性蓝185染料对生物基锦纶56进行染色,研究了染色工艺、染料用量和复配比对染色织物反射光谱曲线(400~1 200 nm)的影响,开发了仿绿色植被的浅绿、中绿和深绿染料体系,分析了染色织物的光谱模拟效果。结果表明:在60 ℃恒温染色保温40 min的条件下,C.I.酸性黄199、C.I.酸性蓝185和C.I.酸性蓝324的配伍性好,上染率接近100%;黄色染料影响“绿峰”,蓝色染料影响“红边”,染料用量增大,红移量变大,有利于“绿峰”和“红边”红移;复配染色织物在400~1 200 nm范围内的光谱反射率曲线与标准植被反射曲线之间的光谱距离均小于1.3、光谱角度均小于0.1 rad,光谱相关系数均达到0.987以上,满足GJB 1411A—2015《地地导弹武器装备系统伪装要求》二级光学伪装和二级光谱伪装的要求;其颜色模拟符合GJB 1082A—2021《伪装网用颜色》对伪装网颜色DG0850、MG1048、YG1550色差小于3的要求,且织物各项色牢度良好。

为降低粘胶织物活性染料印花的水耗、能耗和尿素消耗量,利用泡沫法给湿过程对印制活性染料色浆的粘胶织物施加固色碱剂,研究活性染料泡沫法给碱—湿蒸无尿素印花。探讨了泡沫的耐碱稳定性,研究了汽蒸时间、汽蒸温度和碳酸钠质量浓度对活性红24泡沫法给碱—湿蒸印花粘胶织物表观色深的影响,并分析了综合印花效果。结果表明:含4 g/L十二烷基硫酸钠和12 g/L海藻酸钠的发泡原液在碳酸钠质量浓度为90 g/L、pH值为11.51时,泡沫的初见液时间和破裂半衰期仍分别高达14.30 min和80.67 min,耐碱稳定性良好;质量分数为3%的活性红24对粘胶织物进行泡沫法给碱—湿蒸印花的适宜固色条件为碳酸钠质量浓度30 g/L、于115 ℃汽蒸13 min;泡沫法给碱—湿蒸印花织物的花型轮廓清晰度较好、无明显渗化现象,颜色递深性良好,图案颜色均匀性有待提高,耐干、湿摩擦色牢度分别达4~5级和4级及以上。

为解决分散染料染色纤维中染料分子与纤维亲和力不足的问题,在C.I.分散红13结构中引入α-(三氟甲基)苯基重氮酯结构,设计合成新型卡宾型染料,将该染料应用于涤纶、丙纶、氨纶和锦纶的染色,测试了固色率、染料移染率和色牢度,并通过模拟反应以及理论计算推测了染料与纤维的反应机制。结果表明:使用所合成染料染色的4种合成纤维均有固色效果,固色率分别达到73%(涤纶)、48%(丙纶)、85%(氨纶)和53%(锦纶),染料移染率为12%~14%,色牢度达到4级及以上。与C—H键插入反应相比,染料在高温下形成的卡宾中间体更易与N—H键发生反应,脂肪链C—H键的插入反应是染色涤纶或丙纶的主要固色反应类型,N—H键插入反应则是染色氨纶或锦纶的主要固色反应类型。

为赋予锦纶织物近红外光隐身功能,在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的辅助下,以纤维素纳米晶须(CeNW)作为分散剂,液相剥离石墨粉制备稳定的石墨烯水分散液(SCG),协同酸性染料上染锦纶织物。对所制备织物热稳定性、Zeta电位、电导率、微观形貌、反射率、颜色特征及色牢度进行了表征。结果表明:当SDBS质量浓度为0.5 mg/mL,且石墨粉与CeNW质量比为1∶2时,SCG分散性最佳,石墨烯质量分数达18.5%;上染后的锦纶织物在可见光范围内K/S值高,显示了良好的染色效果;近红外光范围内的反射率从33%降到29%,实现了锦纶织物的近红外光隐身功能。

针对羊毛织物的传统染色及阻燃整理工艺流程复杂、条件苛刻、损伤织物并可能污染环境等问题,采用生物酶法,以没食子酸(GA)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为底物,通过漆酶催化作用,在温和条件下采用一步法在羊毛织物上同步实现染色和阻燃功能化。借助紫外-可见光谱仪、测色仪、氧指数仪、扫描电子显微镜、能量色散谱仪及红外光谱仪等对GA、DOPO、GA/DOPO混合物反应液及其处理后织物的形貌和化学组成进行测试与表征,对GA与DOPO及羊毛的反应机制进行分析,并对处理后织物的染色性能、阻燃性能、热稳定性、强力及手感性能等进行测试。结果表明:GA与DOPO之间能够发生共聚反应,并与羊毛通过接枝交联附着在羊毛织物表面,赋予其一定牢度的颜色与阻燃性能;经GA和DOPO共同处理后羊毛织物呈褐色,K/S值达到4.98,极限氧指数达到27.5%,织物强力较未处理羊毛提升46%左右,且处理得到的织物样品仍保持羊毛优良的手感。

为制备用于有机染料废水处理的粘胶水刺非织造布(VSN),用稀盐酸对VSN进行预处理后,以1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(TAP)和2,6-吡啶二甲醛(DFP)为原料、以乙腈为溶剂、以乙酸为催化剂的条件下进行溶剂热反应,在VSN表面原位合成共价有机框架材料(Pyridine-COF),得到共价有机框架材料/粘胶水刺非织造布(Pyridine-COF/VSN)。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分别表征了Pyridine-COF/VSN的外观形貌、化学结构和元素组成,并测试了其吸附性能、循环使用性能和力学性能。结果表明:Pyridine-COF在VSN纤维表面呈球形结构,粒径为400 nm左右;且制得的Pyridine-COF/VSN对水中阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明B(MB和RhB)以及阴离子染料刚果红和甲基橙(CR和MO)均有一定的吸附能力,其中对RhB吸附效率最高,在染液初始质量浓度为20 mg/L、吸附温度为25 ℃、吸附溶液pH值为7的条件下,Pyridine-COF/VSN对RhB的吸附效率可达98.06%,吸附平衡时间为120 min;Pyridine-COF/VSN具有重复吸附使用性能,经6次循环使用后对RhB的吸附效率可保持在64.60%左右;相比于VSN,Pyridine-COF/VSN的拉伸强度有所下降,而断裂伸长率有所提高。

针对棉织物极易燃烧,引燃后火焰迅速蔓延的问题,采用四羟甲基硫酸磷、双氰胺和环状磷酸酯阻燃剂FRC-1进行缩聚反应,通过原位沉积的方法对棉织物进行改性以提高其阻燃性能。对改性棉织物的结构特征、燃烧行为、阻燃性能、耐水洗性能和阻燃机制等进行研究。结果表明:改性棉织物具有优异的阻燃性能和耐水洗性能,其损毁长度降至7.5 cm,极限氧指数升高至29.7%,经50次洗涤后改性棉织物仍能自熄,损毁长度为11.0 cm,极限氧指数为26.4%;改性棉织物的热释放速率峰值仅为41.6 kW/m²,下降了86.9%;在燃烧过程中,缩聚产物中的含磷阻燃基团早期裂解促进了棉织物的脱水和炭化,并形成了石墨化程度很高的炭层,有效地隔绝了氧气和热量;同时磷基自由基的猝灭效应也有利于阻燃性能的提高,因此阻燃剂在固相和气相均起到阻燃功能;此外,原位沉积改性对棉织物的强力性能影响较小。

针对植酸阻燃剂在轧烘焙高温整理条件下会对纤维素基织物产生严重的损伤,造成力学性能大幅下降的问题,通过植酸与麦芽糖醇反应合成植酸改性麦芽糖醇阻燃剂(PAMA),并将其通过轧烘焙工艺应用于粘胶织物整理。探讨了阻燃剂对粘胶织物在高温整理条件下的阻燃性能及力学性能的影响。结果表明:当植酸与麦芽糖醇的量比为1∶3时,合成的阻燃剂显著提升了织物的阻燃性能,同时有效保持了其力学性能;处理后织物的极限氧指数提高至30.1%,高温区的热稳定性有所提升,残炭量显著增加,最大热释放速率降低82%;烟释放下降明显;断裂强力保留高达98%,相比于纯植酸整理的织物,断裂强力提升近400%;PAMA阻燃剂在高温条件下展现出优异性能,具有良好的应用前景。

为解决棉织物因结冰导致的保暖性能下降和人体热损失加剧的问题,利用生物质材料山嵛酸和沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)对棉织物进行改性,制备出具有超疏水和防结冰性能的山嵛酸/ZIF-8改性棉织物。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱以及X射线光电子能谱对改性棉织物的表面形貌和化学结构进行分析,并对其浸润性、稳定性和防结冰性能进行表征。结果显示:改性后棉织物表面具有独特的纳米花状结构,接触角高达160.6°,滑动角仅为2°,展现出优异的自清洁和防沾污性能;山嵛酸/ZIF-8改性棉织物还表现出卓越的物理和化学稳定性,能够承受600 min的连续水洗和20次砂纸磨损,并在100 ℃高温、-20 ℃低温、强碱、强酸及有机溶剂等极端环境下长期保持稳定;该改性棉织物在-15 ℃和-20 ℃环境中延缓结冰时间分别为713.2 s和351.6 s,表现出优异的防结冰性能。此方法不仅拓宽了ZIF-8和生物质材料在纺织品上的应用空间,还为开发防结冰纺织品提供了新思路。

为解决当前合成纤维织物静电严重问题,提出了一种经济高效的多功能抗静电复合织物的制备方法。首先,将碳纳米管分散液添加到水性聚氨酯中制备了抗静电浆料,并采用响应面法以电阻最小为目标优化得到了浆料的最优制备工艺为:增稠剂质量分数0.63%、慢干剂质量分数2.5%、碳纳米管质量分数1.35%,以此工艺制备的涂层织物表面电阻低至4.5×10⁴ Ω。在此基础上,利用丝网印刷工艺设计制备了正方形、三角形和圆形的网格状印刷涂层织物。结果表明,网格状涂层织物的电荷面密度为2.5~2.8 μC/cm²,5 kV外部电压下,峰值电压均在(0.2±0.03) kV,半衰期低至3.5 s,与整体涂层织物的测试结果相差较小,值得注意的是网格状涂层的面积仅为整体织物的50%。同时,经过25次模拟家庭水洗、砂纸摩擦以及pH值在1~14的溶液浸泡测试,复合织物仍具备优异的抗静电性能。该研究拓展了其在光热响应领域的应用,在氙灯模拟太阳光照射下,涂层表面温度高达72.84 ℃,并且具有优异的稳定性。

为实现织物基图案化复合纳米材料矩阵的可控成形,采用纳米银复合导电分散液和织物基底相结合,通过低压紫外光照以及化学处理方法,实现织物表面特定线路的表面能差异化,使导电分散液在织物表面定位附着及铺展成形,并对成形的导电矩阵传感性能及服用性能进行测试。结果表明:通过该方法制备的导电矩阵具有良好的分辨率,在1%、5%、10%、15%应变下都能达到稳定循环,能够灵敏地捕捉到弹尺振动、喉结振动、眨眼、手指弯曲等微小振动的信号,在弯折、扭转和摩擦200次后电阻仍能保持稳定,该方法有望制备高灵敏度可穿戴设备实时监测人体运动信号。

为研发质轻、无毒的X射线柔性辐射防护材料,采用涂层法制备氧化铋-硅橡胶基无铅X射线柔性防护涤纶织物,研究氧化铋含量对其刚柔性、密度、力学性能及其X射线防护性能的影响规律。结果表明:当每100 g硅橡胶中氧化铋含量为240 g时,防护材料的刚柔性最优;不同氧化铋含量的柔性防护材料的密度为0.8 ~ 1.6 g/cm³,显著低于常规含铅防护材料(3.79 g/cm³);当氧化铋含量为180~240 g时,防护材料的强伸性更好,并且其断裂伸长率优于未处理涤纶织物;综合考虑氧化铋-硅橡胶基无铅X射线柔性防护织物的X射线防护性能、柔软性和力学性能,每100 g硅橡胶中含240 g氧化铋为最优方案,涤纶织物单位体积的X射线防护比例为29.73%。

针对三维服装转换成二维样板过程缺乏考虑服装专业知识,导致样板精度差而无法直接应用的问题,提出一种基于深度学习和专家知识相结合的三维服装高精度样板的自动生成方法。首先,通过添加三次和四次贝塞尔曲线以及直角化约束改进服装样板数据集生成器,生成专业高精度样板和三维服装模型数据集;设置边缘损失改进二维样板生成的深度学习混合框架模型,再结合服装结构设计专家知识对生成样板的边缘细节进行优化;最后采用物理模拟和现实扫描三维服装模型进行实例验证。结果表明:改进后的模型在预测样板形状、样板位置、边数准确率等评价指标上均有显著提高,在测试集上样板形状的均方误差降至1.59 cm,精度符合服装相应部位的公允差范围,且对物理模拟和真实扫描的三维服装样板预测具有较好的吻合度,为专业服装样板自动生成提供了有效途径。

针对现有防护帽主要依赖裁剪和缝制方法以适应人体头面部设计的现状,提出采用全成形编织工艺实现防护帽立体结构的编织。在分析人体头颈部特征参数基础上,结合全成形编织工艺特点,构建正面与侧面编织的防护帽结构模型并进行工艺实现。以SDS-APEX 3设计系统为开发工具,通过在四针床电脑横机上试织,实现了3款防护帽的编织。研究表明:一体编织成形的防护帽可较好地贴合人体头部、面部及颈部的轮廓曲线,结合不同设计需求可进行不同防护区域开口设计及组织结构的添加,来提高佩戴的舒适性,结合功能性纱线可实现防护帽附加值的提升。