仿生纖維提升超疏織物耐久性

近日，東華大學(xué)郭穎教授和葛鄧騰研究員受蚯蚓周期性皺皮結(jié)構(gòu)和軟體軀干的啟發(fā)，提出了區(qū)別于以往強化策略的軟材料策略，在纖維上構(gòu)筑周期性褶皺，利用褶皺結(jié)構(gòu)和軟材料（PDMS）的可逆適應(yīng)特性來應(yīng)對超疏涂層的機械形變。

研究團隊基于前期在低溫等離子體源及成膜的研究基礎(chǔ)，開發(fā)了等離子體漸變交聯(lián)技術(shù)，為后道處理紡織品獲得褶皺化的仿生纖維提供了有力的技術(shù)基礎(chǔ)。處理過程僅需兩步：首先利用浸漬工藝在織物的纖維表面涂敷二甲基硅氧烷預(yù)聚體，之后利用優(yōu)化的等離子體（RFCCP）對織物進行處理。等離子體中活性粒子能夠在二甲基硅氧烷預(yù)聚體淺層表面滲透并誘導(dǎo)產(chǎn)生功能性官能團，活性基團在低粘度的預(yù)聚體中具有自擴散特性，從而引發(fā)二甲基硅氧烷預(yù)聚體在厚度方向的漸變交聯(lián)。從厚度方向的XPS 成分和硬度均表明纖維表層的PDMS 具有的漸變特征。因此，經(jīng)過等離子處理后的PDMS 包覆的PET纖維構(gòu)成了“硬層-漸變層-剛性支撐層”的三層結(jié)構(gòu)，同時等離子體的熱效應(yīng)使得具有梯度模量的PDMS 表面失穩(wěn)，受到纖維幾何形態(tài)的約束，在纖維表面形成軸向周期性褶皺。

該仿生織物經(jīng)過1000次摩擦循環(huán)（44.8 kPa）和800次標準洗滌后仍具有超疏特性，并且在加熱或等離子再處理下具有超疏水的自修復(fù)特性。在PDMS 層未被破壞的情況下，仿生織物在80℃/30min熱處理后，接觸角（WCA）可以恢復(fù)到155°，滾動角（SA）恢復(fù)到10°，并且可以承受多達3000個摩擦循環(huán)；在PDMS 層被破壞的情況下，纖維表面仍然包裹著低交聯(lián)度的PDMS，可以通過等離子再處理再次獲得漸變膜，從而恢復(fù)超疏特性，但是由于殘存的低交聯(lián)度的PDMS 有限，只能進行有限次數(shù)的自修復(fù)。考慮到日常穿著織物大多承受輕負荷的摩擦，仿生超疏織物可以通過熱烘干和熨燙恢復(fù)其超疏水性。