结构色纤维的制备方法及装置与流程

本发明涉及纤维制备领域，尤其涉及一种结构色纤维的制备方法及装置。

背景技术：

我国是纺织服装进出口大国，约占全球此项贸易的25％。然而，巨大的经济效益并不能掩盖纺织印染行业对环境造成的破坏。据国家环保总局统计，印染行业排放的印染废水总量位于全国各工业部门排放总量的第5位。印染废水属于含有一定量难生物降解物质的有机性废水。其污染物浓度cod高(chemicaloxygendemand，cod)，色度深，氮磷含量低，是难处理的工业废水之一。此外，我国印染企业总体单位产品取水量与国外相比是发达国家的2～3倍，能源消耗量则为3倍左右。因此，我国印染行业节能减排降耗的任务十分艰巨。

印染是纺织产业链中的一环，通过施加化学有色物质(吸附染料或固着颜料)是使纺织品生色的主要途径。纺织品的颜色主要是取决于色素的分子结构，即染料或颜料分子结构与吸收光谱的关系，例如它们在水溶液或有机溶液中的吸收光谱。由于印染具有复杂的工艺流程，过程中需要大量新鲜水，最后大量未利用的化学染料及助剂残留形成污水，导致了传统纺织印染行业高污染、高能耗、低资源利用率的缺点。随着世界气候大会的召开对全球节能减排的任务提出了更高更紧迫的要求。为了适应这个全球化的节能减排潮流，迫切需要发展新的不同于传统化学染料着色的显色技术。

结构色是一种物理现象，颜色的显现是通过反射体的微结构与光相互作用，只反射一定波长的光并透射其他波长光来产生。反射体的微结构通常是三维周期性的异质阵列结构，其周期的尺度与所响应的光波长相同量级，具有这种结构的物体称为光子晶体。光子晶体的概念是1987年由yablonovitche.和johns.分别提出的，当光投射到折射率或者介电常数呈周期性变化的结构上时，在上述结构中通过多次反射和干涉使得一部分波段的光不能在该介质中传播而被反射回去，其现象类似于电子在半导体晶体中运动产生的禁带，称之为光子禁带。而如果这一部分被强烈反射的光波的波长范围落在可见光波段，那么这些反射的光就可以导致十分绚丽的颜色。自然界中天然蛋白石，鸟类羽毛和昆虫甲虫翅膀等都具有光子晶体结构，因此也能显现五彩斑斓的颜色。从上述分析，我们可以得出结构色的特点：1)由于结构色的成因仅仅是由于物质的微结构，其颜色并不与物质本身有任何关系。也就是说结构色的产生避免了化学染料和色素的参与，只要保持周期性有序阵列结构就能产生明亮的颜色；2)由于相干衍射产生的结构色相比于色素颜色具有色彩明亮鲜艳的优势；3)只要微结构不被破坏，结构色永不褪色。因此通过制备具有光子晶体结构的纤维并产生结构色是一种可能的绿色无污染的纤维显色技术。

对于结构色的研究，大部分集中在对自然界生物体的探索，vukusicp.等研究了蝴蝶翅膀、资剑等研究了孔雀等鸟类羽毛、srinivasaraom.等研究了昆虫的外壳等具有鲜艳结构色的生物样品，其结论是在这些生物体中存在一维或者二维的光子晶体结构，自然界一直在利用有序的介质结构产生颜色。但是自然界中存在的天然光子晶体比较少，大部分光子晶体所必需的周期性电介质结构需通过人为加工制备。目前，光子晶体的制备方法主要通过微加工、激光全息、胶体微球(colloidalsphere)自组装等办法。微加工办法工艺复杂、成本昂贵、所制得的结构较简单；激光全息办法所用的光敏树脂材料有限、所得到的光子晶体光学性能不理想。这两种方法不仅很难制备出结构良好的圆柱状光子晶体，并且制作工艺复杂，效率低下，因此不适合用来制备光子晶体纤维。而胶体微球自组装利用单分散胶体微球间的相互作用自发排列成有序结构，以经济简便的方法获得胶体(光子)晶体。亚微米量级的胶体微球决定了胶体晶体的晶格尺寸是在可见或红外光波段，很容易获得结构色。在受限空间内或外场协助下，胶体微球可以自组装成任意形状，包括纤维状的有序结构。基于以上分析，利用胶体微球受控自组装的办法来制备光子晶体纤维并控制结构色的改变似乎是最可行的途径。

目前结构色纤维制备方法主要包括两大类：(1)多层膜干涉；(2)三维光子晶体。有关多层膜干涉的现有技术，如美国专利us6326094，文献(adv.mater.2013,25,2239–2245)公开的技术，主要是严格选择两种具有不同折射率的高聚物，使得其相互交替周期性叠加，精确控制每一层聚合物的厚度，使得光与纤维薄层发生相干增强，反射出一定波长的光，从而使得纤维具有颜色。关于三维光子晶体(中国专利：201110213531.5)，主要是通过毛细管中胶体微球自组装形成纤维状的胶体晶体，通过控制胶体微球的大小，从而改变胶体晶体的晶格常数，来控制纤维的颜色。

目前利用胶体在纤维表面自组装的方法非常多，例如日本帝人公司开发的morphotex纤维通过多层膜干涉制备结构色纤维，必须准确的控制每一层膜的厚度，通过胶体静电纺丝的方法快速并且大量的制备胶体晶体纤维(文献acsappliedmaterial&interfaces，2015,7,17,25，14064-14071)。申请号为201310021645.9的中国专利利用电沉积的方法在纤维表面实现胶体微球的自组装，研究了提拉法制备结构色纤维等等。这些方法都有其独特的优点，但的确也存在许多后续应用的缺陷，使其不具备实际应用的前景。通过多层膜的干涉制备结构色纤维，必须准确的控制每一层膜的厚度，制作工艺非常复杂，成本较高；静电纺丝法得到的结构色纤维力学性质非常差，根本不可能取出进行后续应用；电沉积制备结构色纤维效率低，并且只能对导电性良好的纤维进行着色，不能实现大批量生产。与前几种不同的是，提拉法在制备过程中有所改进，采用类似光纤表面涂覆技术在纤维表面涂覆一层结构色涂层来制备结构色纤维。由于是在纤维表面涂覆，所以不破坏纤维的原有的力学性能，并且可以通过改变提拉机的速度，起到控制纤维表面胶体晶体层数的效果，实现纤维光学性质的改善。虽然这种方法得到的结构色纤维具有很好的机械性能，具备实际应用的前景，但由于提拉机自身提拉路程有限，导致所作用的纤维长度很有限，因此也决定了提拉速度不会太高。这些都是影响提拉涂覆技术不适合大规模生产的主要因素。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构色纤维的制备方法及装置，本发明可以快速并大量的实现结构色纤维的制备，并在一定程度上实现不同光学效果的可控性，有助于发展一种绿色无污染、低能耗、永不褪色的纤维显色技术。

本发明提供了一种结构色纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备胶体乳液；

(2)将纤维采用自上而下的抽拉方式经过步骤(1)制备的胶体乳液，以在纤维的表面均匀附着胶体乳液层，纤维经过胶体乳液的速度为20-120μm/min；

(3)使纤维表面的胶体乳液层中的水分挥发，胶体乳液层中的颗粒微球在毛细力的作用下组装于纤维表面，得到结构色纤维。

进一步地，在步骤(1)中，通过将胶体微球分散于水中制备质量分数为1-5％的胶体乳液，胶体微球为聚苯乙烯微球(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯微球(pmma)、二氧化硅微球(sio2)、苯乙烯/甲基丙烯酸酯/丙烯酸(p(st-mma-aa))共聚复合微球和苯乙烯/丙烯酸正丁酯/丙烯酸(p(st-ba-aa))共聚复合微球中的一种或几种。

进一步地，在步骤(1)之前，还包括离心洗涤胶体微球的步骤。胶体微球离心洗涤的次数为1-3次。

进一步地，在步骤(2)中，纤维的直径为100-600μm，纤维的表面经低温氧等离子的方式预处理，低温氧等离子处理的压强为70-90pa，放电功率为100-120w。

进一步地，在步骤(3)中，通过红外加热的方式使涂覆后的胶体乳液中液体挥发。

本发明还提供了一种结构色纤维的制备装置：包括第一卷绕机构、涂覆机构、挥发机构以及第二卷绕机构，涂覆机构包括盛放有胶体微球溶液的容器，容器设有位于顶部的进口端和位于底部的出口端，出口端设置为与所述纤维的直径相匹配的微孔，挥发机构包括发出红外光线的探照灯，纤维卷绕至所述第一卷绕机构后，依次经过盛放胶体微球溶液的容器和探照灯后收线至第二卷绕机构，第二卷绕机构抽拉纤维时，纤维自上而下经过容器，第二卷绕机构的卷绕速度为20-120μm/min。

进一步地，容器竖直设置，其上端作为进口端，其下端设置有端盖，端盖上设置有微孔以作为出口端。微孔的直径为100-600μm。

进一步地，容器经一皮圈进行固定，皮圈连接一旋转轴承的转动部，旋转轴承的固定部连在一机架上。容器与旋转轴承可拆卸连接。容器能够随时从旋转轴承上拆卸下来，清洗后再安装。旋转轴承能够实现左右旋转，具有一定的灵活性，给添加或者取出容器中的溶液提供了很大的方便。

进一步地，制备装置还包括传动辊，传动辊设于第一卷绕机构的下方，涂覆机构设于第一卷绕机构和第二卷绕机构之间，挥发机构设于传动辊和第二卷绕机构之间。

进一步地，传动辊包括固定设置的芯轴和可转动的连接于芯轴的外侧的转动套，纤维绕过转动套并驱动转动套随其进行旋转。

进一步地，第一卷绕机构包括转动杆、与转动杆连接的转轴、套设于转轴上的绕线轴承以及卷绕杆，卷绕杆呈框状，转动杆带动转轴沿圆周转动，绕线轴承沿转轴轴向运动并随转轴转动，卷绕杆跟随转轴转动，待涂覆纤维绕在绕线轴承上。

本发明的装置可以通过控制卷绕速度以控制纤维表面的涂层厚度。结构色纤维制备装置中纤维的抽拉是通过第二卷绕机构的卷绕速度进行控制，在速度20-120μm/min的时候纤维表面能形成均匀明显的结构色。

进一步地，抽拉出来的纤维经过传动辊，到第二卷绕机构的长度为10-20cm，本装置能够连续实现纤维的染色，只要第二卷绕机构不停止工作，预先绕设的纤维没有用完，即可连续进行。

采用本发明的制备装置，可将纤维采用竖直向下的方式抽拉纤维，竖直的纤维在向下运动的过程中，弯月面与纤维一周接触，形成的涂覆层要比其他方式的涂覆要均匀，另外竖直向下抽拉，液体本身也会因为自身的重力有向下运动的趋势，增大了弯月面的长度，使涂覆面更加充分。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明结构色纤维的制备方法及装置，能够将胶体颗粒连续的涂覆到纤维表面，通过液体的挥发在纤维表面实现胶体微球的自组装，得到结构色光子晶体纤维。本发明可以快速并大量的实现结构色纤维的制备，并在一定程度上实现不同光学效果的可控性，有助于发展一种绿色无污染、低能耗、永不褪色的纤维显色技术，拓展在智能纺织新材料、环境监测、无油墨印刷及新型平板显示技术等方面的潜在应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明结构色纤维制备装置的结构示意图；

图2是图1中结构色纤维制备装置的侧视示意图；

图3是转轴和绕线轴承的运动轨迹示意图；

图4是端盖的结构示意图，其中图4(a)为主视图，图4(b)为正视图；

图5是传动辊的侧视图；

图6是旋转轴承的结构示意图，其中，图6(a)为主视图，图6(b)为侧视图；

图7是第二卷绕机构的结构示意图，其中，图7(a)为侧视图，图7(b)为正视图；

图8是使用本发明的结构色纤维制备装置制备结构色纤维原理示意图；

图9是实施例2中涤纶纤维等离子处理前/后纤维表面扫描电子纤维镜照片；

图10是实施例2中胶体乳液p(st-mma-aa)复合微球的示意图以及扫描电子显微镜照片；

图11是实施例2中制备的结构色涤纶纤维扫描电子显微镜照片；

图12是实施例2中制备的结构色涤纶纤维的光学照片及反射光谱图；

图13是实施例2在纤维表面改变微球堆积层数得到的纤维的电子显微镜照片；

图14是卷绕速度和微球浓度与纤维表面胶体晶体层数的关系的图片；

图15是不同颜色的结构色纤维的光学图片及不同颜色的结构色纤维对应的反射光谱图；

图16是实施例3中聚乙烯纤维等离子处理前/后纤维表面扫描电子显微镜照片；

图17是实施例3中制备p(st-ba-aa)共聚复合微球扫描电子显微镜照片；

图18是实施例3制备的结构色聚乙烯纤维扫描电子显微镜照片；

图19是实施例3中制备的结构色聚乙烯纤维的光学照片及反射光谱图；

图20是实施例3中采用本发明的装置制备的三种结构色纤维照片。

附图标记说明：

1-第一卷绕机构；2-悬臂；3-容器；4-旋转轴承；5-支架；6-端盖；7-卷绕杆；8-红外探照灯；9-第二卷绕机构；10-变速电源；11-转轴；12-传动辊；13-固线螺母；14-旋转插杆口；15-转轴；16-转动杆；17-绕线轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

参见图1-7，本发明的结构色纤维制备装置包括第一卷绕机构1、涂覆机构、挥发机构以及第二卷绕机构9，第一卷绕机构1固定在支架5上。第一卷绕机构1包括转动杆16、与转动杆16连接的转轴15、套设于转轴15上的绕线轴承17以及卷绕杆7，卷绕杆7呈框状，转动杆16带动转轴15沿圆周转动，绕线轴承17沿转轴15轴向运动并随转轴15转动，卷绕杆7跟随转轴15转动，待涂覆纤维预先绕在绕线轴承17上。

涂覆机构设于第一卷绕机构1和第二卷绕机构9之间，涂覆机构包括盛放有胶体微球溶液的容器3，容器3竖直设置，其上端为进口端，下端为出口端，其下端设置有端盖6，端盖6上设置有微孔，以作为出口端，容器3由一皮圈进行固定，皮圈连接一旋转轴承4的转动部，旋转轴承4的固定部通过悬臂2连在支架5上，容器3与旋转轴承4可拆卸连接。

第一卷绕机构1的下方设有传动辊12，传动辊12设于第一卷绕机构1的下方，挥发机构设于传动辊12和第二卷绕机构9之间。传动辊12包括固定设置的芯轴和可转动的连接于芯轴的外侧的转动套，纤维绕过转动套并驱动转动套随其进行旋转。挥发机构包括发出红外光线的红外探照灯8，红外探照灯8能够对涂覆过的纤维经行加热，目的是加快光子晶体在纤维表面的自组装。纤维卷绕至第一卷绕机构1后，依次经过盛放胶体微球溶液的容器3和红外探照灯8后收线至第二卷绕机构9，第二卷绕机构9抽拉纤维时，纤维自上而下经过容器3，第二卷绕机构9的卷绕速度为20-120μm/min。

第一卷绕机构1的作用是可以通过卷绕杆7快速络好大批量实验过程中预使用的纤维，并且在络纤维的过程中，绕线轴承17的前后运动使得实验所需的纤维沿轴前后卷绕相互紧密堆叠又不会造成纤维缠绕，打结等现象；同时第一卷绕机构1也具有输送纤维的作用，相比以往的涂覆系统，给送出的纤维增加了与张力，有效的改善了纤维在涂覆过程中由于张力的影响造成的上色不匀。在将纤维预先络在第一卷绕机1的过程中，首先将纤维一端绕在绕线轴承17上后打结，然后转动杆16转动时带动转轴15转动，转轴15转动过程中，带动卷绕杆7转动和绕线轴承17前后移动，因此将纤维络到绕线轴承17上。将预先络好的纤维的另一端搭在卷绕杆7上，然后穿过容器3，连接到第二卷绕机构9上。第二卷绕机构9工作时，纤维被抽拉，而绕线轴承17沿轴心运动，卷绕杆7沿圆周运动，以此将预先络好的纤维输送出去。图3a代表绕线轴承17的运动轨迹，其沿轴心前后运动，图3b是转轴的正面运动轨迹，其沿圆周运动，图3c是转轴的侧面运动轨迹图。

为了使纤维表面的胶体颗粒更充分的自组装，本发明在卷绕的过程中，安装了一个传动辊12，目的是延长纤维接收的距离。当纤维通过传动辊12时，传动辊套绕芯轴转动，有效的减少了传动辊12给纤维产生的摩擦，防止破坏纤维表面结构。

容器3用来盛装实验中用作涂覆的胶体微球溶液。本实施例特地选用长量筒作为容器，使纤维能够尽可能多的接触着色原料。另外容器3采用垂直悬挂式，当纤维从上到下通过容器3中的胶体乳液，由于只沿纤维表面存在作用力，胶体乳液中的颗粒均匀附在纤维四周，得到的有色纤维效果更好。容器3采用可拆卸模式，便于反复使用与清洗。本发明在容器3的后面增加了一个旋转轴承4，能够左右旋转，这样给添加或取出实验原料提供了很大的方便。

在容器3末端安装端盖6，在纤维出容器3的时候，胶体乳液在微孔上液面张力的作用，阻止了液体在实验的过程发生渗漏，但可以允许纤维的通过。如图8所示，当纤维垂直浸入胶体乳液中的时候在其表面会出现弯月面。纤维在卷绕机的作用下向下移动时，弯月面也会相应的被拉长，从而在纤维表面形成了一层很薄的液层，随着液层中水分的挥发，胶体乳液中的颗粒微球会在毛细力的作用下在纤维表面发生自组装，形成胶体晶体。图8中的meniscus代表弯月面，l代表容器长度，v代表纤维的抽拉速率，k代表胶体晶体的厚度。值得一提的是，本发明采用从上到下的抽拉方式，是在提拉法制备结构色纤维的基础上做了如下改进：(1)胶体微球由于重力的影响，更快速更容易随着抽拉附在纤维表面。(2)向下抽拉时，空气流动向上，液体蒸发与液面移动方向相反，加快了水分的挥发，自组装时间更短，着色效率更高。(3)微孔阻止了溶液与空气的接触，减少了溶液的蒸发，为长时间不间断连续涂覆提供了可能。

第二卷绕机构9由可调控速度的电机构成，变速电源10具有灵敏且精确的电压调控旋钮，通过旋钮调节电压的大小，来控制第二卷绕机构9的卷绕速度，电源界面上也设有四个定时停止的功能键，以及中间直接归零的复位键，方便更加智能的控制设备的运转。旋转插杆口14能够将收集结构色纤维的络筒固定在插口，当卷绕器转动时，连着卷绕轴承的旋转插杆口会一起转动，使结构色纤维能够均匀的缠绕于络筒表面，可以通过调控参数改变第二卷绕机构9的卷绕速度。控制微球浓度不变时，纤维表面微球堆积层数随着纤维速度的增大而减小。因而，本发明可以通过控制卷绕速度轻易的达到控制微球在纤维表面的堆积层数，实现不同效果、不同颜色的结构色纤维的制备。

使用本发明结构色纤维制备装置制备结构色纤维的工作原理如下：

(1)胶体微球的合成：本发明所用的胶体微球可以是软球也可以是硬球(如：聚苯乙烯微球，聚甲基丙烯酸甲酯微球，二氧化硅微球)；也可以是软球(如：苯乙烯/丙烯酸正丁酯共聚复合微球)。合成得到的胶体微球通过离心洗涤三次，然后分散到去离子水中，配成质量浓度为1-5wt％的胶体乳液。

(2)纤维表面处理：首先超声波清洗去除纤维表面的杂质。然后进行低温氧等离子处理，活化纤维表面基团，进而增加其亲水性能。具体处理参数如下：气体压强80pa，放电功率100w,处理时间180s。本发明可适用直径在600μm内的所有纤维。

(3)将表面处理好的纤维一端连在第一卷绕机构1上，另一端穿过容器3的端盖6，连上第二卷绕机构9。进行纤维的络筒，将实验所需的纤维络好之后，把配好的胶体乳液注入到容器3中，打开第一卷绕机构1输送纤维，表面处理过的纤维垂直从胶体微球乳液中匀速向下，通过第二卷绕机构9卷绕抽拉上述纤维，在毛细作用下，胶体微球自组装沉积在纤维表面，形成一层胶体光子晶体。使得纤维呈现出良好的结构色，并且本发明利于进行连续制备。

实施例2

将直径为100μm的涤纶纤维通过乙醇超声清洗三次，去除表面杂质，晾干后再进行氧等离子处理(处理工艺：功率100w；压强80pa；时间180s)。

通过现有技术合成p(st-mma-aa)复合微球，经过离心洗涤三次，再分散到去离子水中，得到质量浓度为5wt％的胶体乳液。

将表面处理过的涤纶纤维在连续第二卷绕机构9的作用下，通过实施例1中的结构色纤维制备装置垂直从胶体微球乳液中匀速向下抽拉，在毛细作用下，胶体微球自组装沉积在纤维表面，形成一层胶体光子晶体，卷绕速度为20μm/min。

图9是涤纶纤维氧等离子处理前后的扫描电子显微镜照片。图9(a)是处理前纤维表面sem照片，图9(b)是处理后纤维表面sem照片。由图9可以发现，通过氧等离子处理后，涤纶纤维表面出现纳米级的凹槽，在不影响纤维表面平整度的情况下，提高纤维的亲水性能。

图10(a)是制备得到的p(st-mma-aa)复合微球的结构示意图，图10(b)是制备得到的p(st-mma-aa)复合微球的扫描电子显微镜照片，可以看出得到的微球形状规整，尺寸均一，可以用来进行胶体晶体的制备，本实施例中微球的尺寸为273nm。

图11是制备的结构色涤纶纤维的扫描电子显微镜照片。图11(a)为纤维表面sem照片，图11(b)为纤维内部sem照片。为研究微球在纤维表面的堆积情况，通过扫描电子显微镜对制备的纤维进行观察。破坏纤维的表面，发现纤维表面均匀涂覆一层微球并且发现微球沿着纤维表面排列成弯曲的面心立方结构，并且(111)面(立方体晶胞的xyz轴上截距相同的晶面)平行于纤维表面。

图12是制备的结构色涤纶纤维的光学照片，可以看出纤维呈现明亮的红色。相应的反射光谱在627nm处有明显的反射峰，同样意味着纤维的颜色是红色。

图13是通过控制装置速度，调控微球浓度，得到的纤维表面不同的微球堆积层数的电子显微镜照片。当卷绕速度为120μm/min，微球浓度为1wt％时，得到的是单层微球排列(图13左上图)；降低卷绕速度到80μm/min，微球浓度为2wt％时，微球堆积到5层(图13右上图)；卷绕速度降到80μm/min，微球浓度为3wt％时，微球堆积到8层(图13左下图)；当卷绕速度降低到40μm/min，微球浓度增加到4wt％时，能够得到17层微球排列(图13右下图)。

图14为不同的卷绕速度和微球浓度与纤维表面胶体晶体层数的关系的图片；为了实现不同颜色效果的结构色纤维，发明人研究了卷绕速度及微球浓度与纤维表面胶体晶体涂覆层的厚度之间的关系。以100μm的涤纶纤维作为基底，控制实验环境温度25度，相对湿度为50％，以保证其他变量参数的一致，从而使得实验数据之间具有可比性。关于胶体颗粒的层数通过直接通过扫描电子显微镜观察得到；纤维的颜色通过超景深显微镜与反射光谱测得。从图14可以看出，当控制卷绕速度不变，改变微球浓度时，微球堆积层数随着微球浓度的增大而增大。当控制微球浓度不变时，卷绕速度分别为20μm/min，40μm/min，80μm/min，120μm/min时纤维表面微球的堆积层数随之发生变化。

图15为不同颜色的结构色纤维的光学图片及不同颜色的结构色纤维对应的反射光谱图。图15(a)是不同颜色的结构色纤维，从左到右依次为紫色、蓝色、绿色、黄色和红色；图15(b)为不同颜色的结构色纤维对应的反射光谱，从左到右依次对应紫色、蓝色、绿色、黄色和红色。由该图可知，可以通过改变微球的尺寸，调控浓度和卷绕速度，制备颜色鲜艳光泽良好的全光谱色的光子晶体纤维。

实施例3

将直径为100μm的聚乙烯纤维通过乙醇超声清洗三次，去除表面杂质，晾干后再进行氧等离子处理。图16是实施例3中聚乙烯纤维等离子处理前/后纤维表面扫描电子显微镜照片，其中图16(a)是处理前，图16(b)是处理后。

通过现有技术合成p(st-ba-aa)共聚复合微球，经过离心洗涤三次，再分散到去离子水中，形成质量浓度为3wt％的胶体乳液，但是本实施例中使用的复合微球玻璃化温度很低，属于软球，所以微球之间相互连接，从而没有了折射率差异，因此必须借助于一些无机纳米颗粒填充到复合微球之间，形成折射率差异。本实施例中选择加入相对微球质量为20％的二氧化硅纳米颗粒，混合均匀。

将表面处理过的涤纶纤维在连续卷绕机的作用下，通过发明的结构色纤维制备装置垂直从胶体微球乳液中匀速向下抽拉，在毛细作用下，胶体微球自组装沉积在纤维表面，形成一层胶体光子晶体，卷绕速度为20μm/min。

图17是制备的p(st-ba-aa)共聚复合微球的扫描电子显微镜照片，可以看出得到的微球形状规整，尺寸均一，但是相互粘结。本实施例中复合微球的尺寸为207nm。

图18是制备得到的结构色聚乙烯纤维的扫描电子显微镜照片。其中17(b)中的a为硅溶胶，b为复合微球。可以看出聚乙烯纤维表面涂覆了一层复合微球/二氧化硅共同构成的结构色涂层，并且得到这种复合涂层力学性质非常好，跟聚乙烯纤维结合紧密，具有实际应用的前景。

图19是制备得到结构色聚乙烯纤维的光学照片及反射光谱图，可以看出纤维呈现明亮的蓝色。相应的反射光谱在480nm处有明显的反射峰，同样意味着纤维的颜色是蓝色。

图20是采用连续涂覆系统制备的三种结构色纤维照片，从图中可看出三个黑色络筒上卷绕着颜色明显的蓝，绿，红纤维，表明该装置具有连续不断且快速制备结构纤维的能力，并且使用本发明的装置能够使得纤维具有较好的着色效果。

综上所述，本发明可以快速并大量的实现结构色纤维的制备，并在一定程度上实现不同光学效果的可控性。这项研究成果有助于发展一种绿色无污染、低能耗、永不褪色的纤维显色技术，拓展在智能纺织新材料、环境监测、无油墨印刷及新型平板显示技术等方面的潜在应用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。