本發明涉及纖維制備領域，尤其涉及一種結構色纖維的制備方法及裝置。

背景技術：

我國是紡織服裝進出口大國，約占全球此項貿易的25％。然而，巨大的經濟效益并不能掩蓋紡織印染行業對環境造成的破壞。據國家環保總局統計，印染行業排放的印染廢水總量位于全國各工業部門排放總量的第5位。印染廢水屬于含有一定量難生物降解物質的有機性廢水。其污染物濃度cod高(chemicaloxygendemand，cod)，色度深，氮磷含量低，是難處理的工業廢水之一。此外，我國印染企業總體單位產品取水量與國外相比是發達國家的2～3倍，能源消耗量則為3倍左右。因此，我國印染行業節能減排降耗的任務十分艱巨。

印染是紡織產業鏈中的一環，通過施加化學有色物質(吸附染料或固著顏料)是使紡織品生色的主要途徑。紡織品的顏色主要是取決于色素的分子結構，即染料或顏料分子結構與吸收光譜的關系，例如它們在水溶液或有機溶液中的吸收光譜。由于印染具有復雜的工藝流程，過程中需要大量新鮮水，最后大量未利用的化學染料及助劑殘留形成污水，導致了傳統紡織印染行業高污染、高能耗、低資源利用率的缺點。隨著世界氣候大會的召開對全球節能減排的任務提出了更高更緊迫的要求。為了適應這個全球化的節能減排潮流，迫切需要發展新的不同于傳統化學染料著色的顯色技術。

結構色是一種物理現象，顏色的顯現是通過反射體的微結構與光相互作用，只反射一定波長的光并透射其他波長光來產生。反射體的微結構通常是三維周期性的異質陣列結構，其周期的尺度與所響應的光波長相同量級，具有這種結構的物體稱為光子晶體。光子晶體的概念是1987年由yablonovitche.和johns.分別提出的，當光投射到折射率或者介電常數呈周期性變化的結構上時，在上述結構中通過多次反射和干涉使得一部分波段的光不能在該介質中傳播而被反射回去，其現象類似于電子在半導體晶體中運動產生的禁帶，稱之為光子禁帶。而如果這一部分被強烈反射的光波的波長范圍落在可見光波段，那么這些反射的光就可以導致十分絢麗的顏色。自然界中天然蛋白石，鳥類羽毛和昆蟲甲蟲翅膀等都具有光子晶體結構，因此也能顯現五彩斑斕的顏色。從上述分析，我們可以得出結構色的特點：1)由于結構色的成因僅僅是由于物質的微結構，其顏色并不與物質本身有任何關系。也就是說結構色的產生避免了化學染料和色素的參與，只要保持周期性有序陣列結構就能產生明亮的顏色；2)由于相干衍射產生的結構色相比于色素顏色具有色彩明亮鮮艷的優勢；3)只要微結構不被破壞，結構色永不褪色。因此通過制備具有光子晶體結構的纖維并產生結構色是一種可能的綠色無污染的纖維顯色技術。

對于結構色的研究，大部分集中在對自然界生物體的探索，vukusicp.等研究了蝴蝶翅膀、資劍等研究了孔雀等鳥類羽毛、srinivasaraom.等研究了昆蟲的外殼等具有鮮艷結構色的生物樣品，其結論是在這些生物體中存在一維或者二維的光子晶體結構，自然界一直在利用有序的介質結構產生顏色。但是自然界中存在的天然光子晶體比較少，大部分光子晶體所必需的周期性電介質結構需通過人為加工制備。目前，光子晶體的制備方法主要通過微加工、激光全息、膠體微球(colloidalsphere)自組裝等辦法。微加工辦法工藝復雜、成本昂貴、所制得的結構較簡單；激光全息辦法所用的光敏樹脂材料有限、所得到的光子晶體光學性能不理想。這兩種方法不僅很難制備出結構良好的圓柱狀光子晶體，并且制作工藝復雜，效率低下，因此不適合用來制備光子晶體纖維。而膠體微球自組裝利用單分散膠體微球間的相互作用自發排列成有序結構，以經濟簡便的方法獲得膠體(光子)晶體。亞微米量級的膠體微球決定了膠體晶體的晶格尺寸是在可見或紅外光波段，很容易獲得結構色。在受限空間內或外場協助下，膠體微球可以自組裝成任意形狀，包括纖維狀的有序結構。基于以上分析，利用膠體微球受控自組裝的辦法來制備光子晶體纖維并控制結構色的改變似乎是最可行的途徑。

目前結構色纖維制備方法主要包括兩大類：(1)多層膜干涉；(2)三維光子晶體。有關多層膜干涉的現有技術，如美國專利us6326094，文獻(adv.mater.2013,25,2239–2245)公開的技術，主要是嚴格選擇兩種具有不同折射率的高聚物，使得其相互交替周期性疊加，精確控制每一層聚合物的厚度，使得光與纖維薄層發生相干增強，反射出一定波長的光，從而使得纖維具有顏色。關于三維光子晶體(中國專利：201110213531.5)，主要是通過毛細管中膠體微球自組裝形成纖維狀的膠體晶體，通過控制膠體微球的大小，從而改變膠體晶體的晶格常數，來控制纖維的顏色。

目前利用膠體在纖維表面自組裝的方法非常多，例如日本帝人公司開發的morphotex纖維通過多層膜干涉制備結構色纖維，必須準確的控制每一層膜的厚度，通過膠體靜電紡絲的方法快速并且大量的制備膠體晶體纖維(文獻acsappliedmaterial&interfaces，2015,7,17,25，14064-14071)。申請號為201310021645.9的中國專利利用電沉積的方法在纖維表面實現膠體微球的自組裝，研究了提拉法制備結構色纖維等等。這些方法都有其獨特的優點，但的確也存在許多后續應用的缺陷，使其不具備實際應用的前景。通過多層膜的干涉制備結構色纖維，必須準確的控制每一層膜的厚度，制作工藝非常復雜，成本較高；靜電紡絲法得到的結構色纖維力學性質非常差，根本不可能取出進行后續應用；電沉積制備結構色纖維效率低，并且只能對導電性良好的纖維進行著色，不能實現大批量生產。與前幾種不同的是，提拉法在制備過程中有所改進，采用類似光纖表面涂覆技術在纖維表面涂覆一層結構色涂層來制備結構色纖維。由于是在纖維表面涂覆，所以不破壞纖維的原有的力學性能，并且可以通過改變提拉機的速度，起到控制纖維表面膠體晶體層數的效果，實現纖維光學性質的改善。雖然這種方法得到的結構色纖維具有很好的機械性能，具備實際應用的前景，但由于提拉機自身提拉路程有限，導致所作用的纖維長度很有限，因此也決定了提拉速度不會太高。這些都是影響提拉涂覆技術不適合大規模生產的主要因素。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種結構色纖維的制備方法及裝置，本發明可以快速并大量的實現結構色纖維的制備，并在一定程度上實現不同光學效果的可控性，有助于發展一種綠色無污染、低能耗、永不褪色的纖維顯色技術。

本發明提供了一種結構色纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備膠體乳液；

(2)將纖維采用自上而下的抽拉方式經過步驟(1)制備的膠體乳液，以在纖維的表面均勻附著膠體乳液層，纖維經過膠體乳液的速度為20-120μm/min；

(3)使纖維表面的膠體乳液層中的水分揮發，膠體乳液層中的顆粒微球在毛細力的作用下組裝于纖維表面，得到結構色纖維。

進一步地，在步驟(1)中，通過將膠體微球分散于水中制備質量分數為1-5％的膠體乳液，膠體微球為聚苯乙烯微球(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))共聚復合微球和苯乙烯/丙烯酸正丁酯/丙烯酸(p(st-ba-aa))共聚復合微球中的一種或幾種。

進一步地，在步驟(1)之前，還包括離心洗滌膠體微球的步驟。膠體微球離心洗滌的次數為1-3次。

進一步地，在步驟(2)中，纖維的直徑為100-600μm，纖維的表面經低溫氧等離子的方式預處理，低溫氧等離子處理的壓強為70-90pa，放電功率為100-120w。

進一步地，在步驟(3)中，通過紅外加熱的方式使涂覆后的膠體乳液中液體揮發。

本發明還提供了一種結構色纖維的制備裝置：包括第一卷繞機構、涂覆機構、揮發機構以及第二卷繞機構，涂覆機構包括盛放有膠體微球溶液的容器，容器設有位于頂部的進口端和位于底部的出口端，出口端設置為與所述纖維的直徑相匹配的微孔，揮發機構包括發出紅外光線的探照燈，纖維卷繞至所述第一卷繞機構后，依次經過盛放膠體微球溶液的容器和探照燈后收線至第二卷繞機構，第二卷繞機構抽拉纖維時，纖維自上而下經過容器，第二卷繞機構的卷繞速度為20-120μm/min。

進一步地，容器豎直設置，其上端作為進口端，其下端設置有端蓋，端蓋上設置有微孔以作為出口端。微孔的直徑為100-600μm。

進一步地，容器經一皮圈進行固定，皮圈連接一旋轉軸承的轉動部，旋轉軸承的固定部連在一機架上。容器與旋轉軸承可拆卸連接。容器能夠隨時從旋轉軸承上拆卸下來，清洗后再安裝。旋轉軸承能夠實現左右旋轉，具有一定的靈活性，給添加或者取出容器中的溶液提供了很大的方便。

進一步地，制備裝置還包括傳動輥，傳動輥設于第一卷繞機構的下方，涂覆機構設于第一卷繞機構和第二卷繞機構之間，揮發機構設于傳動輥和第二卷繞機構之間。

進一步地，傳動輥包括固定設置的芯軸和可轉動的連接于芯軸的外側的轉動套，纖維繞過轉動套并驅動轉動套隨其進行旋轉。

進一步地，第一卷繞機構包括轉動桿、與轉動桿連接的轉軸、套設于轉軸上的繞線軸承以及卷繞桿，卷繞桿呈框狀，轉動桿帶動轉軸沿圓周轉動，繞線軸承沿轉軸軸向運動并隨轉軸轉動，卷繞桿跟隨轉軸轉動，待涂覆纖維繞在繞線軸承上。

本發明的裝置可以通過控制卷繞速度以控制纖維表面的涂層厚度。結構色纖維制備裝置中纖維的抽拉是通過第二卷繞機構的卷繞速度進行控制，在速度20-120μm/min的時候纖維表面能形成均勻明顯的結構色。

進一步地，抽拉出來的纖維經過傳動輥，到第二卷繞機構的長度為10-20cm，本裝置能夠連續實現纖維的染色，只要第二卷繞機構不停止工作，預先繞設的纖維沒有用完，即可連續進行。

采用本發明的制備裝置，可將纖維采用豎直向下的方式抽拉纖維，豎直的纖維在向下運動的過程中，彎月面與纖維一周接觸，形成的涂覆層要比其他方式的涂覆要均勻，另外豎直向下抽拉，液體本身也會因為自身的重力有向下運動的趨勢，增大了彎月面的長度，使涂覆面更加充分。

借由上述方案，本發明至少具有以下優點：

本發明結構色纖維的制備方法及裝置，能夠將膠體顆粒連續的涂覆到纖維表面，通過液體的揮發在纖維表面實現膠體微球的自組裝，得到結構色光子晶體纖維。本發明可以快速并大量的實現結構色纖維的制備，并在一定程度上實現不同光學效果的可控性，有助于發展一種綠色無污染、低能耗、永不褪色的纖維顯色技術，拓展在智能紡織新材料、環境監測、無油墨印刷及新型平板顯示技術等方面的潛在應用。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發明結構色纖維制備裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中結構色纖維制備裝置的側視示意圖；

圖3是轉軸和繞線軸承的運動軌跡示意圖；

圖4是端蓋的結構示意圖，其中圖4(a)為主視圖，圖4(b)為正視圖；

圖5是傳動輥的側視圖；

圖6是旋轉軸承的結構示意圖，其中，圖6(a)為主視圖，圖6(b)為側視圖；

圖7是第二卷繞機構的結構示意圖，其中，圖7(a)為側視圖，圖7(b)為正視圖；

圖8是使用本發明的結構色纖維制備裝置制備結構色纖維原理示意圖；

圖9是實施例2中滌綸纖維等離子處理前/后纖維表面掃描電子纖維鏡照片；

圖10是實施例2中膠體乳液p(st-mma-aa)復合微球的示意圖以及掃描電子顯微鏡照片；

圖11是實施例2中制備的結構色滌綸纖維掃描電子顯微鏡照片；

圖12是實施例2中制備的結構色滌綸纖維的光學照片及反射光譜圖；

圖13是實施例2在纖維表面改變微球堆積層數得到的纖維的電子顯微鏡照片；

圖14是卷繞速度和微球濃度與纖維表面膠體晶體層數的關系的圖片；

圖15是不同顏色的結構色纖維的光學圖片及不同顏色的結構色纖維對應的反射光譜圖；

圖16是實施例3中聚乙烯纖維等離子處理前/后纖維表面掃描電子顯微鏡照片；

圖17是實施例3中制備p(st-ba-aa)共聚復合微球掃描電子顯微鏡照片；

圖18是實施例3制備的結構色聚乙烯纖維掃描電子顯微鏡照片；

圖19是實施例3中制備的結構色聚乙烯纖維的光學照片及反射光譜圖；

圖20是實施例3中采用本發明的裝置制備的三種結構色纖維照片。

附圖標記說明：

1-第一卷繞機構；2-懸臂；3-容器；4-旋轉軸承；5-支架；6-端蓋；7-卷繞桿；8-紅外探照燈；9-第二卷繞機構；10-變速電源；11-轉軸；12-傳動輥；13-固線螺母；14-旋轉插桿口；15-轉軸；16-轉動桿；17-繞線軸承。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

實施例1

參見圖1-7，本發明的結構色纖維制備裝置包括第一卷繞機構1、涂覆機構、揮發機構以及第二卷繞機構9，第一卷繞機構1固定在支架5上。第一卷繞機構1包括轉動桿16、與轉動桿16連接的轉軸15、套設于轉軸15上的繞線軸承17以及卷繞桿7，卷繞桿7呈框狀，轉動桿16帶動轉軸15沿圓周轉動，繞線軸承17沿轉軸15軸向運動并隨轉軸15轉動，卷繞桿7跟隨轉軸15轉動，待涂覆纖維預先繞在繞線軸承17上。

涂覆機構設于第一卷繞機構1和第二卷繞機構9之間，涂覆機構包括盛放有膠體微球溶液的容器3，容器3豎直設置，其上端為進口端，下端為出口端，其下端設置有端蓋6，端蓋6上設置有微孔，以作為出口端，容器3由一皮圈進行固定，皮圈連接一旋轉軸承4的轉動部，旋轉軸承4的固定部通過懸臂2連在支架5上，容器3與旋轉軸承4可拆卸連接。

第一卷繞機構1的下方設有傳動輥12，傳動輥12設于第一卷繞機構1的下方，揮發機構設于傳動輥12和第二卷繞機構9之間。傳動輥12包括固定設置的芯軸和可轉動的連接于芯軸的外側的轉動套，纖維繞過轉動套并驅動轉動套隨其進行旋轉。揮發機構包括發出紅外光線的紅外探照燈8，紅外探照燈8能夠對涂覆過的纖維經行加熱，目的是加快光子晶體在纖維表面的自組裝。纖維卷繞至第一卷繞機構1后，依次經過盛放膠體微球溶液的容器3和紅外探照燈8后收線至第二卷繞機構9，第二卷繞機構9抽拉纖維時，纖維自上而下經過容器3，第二卷繞機構9的卷繞速度為20-120μm/min。

第一卷繞機構1的作用是可以通過卷繞桿7快速絡好大批量實驗過程中預使用的纖維，并且在絡纖維的過程中，繞線軸承17的前后運動使得實驗所需的纖維沿軸前后卷繞相互緊密堆疊又不會造成纖維纏繞，打結等現象；同時第一卷繞機構1也具有輸送纖維的作用，相比以往的涂覆系統，給送出的纖維增加了與張力，有效的改善了纖維在涂覆過程中由于張力的影響造成的上色不勻。在將纖維預先絡在第一卷繞機1的過程中，首先將纖維一端繞在繞線軸承17上后打結，然后轉動桿16轉動時帶動轉軸15轉動，轉軸15轉動過程中，帶動卷繞桿7轉動和繞線軸承17前后移動，因此將纖維絡到繞線軸承17上。將預先絡好的纖維的另一端搭在卷繞桿7上，然后穿過容器3，連接到第二卷繞機構9上。第二卷繞機構9工作時，纖維被抽拉，而繞線軸承17沿軸心運動，卷繞桿7沿圓周運動，以此將預先絡好的纖維輸送出去。圖3a代表繞線軸承17的運動軌跡，其沿軸心前后運動，圖3b是轉軸的正面運動軌跡，其沿圓周運動，圖3c是轉軸的側面運動軌跡圖。

為了使纖維表面的膠體顆粒更充分的自組裝，本發明在卷繞的過程中，安裝了一個傳動輥12，目的是延長纖維接收的距離。當纖維通過傳動輥12時，傳動輥套繞芯軸轉動，有效的減少了傳動輥12給纖維產生的摩擦，防止破壞纖維表面結構。

容器3用來盛裝實驗中用作涂覆的膠體微球溶液。本實施例特地選用長量筒作為容器，使纖維能夠盡可能多的接觸著色原料。另外容器3采用垂直懸掛式，當纖維從上到下通過容器3中的膠體乳液，由于只沿纖維表面存在作用力，膠體乳液中的顆粒均勻附在纖維四周，得到的有色纖維效果更好。容器3采用可拆卸模式，便于反復使用與清洗。本發明在容器3的后面增加了一個旋轉軸承4，能夠左右旋轉，這樣給添加或取出實驗原料提供了很大的方便。

在容器3末端安裝端蓋6，在纖維出容器3的時候，膠體乳液在微孔上液面張力的作用，阻止了液體在實驗的過程發生滲漏，但可以允許纖維的通過。如圖8所示，當纖維垂直浸入膠體乳液中的時候在其表面會出現彎月面。纖維在卷繞機的作用下向下移動時，彎月面也會相應的被拉長，從而在纖維表面形成了一層很薄的液層，隨著液層中水分的揮發，膠體乳液中的顆粒微球會在毛細力的作用下在纖維表面發生自組裝，形成膠體晶體。圖8中的meniscus代表彎月面，l代表容器長度，v代表纖維的抽拉速率，k代表膠體晶體的厚度。值得一提的是，本發明采用從上到下的抽拉方式，是在提拉法制備結構色纖維的基礎上做了如下改進：(1)膠體微球由于重力的影響，更快速更容易隨著抽拉附在纖維表面。(2)向下抽拉時，空氣流動向上，液體蒸發與液面移動方向相反，加快了水分的揮發，自組裝時間更短，著色效率更高。(3)微孔阻止了溶液與空氣的接觸，減少了溶液的蒸發，為長時間不間斷連續涂覆提供了可能。

第二卷繞機構9由可調控速度的電機構成，變速電源10具有靈敏且精確的電壓調控旋鈕，通過旋鈕調節電壓的大小，來控制第二卷繞機構9的卷繞速度，電源界面上也設有四個定時停止的功能鍵，以及中間直接歸零的復位鍵，方便更加智能的控制設備的運轉。旋轉插桿口14能夠將收集結構色纖維的絡筒固定在插口，當卷繞器轉動時，連著卷繞軸承的旋轉插桿口會一起轉動，使結構色纖維能夠均勻的纏繞于絡筒表面，可以通過調控參數改變第二卷繞機構9的卷繞速度。控制微球濃度不變時，纖維表面微球堆積層數隨著纖維速度的增大而減小。因而，本發明可以通過控制卷繞速度輕易的達到控制微球在纖維表面的堆積層數，實現不同效果、不同顏色的結構色纖維的制備。

使用本發明結構色纖維制備裝置制備結構色纖維的工作原理如下：

(1)膠體微球的合成：本發明所用的膠體微球可以是軟球也可以是硬球(如：聚苯乙烯微球，聚甲基丙烯酸甲酯微球，二氧化硅微球)；也可以是軟球(如：苯乙烯/丙烯酸正丁酯共聚復合微球)。合成得到的膠體微球通過離心洗滌三次，然后分散到去離子水中，配成質量濃度為1-5wt％的膠體乳液。

(2)纖維表面處理：首先超聲波清洗去除纖維表面的雜質。然后進行低溫氧等離子處理，活化纖維表面基團，進而增加其親水性能。具體處理參數如下：氣體壓強80pa，放電功率100w,處理時間180s。本發明可適用直徑在600μm內的所有纖維。

(3)將表面處理好的纖維一端連在第一卷繞機構1上，另一端穿過容器3的端蓋6，連上第二卷繞機構9。進行纖維的絡筒，將實驗所需的纖維絡好之后，把配好的膠體乳液注入到容器3中，打開第一卷繞機構1輸送纖維，表面處理過的纖維垂直從膠體微球乳液中勻速向下，通過第二卷繞機構9卷繞抽拉上述纖維，在毛細作用下，膠體微球自組裝沉積在纖維表面，形成一層膠體光子晶體。使得纖維呈現出良好的結構色，并且本發明利于進行連續制備。

實施例2

將直徑為100μm的滌綸纖維通過乙醇超聲清洗三次，去除表面雜質，晾干后再進行氧等離子處理(處理工藝：功率100w；壓強80pa；時間180s)。

通過現有技術合成p(st-mma-aa)復合微球，經過離心洗滌三次，再分散到去離子水中，得到質量濃度為5wt％的膠體乳液。

將表面處理過的滌綸纖維在連續第二卷繞機構9的作用下，通過實施例1中的結構色纖維制備裝置垂直從膠體微球乳液中勻速向下抽拉，在毛細作用下，膠體微球自組裝沉積在纖維表面，形成一層膠體光子晶體，卷繞速度為20μm/min。

圖9是滌綸纖維氧等離子處理前后的掃描電子顯微鏡照片。圖9(a)是處理前纖維表面sem照片，圖9(b)是處理后纖維表面sem照片。由圖9可以發現，通過氧等離子處理后，滌綸纖維表面出現納米級的凹槽，在不影響纖維表面平整度的情況下，提高纖維的親水性能。

圖10(a)是制備得到的p(st-mma-aa)復合微球的結構示意圖，圖10(b)是制備得到的p(st-mma-aa)復合微球的掃描電子顯微鏡照片，可以看出得到的微球形狀規整，尺寸均一，可以用來進行膠體晶體的制備，本實施例中微球的尺寸為273nm。

圖11是制備的結構色滌綸纖維的掃描電子顯微鏡照片。圖11(a)為纖維表面sem照片，圖11(b)為纖維內部sem照片。為研究微球在纖維表面的堆積情況，通過掃描電子顯微鏡對制備的纖維進行觀察。破壞纖維的表面，發現纖維表面均勻涂覆一層微球并且發現微球沿著纖維表面排列成彎曲的面心立方結構，并且(111)面(立方體晶胞的xyz軸上截距相同的晶面)平行于纖維表面。

圖12是制備的結構色滌綸纖維的光學照片，可以看出纖維呈現明亮的紅色。相應的反射光譜在627nm處有明顯的反射峰，同樣意味著纖維的顏色是紅色。

圖13是通過控制裝置速度，調控微球濃度，得到的纖維表面不同的微球堆積層數的電子顯微鏡照片。當卷繞速度為120μm/min，微球濃度為1wt％時，得到的是單層微球排列(圖13左上圖)；降低卷繞速度到80μm/min，微球濃度為2wt％時，微球堆積到5層(圖13右上圖)；卷繞速度降到80μm/min，微球濃度為3wt％時，微球堆積到8層(圖13左下圖)；當卷繞速度降低到40μm/min，微球濃度增加到4wt％時，能夠得到17層微球排列(圖13右下圖)。

圖14為不同的卷繞速度和微球濃度與纖維表面膠體晶體層數的關系的圖片；為了實現不同顏色效果的結構色纖維，發明人研究了卷繞速度及微球濃度與纖維表面膠體晶體涂覆層的厚度之間的關系。以100μm的滌綸纖維作為基底，控制實驗環境溫度25度，相對濕度為50％，以保證其他變量參數的一致，從而使得實驗數據之間具有可比性。關于膠體顆粒的層數通過直接通過掃描電子顯微鏡觀察得到；纖維的顏色通過超景深顯微鏡與反射光譜測得。從圖14可以看出，當控制卷繞速度不變，改變微球濃度時，微球堆積層數隨著微球濃度的增大而增大。當控制微球濃度不變時，卷繞速度分別為20μm/min，40μm/min，80μm/min，120μm/min時纖維表面微球的堆積層數隨之發生變化。

圖15為不同顏色的結構色纖維的光學圖片及不同顏色的結構色纖維對應的反射光譜圖。圖15(a)是不同顏色的結構色纖維，從左到右依次為紫色、藍色、綠色、黃色和紅色；圖15(b)為不同顏色的結構色纖維對應的反射光譜，從左到右依次對應紫色、藍色、綠色、黃色和紅色。由該圖可知，可以通過改變微球的尺寸，調控濃度和卷繞速度，制備顏色鮮艷光澤良好的全光譜色的光子晶體纖維。

實施例3

將直徑為100μm的聚乙烯纖維通過乙醇超聲清洗三次，去除表面雜質，晾干后再進行氧等離子處理。圖16是實施例3中聚乙烯纖維等離子處理前/后纖維表面掃描電子顯微鏡照片，其中圖16(a)是處理前，圖16(b)是處理后。

通過現有技術合成p(st-ba-aa)共聚復合微球，經過離心洗滌三次，再分散到去離子水中，形成質量濃度為3wt％的膠體乳液，但是本實施例中使用的復合微球玻璃化溫度很低，屬于軟球，所以微球之間相互連接，從而沒有了折射率差異，因此必須借助于一些無機納米顆粒填充到復合微球之間，形成折射率差異。本實施例中選擇加入相對微球質量為20％的二氧化硅納米顆粒，混合均勻。

將表面處理過的滌綸纖維在連續卷繞機的作用下，通過發明的結構色纖維制備裝置垂直從膠體微球乳液中勻速向下抽拉，在毛細作用下，膠體微球自組裝沉積在纖維表面，形成一層膠體光子晶體，卷繞速度為20μm/min。

圖17是制備的p(st-ba-aa)共聚復合微球的掃描電子顯微鏡照片，可以看出得到的微球形狀規整，尺寸均一，但是相互粘結。本實施例中復合微球的尺寸為207nm。

圖18是制備得到的結構色聚乙烯纖維的掃描電子顯微鏡照片。其中17(b)中的a為硅溶膠，b為復合微球。可以看出聚乙烯纖維表面涂覆了一層復合微球/二氧化硅共同構成的結構色涂層，并且得到這種復合涂層力學性質非常好，跟聚乙烯纖維結合緊密，具有實際應用的前景。

圖19是制備得到結構色聚乙烯纖維的光學照片及反射光譜圖，可以看出纖維呈現明亮的藍色。相應的反射光譜在480nm處有明顯的反射峰，同樣意味著纖維的顏色是藍色。

圖20是采用連續涂覆系統制備的三種結構色纖維照片，從圖中可看出三個黑色絡筒上卷繞著顏色明顯的藍，綠，紅纖維，表明該裝置具有連續不斷且快速制備結構纖維的能力，并且使用本發明的裝置能夠使得纖維具有較好的著色效果。

綜上所述，本發明可以快速并大量的實現結構色纖維的制備，并在一定程度上實現不同光學效果的可控性。這項研究成果有助于發展一種綠色無污染、低能耗、永不褪色的纖維顯色技術，拓展在智能紡織新材料、環境監測、無油墨印刷及新型平板顯示技術等方面的潛在應用。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，并不用于限制本發明，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護范圍。