CN103215675B - 一种皮芯结构反光复合纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种皮芯结构反光复合纤维及其制备方法，特别是涉及一种不同折射率双组份的皮芯结构的反光复合纤维及其制备方法。所述的反光复合纤维为利用复合纺丝技术制备的具有反光效果的皮芯结构的双组份复合纤维，其横截面中皮层外形为圆形，芯层的外形呈正多角星形，皮层纤维与芯层纤维紧密接触。该材料具有较强反光性、工艺简单、成本低、耐久性好、力学性能平整等优点，经编织后不仅适用于交通协管、消防安全、海上救援、矿下作业等方面的安全警示,而且具有美观、安全等特点，市场运用前景非常广阔。

Description

一种皮芯结构反光复合纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种皮芯结构反光复合纤维及其制备方法，特别是涉及一种不同折射率双组份的皮芯结构的反光复合纤维及其制备方法。

背景技术

在日常生活、生产中并不是所有人的安全意识都很强，面对不明显的安全警示不能够迅速发现，特别是在黑暗的情况下，更容易引发安全事故，造成人身、经济损失。理想的安全警示是能够在标示范围内有效引起强烈刺激，使人容易注视到危险的存在，避免事故的发生，实现社会的和谐发展。

反光材料，也称为回归反射材料或逆反射材料，包括反光膜、反光油墨、反光标线漆、反光布、反光革、反光织带和反光安全性丝织物等。其原理是在相应的材料表面上引入一种高折射率的玻璃微珠或三棱镜微晶格结构,将光线按原路反射回光源处,从而形成回归反射现象。在灯光照射下,反光材料具有比其他非反光材料醒目几百倍的视觉效果。近年来,反光材料以其独特的视觉效果被广泛应用于各类警示标志、救生标志、轻纺产品、广告等领域。

已有的这些反光材料仅是在材料表面上引入一种高折射率的玻璃微珠或三棱镜微晶格结构，制备工艺复杂，表面结构易损坏，反光元件易脱落，使用寿命短，长期使用反光效率衰减严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种皮芯结构反光复合纤维及其制备方法，特别是提供一种不同折射率双组份的皮芯结构的反光复合纤维及其制备方法，本发明基于现有反光材料的不足，运用光的全反射定理，以不同折射率材料为基体，通过材料设计、形状设计，利用复合纺丝技术制备具有反光效果的异型复合纤维。本产品具有较强反光性、工艺简单、成本低、耐久性好、力学性能平整等，可大量运用到高能见度的安全标志中，如交通标志、机动车牌照、工矿安全标志、海上救援、机场、铁路、公共设施、服装服饰、广告、国防及军事设施等场所，更能迅速地适应市场量大面广的需求，创造高度的安全价值和经济价值。

本发明的一种皮芯结构反光复合纤维，为皮芯结构的双组份复合纤维，所述皮芯结构的双组份复合纤维的横截面中，其皮层外形为圆形，其芯层的外形呈正多角星形，皮层纤维与芯层纤维紧密接触；所述的正多角星形的多角至少为五角；所述皮芯结构的双组份复合纤维的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的正多角星形为正五角形、正六角星形、正八角星形、正十角星形或正十二角星形。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮芯结构反光复合纤维的皮层的直径R₃与正多角星形的外接圆直径R₂的比值为1.1～1.3，正多角星形凹陷顶点所构成圆的直径R₁与正多角星形的外接圆直径R₂的关系满足其中 $i_c=\arcsin \frac{n_2}{n_1},$ n₁是皮层的折射率，n₂是芯层的折射率。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料为光密介质，折射率大于1.5，所述的芯层材料为光疏介质，折射率小于1.5。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料为折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，所述的芯层材料为折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率是指皮层材料的折射率为芯层材料的折射率的1.1～3倍。

本发明还提供了一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，光密介质材料作为皮，光疏介质作为芯，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正五角形、正六角星形、正八角星形、正十角星形或正十二角星形，所述喷丝孔为圆形截面。

光的全反射定理：

光束从折射率大（n₁）的介质到折射率小（n₂）的介质时，折射角大于入射角，当入射角i=i_c时，折射角r=90°，因而当入射角i≥i_c时，光线就不再折射而全部被反射，这种现象称为全反射，入射角i_c称为全反射临界角。

$i_c=\arcsin \frac{n_2}{n_1}$

皮层的折射率是n₁，为光密介质，可选PET、聚酰亚胺等结晶率低、折射率大的酯类和酰胺类材料。芯层是为折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气。i_c是皮层材料对芯层的全反射临界角。

有益效果

本发明的一种皮芯结构反光复合纤维的优点是运用光全反射定理对纤维作材料和结构设计，从而达到反光效果，避免了因表面涂覆反光元件(玻璃微珠、微三棱柱等）的反光材料，这累反光材料反光效果受反光元件脱落而急剧衰退的弊端，同时也能减少使用稀土材料为原料的发光材料的使用，减少生产成本，提倡绿色生活。

运用复合纺丝法制备反光纤维，制备所需精确结构的纤维，具有高效性、均一性，避免产品性能的不稳定性，减少因表面涂覆反光元件的工作量，生产环境干净安全。

附图说明

附图是本发明的一种皮芯结构反光复合纤维的截面结构示意图

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的一种皮芯结构反光复合纤维，为皮芯结构的双组份复合纤维，所述皮芯结构的双组份复合纤维的横截面中，其皮层外形为圆形，其芯层的外形呈正多角星形，皮层纤维与芯层纤维紧密接触，如附图所示；所述的正多角星形的多角至少为五角；所述皮芯结构的双组份复合纤维的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的正多角星形为正五角形、正六角星形、正八角星形、正十角星形或正十二角星形。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮芯结构反光复合纤维的皮层的直径R₃与正多角星形的外接圆直径R₂的比值为1.1～1.3，正多角星形凹陷顶点所构成圆的直径R₁与正多角星形的外接圆直径R₂的关系满足其中 $i_c=\arcsin \frac{n_2}{n_1},$ n₁是皮层的折射率，n₂是芯层的折射率。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料为光密介质，折射率大于1.5，所述的芯层材料为光疏介质，折射率小于1.5。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料为折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，所述的芯层材料为折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气。

如上所述的一种皮芯结构反光复合纤维，所述的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率是指皮层材料的折射率为芯层材料的折射率的1.1～3倍。

实施例1

一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，聚酰亚胺（折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，请具体物质）作为皮层材料，空气（折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气，请具体物质）作为芯层材料，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正五角形，所述喷丝孔为圆形截面。

实施例2

一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，聚碳酸酯（折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，请具体物质）作为皮层材料，（折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气，请具体物质）聚偏氟乙烯作为芯层材料，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正六角星形，所述喷丝孔为圆形截面。

实施例3

一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，聚乙烯基咔唑（折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，请具体物质）作为皮层材料，（折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气，请具体物质）聚丙烯酸丁酯作为芯层材料，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正八角星形，所述喷丝孔为圆形截面。

实施例4

一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，（折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，请具体物质）聚二甲基对亚苯基作为皮层材料，（折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气，请具体物质）聚甲基-1-戊烯作为芯层材料，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正十角星形，所述喷丝孔为圆形截面。

实施例5

一种反光复合纤维的制备方法，采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，（折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，请具体物质）聚对苯二甲酸乙二酯作为皮层材料，（折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气，请具体物质）聚丙烯作为芯层材料，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300°C，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝。

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正十二角星形，所述喷丝孔为圆形截面。

Claims (6)

1.一种皮芯结构反光复合纤维，其特征是：所述的反光复合纤维为皮芯结构的双组份复合纤维，所述皮芯结构的双组份复合纤维的横截面中，其皮层外形为圆形，其芯层的外形呈正多角星形，皮层纤维与芯层纤维紧密接触；所述的正多角星形的多角至少为五角；所述皮芯结构的双组份复合纤维的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率；所述的皮芯结构反光复合纤维的皮层的直径R₃与正多角星形的外接圆直径R₂的比值为1.1～1.3，，正多角星形凹陷顶点所构成圆的直径R₁与正多角星形的外接圆直径R₂的关系满足其中 $i_c=\arcsin \frac{n_2}{n_1},$ n₁是皮层的折射率，n₂是芯层的折射率。

2.根据权利要求1所述的一种皮芯结构反光复合纤维，其特征在于，所述的正多角星形为正五角形、正六角星形、正八角星形、正十角星形或正十二角星形。

3.根据权利要求1所述的一种皮芯结构反光复合纤维，其特征在于，所述的皮层材料为光密介质，折射率大于1.5，所述的芯层材料为光疏介质，折射率小于1.5。

4.根据权利要求3所述的一种皮芯结构反光复合纤维，其特征在于，所述的皮层材料为折射率大于1.5的聚酯或聚酰胺类材料，所述的芯层材料为折射率小于1.5的聚酯或聚烯烃类材料或空气。

5.根据权利要求1所述的一种皮芯结构反光复合纤维，其特征在于，所述的皮层材料的折射率大于芯层材料的折射率是指皮层材料的折射率为芯层材料的折射率的1.1～3倍。

6.一种如权利要求1～5中所述的任一项反光复合纤维的制备方法，其特征是：采用复合纺丝工艺，喷丝组件为皮芯型复合纺丝组件，光密介质材料作为皮，光疏介质作为芯，分别经熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中在喷丝孔处汇合，并挤出喷丝孔，纤维经冷却、上油后卷绕，纺丝温度230-300℃，卷绕速度为500-3200m/min，卷绕丝经拉伸得到成品丝；

所述的喷丝组件属双层孔结构的皮芯型复合纺丝组件，其中，上层分配板中心孔的截面为正五角形、正六角星形、正八角星形、正十角星形或正十二角星形，所述喷丝孔为圆形截面。