CN103882556B - 一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法 - Google Patents

一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法。本发明的复合夜光纤维其组成按质量分数计为:皮层50~75wt%、芯层25~50wt%;所述的皮层包括:发光材料、载体树脂;所述的芯层为聚烯烃树脂。皮层的载体树脂与芯层所用的树脂可以相同,也可以不同。皮层中的发光材料为蓄光型稀土长余辉发光粉,采用混炼造粒的方法将发光材料分散于载体树脂中,并形成夜光母粒;夜光母粒和聚烯烃树脂再通过熔融、皮芯复合纺丝制成夜光POY丝,然后经牵伸工艺得到夜光FDY丝。经本发明制备的具有皮芯复合结构的夜光纤维强度高、柔韧性好,纤维综合应用性能高。

Description

一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法
技术领域
本发明属于纺织纤维技术领域,具体涉及一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法。
背景技术
现代社会越来越珍视人的生命,对安全的要求越来越高,且渗透到生产和生活的各个领域,尤其是交通标识、车辆,需在夜间或黑暗环境中作业,影院舞厅等光线较暗的场所等,要求使用高能见度的产品,以防地震、火灾等突发事故造成停电导致黑暗中人员踩踏伤亡。反光带是一种很好的产品,但是,在无外来光线照射的情况下,该类产品不能发挥作用。因此,需要有能够发光的产品,即使无外来光线,在漆黑的环境中也能起到安全警示或引导的作用。夜光纤维就是一种性能较好、有广泛用途的新型功能性纤维。采用该类纤维制成的织物或绳索等可以起到安全警示作用,可广泛用于纺织服装、交通运输、航空航海、夜间作业、消防应急、日常生活及娱乐休闲等领域。
夜光纤维包括自发光纤维和蓄能型发光纤维。自发光纤维由于采用放射性发光材料(如硫化锌)而使其使用受到限制,只能在某些特殊领域使用。蓄能型夜光纤维在白天或有光的环境中,先吸收外界能量,如太阳光、灯光等,然后发生电子跃迁而发出光,在黑暗的环境中具有高能见度,这类产品如光致发光纤维、电致发光纤维等。由于蓄能型发光纤维不含放射性物质,比较安全,因此,近年来得到快速发展,尤其是稀土铝酸盐类蓄光型长余辉夜光纤维,由于其只需太阳光或灯光照射,具有节能环保、安全、亮度高、余辉时间长等优点成为研究热点。
虞国炜发明了稀土夜光纤维的制造方法(中国专利,ZL02112859.6),后来,与江南大学葛明桥等合作对稀土夜光纤维进行了推广。但是,由于稀土发光材料硬度高、粒径大,只能纺制比较粗的纤维。同时,所制备的发光纤维强度低,如夜光涤纶长丝强度约1.7cN/tex,还不到普通涤纶纤维强度的一半,而且纤维刚性大、柔韧性差,使得在后道织造过程中,容易产生毛丝、断丝等,织造难度大、效率低、生产成本高。织成的面料也手感硬、强度低,几乎失去使用价值。上述问题严重地阻碍了稀土夜光纤维的发展。经过十多年的发展,直到目前,年产销量仅10余吨。因此,迫切需要研发新型的既能保证亮度,又能提高其应用性能的夜光纤维生产技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有稀土发光材料硬度高、粒径大、强度低等缺点,提供一种具有皮芯结构的复合夜光纤维及其制造方法。经本发明制备的具有皮芯复合结构的夜光纤维强度高、柔韧性好,纤维综合应用性能高。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种具有皮芯结构的复合夜光纤维,其组成按质量分数计为:皮层50~75wt%、芯层25~50wt%;所述的皮层包括:发光材料、载体树脂;所述的芯层为聚烯烃树脂。
所述的发光材料为稀土铝酸盐发光粉、稀土硅酸盐发光粉中的一种,平均粒径为1-10μm。
所述的载体树脂为聚烯烃树脂。
所述的聚烯烃树脂为聚酯、聚酰胺、聚丙烯中的一种或多种。
一种制造如上所述的具有皮芯结构的复合夜光纤维的方法,具体为:
(1)夜光母粒的制备:将载体树脂干燥,然后加入发光材料、分散剂、热稳定剂、光稳定剂和抗氧化剂后,混合均匀,经过熔融、注带和切粒制得夜光母粒,真空干燥;
(2)夜光POY丝的制备:将聚烯烃树脂25~50wt%,和步骤(1)制得的夜光母粒50~75wt%,分别通过单螺杆挤出机熔融,然后分别通过复合喷丝板的芯部和皮层挤出,在复合纺丝机上进行纺丝,得到夜光POY丝;
(3)夜光FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光POY丝在牵伸机上进行牵伸制得夜光FDY丝。
步骤(1)中发光材料、分散剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂的用量分别为载体树脂质量的5~20%、0.01%~1%、0.01%~0.1%、0.01%~0.1%、0.01%~0.1%。
步骤(2)中所述的纺丝其温度为220~300℃,卷绕速度为300~1500m/min。
步骤(3)中所述的牵伸其热盘温度为40~110℃、加热板温度为90~180℃、牵伸倍数为1.5~5、车速为300~1200m/min。
本发明的有益效果在于:
1.由于本发明采用皮芯复合纺丝法制备夜光纤维,纤维芯层仅为树脂,没有发光材料,所以熔体纺丝性能大大改善;经本发明的方法制造的夜光纤维的强度、柔韧性得到大幅提升;同时,发光材料集中于皮层,保证了纤维的发光亮度;复合夜光纤维的综合应用性能高;
2.由于夜光纤维皮层添加高浓度发光母粒,熔体流动性差,纤维刚性比较大。故本发明在纺丝时,采用较低的纺丝速度和牵伸倍数,减小拉伸速度,保证了良好的牵伸性能;在热板中采用非接触方式,减少了机件表面对丝条表面的损伤,有助于减少毛丝、断头,确保了加工的正常进行;整个制造工艺简单易行,便于工业化生产。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明,但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
下述实施例所使用的发光材料采用市售产品,如大连路明发光科技有限公司生产的LM系列发光粉。
下述实施例所使用的载体树脂为是纺长丝级切片,例如中国石化仪征化纤股份有限公司生产的SB500型纤维级聚酯切片、中国石油化工有限公司巴陵分公司生产的PA-6纤维级聚酰胺切片、甘肃兰港石化有限公司生产的BH型丙纶切片。
其余助剂均为常规市售产品。
实施例1
一种具有皮芯结构的复合涤纶夜光纤维的制造
(1)涤纶夜光纤维纺丝用夜光母粒制备:取聚酯干燥,以聚酯质量为基准,加入以下材料:发光粉10wt%、分散剂0.1wt%、热稳定剂0.01wt%、光稳定剂0.01wt%和抗氧化剂0.01wt%,经高速配混机混合后,加入双螺杆挤出机组,经过熔融、水冷拉条和切粒制成夜光纤维纺丝用母粒,最后进行转鼓真空干燥处理;
(2)夜光涤纶POY丝制备:取经干燥的聚酯切片50wt%,步骤(1)中所得的夜光母粒50wt%,通过复合纺丝机进行纺丝,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为280、285、288、290、290℃,纺丝箱温度为290℃,卷绕速度为1200米/分。得到夜光POY丝;
(3)夜光涤纶FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光POY丝在牵伸机上进行加工,采用双区热牵伸,热盘温度为85℃,加热板温度为160℃,两段牵伸倍数分别为1.1和1.7,总的牵伸倍数为1.9,车速为1200m/min,制得夜光涤纶FDY丝。
本实施例所制得的夜光涤纶FDY丝强度达到2.5cN/tex,柔韧性好。
实施例2
一种具有皮芯结构的复合锦纶夜光纤维的制造
(1)锦纶夜光纤维纺丝用夜光母粒制备:取聚酰胺6(PA-6)切片干燥,以该原料的质量为基准,加入以下材料:发光粉15wt%、分散剂0.5wt%、热稳定剂0.03wt%、光稳定剂0.02wt%和抗氧化剂0.01wt%,经高速配混机混合后,加入双螺杆挤出机组,经过熔融、水冷拉条和切粒制成夜光纤维纺丝用母粒,最后进行转鼓真空干燥处理;
(2)夜光锦纶POY丝制备:取经真空干燥的PA-6切片40wt%,步骤(1)中所得的夜光母粒60wt%,通过复合纺丝机进行纺丝,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为210、225、235、240、245℃,纺丝箱温度为250℃,卷绕速度为1500m/min。得到夜光POY丝;
(3)夜光锦纶FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光POY丝在牵伸机上进行加工,采用双区热牵伸,热盘温度为40℃,加热板温度为180℃,两段牵伸倍数分别为3.0和1.3,总的牵伸倍数为3.9,车速为800m/min,制得夜光锦纶FDY丝。
本实施例所制得的夜光锦纶FDY丝强度为达到3.2cN/tex,柔韧性好。
实施例3
一种具有皮芯结构的复合丙纶夜光纤维的制造
(1)丙纶夜光纤维纺丝用夜光母粒制备:取聚丙烯(PP)切片干燥,并以该原料的质量为基准,加入以下材料:发光粉20wt%、分散剂1wt%、热稳定剂0.05wt%、光稳定剂0.05wt%和抗氧化剂0.03wt%,经高速配混机混合后,加入双螺杆挤出机组,经过熔融、水冷拉条和切粒制成夜光纤维纺丝用母粒,最后进行转鼓真空干燥处理;
(2)夜光丙纶POY丝制备:取经干燥的PP切片30wt%和步骤(1)中所得的夜光母粒70wt%,通过复合纺丝机进行纺丝,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为270、275、285、288、290℃,纺丝箱温度为290℃,卷绕速度为750m/min;得到夜光POY丝;
(3)夜光丙纶FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光POY丝在牵伸机上进行加工,采用双区热牵伸,热盘温度为75℃,加热板温度为120℃,两段牵伸倍数分别为3.0和1.6,总的牵伸倍数为4.8,车速为400m/min,制得夜光丙纶FDY丝。
本实施例所制得的夜光丙纶FDY丝强度为达到2.8cN/tex,柔韧性好。
实施例4
一种具有皮芯结构的复合涤锦夜光纤维的制造
(1)涤锦复合夜光纤维纺丝用夜光母粒制备:取聚酯切片干燥,并以该原料质量为基准,加入以下材料:发光粉15wt%、分散剂0.3wt%、热稳定剂0.01wt%、光稳定剂0.03wt%和抗氧化剂0.01wt%,经高速配混机混合后,加入双螺杆挤出机组,经过熔融、水冷拉条和切粒制成夜光纤维纺丝用母粒,最后进行转鼓真空干燥处理;
(2)涤锦复合发光POY丝制备:取经干燥的聚酰胺6(PA-6)切片(质量分数50%),经单螺杆挤出机挤出,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为275、285、288、288、290℃,纺丝箱温度为290℃。取步骤(1)中所得的夜光母粒(质量分数50%)通过另一单螺杆挤出机挤出,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为242、250、270、275、275℃,纺丝箱温度为288℃。两种熔体通过皮芯复合喷丝板喷出,然后进行纺丝卷绕,螺杆从Ⅰ区到Ⅴ区加热温度分别为280、285、288、290、290℃,纺丝箱温度为290℃,卷绕速度为1000米/分。得到夜光POY丝;
(3)涤锦复合发光FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光POY丝在牵伸机上进行加工,采用双区热牵伸,热盘温度为80℃,加热板温度为170℃,两段牵伸倍数分别为1.0和2.0,总的牵伸倍数为2.0,车速为800m/min,制得涤锦复合夜光FDY丝。
本实施例所制得的夜光涤锦FDY丝强度达到2.7cN/tex,柔韧性好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种具有皮芯结构的复合夜光纤维的制造方法,其特征在于:所述的复合夜光纤维其组成按质量分数计为:皮层50~75wt%、芯层25~50wt%;所述的皮层包括:发光材料、载体树脂;所述的载体树脂和芯层为聚酯、聚酰胺、聚丙烯中的一种;其制造方法具体为:
(1)夜光母粒的制备:将载体树脂干燥,然后加入发光材料、分散剂、热稳定剂、光稳定剂和抗氧化剂后,混合均匀,经过熔融、注带和切粒制得夜光母粒,真空干燥;
(2)夜光混合丝的制备:将芯层25~50wt%,和步骤(1)制得的夜光母粒50~75wt%,分别通过单螺杆挤出机熔融,然后分别通过复合喷丝板的芯部和皮层挤出,在复合纺丝机上进行纺丝,得到夜光混合丝;
(3)夜光FDY丝制备:将步骤(2)得到的夜光混合丝在牵伸机上进行牵伸制得夜光FDY丝;
步骤(2)中所述的纺丝温度为220~300℃,卷绕速度为750~1000m/min;
步骤(3)中所述的牵伸热盘温度为40~110℃、加热板温度为90~180℃、牵伸倍数为1.5~5、车速为300~1200m/min。
2.根据权利要求1所述的具有皮芯结构的复合夜光纤维的制造方法,其特征在于:所述的发光材料为稀土铝酸盐发光粉、稀土硅酸盐发光粉中的一种,平均粒径为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的具有皮芯结构的复合夜光纤维的制造方法,其特征在于:步骤(1)中发光材料、分散剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂的用量分别为载体树脂质量的5~20%、0.01%~1%、0.01%~0.1%、0.01%~0.1%、0.01%~0.1%。
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