CN107881595A - 一种发光织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发光织物，由聚合物光纤和混纺纱制成，所述聚合物光纤包括内芯层和外芯层，所述内芯层：聚对苯二甲酸丁二醇酯、ETPI、SBS、聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、芳酰基膦氧化物、2，4‑二羟基二苯甲酮；所述外芯层：甲基丙烯酸五氟丙酯、四氟乙烯、三氟丙基甲基环三硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、双苯甲酰基苯基氧化膦、α‑羟烷基苯酮、纳米二氧化硅。本发明聚合物光纤不易断裂，由其制成的发光织物具有高亮度且使用寿命长的特点。

Description

一种发光织物
本申请为分案申请，原案专利号为：201510590599.3，申请日为2015年09月10日，发明名称为：用于发光织物的聚合物光纤、发光织物及其制造方法。
技术领域
本发明属于织物制造技术领域，具体涉及一种发光织物。
背景技术
光纤发光织物是以光纤为纱线的织物，通过对光纤维进行机械破坏、激光刻痕、弯曲等处理，使其部分传导光从侧面漏出，从而形成具有发光效果的织物。聚合物光纤(polymer optical fiber，简写为POF)是由高折射率的聚合物材料为纤芯和低折射率的聚合物材料为包层所构成的光纤。制作POF主要的材料有两类：一类是聚甲基丙烯酸甲酯聚合物PMMA(Polymer Polymethylmethacrylate)；另一类是含氟聚合物(Perfluorinatedpolymer)。这些由聚合物或者是有机材料制备而成的细丝状可传导光功率的光纤传输线，具有柔韧、密度低、导光不导电且不产生热量等优势。利用聚合物侧发光光纤传导光路和表面发散光的原理，可将POF与普通纱线交织，制成POF发光织物。这种发光的织物具有柔韧性好、重量轻、使用持久安全、易于光源连接等优点，与LED织物相比，还具有不带电、耗能小不发热的优势，目前，该POF发光织物已经应用于服装、家纺、医用光疗等多个领域。
现阶段，多数光纤发光织物都是通过将PMMA/氟树脂聚合物光纤与棉纱相交织，使用一定手段对织物中的聚合物光纤进行集束处理，并将集束后的聚合物光纤与一定光源进行耦连，形成聚合物光纤发光织物。然而，由于这些聚合物光纤的弹性和抗弯刚度较差，在编织或后续使用过程中极易断裂，使用寿命不够理想，对其应用范围造成限制。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种光织物，该发光织物由聚合光纤制成，聚合物光纤不易断裂，由其制成的发光织物具有高亮度且使用寿命长的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种发光织物，其特征在于：由聚合物光纤和混纺纱制成，所述聚合物光纤包括内芯层和外芯层；其中，所述内芯层由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯4～6份、环氧化反式-1，4-聚异戊二烯2～4份、SBS 3～5份、聚丙烯酸乙酯50～60份、丙烯酸正丁酯10～15份、聚碳酸酯8～15份、甲基丙烯酰氧基硅烷5～8份、乙烯基硅烷2～3份、芳酰基膦氧化物1～2份、2，4-二羟基二苯甲酮1～2份；所述外芯层由以下重量份的原料组成：甲基丙烯酸五氟丙酯60～65份、四氟乙烯8～10份、三氟丙基甲基环三硅氧烷7～10份、乙烯基三乙氧基硅烷5～6份、甲基丙烯酰氧基硅烷5～6份、双苯甲酰基苯基氧化膦1～2份、α-羟烷基苯酮1～2份、纳米二氧化硅6～7份。
所述的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)属于聚酯系列，是由1，4-pbt丁二醇(1，4-Butylene glycol)与对苯二甲酸(PTA)或者对苯二甲酸酯(DMT)聚缩合而成，并经由混炼程序制成的乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯树脂；其主链是由每个重复单元为刚性苯环和柔性脂肪醇连接起来的饱和线性分子组成，分子的高度几何规整性和刚性部分使整个体系具有高的机械强度、突出的耐化学试剂性、耐热性和优良的电性能；且PBT分子中没有侧链，结构对称，满足紧密堆砌的要求；在整个塑料光纤的体系中PBT作为骨架提供了非常好的机械稳定性。
所述的环氧化反式-1，4-聚异戊二烯(ETPI)，是1，4反式聚异戊二烯(TPI)经环氧改性制成，使TPI中的反式结构保留下来，从而保持了TPI优良的性能，如高硬度、生热低、耐磨性能和动态疲劳性能优良的特点；另一方面，环氧化的结果，增加了TPI分子的极性，使其亲水能力加强，从而起到降低摩擦的作用；ETPI为结晶性高聚物，分子链在晶区内有序排列，其活动性降低，具有较高的耐热氧老化性能，经环氧化后合成的ETPI，仍然有部分的TPI结晶，这些微晶分布在聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯中起到物理交联的作用。
所述的SBS为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，是一种是热塑性弹性体，其加入能够显著提升大分子链段自由改变微观构象的能力，能够有效地降低聚合物材料的脆化点，从而降低丙烯酸聚合物材料在使用中发生脆裂的几率。所述的SBS为高等分子量的SBS和低等分子量的SBS组成的混合物；其中，高等分子量的SBS重均分子量为15～20万，低等分子量的SBS重均分子量为1万～2.5万；该混合物中，高等分子量的SBS的含量为20～50重量％。SBS与丙烯酸聚合物、聚碳酸酯会形成互穿网络结构穿插在聚对苯二甲酸丁二醇酯中，不仅增加聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯酸聚合物和聚碳酸酯的相容性，而且有效改善整个体系的力学性能如拉伸屈服应力、屈服伸长率等。
所述的甲基丙烯酰氧基硅烷是指同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，为上述内芯层塑料光纤合成过程中聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、ETPI、SBS的加工助剂，在加热的条件下甲基丙烯酰氧基硅烷中不饱键(-C＝C-和-C＝O-)会与聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯、ETPI、SBS的不饱和键如(-C＝C-)进行接枝反应，提高它们之间的相容性；而且甲基丙烯酰氧基硅烷中的硅烷会使整个体系具有更为优异的弹性、拉伸性能，可弯曲度。
所述的芳酰基膦氧化物、2，4-二羟基二苯甲酮为光引发剂。
所述内芯层的折射率为1.51～1.55，所述外芯层的折射率为1.43～1.46。
所述内芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加所述聚对苯二甲酸丁二醇酯、ETPI、SBS，进行搅拌5～10min；
(2)将所述聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷、芳酰基膦氧化物、2，4-二羟基二苯甲酮加入上述高速混合机，升温至80～120℃，继续搅拌10～20min，得到预混物；
(3)将所得预混物置于双螺杆挤出机中依次进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，即得内芯层的聚合物材料；所述双螺杆挤出机的共混、挤出温度为：一区170～180℃，二区180～190℃，三区190～200℃，四区200～210℃，五区210～220℃，机头210～230℃；螺杆转速：180～220r/min，喂料速度：2～10Hz，机头压力：2～10Hz。
所述外芯层制备出纳米二氧化硅改性的塑料光纤，具有抗挠曲性强、耐磨损性好、抗冲击性强的特点；外芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加所述甲基丙烯酸五氟丙酯、四氟乙烯、三氟丙基甲基环三硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、双苯甲酰基苯基氧化膦、α-羟烷基苯酮、纳米二氧化硅，进行搅拌10～20min，升温至100～110℃后，继续搅拌20～30min，得到预混料；
(2)采用单螺杆挤出机对预混料进行造粒，其造粒工艺条件如下：挤出机温度：180～280℃，切粒机转速：2～10.0Hz，喂料速度：2～10.0Hz，机头压力：5～10MPa。
将上述制备内芯层聚合物材料与外芯层聚合物材料用双机头挤出机制备本发明聚合物光纤，其制造工艺如下：
利用两台冲击式挤出机，其中一台挤出机垂直放置用于挤出内芯层，另一台挤出机水平放置用于挤出外芯层，加热后经过一个共挤模头，然后，再经过冷却、牵引、卷曲等步骤完成，聚合物光纤直径为0.3mm。
将上述制备聚合物光纤用如下方法进行编织：
取所述聚合物光纤，以及棉/腈纶85/15的混纺纱，对混纺纱进行打蜡润滑处理，降低机器与纱线间作用力对纱线的机械损伤。使用3号手摇机，机速范围设定15～100mm/s，横机机头机速为织针速度的2～3倍。
选用线密度为120～300Tex的混纺线作为经纱，上述聚合物光纤作为纬纱，采用5mm的高亮度蓝光LED灯作为光源，织机继续织造时，在织物两端留出一定长度的聚合物光纤以便进行集束、切割处理，通过连接件将聚合物光纤与上述LED光源连接耦合。所编制的聚合物光纤织物具有如下的规格参数，经密度(根·(10cm)-1)为250，纬密度(根·(10cm)-1)为150～300，厚度为0.5～0.72mm。
本发明的积极有益效果：
本发明聚合物光纤不易断裂，由其制成的发光织物具有高亮度且使用寿命长的特点。
(1)本发明所用聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的主链是由每个重复单元为刚性苯环和柔性脂肪醇连接起来的饱和线性分子组成，分子的高度几何规整性和刚性部分使整个体系具有高的机械强度、突出的耐化学试剂性、耐热性和优良的电性能；且PBT分子中没有侧链，结构对称，满足紧密堆砌的要求；在整个塑料光纤的体系中PBT作为骨架提供了非常好的机械稳定性。
(2)本发明所用环氧化反式-1，4-聚异戊二烯(ETPI)，是1，4反式聚异戊二烯(TPI)经环氧改性制成，使TPI中的反式结构保留下来，从而保持了TPI优良的性能，如高硬度、生热低、耐磨性能和动态疲劳性能优良的特点；另一方面，环氧化的结果，增加了TPI分子的极性，使其亲水能力加强，从而起到降低摩擦的作用；ETPI为结晶性高聚物，分子链在晶区内有序排列，其活动性降低，具有较高的耐热氧老化性能，经环氧化后合成的ETPI，仍然有部分的TPI结晶，这些微晶分布在聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯中起到物理交联的作用。
(3)本发明所用SBS与丙烯酸聚合物、聚碳酸酯会形成互穿网络结构穿插在聚对苯二甲酸丁二醇酯中，不仅增加聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯酸聚合物和聚碳酸酯的相容性，而且有效改善整个体系的力学性能如拉伸屈服应力、屈服伸长率等。
(4)本发明所用甲基丙烯酰氧基硅烷，在加热的条件下甲基丙烯酰氧基硅烷中不饱键(-C＝C-和-C＝O-)会与聚丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、聚碳酸酯、ETPI、SBS的不饱和键如(-C＝C-)进行接枝反应，提高它们之间的相容性；而且甲基丙烯酰氧基硅烷中的硅烷会使整个体系具有更为优异的弹性、拉伸性能，可弯曲度。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1～3为聚合物光纤内芯层材料的制备方法。
实施例1
内芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加5重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、2重量份的ETPI、3重量份的SBS，进行搅拌10min；
(2)将60重量份的聚丙烯酸乙酯、10重量份的丙烯酸正丁酯、8重量份的聚碳酸酯、8重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷、2重量份的乙烯基硅烷、1重量份的芳酰基膦氧化物、1重量份的2，4-二羟基二苯甲酮加入上述的高速混合机，升温至100℃，继续搅拌20min，得到预混物；
(3)将所得预混物置于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，即得内芯层材料，其折射率为1.53；双螺杆挤出机的共混、挤出温度为：一区180℃，二区190℃，三区200℃，四区210℃，五区220℃，机头230℃；螺杆转速220r/min，喂料速度：5Hz，机头压力：5Hz。
实施例2
内芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加6重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、4重量份的ETPI、5重量份的SBS，进行搅拌10min；
(2)将55重量份的聚丙烯酸乙酯、10重量份的丙烯酸正丁酯、10重量份的聚碳酸酯、6重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷、2重量份的乙烯基硅烷、1重量份的芳酰基膦氧化物、1重量份的2，4-二羟基二苯甲酮加入上述的高速混合机，升温至120℃，继续搅拌15min，得到预混物；
(3)将所得预混物置于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，即得内芯层材料，其折射率为1.55；双螺杆挤出机的共混、挤出温度为：一区175℃，二区180℃，三区195℃，四区200℃，五区210℃，机头210℃；螺杆转速210r/min，喂料速度：8Hz，机头压力：8Hz。
实施例3
内芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加4重量份的聚对苯二甲酸丁二醇酯、3重量份的ETPI、3重量份的SBS，进行搅拌10min；
(2)将50重量份的聚丙烯酸乙酯、15重量份的丙烯酸正丁酯、15重量份的聚碳酸酯、5重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷、3重量份的乙烯基硅烷、1重量份的芳酰基膦氧化物、2重量份的2，4-二羟基二苯甲酮加入上述的高速混合机，升温至110℃，继续搅拌20min，得到预混物；
(3)将所得预混物置于双螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出、冷却、造粒，即得内芯层材料，其折射率为1.54；双螺杆挤出机的共混、挤出温度为：一区180℃，二区185℃，三区195℃，四区210℃，五区220℃，机头220℃；螺杆转速200r/min，喂料速度：10Hz，机头压力：5Hz。
性能测试：
项目 断裂伸长率(％) 弯曲强度(MPa) 弯曲模量(MPa)
测试方法 ISO 527 ASTM D790 ASTM D790
实施例1 176.4 26.4 892
实施例2 187.3 27.5 934
实施例3 179.4 28.6 953
实施例4～5为聚合物光纤外芯层材料的制备方法。
实施例4
(1)在高速混合机里添加60重量份的甲基丙烯酸五氟丙酯、10重量份的四氟乙烯、10重量份的三氟丙基甲基环三硅氧烷、6重量份的乙烯基三乙氧基硅烷、6重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷、1重量份的双苯甲酰基苯基氧化膦、1重量份的α-羟烷基苯酮、6重量份的纳米二氧化硅，搅拌10min，升温至110℃，继续搅拌30min，得到预混料；
(2)采用单螺杆挤出机对所得预混料进行造粒，即得外芯层材料，折射率为1.45，其造粒工艺条件如下：挤出机温度：220℃，切粒机转速：5Hz，喂料速度：5Hz，机头压力：5MPa。
实施例5
(1)在高速混合机里添加65重量份的甲基丙烯酸五氟丙酯、8重量份的四氟乙烯、7重量份的三氟丙基甲基环三硅氧烷、5重量份的乙烯基三乙氧基硅烷、5重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷、2重量份的双苯甲酰基苯基氧化膦、1重量份的α-羟烷基苯酮、7重量份的纳米二氧化硅，搅拌20min，升温至100℃，继续搅拌25min，得到预混料；
(2)采用单螺杆挤出机对所得预混料进行造粒，即得外芯层材料，折射率为1.46，其造粒工艺条件如下：挤出机温度：230℃，切粒机转速：8Hz，喂料速度：8Hz，机头压力：10MPa。
实施例6
实施6为实施例1制备的内芯层材料与实施例4制备的外芯层材料制备出聚合物光纤的方法，将制备的内芯层材料与外芯层材料用双机头挤出机制备，其制造工艺如下：用两台冲击式挤出机，其中一台垂直放置，用于挤出内芯层，另一台挤出机水平放置用于挤出外芯层，加热后经过一个共挤模头，后经过冷却、牵引、卷曲等步骤完成，聚合物光纤直径为0.3mm。
实施例7～8为实施例6制备的聚合物光纤用作编织工艺。
实施例7
将上述制备聚合物光纤用如下方法进行编织：
选取上述制备的0.3mm的聚合物光纤和棉/腈纶85/15的混纺纱，在编织前对混纺纱进行打蜡润滑处理，降低机器与纱线间作用力对纱线的机械损伤。使用3号手摇机，机速范围设定50mm/s，横机机头机速为织针速度的3倍。
选用线密度为200Tex的混纺线作为经纱，上述0.3mm的聚合物光纤作为纬纱，采用5mm的高亮度蓝光LED灯作为光源，采用织机继续拧织造时，在织物两端留出一定长度的聚合物光纤以便进行集束、切割处理，通过连接件将聚合物光纤与上述LED光源连接耦合。所编制的聚合物光纤织物具有如下的规格参数，经密度(根·(10cm)-1)为250，纬密度(根·(10cm)-1)为230，厚度为0.62mm。。
实施例8
将上述制备聚合物光纤用如下方法进行编织：
选取上述制备的0.3mm的聚合物光纤和棉/腈纶85/15的混纺纱，在编织前对混纺纱进行打蜡润滑处理，降低机器与纱线间作用力对纱线的机械损伤。使用3号手摇机，机速范围设定40mm/s，横机机头机速为织针速度的2.5倍。
选用线密度为250Tex的混纺线作为经纱，上述0.3mm的聚合物光纤作为纬纱，采用5mm的高亮度蓝光LED灯作为光源，采用织机继续拧织造时，在织物两端留出一定长度的聚合物光纤以便进行集束、切割处理，通过连接件将聚合物光纤与上述LED光源连接耦合。所编制的聚合物光纤织物具有如下的规格参数，经密度(根·(10cm)-1)为250，纬密度(根·(10cm)-1)为260，厚度为0.64mm。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种发光织物，其特征在于：由聚合物光纤和混纺纱制成，所述聚合物光纤，包括内芯层和外芯层，所述内芯层由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸丁二醇酯4～6份、环氧化反式-1，4-聚异戊二烯2～4份、SBS 3～5份、聚丙烯酸乙酯50～60份、丙烯酸正丁酯10～15份、聚碳酸酯8～15份、甲基丙烯酰氧基硅烷5～8份、乙烯基硅烷2～3份、芳酰基膦氧化物1～2份、2，4-二羟基二苯甲酮1～2份；所述外芯层由以下重量份的原料组成：甲基丙烯酸五氟丙酯60～65份、四氟乙烯8～10份、三氟丙基甲基环三硅氧烷7～10份、乙烯基三乙氧基硅烷5～6份、甲基丙烯酰氧基硅烷5～6份、双苯甲酰基苯基氧化膦1～2份、α-羟烷基苯酮1～2份、纳米二氧化硅6～7份。
2.根据权利要求1所述的发光织物，其特征在于：所述SBS为高分子量的SBS和低分子量的SBS组成的混合物，其中，高分子量的SBS重均分子量为15～20万，低分子量的SBS重均分子量为1万～2.5万；该混合物中，高分子量的SBS的重量含量为20～50％。
3.根据权利要求1所述的发光织物，其特征在于：所述内芯层的折射率为1.51～1.55，所述外芯层的折射率为1.43～1.46。
4.根据权利要求1所述的发光织物，其特征在于：所述外芯层材料的制备方法包括如下步骤：
(1)在高速混合机里添加所述甲基丙烯酸五氟丙酯、四氟乙烯、三氟丙基甲基环三硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、双苯甲酰基苯基氧化膦、α-羟烷基苯酮和纳米二氧化硅，进行搅拌10～20min，升温至100～110℃后，继续搅拌20～30min，得到预混料；
(2)采用单螺杆挤出机对预混料进行造粒，其造粒工艺条件如下：挤出机温度：180～280℃，切粒机转速：2～10.0Hz，喂料速度：2～10.0Hz，机头压力：5～10MPa。
5.根据权利要求1所述的发光织物，其特征在于：所述聚合物光纤的制备方法如下：将内芯层材料与外芯层材料用双机头挤出机制备，利用两台冲击式挤出机，其中一台挤出机垂直放置用于挤出内芯层，另一台挤出机水平放置用于挤出外芯层，加热后经过一个共挤模头，然后，再经过冷却、牵引、卷曲步骤，即得。
6.根据权利要求1所述的发光织物，其特征在于：所述聚合物光纤直径为0.3mm。
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