CN114990753A - 一种发光变色纤维及其一步成型制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光变色纤维及其一步成型制备方法，将第一热塑性弹性体聚合物和第一电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第一发光浆料；将第二热塑性弹性体聚合物和第二电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第二发光浆料；在同轴通道模头中预先置入双导电纤维，所述双导电纤维包括两根平行排列的第一导电纤维和第二导电纤维，将第一导电纤维和第二导电纤维以及第一发光浆料和第二发光浆料同步拉出，在双导电纤维的外侧依次涂覆第一发光浆料和第二发光浆料，经过在线风冷、收卷即得到发光变色纤维。本发明可通过同轴通道模头控制负载双发光活性层，而且不使用任何溶剂，绿色环保，通过一步成型工艺简单快捷地完成连续规模化制备。

Description

一种发光变色纤维及其一步成型制备方法
技术领域
本发明属于可穿戴智能服饰技术领域，涉及一种发光变色纤维及其一步成型制备方法。
背景技术
随着可穿戴设备等柔性电子器件的迅猛发展，传统的刚性发光器件已经无法满足柔性和便捷性要求。人们对发光器件提出了更高的要求，希望器件在保持柔性的同时，也具有优异的稳定性以及丰富的功能应用。
为了拓宽器件的发光颜色，一方面可通过简单的物理共混不同特性发光粉，并调控不同的混合比例，得到混合颜色的发光器件，或者引入光转换层如红色荧光染料，并调节其含量实现不同颜色的发光。但通过这些方法实现的变色，本质上是一个非实时且静态的过程，难以实现实时调控单个发光器件的多种发光颜色的动态变化。另一方面，具有双色叠层结构的交流电致发光平面器件为多色交流电致发光器件提供了新思路，但是在可穿戴实际应用中，二维薄膜的结构使其难以应对剪切、扭转等复杂形变，出现器件性能衰减甚至失效，此外，薄膜器件在穿戴中不透气，难以满足长期使用的舒适性需求。因此，亟需跳出平面薄膜器件结构，发展柔软、透气、适应复杂三维形变的纤维状发光变色器件。
在制备工艺方面，目前发光纤维的制备多采用溶液法，不可避免地会出现不容易负载活性材料层和使用有毒有害溶剂等问题。更为重要的是，溶液法往往需要多步涂覆工艺才能得到功能器件，步骤繁琐，生产效率低，不利于规模化制备。因此，需要发展生产效率高和应用范围广的新型设备来制备发光变色纤维。
发明内容
本发明是提供一种发光变色纤维及其一步成型制备方法，以克服目前发光变色纤维的制备主要采用多步溶液涂覆法，其工艺繁琐复杂，采用有毒有害有机溶剂等问题，本发明可通过同轴通道模头控制负载双发光活性层，而且不使用任何溶剂，真正体现了绿色环保理念，通过一步成型工艺简单快捷地完成连续规模化制备。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种发光变色纤维的一步成型制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将第一热塑性弹性体聚合物和第一电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第一发光浆料；将第二热塑性弹性体聚合物和第二电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第二发光浆料；
步骤二：在同轴通道模头中预先置入双导电纤维，所述双导电纤维包括两根平行排列的第一导电纤维和第二导电纤维，将第一导电纤维和第二导电纤维以及第一发光浆料和第二发光浆料同步拉出，在双导电纤维的外侧依次涂覆第一发光浆料和第二发光浆料，分别形成第一活性层和第二活性层，经过在线风冷、收卷即得到发光变色纤维。
进一步地，所述第一热塑性弹性体聚合物和第二热塑性弹性体聚合物采用固态树脂，具体为苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、含氟弹性体、二烯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体和聚氨酯类热塑性弹性体中的一种。
进一步地，所述第一热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为10-25，第一热塑性弹性体聚合物在第一发光浆料中的占比为50wt％-80wt％。
进一步地，所述第二热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为1-10，第二热塑性弹性体聚合物在第二发光浆料中的占比为50wt％-80wt％。
进一步地，所述第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料采用掺杂硫化锌型电致发光材料，具体为ZnS:Mn、ZnS:Cl、ZnS:Cu、ZnS:Sm、ZnS:Tm、ZnS:Cu,Cl和ZnS:Mn,Cu,Cl中的一种。
进一步地，所述第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料的粒径为20μm-40μm。
进一步地，步骤一中物理熔融共混的时间为10min-20min。
进一步地，所述第一导电纤维和第二导电纤维采用金属导电纤维、镀金属粒子化学纤维和导电聚合物复合纤维中的一种；
所述第一导电纤维和第二导电纤维的直径为50μm-150μm；所述第一导电纤维和第二导电纤维的电导率为10-3S/cm-60S/cm。
进一步地，所述风冷温度为10℃-25℃，风冷速度为5L/min-20L/min；所述收卷速度为5m/min-10m/min，所述第一活性层和第二活性层的厚度分别为20μm-60μm。
一种发光变色纤维，采用上述的一步成型制备方法制得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用同轴通道模头，可同步将第一发光浆料和第二发光浆料依次涂覆在双导电纤维的外侧，以此并行策略来一步成型制备发光变色纤维。首先在熔融挤出设备中将不同热塑性弹性体聚合物材料和不同电致发光活性材料于不同通道内物理熔融共混形成不同发光活性浆料，然后把预先置入同轴通道模头的两根平行导电纤维和不同发光活性浆料同步拉伸，实现均匀包覆，同时采用风冷或水冷等方式使发光变色纤维成型并收集。此工艺通过同轴通道模头的设计可控负载双发光活性层，而且不使用任何溶剂，真正体现了绿色环保理念，通过一步成型工艺简单快捷地完成器件的连续规模化制备。本发明所制备的发光变色纤维柔软可编织，为可穿戴智能服饰技术领域带来了新产品和新概念，具有很高的应用前景，也有望为可穿戴智能服饰技术领域带来意想不到的新技术。
进一步地，本发明的发光变色纤维能够通过发光粉种类、发光粉含量、活性层厚度、电压和频率的改变显示出不同颜色以及不同色域范围，具有优异的变色性能；直径可控，柔软质轻，适应多种形式的织造，在功能服饰和智能家居领域具有广阔的应用前景。
进一步地，本发明的工艺是通过设备组装与改造、变色纤维结构调整来实现了发光变色纤维的一步成型制备，而且该技术简单、高效，条件温和，成本低，绿色经济环保，适合工业化生产。
附图说明
图1为发光变色纤维结构示意图；
图2为一步法制备发光变色纤维示意图。
其中，1、第一导电纤维；2、第二导电纤维；3、第一发光活性层；4、第二发光活性层；5、挤出机；6、第一加料口；7、第二加料口；8、放卷机；9、双导电纤维；10、同轴通道模头；11、发光变色纤维；12、收卷机；13、冷却机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明提供的发光变色纤维如图1所示，包括：(1)双导电纤维9，包括第一导线纤维1和第二导线纤维2，其作为纤维基底电极；(2)双发光聚合物活性层，包括位于双导电纤维9外侧的第一发光活性层3，以及位于第一发光活性层3外侧的第二发光活性层4。
本发明还提出了发光变色纤维的一步成型制备方法，具体步骤如下：
(1)共混不同颜色的发光粉：将第一热塑性弹性体聚合物和第一电致发光活性材料以及第二热塑性弹性体聚合物和第二电致发光活性材料在双螺杆挤出设备中物理熔融共混10min-20min，得到第一发光浆料和第二发光浆料。
其中，第一热塑性弹性体聚合物和第二热塑性弹性体聚合物属于固态树脂，包括但不限于苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、含氟弹性体、二烯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、聚氨酯类热塑性弹性体等；所述第一热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为10-25，第一热塑性弹性体聚合物在第一发光浆料中的占比为50wt％-80wt％；所述第二热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为1-10，第二热塑性弹性体聚合物在第二发光浆料中的占比为50wt％-80wt％；第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料属于掺杂硫化锌型电致发光材料，包括但不限于ZnS:Mn、ZnS:Cl、ZnS:Cu、ZnS:Sm、ZnS:Tm、ZnS:Cu,Cl、ZnS:Mn,Cu,Cl等相关材料，第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料的粒径为20μm-40μm。
(2)一步成型发光变色纤维，如图2：在同轴通道模头10中通过放卷机8预先置入两根平行排列的第一导线纤维1和第二导线纤维2，同轴通道模头10上连接有挤出机5，挤出机5上设置有用于添加第一发光浆料和第二发光浆料的第一加料口6和第二加料口7，然后将第一导线纤维1和第二导线纤维2以及第一发光浆料和第二发光浆料同步拉出，在双导电纤维的外侧依次涂覆第一发光浆料和第二发光浆料，分别形成第一活性层和第二活性层，经过冷却机13在线风冷、收卷机12收卷即得到发光变色纤维11。
其中，第一导电纤维和第二导电纤维的种类包括金属导电纤维、镀金属粒子化学纤维、导电聚合物复合纤维中的一种或多种；第一导电纤维和第二导电纤维的直径为50μm-150μm；所述第一导电纤维和第二导电纤维的电导率为1S/cm-60S/cm；所述风冷温度为10℃-25℃，风冷速度为5L/min-20L/min；所述收卷速度为5m/min-10m/min，所述第一活性层和第二活性层的厚度分别为20μm-60μm。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明：
以下实施例中使用的原料均为外购原料。
实施例1
第一步：开启共混装置，在室温25℃下，将50g ZnS:Cl发光粉(粒径20μm)和50g聚偏氟树脂(介电常数25)加入到第一加料口，40g ZnS:Mn发光粉(粒径40μm)和60g聚氨酯树脂(介电常数1)加入到第二加料口，分别在300℃和180℃加热，物理熔融共混10min，得到分散均匀的第一发光浆料和第二发光浆料。
第二步：开启卷绕机和风冷机，利用同轴通道模头将第一发光浆料和第二发光浆料以5m/min的收卷速度均匀涂覆在两根平行排列的铜丝纤维(直径50μm，电导率60S/cm)表面，然后以15℃的风冷温度，5L/min的风冷速度在线冷却，最后收集并卷绕在线轴上，两活性层厚度分别控制在20μm左右，得到发光变色纤维。所制得变色纤维，在两电极之间施加2千赫兹，将正弦交流电压逐渐从60V增加到150V，实现从橙光到绿光的变色范围。利用同轴通道模头设计实现双活性层厚度的精细控制，发光变色纤维在弯折，耐摩擦测试下依然能够实现良好的变色效果以及保持稳定工作。
实施例2
第一步：开启共混装置，在室温25℃下，将40g ZnS:Cu发光粉(粒径30μm)和60g聚四氟乙烯树脂(介电常数10)加入到第一加料口，50g ZnS:Mn发光粉(粒径30μm)和50g苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物树脂(介电常数5)加入到第二加料口，分别在250℃和250℃加热，物理熔融共混15min，得到分散均匀的第一发光浆料和第二发光浆料。
第二步：开启卷绕机和风冷机，利用同轴通道模头将第一发光浆料和第二发光浆料以10m/min的收卷速度均匀涂覆在两根平行排列的镀银芳纶纤维(直径100μm，电导率2S/cm)表面，然后以10℃的风冷温度，10L/min的风冷速度在线冷却，最后收集并卷绕在线轴上，两活性层厚度分别控制在40μm和30μm左右，得到发光变色纤维。所制得变色纤维，在两电极之间施加2千赫兹，将正弦交流电压逐渐从60V增加到150V，实现从橙光到蓝光的变色范围。利用同轴通道模头设计实现双活性层厚度的精细控制，发光变色纤维在弯折，耐摩擦测试下依然能够实现良好的变色效果以及保持稳定工作。
实施例3
第一步：开启共混装置，在室温25℃下，将20g ZnS:Cu,Cl发光粉(粒径40μm)和80g聚醚嵌段酰胺树脂(介电常数20)加入到第一加料口，20gZnS:Mn,Cu,Cl发光粉(粒径20μm)和80g苯乙烯嵌段共聚物(介电常数10)分别加入到第二加料口，分别在180℃和300℃加热，物理熔融共混20min，得到分散均匀的第一发光浆料和第二发光浆料。
第二步：开启卷绕机和风冷机，利用同轴通道模头将第一发光浆料和第二发光浆料以8m/min的收卷速度均匀涂覆在两根平行排列的不锈钢纤维(直径150μm，电导率8S/cm)表面，然后以25℃的风冷温度，20L/min的风冷速度在线冷却，最后收集并卷绕在线轴上，两活性层厚度分别控制在60μm和60μm左右，得到发光变色纤维。所制得变色纤维，在两电极之间施加2千赫兹，将正弦交流电压逐渐从60V增加到150V，实现从蓝光到绿光的变色范围。利用同轴通道模头设计实现双活性层厚度的精细控制，发光变色纤维在弯折，耐摩擦测试下依然能够实现良好的变色效果以及保持稳定工作。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将第一热塑性弹性体聚合物和第一电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第一发光浆料；将第二热塑性弹性体聚合物和第二电致发光活性材料进行物理熔融共混，得到第二发光浆料；
步骤二：在同轴通道模头中预先置入双导电纤维，所述双导电纤维包括两根平行排列的第一导电纤维和第二导电纤维，将第一导电纤维和第二导电纤维以及第一发光浆料和第二发光浆料同步拉出，在双导电纤维的外侧依次涂覆第一发光浆料和第二发光浆料，分别形成第一活性层和第二活性层，经过在线风冷、收卷即得到发光变色纤维。
2.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第一热塑性弹性体聚合物和第二热塑性弹性体聚合物采用固态树脂，具体为苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、含氟弹性体、二烯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体和聚氨酯类热塑性弹性体中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第一热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为10-25，第一热塑性弹性体聚合物在第一发光浆料中的占比为50wt％-80wt％。
4.根据权利要求2所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第二热塑性弹性体聚合物的熔融温度为180-300℃，介电常数为1-10，第二热塑性弹性体聚合物在第二发光浆料中的占比为50wt％-80wt％。
5.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料采用掺杂硫化锌型电致发光材料，具体为ZnS:Mn、ZnS:Cl、ZnS:Cu、ZnS:Sm、ZnS:Tm、ZnS:Cu,Cl和ZnS:Mn,Cu,Cl中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第一电致发光活性材料和第二电致发光活性材料的粒径为20μm-40μm。
7.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，步骤一中物理熔融共混的时间为10min-20min。
8.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述第一导电纤维和第二导电纤维采用金属导电纤维、镀金属粒子化学纤维和导电聚合物复合纤维中的一种；
所述第一导电纤维和第二导电纤维的直径为50μm-150μm；所述第一导电纤维和第二导电纤维的电导率为10-3S/cm-60S/cm。
9.根据权利要求1所述的一种发光变色纤维的一步成型制备方法，其特征在于，所述风冷温度为10℃-25℃，风冷速度为5L/min-20L/min；所述收卷速度为5m/min-10m/min，所述第一活性层和第二活性层的厚度分别为20μm-60μm。
10.一种发光变色纤维，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一步成型制备方法制得。
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