皮芯蓄光纤维及其制造方法和应用 【技术领域】
本发明涉及材料领域，具体涉及一种皮芯蓄光纤维制造方法和应用。
背景技术
随着社会的发展，安全问题越来越被人们重视，国家规定在一些大型的公共场合(如地铁、剧场、轮船等)都应设立警示标志，以便在事故发生时能根据警示标志快速逃生和救援，蓄光纤维做成的安全标志和特种服装能使发生事故时，最大限度减少人员伤亡和财产损失，它被广泛应用于消防、矿井、野外、地铁、剧场、轮船等场合。蓄光纤维还应用于服装、玩具、装饰材料领域；蓄光纤维还可作为防伪材料，广泛用于商标、证件、票据等防伪领域。目前使用的蓄光纤维是共混蓄光纤维，该纤维加工困难，纤维的物理性能较差。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种皮芯蓄光纤维及其制造方法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷，满足有关领域的需要。
本发明公开的皮芯蓄光纤维由芯层和皮层构成，其中芯层为蓄光混合物或高聚物，皮层为高聚物或蓄光混合物，当芯层为蓄光混合物时，皮层为高聚物；当芯层为高聚物时，皮层为蓄光混合物；皮层和芯层的高聚物可以是同类高聚物，也可以是不同类高聚物。
所述的蓄光混合物的重量百分比含量包括：
蓄光化合物 1-12％
高聚物 88～99％
偶联剂 0～3％
分散剂 0～3％
所述的蓄光化合物为碱土金属铝酸盐，其结构通式为：A:B，其中：A代表SrAl2O4或Sr4Al2O25，B代表Eu2+或Dy3+；
所说的高聚物选自聚稀烃类、聚酯类或聚酰胺类中的一种或其混合物，优选聚丙烯、聚酯或聚酰胺中的一种；
所述偶联剂为钛酸酯类(如NDZ-101)、硅烷类(如KH-550)及铝酸酯类(如DL-411)，优选的钛酸酯包括NDZ-101、NDZ-201、NDZ-401、KR-38S、KR-9、KR-44的钛酸酯，优选地硅烷包括KH-550、KH-560、KH-570、KH-590、KH-840、A-1160、A-1120、A-186、A-134或A150中的一种，优选的铝酸酯包括DL-411A、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF、中的一种。
所述分散剂包括聚乙烯蜡、醋酸乙烯共聚物、聚乙二醇或硬脂酸(十八烷酸)或硬脂酰胺的脂肪酸中的一种；
皮芯复合比为：3～7∶7～3，体积比。
上述皮芯蓄光纤维的制备包括下列步骤：
(1)蓄光母粒的制备：将所说的偶联剂溶解于有机溶剂中，优选的重量浓度为0.3～2％，将碱土金属铝酸盐、高聚物和分散剂按1∶1.5∶0.03～1∶9∶0.03的重量比通过捏和机捏和，将含有偶联剂的有机溶剂剂以雾状形式喷入捏和机内，使之和蓄光化合物及高聚物混合，由螺杆挤出机熔融、共混挤出、冷却、切粒得到含蓄光化合物10～40％的蓄光母粒；
所说的有机溶剂包括丙酮或酒精中的一种；
(2)纺丝原料制备：将蓄光母粒与所说的高聚物混合，得到蓄光混合物，母粒中的高聚物和混入高聚物是同一类高聚物。
(3)纺丝：纺丝设备为双螺杆纺丝机，喷丝组件为皮芯型结构。纺丝时首先将蓄光混合物作为皮(或芯)，高聚物作为芯(或皮)，分别进入两个螺杆熔融挤压、计量，再进入同一皮芯喷丝组件，两种熔体在组件中各走各的路，一直到喷丝孔处汇合。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，拉伸条件：热盘温度70-100℃；热板温度100-180℃；拉伸倍数1.2-5倍。
本发明所获得的皮芯蓄光纤维可用于安全领域，服装服饰、玩具领域，装饰材料领域，防伪领域。
采用复丝强力仪(SQ-1)对本发明的产品进行检测，结果表明：皮芯蓄光纤维的强度优于共混蓄光纤维，由此可见，本发明公开皮芯蓄光纤维与现有的共混蓄光纤维相比，具有下述显著优点。
(1)皮芯蓄光纤维可纺性明显优于现有的共混蓄光纤维
(2)皮芯蓄光纤维的力学性能优于共混蓄光纤维。
(3)皮芯蓄光纤维不受使用环境的影响。
(4)芯层含蓄光化合物的皮芯蓄光纤维卫生安全优于共混蓄光纤维。
【附图说明】
图1为皮芯蓄光纤维结构示意图。
【具体实施方式】
实施例1
高聚物为聚丙烯，蓄光化合物为碱土金属铝酸盐SrAl2O4并添加Eu2+和Dy3+元素，偶联剂钛酸酯NDZ-101，分散剂聚乙烯蜡。
蓄光母粒制备：将偶联剂溶解于丙酮溶剂，将碱土金属铝酸盐、聚丙烯和聚乙烯蜡按40∶56∶2(重量比)通过高速捏和机捏和，并将含有2％偶联剂的丙酮溶剂以雾状形式喷入捏和机内，使之和蓄光化合物及高聚物混合。由螺杆挤出机熔融、共混挤出、冷却、切粒得到含蓄光化合物40％的蓄光母粒。
纺丝：将含40％的蓄光化合物的母粒和聚丙烯混合，配成含4％蓄光化合物的共混物。将纯聚丙烯和含有4％蓄光化合物的混合物通过两根螺杆分别熔融，计量进入皮芯喷丝组件，在皮芯喷丝组件的喷丝板处汇合。通过喷丝孔喷出，经过冷却、上油、卷绕得到皮芯聚丙烯蓄光纤维。如图1所示，芯层1为聚丙烯，皮层2是含4％的蓄光化合物聚丙烯，纺丝温度250℃，纺丝速度1500m/min；皮芯复合比为50∶50(体积比)。拉伸条件：热盘70℃，热板100℃，拉伸倍数4倍。
纤维的力学性能测试，用复丝强力仪(SQ-1)；蓄光强度测试，用LS-100亮度计和D65标准光源，在照度1000LX、激发10min。
纤维强度≥3.0CN/dtex纤维伸长≥25％初始发光强度≥660mcd/m2
实施例2
高聚物：聚酯、PBT，蓄光化合物：碱土金属铝酸盐SrAl2O4并添加Eu2+和Dy3+元素，偶联剂铝酸酯DL-411，分散剂聚乙二醇。
蓄光母粒制备：将偶联剂DL-411和丙酮按1∶1比例溶解，蓄光化合物、高聚物PBT、聚乙二醇按40∶56∶2的比例在高速捏和机中捏和。同时喷入雾状含2％偶联剂的丙酮溶液，捏和后的共混物通过螺杆挤出机熔融、共混挤出、冷却、切粒得到含蓄光化合物40％的蓄光母粒。
纺丝：将含40％的蓄光化合物的母粒加入PET配成含蓄光化合物5％的共混物，将PET和含5％蓄光化合物的共混物通过两根螺杆分别熔融，计量进入皮芯喷丝组件，并在喷丝板处汇合，通过喷丝孔喷出，经过冷却、上油、卷绕得到皮芯PET蓄光纤维。该纤维的皮层是含5％蓄光化合物的PET，芯层是纯PET，纺丝温度285℃，纺丝速度2800m/min，拉伸条件：热盘温度80℃，热板温度165℃，拉伸倍数：1.5-2倍。皮芯复合比50∶50(体积比)。
纤维的力学性能测试，用复丝强力仪(SQ-1)；蓄光强度测试，用LS-100亮度计和D65标准光源，在照度1000LX、激发10min。
纤维强度≥2.8CN/dtex纤维伸长≥10％初始发光强度≥700mcd/m2
实施例3
高聚物：聚酰胺，蓄光化合物：碱土金属铝酸类SrAl2O4并添加Eu2+和Dy3+元素，偶联剂钛酸酯NDZ-101
母粒制备：将偶联剂NDZ-101和酒精按1∶1混合，将蓄光化合物和聚酰胺按40∶58重量比通过高速捏和机捏和，在捏和过程中喷入雾状含2％偶联剂的酒精溶液，将其共混物通过螺杆挤出机熔融，共混挤出、冷却、切粒得到含40％聚酰胺蓄光母粒。
纺丝：在聚酰胺加入蓄光母粒，使之混合物中含8％蓄光化合物；将聚酰胺和含8％蓄光化合物共混物通过两根螺杆分别熔融、计量，进入皮芯喷丝组件，在喷丝板处汇合，通过喷丝板喷出，经过冷却、上油、卷绕得到皮芯聚酰胺蓄光纤维，该纤维的芯层是含8％的蓄光化合物聚酰胺，皮层是纯聚酰胺，纺丝温度250-300℃，纺丝速度1500m/min，拉伸条件：热盘温度100℃，热板温度140℃，拉伸倍数：3倍。皮芯复合比50∶50(体积比)。
纤维的力学性能测试，用复丝强力仪(SQ-1)；蓄光强度测试，用LS-100亮度计和D65标准光源，在照度1000LX、激发10min。
纤维强度≥2.5CN/dtex纤维伸长≥10％初始发光强度≥800mcd/m2
实施例4
高聚物：聚酯、聚丙烯，蓄光化合物：碱土金属铝酸盐SrAl2O4并添加Eu2+和Dy3+元素，偶联剂钛酸酯NDZ-101。
蓄光母粒制备：将偶联剂和丙酮按1∶1比例溶解，蓄光化合物、高聚物PP按40∶58的比例在高速捏和机中捏和。同时喷入雾状含2％偶联剂的丙酮溶液，捏和后的共混物通过螺杆挤出机熔融、共混挤出、冷却、切粒得到含蓄光化合物40％的聚丙烯蓄光母粒。
纺丝：将含40％的蓄光化合物的母粒加入PP配成含蓄光化合物5％的共混物，将PET和含5％蓄光化合物的共混物通过两根螺杆分别熔融，计量进入皮芯喷丝组件，并在喷丝板处汇合，通过喷丝孔喷出，经过冷却、上油、卷绕得到皮芯蓄光纤维。该纤维的皮层是PET，芯层是含5％蓄光化合物的PP，纺丝温度230℃，纺丝速度2800m/min，拉伸条件：热盘温度70℃，热板温度150℃，拉伸倍数：1.5倍。皮芯复合比50∶50(体积比)。
纤维的力学性能测试，用复丝强力仪(SQ-1)；蓄光强度测试，用LS-100亮度计和D65标准光源，在照度1000LX、激发10min。
纤维强度≥3.0CN/dtex纤维伸长≥15％初始发光强度≥700mcd/m2