一种核壳型复合荧光纤维的制备方法及应用与流程

1.本发明属于复合纤维丝表面包覆技术领域，更具体地，涉及一种核壳型复合荧光纤维的制备方法及应用。


背景技术：

2.现有的荧光纤维多为将荧光颗粒掺杂或与复合纤维共混，其荧光效果不能满足更多应用场景的需求，且对材料会有所限制。
3.复合纤维丝表面包覆方法多为浸泡刮擦法，然而通过浸泡刮擦法制得的聚合物复合纤维存在表面包覆不够均匀，且柔性效果不佳，易脆断等问题。通过静电纺丝法可以制备直径范围从几纳米至几微米的纤维，形成的纤维具有突出的尺度效应和表/界面效应，制备得到的复合材料具有良好的柔性效果。然而普通的静电纺丝工艺中，核心的复合纤维在接收过程中多为固定式，同样会导致核心的复合纤维束表面包覆不均匀。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对以上不足，提供一种核壳型复合荧光纤维的制备方法，其流程简单，易操作，得到的复合荧光纤维材料包覆均匀，具有显著的荧光强度和优良的柔性效果，可应用于玻璃纤维、纱线、金属丝、细棍等细丝及条状物的表面包覆。
5.为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
6.一种核壳型复合荧光纤维的制备方法，该方法包括以下步骤：
7.将荧光聚合物、有机溶剂和挥发性调节溶剂混合，震荡至荧光聚合物充分溶解，配置得到聚合物溶液；
8.将聚合物溶液作为纺丝液进行静电纺丝，用核心纤维束进行接收，在核心纤维束表面形成包覆膜，所述核心纤维束在接收过程中保持转动状态，同时在其转动的轴心方向左右移动。
9.优选的，所述荧光聚合物为含芘的聚酰亚胺，含芴的聚酰亚胺、含萘的聚酰亚胺、含芘的聚芳醚，含芴的聚芳醚或含萘的聚芳醚中的一种。
10.优选的，所述聚合物溶液的浓度为8wt％～25wt％，优选配制的聚合物溶液的浓度为18wt％。
11.优选的，所述有机溶剂和挥发性调节溶剂的体积比为7:3～9:1。所述有机溶剂可以使用dmac、dmf或chcl3，所述挥发性调节溶剂可以使用nmp、乙醇、丙酮或chcl2。
12.优选的，所述核心纤维束可以使用玻璃纤维束。
13.优选的，所述静电纺丝工艺为：纺丝电压12～14kv，喷口孔径0.5mm，接收距离15～20cm，纺丝液1～5ml，纺丝液推进速度2～5ml/h，室温，空气相对湿度25％～50％。
14.优选的，通过调节静电纺丝的工艺及纺丝液浓度，可以控制纺丝纤维的形态，使用浓度为11wt％～25wt％的聚合物溶液进行静电纺丝时，会形成长纤维，使用浓度为6wt％～10wt％的聚合物溶液进行静电纺丝时，纺丝形成的多为短纤维。
15.优选的，本发明可以采用配置有可拆卸的移动转板和多丝固定旋转圆盘的可调速接收装置，根据所需接收方法进行替换，当接收长纤维时，使用单轴自转法，即将单束核心纤维两端固定于接收转装置，以单束核心纤维自身为轴自转进行接收；当接收短纤维时，使用多丝固定旋转法，即将多根单束核心纤维固定于接收装置的圆盘四周，以圆盘圆心为轴，通过转动圆盘带动固定的核心纤维束进行接收，实现更高效的生产。
16.优选的，若使用浓溶液纺丝纤维包覆，吸取纺丝液1ml；若使用稀溶液纺丝纤维包覆，吸取纺丝液3ml，避免包覆层的厚度过厚。
17.优选的，本发明所述核心纤维束的转动速度可调范围为50～200r/min，移动速度可调范围为5～15m/h。
18.优选的，所述核心纤维束的直径为200～300μm，所述包覆膜的厚度为100～150μm。
19.本发明还提供了上述核壳型复合荧光纤维在荧光防伪、柔性成像或智能可穿戴设备中的应用。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
21.(1)本发明提供的核壳型复合荧光纤维的制备方法能够在其核心纤维束的各个方向均匀包覆，且流程简单，易于操作，该方法可应用于玻璃纤维、纱线、金属丝、细棍等细丝及条状物的表面包覆。
22.(2)本发明所述的制备方法能够根据不同的需求，通过调节静电纺丝的工艺及纺丝液浓度，控制纺丝纤维的形态，针对不同的纤维形态，采用不同的接收方法，既有利于纤维包覆又能提高生产效率。
23.(3)本发明所述方法制备的核壳型复合荧光纤维，具有良好的包覆性，表面纤维缠绕均匀，排列随机，具有显著的荧光强度和优良的柔性效果，应用范围更加广泛。
附图说明
24.图1为本发明所述的制备含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的工艺流程图。
25.图2是本发明实施例1所制备的含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的表面sem图；
26.图3是本发明实施例1所制备的含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的截面sem图；
27.图4是本发明实施例2所制备的含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的荧光发射光谱；
28.图5是本发明实施例3所制备的含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的tga图谱；
29.图6是纯玻璃纤维和本发明实施例1所制备的含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维分别在日常光照射及紫外光照射下的对比图。
具体实施方式
30.下面将结合具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
31.以下为实施例中所用到的原料或药品：
32.含芘聚酰亚胺：参照专利201910686570.3制备得到。
33.dmac：化学纯；上海凌峰化学试剂有限公司。
34.乙醇：分析纯；国药集团化学试剂有限公司。
35.玻璃纤维：单根纤维直径12微米，长55厘米；上海道冠橡塑五金有限公司。
36.实施例1
37.一种核壳型含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的制备，其基本步骤如下：
38.(1)在反应瓶中加入含芘聚酰亚胺、dmac和乙醇，轻微振荡使聚合物充分溶解；其中dmac和乙醇的体积比为9:1，配制得到质量浓度为18wt％的含芘聚酰亚胺溶液。
39.(2)将上述18wt％的含芘聚酰亚胺溶液作为纺丝液，使用静电纺丝法喷覆于玻璃纤维束表面形成包覆膜，采用的接收装置为可调速可旋转接收装置。
40.本实施例使用的静电纺丝工艺为：取纺丝液1ml，调节电压12kv，接收距离15cm，纺丝液推进速度2ml/h，使用单轴自转法，如图1所示，接收装置转速100r/min，移动速度7.5m/h。
41.本实施例制备得到的核壳型复合荧光纤维，玻璃纤维束的直径为300μm，包覆膜的厚度为100μm，其表面与截面的sem图如图2和图3所示，通过观察其表面与截面的形貌可知，荧光纤维包覆层较为蓬松，具有一定厚度，纤维丝之间缠连交错，这种特性使得复合材料在得到均匀包覆的同时拥有良好的柔性效果。通过图2中插入的较大纤维形态放大倍数图，可以看出，所配制的电纺溶液可以在静电场中均匀地拉伸，从而使纤维的形貌均匀。
42.实施例2：
43.一种核壳型含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的制备，配制8wt％的含芘聚酰亚胺溶液，其配制过程与实施例1相同。
44.将上述配制的8wt％含芘聚酰亚胺溶液作为纺丝液，使用静电纺丝法喷覆于玻璃纤维表面形成包覆膜，采用的接收装置为可调速可旋转接收装置。
45.本实施例使用的静电纺丝工艺为：取纺丝液3ml，调节电压12kv，接收距离20cm，纺丝液推进速度2ml/h，使用多丝固定旋转法，接收装置转速150r/min，移动速度5m/h。
46.本实施例制备得到的核壳型复合荧光纤维，玻璃纤维束的直径为250μm，包覆膜的厚度为150μm，其在410nm激发波长条件下的荧光发射光谱如图4所示，图中可观察到，所述复合荧光纤维在500～510nm处有显著的发射波长，由该荧光发射光谱可以得知，本发明制备的荧光纤维具有良好的荧光效果。
47.实施例3：
48.一种核壳型含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维的制备，配制25wt％的含芘聚酰亚胺溶液，其配制过程与实施例1相同。
49.将上述配制的25wt％含芘聚酰亚胺溶液作为纺丝液，使用静电纺丝法喷覆于玻璃纤维束表面形成包覆膜，采用的接收装置为可调速可旋转接收装置。
50.本实施例使用的静电纺丝工艺为：取纺丝液1ml，调节电压12kv，接收距离25cm，纺丝液推进速度2.5ml/h，使用单轴自转法，如图1所示，接收装置转速200r/min，移动速度10m/h。
51.本实施例制备得到的核壳型复合荧光纤维，玻璃纤维束的直径为200μm，包覆膜的厚度为100μm。
52.如图5所示，采用tga分别研究了纯玻璃纤维以及本实施例所述复合荧光纤维在氮气和氧气气氛下的热稳定性。纯玻璃纤维在氮气和氧气中的起始分解温度分别为230℃和
210℃，含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维在氮气和氧气中的起始分解温度分别为140℃和180℃。并且，含芘聚酰亚胺
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玻璃纤维复合荧光纤维在氮气中500℃左右出现明显的失重现象。在800℃氮气中的残炭率超90％，说明该材料能满足高温操作条件。
53.实施例4：
54.本实施例提供一种本发明所述核壳型复合荧光纤维的应用。
55.如图6所示，是纯玻璃纤维和上述实施例1制备的复合荧光纤维分别在日常光照和紫外线照射下的对比图，可以观察到，在紫外光照射下，卷曲缠绕的复合荧光纤维仍具有黄绿色的荧光。
56.本实施例将该复合荧光纤维编织不同图案到布料中，制作荧光防伪标志。
57.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和技术原理的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的，这些修改和变更也应视为本发明的保护范围。