阅读说明：本技术 聚合物光纤及发光织物 (Polymer optical fiber and light-emitting fabric ) 是由 刘宇清 杨欣 李冉冉 潘志娟 王国和 张蓉 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种聚合物光纤,包括芯层、设置于芯层外周的皮层,芯层的材料包括聚碳酸酯,皮层的材料包括改性聚对苯二甲酸乙二酯和/或透明尼龙,改性聚对苯二甲酸乙二酯的全光线透过率为88%-90%、折射率为1.45-1.50,透明尼龙的全光线透过率为90%-92%、折射率为1.47-1.52,聚碳酸酯的折射率为1.55-1.59,改性聚对苯二甲酸乙二酯和/或透明尼龙的折射率小于聚碳酸酯的折射率；本发明能够兼具极佳的韧性、较低的光损耗,而且价格更低廉,制备方法更简单和快捷,使其尤其适用于装饰用面料中。(The invention discloses a polymer optical fiber, which comprises a core layer and a skin layer arranged on the periphery of the core layer, wherein the material of the core layer comprises polycarbonate, the material of the skin layer comprises modified polyethylene terephthalate and/or transparent nylon, the total light transmittance of the modified polyethylene terephthalate is 88-90%, the refractive index is 1.45-1.50, the total light transmittance of the transparent nylon is 90-92%, the refractive index is 1.47-1.52, the refractive index of the polycarbonate is 1.55-1.59, and the refractive index of the modified polyethylene terephthalate and/or transparent nylon is smaller than that of the polycarbonate; the invention has the advantages of excellent toughness, lower optical loss, lower price and simpler and quicker preparation method, and is particularly suitable for decorative fabrics.)

聚合物光纤及发光织物

技术领域

本发明属于光信息材料与纺织材料交叉领域，尤其涉及装饰用面料所涉及的光纤材料，具体涉及一种聚合物光纤及发光织物。

背景技术

目前纺织领域已有人采用光纤(光导纤维)作为一种原料进行制备发光织物，例如通过将光纤与棉纱相交织，同时对织物中的光纤进行集束处理，并将集束后的光纤与一定光源进行耦连，形成光纤发光织物，但是目前的光纤基本是由玻璃或者塑料聚合物制成的纤维，即以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为芯层，氟树脂作为包裹芯层的皮层，例如中国发明CN104164734A(其公开了一种聚甲基丙烯酸甲酯光纤纱线，包括内芯和外裹层，内芯为聚甲基丙烯酸甲酯，外裹层为氟树脂)，又如中国发明专利CN103380240A(其公开了一种光照织物、一种光照皮肤设备、一种成套设备及其实施方法，公开了其采用的光纤为：光纤纤芯为聚甲基丙烯酸甲酯，光纤包层为氟化高聚物)，上述光纤的制备方法主要是预制件-拉伸法，即先将材料通过一定方法制成具有一定外观结，然后将预制件置于拉伸装置中加热并拉伸成上千米的光导纤维；然而此类光纤传输效率高，可用作光传导工具，但是性脆、弹性和柔软性等性能较差，在纺织领域的编织和应用过程中易断裂、舒适性不够，同时氟树脂成本高昂，因此较难以在装饰用面料中得到大规模的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种兼具较低的光损、极佳的韧性并能够适用于装饰用面料的聚合物光纤。

本发明同时还提供了一种采用上述聚合物光纤的发光织物。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种聚合物光纤，所述聚合物光纤包括芯层、设置于所述芯层外周的皮层，所述芯层的材料包括聚碳酸酯，所述皮层的材料包括改性聚对苯二甲酸乙二酯和/或透明尼龙，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯的全光线透过率为88％-90％、折射率为1.45-1.50，所述透明尼龙的全光线透过率为90％-92％、折射率为1.47-1.52，所述聚碳酸酯的折射率为1.55-1.59，所述聚碳酸酯的折射率与所述改性聚对苯二甲酸乙二酯的折射率的差值占所述聚碳酸酯的折射率的百分含量为5％-8％，所述聚碳酸酯的折射率与所述透明尼龙的折射率的差值占所述聚碳酸酯的折射率的百分含量为4％-6％。

根据本发明的一些优选方面，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯通过如下方法制备而得：将聚对苯二甲酸乙二酯、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物、环烯烃聚合物和聚苯乙烯混合、熔融挤出而制成。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述聚对苯二甲酸乙二酯、所述苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物、所述环烯烃聚合物和所述聚苯乙烯的投料质量比为1∶0.018-0.048∶0.018-0.036∶0.027-0.048。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯的制备过程中，所述熔融挤出采用螺杆挤出机进行，熔融挤出的温度为：一区275～280℃，二区280-285℃，三区285-290℃，箱体温度285-290℃，模头温度285-290℃。

根据本发明的一个具体方面，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸乙二酯85～110份、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物(NAS)2～4份、环烯烃聚合物(COP)2～3份、聚苯乙烯3～4份；制备方法包括：

(1)在高速混合机里添加各原料，搅拌10～20分钟，得预混料。

(2)将所得预混料置于螺杆挤出机中进行熔融共混、挤出，冷却，造粒。即可得到所述改性聚对苯二甲酸乙二酯。

根据本发明的一些优选方面，所述聚碳酸酯的折射率与所述改性聚对苯二甲酸乙二酯的折射率的差值占所述聚碳酸酯的折射率的百分含量为5.5％-7.6％，所述聚碳酸酯的折射率与所述透明尼龙的折射率的差值占所述聚碳酸酯的折射率的百分含量为4.5％-5.5％。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述改性聚对苯二甲酸乙二酯以ISO1133标准在280℃条件下、载荷37.3N时测定的熔融指数为44-59g/10min。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述透明尼龙以ISO 1133标准在230℃条件下、载荷37.3N时测定的熔融指数为20-26g/10min。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述聚碳酸酯以ISO 1133标准在300℃条件下、载荷37.3N时测定的熔融指数为19-23g/10min。

根据本发明的一些具体方面，所述聚合物光纤为核壳结构，所述皮层包覆于所述芯层的外表面；或，

所述聚合物光纤还包括设置在所述皮层与所述芯层之间的中间层，所述中间层包括交替层叠设置的第一聚合物材料层和第二聚合物材料层，所述聚合物光纤中任意相邻两层的材料不相同；或，

所述芯层具有多个，所述皮层包覆在多个的所述芯层外周。

根据本发明的一些优选且具体的方面，所述第一聚合物材料层的材料为改性聚对苯二甲酸乙二酯和/或透明尼龙，所述第二聚合物材料层的材料为聚碳酸酯。

本发明提供的又一技术方案：一种发光织物，所述发光织物包括上述所述的聚合物光纤。

根据本发明，全光线指的是可见光(近红外线到近紫外线)，全光线透过率就是指这所有的光的透过率。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的聚合物光纤采用特定的材料作为皮层材料，并控制皮层材料与芯层材料的折射率关系，制成后不仅能够兼具极佳的韧性、较低的光损耗，而且价格更低廉，制备方法更简单和快捷，使其尤其适用于装饰用面料这种较短程光传输的发光织物中。

附图说明

图1是本发明聚合物光纤制备工艺结构示意图；

图2为本发明聚合物光纤的其中一种结构示意图；

图3为本发明聚合物光纤的其中一种结构的横截面示意图；

图4为本发明聚合物光纤的其中一种结构的横截面示意图；

图5为本发明聚合物光纤的其中一种结构的横截面示意图；

图6为本发明聚合物光纤的其中一种结构的横截面示意图；

图7为本发明聚合物光纤的其中一种结构的横截面示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。下述中，如无特殊说明，所有的原料均来自于商购或者通过本领域的常规方法制备而得。

下述中，改性聚对苯二甲酸乙二酯的熔融指数以ISO 1133标准在280℃条件下、载荷37.3N时测定；透明尼龙的熔融指数以ISO 1133标准在230℃条件下、载荷37.3N时测定；聚碳酸酯的熔融指数以ISO 1133标准在300℃条件下、载荷37.3N时测定。

实施例1

如图1所示，下述实施例中各聚合物光纤的制备所采用的结构系统包括分别分列于两侧的两个料斗(11)、两个计量泵(12)、两个螺杆(13)(即双螺杆挤出机的两个螺杆)、两个分别与所述两个螺杆配合抽真空的真空泵(14)(真空泵(14)用于抽出空气及由于高温而从切片内散发出的水蒸气，从而使材料内气泡减少，提高光传输效率)，以及分别与所述两个螺杆出口连通的纺丝模头(15)，水冷池(16)、牵拉辊(17)、收卷装置(18)；在物料材料进入纺丝模头(15)前，两组装置均为料斗(11)与计量泵(12)相连，然后接入螺杆(13)，每个螺杆(13)上安装有一个真空泵(14)；原料切片后经过螺杆(13)的加热，进入纺丝模头(15)，挤出，接着挤出的粗品纤维经过水冷池(16)水冷，再经过多个配速不同的牵拉辊(17)的拉伸，将光纤拉细并使纤维内大分子取向度提高，最后由一个收卷装置(18)收集。

实施例2

本例提供一种聚合物光纤，如图2所示，包括芯层(32)、包覆在芯层(32)外表面的皮层(31)，芯层(32)的材料为聚碳酸酯(PC，折射率为1.59，熔融指数为22g/10min)，皮层(31)的材料为改性聚对苯二甲酸乙二酯(改性PET，全光线透过率为90％，折射率为1.49，熔融指数为44g/10min)，其横截面如图3所示。

上述的改性聚对苯二甲酸乙二酯通过如下方法制备而得：其由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸乙二酯100份、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物(NAS)2份、环烯烃聚合物(COP)3份、聚苯乙烯3份；制备方法为：

(1)在高速混合机里添加各原料，搅拌20分钟，得预混料；

(2)将所得预混料置于螺杆挤出机中进行熔融共混(温度参数：一区275～280℃，二区280℃，三区285℃，箱体温度285℃，模头温度285℃)、挤出，冷却，切片，即可得到所述改性聚对苯二甲酸乙二酯。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将上述制备的改性PET切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的改性PET和PC切片；

(2)将干燥后的改性PET和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，改性PET组分设定螺杆后区温度280℃、前区温度285℃、箱体温度285℃，PC组分设定螺杆后区温度280℃、前区温度285℃、箱体温度285℃，喷丝板温度285℃；

(3)经过皮芯结构(核壳结构)的纺丝模头纺丝成型；

(4)经过水冷池55℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1：3，并由收卷装置收集成卷。

该光纤截面接LED光源，皮层(31)可侧发光，芯层(32)的厚度为600μm，皮层(31)的厚度为60μm，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光织物。

实施例3

本例提供一种聚合物光纤，包括芯层(34)、第一聚合物材料层、第二聚合物材料层、第一聚合物材料层、第二聚合物材料层和皮层(33)，第一聚合物材料层、皮层(33)的材料分别为改性聚对苯二甲酸乙二酯(改性PET，全光线透过率为90％，折射率为1.50，熔融指数为59g/10min)，第二聚合物材料层、芯层(34)的材料分别为聚碳酸酯(PC，折射率为1.59，熔融指数为23g/10min)，其横截面如图4所示。

上述的改性聚对苯二甲酸乙二酯通过如下方法制备而得：其由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸乙二酯100份、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物(NAS)2份、环烯烃聚合物(COP)2份、聚苯乙烯3份；制备方法为：

(1)在高速混合机里添加各原料，搅拌20分钟，得预混料；

(2)将所得预混料置于螺杆挤出机中进行熔融共混(温度参数：一区275～280℃，二区280℃，三区285℃，箱体温度285℃，模头温度285℃)、挤出，冷却，切片，即可得到所述改性聚对苯二甲酸乙二酯。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将上述制备的改性PET切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的改性PET和PC切片；

(2)将干燥后的改性PET和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，PET组分设定螺杆后区温度283℃、前区温度288℃、箱体温度288℃，PC组分设定螺杆后区温度280℃、前区温度285℃、箱体温度290℃，喷丝板温度290℃；

(3)经过多层皮芯结构的纺丝模头纺丝成型；

(4)经过水冷池60℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1：2，并由收卷装置收集成卷。

皮层(33)的厚度为650nm，第一聚合物材料层、第二聚合物材料层的厚度分别为110nm，芯层(34)的直径为600nm，该光纤截面接LED光源，皮层可侧发光，且发光效果优于实施例2中所述纤维，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光效果更好的织物。

实施例4

本例提供一种聚合物光纤，包括芯层(36)、包覆在芯层(36)外表面的皮层(35)，芯层(36)的材料为聚碳酸酯(PC，折射率为1.59，熔融指数为22g/10min)，皮层(35)的材料为改性聚对苯二甲酸乙二酯(改性PET，全光线透过率为89％，折射率为1.47，熔融指数为49g/10min)，其横截面如图5所示。

上述的改性聚对苯二甲酸乙二酯通过如下方法制备而得：其由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸乙二酯100份、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物(NAS)4份、环烯烃聚合物(COP)3份、聚苯乙烯3份；制备方法为：

(1)在高速混合机里添加各原料，搅拌20分钟，得预混料；

(2)将所得预混料置于螺杆挤出机中进行熔融共混(温度参数：一区275～280℃，二区280℃，三区285℃，箱体温度285℃，模头温度285℃)、挤出，冷却，切片，即可得到所述改性聚对苯二甲酸乙二酯。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将上述制备的改性PET切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的改性PET和PC切片；

(2)将干燥后的改性PET和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，PET组分设定螺杆后区温度275℃、前区温度280℃、箱体温度285℃，PC组分设定螺杆后区温度275℃、前区温度280℃、箱体温度285℃，喷丝板温度285℃；

(3)经过皮层为三角形，芯层为圆形的纺丝模头纺丝成型；

(4)经过水冷池55℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1:3，并由收卷装置收集成卷。

皮层(35)为三角形，芯层(36)为圆形，芯层(36)的厚度为670μm，皮层(35)的最小厚度为80μm，该光纤截面接LED光源，皮层可侧发光，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光织物；且由于该种光纤的皮层截面为三角形，在纤维的三个角上形成了天然的三棱镜，光线在此处发生色散，该种纤维制成的纺织品在阳光下，可形成天然的彩虹色。

实施例5

本例提供一种聚合物光纤，包括芯层(38)、包覆在芯层(38)外表面的皮层(37)，芯层(38)的材料为聚碳酸酯(PC，折射率为1.57，熔融指数为19g/10min)，皮层(37)的材料为改性聚对苯二甲酸乙二酯(改性PET，全光线透过率为90％，折射率为1.46，熔融指数为53g/10min)，其横截面如图6所示。

上述的改性聚对苯二甲酸乙二酯通过如下方法制备而得：其由以下重量份的原料组成：聚对苯二甲酸乙二酯100份、苯乙烯和丙烯酸酯的共聚物(NAS)4份、环烯烃聚合物(COP)3份、聚苯乙烯4份；制备方法为：

(1)在高速混合机里添加各原料，搅拌20分钟，得预混料；

(2)将所得预混料置于螺杆挤出机中进行熔融共混(温度参数：一区275～280℃，二区280℃，三区285℃，箱体温度285℃，模头温度285℃)、挤出，冷却，切片，即可得到所述改性聚对苯二甲酸乙二酯。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将上述制备的改性PET切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在105℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的改性PET和PC切片；

(2)将干燥后的改性PET和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，PET组分设定螺杆后区温度280℃、前区温度285℃、箱体温度285℃，PC组分设定螺杆后区温度280℃、前区温度285℃、箱体温度288℃，喷丝板温度290℃；

(3)经过芯层为五角星形，皮层为圆形的纺丝模头纺丝成型。

(4)经过水冷池60℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1:2.5，并由收卷装置收集成卷。

皮层(37)为圆形，芯层(38)为五角星形，芯层(38)的最大直径为630μm，皮层(37)的最小厚度为100μm，该光纤截面接LED光源，皮层可侧发光，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光织物，且光线在芯层五角星形的五个顶角上聚集，从光线的侧面能看到5条更亮的光线。

实施例6

本例提供一种聚合物光纤，包括多个并列设置的芯层(40)、包覆在多个并列设置的芯层(40)外表面的皮层(39)，芯层(40)的材料为聚碳酸酯(PC，折射率为1.55，熔融指数为23g/10min)，皮层(39)的材料为透明尼龙(全光线透过率为92％，折射率为1.47，熔融指数为22g/10min)，其横截面如图7所示。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将透明尼龙切片在100℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的透明尼龙和PC切片；

(2)将干燥后的透明尼龙和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，透明尼龙组分设定螺杆后区温度225℃、前区温度230℃、箱体温度230℃，PC组分设定螺杆后区温度275℃、前区温度280℃、箱体温度285℃，喷丝板温度285℃；

(3)经过海岛形结构(即多个芯层)的纺丝模头纺丝成型；

(4)经过水冷池60℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1:2，并由收卷装置收集成卷。

多个芯层(40)并列分布于皮层(39)内，每个芯层(40)的直径分别为50μm，皮层(39)的外径为800μm，该光纤截面接LED光源，皮层可侧发光，且光的分布较为均一，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光织物。

实施例7

本例提供一种聚合物光纤，如图2所示，包括芯层(32)、包覆在芯层(32)外表面的皮层(31)，芯层(32)的材料为聚碳酸酯(PC，折射率为1.55，熔融指数为19g/10min)，皮层(31)的材料为透明尼龙(透光度为90％，折射率为1.47，熔融指数为22g/10min)，其横截面如图3所示。

聚合物光纤的制备方法包括如下步骤：

(1)将透明尼龙切片在100℃的真空干燥箱中干燥8小时，将PC切片在120℃的真空干燥箱中干燥8小时，分别得到干燥后的透明尼龙切片和PC切片；

(2)将干燥后的透明尼龙切片和PC切片分别加入双螺杆熔融纺丝机的两个螺杆中，透明尼龙组分设定螺杆后区温度225℃、前区温度230℃、箱体温度230℃，PC组分设定螺杆后区温度275℃、前区温度280℃、箱体温度285℃，喷丝板温度285℃；

(3)经过皮芯结构(核壳结构)的纺丝模头纺丝成型；

(4)经过水冷池60℃冷却，由牵拉辊牵伸，牵伸比1:3.5，并由收卷装置收集成卷。

该光纤截面接LED光源，皮层(31)可侧发光，芯层(32)的直径为720μm，皮层(31)的厚度为70μm，将此纤维与常用的纺织纤维经针织或机织等工艺，可以获得发光织物。

对比例1

基本同实施例2，其区别仅在于，皮层的材料为市售的常规PET材料，其折射率为1.56，全光线透过率为87％。

对比例2

市售的聚碳酸酯(PC)/氟树脂光纤。

性能测试

将上述实施例2-7、对比例1所制得的聚合物光纤以及对比例2提供的光纤进行如下一些性能测试，具体结果参见表1。

表1

上述的各性能测试标准如下：

断裂伸长、断裂强力：GB/T 14337-2008

衰减系数：GB/T 15972.40-2008

阳离子染色上色率：FZ/T 50020-2013。

由上述实施例可知，本发明的聚合物光纤采用特定的材料作为皮层材料，并控制皮层材料与芯层材料的折射率关系，制成后不仅能够兼具极佳的韧性、较低的光损耗，而且价格更低廉，使其尤为适用于装饰用面料这种较短程光传输的发光织物中；同时本发明的聚合物光纤能够采用熔融挤出，纺丝的方法制成，避免了现有技术仅能采用预制件-拉伸法生产效率较低的缺陷，能够实现连续生产，有利于规模性的扩大化。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。