1.本发明属于纺织化纤技术领域，涉及一种超细电致发光纤维及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来发光材料(主要有发光纤维和发光织物)在服装中的应用得到广泛关注，含有发光材料的服饰在交通、消防、服装设计、舞台表演等领域扮演着重要的角色。目前市场上的发光纤维以夜光纤维和荧光纤维较多。其主要通过光照吸收能量，然后将其转化成光辐射，一般以涤纶、锦纶或丙纶为基材，添加稀土长余辉发光材料和纳米级功能助剂，经过特种纺丝工艺制成的光转化功能纤维。该纤维在有可见光时具有各种色彩，当无可见光时，则能发出各种色彩的光。然而这种光致发光材料亮度低，发光时间短，难以满足使用要求。
3.电致发光纤维则克服了这一不足，较好地满足了使用要求，例如发光二极管和冷光线。发光二极管(led)亮度高，色彩鲜艳，直接使用直流电便可发光，在节日装饰、发光广告、交通引导、仪表指示、数字显示、安全标记方面应用较为广泛。然而发光二极管无法做成纤维状，因此难以在织物上进行有效集成。另一种是光导纤维，其色彩鲜艳，直径较细，然而发光亮度随着长度增加逐渐衰减，而且柔性较差，无法弯折编织。冷光线(el线)是近年来发展起来的一项新技术，其外形如电话线，内部是“三明治”结构，即发光层夹在内外电极之间，表面用彩色塑料套封装，通过交流电激发便可发光。发光柔和均匀、色彩多样。纤维较为柔软，可弯曲，在消防服、耳机、数据线等方面得到应用。然而冷光线直径较粗较硬，基本在0.8mm以上，难以编织，在智能织物上使用受到限制。
4.因此，有必要发展一种直径细、强度高、柔性好的电致发光纤维，将其进行各种方式的织造，得到发光织物，从而满足不同场景应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术中，发光材料较粗较硬、可编织性能差、制备成本高、使用场景受限制的缺点，提供一种超细电致发光纤维及其制备方法和应用。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种超细电致发光纤维的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤1)将发光粉、溶剂、粘合剂、分散剂混合，搅拌后得到发光浆料；
9.步骤2)将发光浆料均匀涂覆在芯层纤维电极表面，烘干后在芯层纤维电极表面的电致发光层；
10.步骤3)在电致发光层表面负载壳层导电组分，形成壳层导电层；
11.步骤4)对步骤3)得到的负载有壳层导电层的芯层纤维电极进行绝缘封装，干燥、卷绕后得到超细电致发光纤维。
12.优选地，发光粉为无机材料，具体为sio2基发光粉、金属硫化物型发光粉、gan、zn2sio4中的任意一种或多种混合；
13.粘合剂为溶剂型粘合剂，具体为聚乙烯醇、聚氨酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸类胶粘剂、环氧水性胶粘剂、酚醛水性胶粘剂、有机硅类水性胶粘剂中的任意一种或多种；
14.溶剂为乙醇、丙酮或去离子水；
15.分散剂为水性硅氧烷类、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种或多种；
16.芯层纤维电极为金属导电纤维、金属复合纤维、碳纤维中的任意一种或多种；
17.壳层导电组分为银纳米线、含金属粒子的胶粘剂、金属丝、含金属粒子的化学纤维、碳纳米纤维中的任意一种。
18.优选地，sio2基发光粉为sio2:ge或sio2:er；
19.金属硫化物型发光粉为cas、srs、zns、caga2s4、srga2s4中的任意一种；
20.发光粉的粒径为50nm～100μm；
21.芯层纤维电极的直径为100～250μm，电导率为10-2
～102s/cm；
22.壳层导电组分为银纳米线或含金属粒子的胶粘剂时，壳层导电层的厚度为5-20μm；
23.金属丝的直径为20-100μm；含金属粒子的化学纤维的直径在20-100μm，碳纳米纤维的直径为20-100μm；
24.含金属粒子的化学纤维为镀铜纱线、镀锡纱线、不锈钢纱线中的任意一种。
25.优选地，步骤4)中，绝缘封装的具体操作为：将负载有壳层导电层的芯层纤维电极浸入溶剂型固态透明树脂中5～30s，在壳层导电层表面得到厚度为5～50μm的绝缘层。
26.优选地，溶剂型固态透明树脂的重均分子量为50000～200000；
27.溶剂型固态透明树脂为环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、有机硅树脂中的任意一种或多种。
28.优选地，步骤2)中的烘干条件为：温度60～150℃，时间5-15s；
29.步骤4)中，干燥的温度为60～150℃；卷绕速度为5～20m/min。
30.优选地，发光浆料中，发光粉与溶剂的质量比为(1-8)：1；
31.电致发光层的厚度为10-100μm。
32.一种基于所述制备方法得到的超细电致发光纤维，超细电致发光纤维的直径为0.15～0.5mm，亮度在20～200cd/m2。
33.一种所述的超细电致发光纤维在纺织制造领域中的应用，
34.平织时，超细电致发光纤维的直径为0.2～0.35mm；
35.编织时，超细电致发光纤维的直径为0.3～0.4mm；
36.缝纫时，超细电致发光纤维的直径为0.35～0.5mm；
37.刺绣时，超细电致发光纤维的直径为0.15～0.25mm；
38.针织时，超细电致发光纤维的直径为0.2～0.3mm。
39.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
40.本发明公开了一种超细电致发光纤维的制备方法，以高导电的芯层纤维电极为载体，发光材料为活性层，经过可控涂覆工艺复合而成。通过调控发光浆料的配比和浸涂工艺参数，最终可获得发光亮度高、使用寿命长、颜色多样的电致发光纤维。本发明制备的发光纤维直径在0.15-0.5mm，亮度在20-200cd/m2可调，色彩多样。本发明的制备工艺简单、条件
温和、绿色环保、成本低、适合工业化生产。所制备的发光纤维尺寸可控、亮度高、颜色多样、柔性好、易于编织、用途广泛。
41.本发明还公开了一种超细电致发光纤维，是基于上述制备方法得到的。该纤维发光亮度在20～200cd/m2可调,使用寿命在3000h，耐水洗、耐摩擦性能良好。纤维柔性好、直径在0.15mm-0.5mm之间可调，以满足不同织造方式的需要，在智能服饰和图案装饰领域具有较高的应用价值。该发光纤维可以用工业纺织设备进行平织、编织、缝纫、刺绣、针织等，其织物及图案化兼具功能指示作用和美观效果。
附图说明
42.图1为发光纤维示意图；
43.图2为刺绣发光图；
44.其中：1-芯层导电纤维；2-壳层导电纤维；3-发光活性层；4-树脂保护层。
具体实施方式
45.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
46.实施例1
47.第一步：在室温25℃下，将50gsio2:ge发光粉(直径10μm)加入到30g乙醇溶剂中，然后加入19.5g聚乙烯醇胶粘剂，0.5g十二烷基苯磺酸钠表面活性剂及其它助剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为300rpm，得到分散均匀的发光浆料。
48.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以10m/min的速度均匀涂覆在铜丝纤维(直径100μm)表面，然后100℃下在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
49.第三步：开启外电极负载装置，将铜丝纤维(直径30μm)以缠绕的方式并入纤维中。
50.第四步：开启封装装置，将50wt％水性环氧树脂溶液以8m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后100℃下在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在25μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.2mm。
51.第五步：开启刺绣机器，将发光纤维在涤纶面料上进行绣花，刺绣速度为400针/min，面线张力为120gf，底线张力为30gf。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在80v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
52.实施例2
53.第一步：在室温25℃下，将40gcas发光粉(直径30μm)加入到30g丙酮溶剂中，然后加入29聚氨酯胶粘剂，1.0g十六烷基三甲基氯化铵表面活性剂及其它助剂，磁力搅拌20min，搅拌速度为500rpm，得到分散均匀的发光浆料。
54.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以15m/min的速度均匀涂覆在石墨烯导电纤维(直径200μm)表面，然后150℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
55.第三步：开启外电极负载装置，将导电银浆以5m/min的速度涂覆在发光活性层表面，然后100℃在线烘干。
56.第四步：开启封装装置，将30wt％聚偏氟乙烯树脂溶液以10m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后150℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在6μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.28mm。
57.第五步：开启横机针织机器，将发光纤维进行针织，速度为600针/min。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在100v有效交流电压，1500hz驱动频率下点亮。
58.实施例3
59.第一步：在室温25℃下，将30ggan发光粉(直径10μm)加入到30g去离子水中，然后加入39.6g聚氨酯胶粘剂，0.4g吐温80表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
60.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在炭黑导电纤维(直径250μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
61.第三步：开启外电极负载装置，将碳纳米管纤维复丝(直径20μm)以平行排列的方式并入纤维中。
62.第四步：开启封装装置，将40wt％丙烯酸酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.30mm。
63.第五步：开启剑杆织布机，以发光纤维为经纱，以普通棉纤为纬纱，进行平织，密度30
×
30，速度为120转/min。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在120v有效交流电压，1000hz驱动频率下点亮。
64.实施例4
65.第一步：在室温25℃下，将80gzns发光粉(直径10μm)加入到10g乙醇中，然后加入9.6g聚氨酯胶粘剂，0.4g十二烷基硫酸钠表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
66.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在涤纶导电纤维(直径200μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
67.第三步：开启外电极负载装置，将碳纳米管纤维复丝(直径20μm)以缠绕的方式并入纤维中。
68.第四步：开启封装装置，将40wt％丙烯酸酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.35mm。
69.第五步：开启家用缝纫机，将发光纤维在棉织物上进行缝纫，速度为500针/min，面线张力为100gf，底线张力为25gf。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在100v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
70.实施例5
71.第一步：在室温30℃下，将60gzn2sio4发光粉(直径50nm)加入到30g乙醇中，然后加入9.5g乙酸乙烯酯胶粘剂，0.5g十二烷基硫酸钠表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
72.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在尼龙导电纤维(直径140μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
73.第三步：开启外电极负载装置，将不锈钢纱线(直径20μm)以缠绕的方式并入纤维中。
74.第四步：开启封装装置，将40wt％聚氨酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维
表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.32mm。
75.第五步：编织，将发光纤维与棉纱在织带机上进行编织，速度为600针/min。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在100v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
76.实施例6
77.第一步：在室温30℃下，将68gsrga2s4发光粉(直径100μm)加入到10g乙醇中，然后加入20gα-氰基丙烯酸胶粘剂，0.2g十二烷基硫酸钠表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
78.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在石墨烯导电纤维(直径180μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
79.第三步：开启外电极负载装置，将铜金属丝(直径40μm)以缠绕的方式并入纤维中。
80.第四步：开启封装装置，将40wt％聚四氟乙烯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.38mm。
81.第五步：开启家用缝纫机，将发光纤维在棉织物上进行缝纫，速度为500针/min，面线张力为100gf，底线张力为25gf。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在100v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
82.实施例7
83.第一步：在室温30℃下，将50gsio2:er发光粉(直径500nm)加入到10g乙醇中，然后加入38g聚乙烯醇缩甲醛胶黏剂，2g吐温80表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
84.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在涤纶导电纤维(直径220μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
85.第三步：开启外电极负载装置，将碳纳米管纤维复丝(直径20μm)以缠绕的方式并入纤维中。
86.第四步：开启封装装置，将40wt％聚硅氧烷溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.45mm。
87.第五步：开启家用缝纫机，将发光纤维在棉织物上进行缝纫，速度为600针/min，面线张力为120gf，底线张力为30gf。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在100v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
88.实施例8
89.第一步：在室温30℃下，将60gcaga2s4发光粉(直径50μm)加入到30g乙醇中，然后加入7g酚醛水性胶粘剂，3g十六烷基三甲基氯化铵表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
90.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在不锈钢导电纤维(直径130μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
91.第三步：开启外电极负载装置，将导电银胶(粒径30nm)涂覆在纤维表面，涂层厚度为5μm。
92.第四步：开启封装装置，将40wt％丙烯酸酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.15mm。
93.第五步：开启刺绣机器，将发光纤维在涤纶面料上进行绣花，刺绣速度为600针/min，面线张力为120gf，底线张力为30gf。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在80v有效交流电压，2000hz驱动频率下点亮。
94.实施例9
95.第一步：在室温30℃下，将65gsrs发光粉(直径1μm)加入到15g乙醇中，然后加入15g聚乙烯醇胶粘剂，5g十二烷基硫酸钠表面活性剂，磁力搅拌30min，搅拌速度为400rpm，得到分散均匀的发光浆料。
96.第二步：开启浸涂装置，将发光浆料以8m/min的速度均匀涂覆在铜导电纤维(直径150μm)表面，然后120℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上。
97.第三步：开启外电极负载装置，将镀铜纱线(直径95μm)以缠绕的方式并入纤维中。
98.第四步：开启封装装置，将40wt％丙烯酸酯树脂溶液以5m/min速度均匀涂覆在纤维表面，然后80℃在线烘干，最后收集并卷绕在线轴上，封装层厚度控制在15μm左右，最终所得纤维的直径控制在0.35mm。
99.第五步：开启剑杆织布机，以发光纤维为经纱，以普通棉纤为纬纱，进行平织，密度30
×
30，速度为120转/min。然后将该发光样件引出两个电极，用驱动电源在120v有效交流电压，1000hz驱动频率下点亮。
100.对上述各电致发光纤维或织物进行发光亮度、发光寿命、耐水洗色牢度、耐溶剂测试。使用色度计对发光纤维的发光性能进行测试；将发光纤维经纬编织成发光织物，然后按照fz/t01011-1996标准测试织物的耐摩擦性能；利用色牢度仪测试织物的皂洗、日晒牢度；实验室自行配置不同溶剂测试耐溶剂性能，测定结果见表1。
101.表1.实施例1-4制备的超细电致发光纤维的性能测试结果
[0102][0103]
由表1的结果可知，超细电致发光纤维具有良好的发光性能，而且不同发光材料和料液配比会影响发光效果；发光纤维的耐摩擦性能主要取决于外表封装的绝缘材料，本发
明所选择的封装材料和封装工艺可以实现较好的耐摩擦效果；在耐溶剂方面，由于使用了高分子材料，因此容易被有机溶剂和酸溶液溶胀或溶解，因此可以耐碱性溶液，而不耐有机溶剂和酸溶液。
[0104]
需要说明的是，上述实施例中使用的试剂均为外购试剂，其中各种溶剂均购自国药化学试剂有限公司。以上实施例中各种设备皆为市售设备。室温是指环境温度为10℃-30℃。
[0105]
综上所述，将发光粉、溶剂、粘合剂、分散剂及其它助剂以一定比例混合，经搅拌后制得均匀分散的发光浆料，以高强度、高导电纤维为芯层电极，使用自动化连续浸涂装置，将发光浆料涂覆在芯层纤维电极表面，经在线烘干后形成电致发光，将另一种导电材料以同轴、平行或缠绕的形式负载到发光活性层表面，作为壳层导电组分，使用透明树脂溶液对纤维进行绝缘封装，增加其使用安全性和耐磨性，在线干燥后卷绕收集，根据纤维的直径与强度，选择合适的方式进行织造，满足特定场景使用要求。
[0106]
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。