本发明属于化学纤维技术领域，尤其是涉及一种荧光腈纶纤维及其制备工艺。
背景技术：
腈纶纤维外观蓬松，手感柔软，具有良好的耐光、耐气候、其弹性和保暖性，具有“人造羊毛”之称。在我国毛纺及人造毛皮所用原料中腈纶纤维占最主要地位。腈纶纤维的优良性能使其在服装、服饰、产业三大领域有广泛的应用。腈纶纤维根据不同的用途的要求可纯纺或与天然纤维混纺，或织成毛毯、地毯等，还可与棉、人造纤维、其他合成纤维混纺，织成各种衣料和室内用品。
荧光纺织品通过荧光的释放使织物的色光更加自然且鲜艳和耀眼，近年来市场上大量的荧光纺织品得以开发及应用。其原因在于，荧光纺织品为工作、生活带来便利。如小孩子穿上有荧光的纺织品，可减少交通事故；交警或路面清洁工人穿着荧光工作服，在一定光源的反射下，工作色彩更为醒目和鲜艳，从而提高工作的安全性。荧光腈纶的制备方法有两种：一种是利用对腈纶纤维或织物进行涂层，利用粘合剂的作用将荧光粉粘附至腈纶的表面，所制备的腈纶纤维或织物虽有较好的荧光性能，但牢度较差，极易受到摩擦作用而脱落，从而影响其使用效果及寿命；另一种是将荧光粉末与腈纶纺丝液共混而纺丝，所得的腈纶纤维制品虽可以提高荧光粉末的牢度，但受到纤维本身的影响，荧光强度较低，荧光粉末利用率较低。
技术实现要素：
为克服当前荧光腈纶纤维荧光牢度差、荧光粉末利用率低以及荧光效果不理想的问题，本发明提供一种荧光腈纶纤维及其制备工艺。
本发明是通过以下技术实现的：
一种荧光腈纶纤维，所述荧光腈纶纤维由芯层与皮层构成，所述芯层为聚丙烯腈，所述皮层为荧光粉末与聚丙烯腈的混合物。
传统制备具有皮芯结构的荧光腈纶纤维可以使用涂层法。利用涂层的方法在腈纶纤维上制得荧光层，主要是借助于粘合剂的作用。粘合剂的物理特性与腈纶的主要原料-聚丙烯腈有着较大的差别，使得在使用的过程中，特别是受到拉伸、弯曲以及摩擦作用，粘合剂表现出与聚丙烯腈不同的响应而产生剥离。此外，粘合剂受到热、光的作用而老化，极易脱落。荧光粉末作为功能因子分散于粘合剂中，随着粘合剂的剥离与脱落而使荧光腈纶失去其功能性。而在本发明中，发明人设计将荧光粉末与腈纶纺丝原液中的表层聚丙烯腈相混合，越到纤维表面，荧光粉末的浓度越高，根据用途进行工艺参数调节来实现荧光腈纶纤维的荧光强度。腈纶纤维表层虽掺有荧光粉末，但其主体仍为聚丙烯腈，性能与芯层聚丙烯腈相似，受外力的响应也相似。与传统的荧光粉末在共混纺丝的均匀分散不同，本发明着重于将荧光粉末填充于表层的聚丙烯腈中，使其荧光性能得到充分的发挥，大大提高了其利用率。
优选地，所述聚丙烯腈的数均分子量为35000～45000。
优选地，所述荧光粉末为荧光剂经机械球磨仪球磨至20000～25000目所得的粉末。
优选地，所述荧光剂为铕激活的铝酸钡镁、铕激活的氧化钇和铽激活的铝酸盐中的一种或几种。
一种荧光腈纶纤维的制备工艺，制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液(1)；
2)纺丝：由计量泵输出的腈纶纺丝原液(1)经喷丝板(2)喷出后，进入纺丝甬道(3)，携带有荧光粉末的热氮气a由入风口a(4)、多孔板(5)吹入纺丝甬道(3)，由出风口(6)吹出；与此同时，热氮气b由入风口b(7)吹入纺丝甬道(3)，由出风口(6)吹出；随着二甲基甲酰胺受热氮气挥发，腈纶纺丝原液(1)固化成型，即得腈纶丝条(8)；
3)给油与收集：腈纶丝条(8)经过给油装置(9)、导丝盘(10)，收集得到荧光腈纶纤维(11)。
优选地，所述腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为28～33％。
优选地，所述热氮气a中荧光粉末的浓度为200～2000mg/l，通气量为0.5～1.0m3/min。
优选地，所述热氮气a的入口温度为150～250℃，所述热氮气b的入口温度为390～410℃，通气量为1.5～1.7m3/min。
在本发明中，荧光腈纶纤维采用普通干法纺丝设备进行纺丝，只需要对纺丝甬道进行局部的、简单的改造就可以达到纺制荧光腈纶纤维的目的。传统的干法纺丝只有一个入风口，高温气体引入的作用是为使纺丝液中的溶剂挥发达到纺丝液固化成型的目的。
在本发明中，发明人采用两道高温气体吹入纺丝甬道，作用各异。本发明所使用的气体为氮气，其它惰性气体也同样适用。第一道热氮气靠近喷丝板，携带有荧光粉末，在通过纺丝甬道时，氮气与腈纶纺丝原液接触的同时，荧光粉末随之粘附至腈纶纺丝原液的表面并与腈纶纺丝原液表层的聚丙烯腈进行快速混合。同时，该热氮气对腈纶纺丝原液也有预热的作用。第二道热氮气主要起到使溶剂(即二甲基甲酰胺)挥发，腈纶纺丝原液固化成型的目的。随着腈纶纺丝原液固化成型，荧光粉末在腈纶纤维的表层得到固定，形成一种具有皮芯结构的荧光腈纶纤维。该荧光腈纶纤维的形成不依赖粘合剂的作用，荧光粉末分布于腈纶纤维的表面，具有良好的荧光牢度和荧光效果。
此外，与传统的荧光粉末与腈纶纺丝液共混纺丝制得荧光聚丙烯腈纤维材料相比，荧光粉末有效利用率较高，本发明可使用较少的荧光粉末，并起到较好的荧光效果，降低了生产成本。经发明人反复研究显示，本发明所制得的荧光腈纶纤维的机械性能与普通腈纶纤维相似，荧光粉末在荧光腈纶纤维表面分布较均匀，其厚度主要取决于热氮气中荧光粉末的浓度及通气量，较高荧光粉末浓度、通气量则有助于取得荧光层更厚、荧光效果更好的腈纶纤维。
优选地，所述纺丝甬道(3)为圆柱形，长度为5～10m，直径为200～400mm。
优选地，所述入风口a(4)顶端低于喷丝板(2)出丝口水平位置20～40cm，所述入风口b(7)底端高于纺丝甬道(3)最低端10～20cm。
本发明的有益效果在于：利用热氮气的携带作用，将荧光粉末粘附至腈纶纺丝原液的表面，并与腈纶纺丝原液表层的聚丙烯腈进行快速混合，随着腈纶纺丝原液固化成型，荧光粉末在腈纶纤维的表层得到固定，形成一种具有皮芯结构的荧光腈纶纤维，该荧光腈纶纤维的形成不依赖粘合剂的作用，荧光粉末分布于腈纶纤维的表面，具有良好的荧光牢度和荧光效果。此外，荧光粉末有效利用率较高，使生产成本有所降低。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图中，1-腈纶纺丝原液，2-喷丝板，3-纺丝甬道，4-入风口a，5-多孔板，6-出风口，7-入风口b，8-腈纶丝条，9-给油装置，10-导丝盘，11-荧光腈纶纤维。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
本实施例一种荧光腈纶纤维由芯层与皮层构成，芯层为聚丙烯腈，皮层为荧光粉末与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为35000，荧光粉末为铕激活的铝酸钡镁经机械球磨仪球磨至20000目所得的粉末。
本实施例的荧光腈纶纤维的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液1；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为28％；
2)纺丝：由计量泵输出的腈纶纺丝原液1经喷丝板2喷出后，进入长度为5m、直径为200mm圆柱形的纺丝甬道3，携带有荧光粉末的热氮气a由入风口a4、多孔板5吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气a中荧光粉末的浓度为200mg/l，通气量为0.5m3/min；热氮气a的入口温度为150℃；与此同时，热氮气b由入风口b7吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气b的入口温度为390℃，通气量为1.5m3/min；随着二甲基甲酰胺受热氮气挥发，腈纶纺丝原液1固化成型，即得腈纶丝条8；
3)给油与收集：腈纶丝条8经过给油装置9、导丝盘10，收集得到荧光腈纶纤维11。
在本实施例中，除了以上工艺参数之外，入风口a4、入风口b7的在纺丝甬道3中的位置设计也非常重要。其中，入风口a4顶端低于喷丝板2出丝口水平位置20cm，入风口b7底端高于纺丝甬道3最低端10cm。
实施例2
本实施例一种荧光腈纶纤维由芯层与皮层构成，芯层为聚丙烯腈，皮层为荧光粉末与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为45000，荧光粉末为铕激活的氧化钇经机械球磨仪球磨至25000目所得的粉末。
本实施例的荧光腈纶纤维的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液1；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为33％；
2)纺丝：由计量泵输出的腈纶纺丝原液1经喷丝板2喷出后，进入长度为10m、直径为400mm圆柱形的纺丝甬道3，携带有荧光粉末的热氮气a由入风口a4、多孔板5吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气a中荧光粉末的浓度为2000mg/l，通气量为1.0m3/min；热氮气a的入口温度为250℃；与此同时，热氮气b由入风口b7吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气b的入口温度为410℃，通气量为1.7m3/min；随着二甲基甲酰胺受热氮气挥发，腈纶纺丝原液1固化成型，即得腈纶丝条8；
3)给油与收集：腈纶丝条8经过给油装置9、导丝盘10，收集得到荧光腈纶纤维11。
在本实施例中，除了以上工艺参数之外，入风口a4、入风口b7的在纺丝甬道3中的位置设计也非常重要。其中，入风口a4顶端低于喷丝板2出丝口水平位置40cm，入风口b7底端高于纺丝甬道3最低端20cm。
实施例3
本实施例一种荧光腈纶纤维由芯层与皮层构成，芯层为聚丙烯腈，皮层为荧光粉末与聚丙烯腈的混合物。其中，聚丙烯腈的数均分子量约为40000，荧光粉末为铽激活的铝酸盐经机械球磨仪球磨至23000目所得的粉末。
本实施例的荧光腈纶纤维的制备步骤如下：
1)腈纶纺丝原液的准备：将通过溶液聚合法所制得的聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺并经脱泡、过滤，得到腈纶纺丝原液1；腈纶纺丝原液中聚丙烯腈的重量比浓度为30％；
2)纺丝：由计量泵输出的腈纶纺丝原液1经喷丝板2喷出后，进入长度为8m、直径为300mm圆柱形的纺丝甬道3，携带有荧光粉末的热氮气a由入风口a4、多孔板5吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气a中荧光粉末的浓度为1000mg/l，通气量为0.8m3/min；热氮气a的入口温度为200℃；与此同时，热氮气b由入风口b7吹入纺丝甬道3，由出风口6吹出；热氮气b的入口温度为400℃，通气量为1.6m3/min；随着二甲基甲酰胺受热氮气挥发，腈纶纺丝原液1固化成型，即得腈纶丝条8；
3)给油与收集：腈纶丝条8经过给油装置9、导丝盘10，收集得到荧光腈纶纤维11。
在本实施例中，除了以上工艺参数之外，入风口a4、入风口b7的在纺丝甬道3中的位置设计也非常重要。其中，入风口a4顶端低于喷丝板2出丝口水平位置30cm，入风口b7底端高于纺丝甬道3最低端15cm。