发光塑料与纤维及其母粒的制备工艺研究

论文摘要

稀土铝酸盐发光材料与其它高能见度材料相比,具有余辉时间长、亮度高、无毒无害无放射性、对环境和人体绝对安全的特点。蓄能型自发光塑料与纤维将稀土铝酸盐发光材料应用于其中,使制品具有发光的特性。该制品能够无限次使用,可广泛应用于建筑装潢、交通运输、航空航海、夜间作业、消防应急、日常生活、娱乐及安全服装等领域。有利于增加人民生活的安全性、提高聚酯树脂的附加值。为了方便自发光塑料与纤维的推广和使用,促进自发光塑料与纤维更好地服务于人民的社会生活,并在学术上弥补目前对发光材料应用研究不足的现状,本文就蓄能型自发光纤维与塑料的制备工艺进行了研究,采用聚丙烯树脂和铝酸盐发光材料着重考察了制备工艺及助剂的配比。研究的最终目的是为了找出蓄能型发光塑料、发光纤维及母粒的发光性能和不同助剂及加工条件的关系。本文主要研究内容与结果有以下几个方面:1.在对聚丙烯塑料与丙纶纤维生产方法进行探索的基础上,确定了母粒制备工艺,制备了发光塑料和发光纤维专用母粒。针对塑料和纤维生产工艺的不同,采用专用聚丙烯制备出发光性能优异的纤维和塑料母粒。经过实践得出当发光纤维与发光塑料母粒中铝酸盐发光材料的最佳添加量为11 wt%,钛酸酯偶联剂的添加量为1.3 wt%时有利于提高发光材料在聚丙烯树脂中的分散性。当PE蜡的使用量为5 wt%,硬脂酸酰胺的使用量为1 wt%时有助于增强熔体在挤塑机中的流动性能,可以减小发光材料与螺杆的摩擦,为最终提高产品发光性能创造了有利条件。2.设计制造了发光塑料专用模具根据实际需要我们设计了用于发光塑料安全标志生产专用模具,模尺寸为36 cm×14 cm。在模具设计时,解决了模具中流动平衡问题,使流道平滑,呈流线型,没有拐角和死区。这样在挤塑时荧光粉不会发生变性,同时保证了熔体流出模具成型区时在出口截面各区域上的平均流速保持一致。根据聚丙烯易于翘曲的特点,设计了发光塑料板加强筋,使发光塑料板的平整程度有效地提高。3.探索了发光塑料的制备工艺由于发光塑料的相对特殊性,根据铝酸盐发光材料不耐高温的特点,采用一步成型的工艺生产可明显提高发光强度,简化制备工艺。以不同熔融指数的聚丙烯混熔,当大熔融指数的聚丙烯添加量为10 wt%时,可明显改善聚丙烯板材翘曲和表面灰暗发光亮度不高的技术问题。根据试验得到发光塑料板的最佳挤出工艺为:挤出压力3.6 Mpa,挤出温度180℃。4.尝试了发光纤维的制备工作根据试验确定了丙纶纤维中长余辉发光材料的含量为2 wt%。发光纤维的生产工艺为:纺丝速率900 m/min,纺丝压力8 MPa,计量泵转速为15 rpm。物料经纺丝机放出后在空气中自然冷却而成纤维原丝,由绕丝机绕在绕丝筒上,得到发光纤维半成品。再经过约4倍牵伸,热定型温度120～130℃,得到最终成品发光纤维,其各项性能均有所提高。为了改善发光纤维的外观情况,考察了发光纤维的染色情况。当果绿色色母粒与黄色色母粒的添加量为0.8 wt%时,可得到外观较好的发光纤维。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 长余辉发光材料的发展历史及研究现状
• 1.2.1 长余辉发光材料的发光性能
• 1.2.2 长余辉发光材料的应用
• 1.3 研究内容
• 第2章 试验方法
• 2.1 蓄光型发光塑料的制备工艺
• 2.1.1 发光塑料制备工艺
• 2.1.2 改进的发光塑料制备工艺
• 2.2 蓄光型发光纤维制备工艺
• 2.3 发光塑料与纤维性能测试
• 2.3.1 发光塑料与纤维表面形貌观察
• 2.3.2 发光塑料与纤维余辉性能测试
• 2.3.3 发光塑料与纤维发光性能测试
• 2.3.4 发光塑料与纤维力学性能测试
• 第3章 发光塑料及发光纤维母粒的制备
• 3.1 发光塑料母粒制备
• 3.1.1 前言
• 3.1.2 发光塑料母粒的组成
• 3.1.3 发光塑料母粒发光性能的主要影响因素
• 3.1.4 蓄光型自发光标示标志系统产品性能要求
• 3.1.5 塑料添加剂对发光塑料母粒制作的影响
• 3.2 发光纤维母粒的制备
• 3.2.1 发光材料粒径对发光纤维母粒的影响
• 3.2.2 发光材料用量对母粒发光强度的影响
• 3.2.3 钛酸酯偶联剂用量对发光纤维母粒的影响
• 3.2.4 硬脂酸酰胺用量对发光纤维母粒的影响
• 3.3 小结
• 第4章 发光塑料的制备
• 4.1 塑料挤出模具设计
• 4.2 塑料发光母料法制备发光塑料
• 4.2.1 试验部分
• 4.2.2 发光塑料中发光材料比例的确定
• 4.2.3 注射条件对产品性能的影响
• 4.3 荧光粉直接加入法制备发光塑料
• 4.4 塑件翘曲变形的控制
• 4.5 聚丙烯共混控制发光塑料翘曲
• 4.6 聚丙烯板材的性能测试
• 4.7 小结
• 第5章 发光纤维的制备
• 5.1 前言
• 5.1.1 聚丙烯纤维生产简介
• 5.2 聚丙烯发光纤维的制备
• 5.2.1 发光材料粒径对发光纤维的影响
• 5.2.2 发光材料用量对发光纤维的影响
• 5.2.3 加工工艺对发光纤维的影响
• 5.2.4 牵伸试验
• 5.3 丙纶染色
• 5.4 小结
• 第6章 全文主要结论和进一步研究工作的建议
• 6.1 全文的主要结论
• 6.2 进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果