夜光纤维编织物的性能及产品开发应用

吴春芳，崔文波，许 标

（上饶职业技术学院，江西 上饶 334000）

随着人们对纺织材料的要求不断提高，单一性能的纺织材料已经不能满足需求。人们对面料、服装的轻薄、弹性、体型适应性、功能性与舒适性、环保与保健等多方面性能提出了更高的要求，大量新型改性天然纤维和功能性化学纤维受到重视开发应用。夜光纤维材料作为新型纺织纤维材料也得到了关注，人们纷纷对其性能与产品开发进行深入研究。

1 夜光纤维的性能

并得到根据发光形式与发光性质，可以分为自发光型纤维和蓄光纤维两种。自发光型纤维是把放射性物质添加到纤维材料中以达到发光效果，不符合环境保护要求，不适合在服装纺织材料中应用；稀土夜光纤维作为一种新型高科技蓄光纤维功能材料，能够在光的照射下，吸收光波并储存能量，当周围亮度下降到某一临界值时，可以自发地发出光，时间长达10 h左右，生产过程不会对环境造成污染，是无毒无害的发光材料，能够循环使用，市场前景广阔。从稀土夜光纤维生产工艺和处理技术来看，传统的表面涂层技术生产的夜光纤维制成的纺织物在手感性能、耐酸碱性能和服用性能以及发光性能方面相对较差，应用有限。另一种是以其他纤维作为基材，通过特种工艺添加稀土发光材料，制作成具有蓄能功能的夜光纤维。由于稀土发光材料均匀分布于纤维基质中，在抗酸碱性能、摩擦性能、发光性能方面有明显的效果，是较为理想的夜光纤维纺织材料，现已研制出多种色光的夜光纤维，并对其性能进行了相应的分析。叶高明等[1]对夜光纤维发光性能在不同温度条件、染料种类、染料用量等方面的变化进行了分析，强调合适的定型温度是140～195 ℃，黄色染料下夜光纤维的发光性能最佳。赵菊梅[2]对夜光纤维的发光光谱性能及余辉衰减性能等进行了测试，分析认为夜光纤维的发光在520 nm和575 nm附近呈现发射峰，主要是绿光或黄光。杨丽月[3]分析对比了干、湿态及热处理后夜光纤维和普通涤纶纤维的力学性能指标和吸放湿平衡回潮率。稀土夜光纤维因其具有特殊纺织性能，得到了广泛的开发应用。

2 夜光纤维编织物的性能

2.1 夜光纤维编织物的发光性能

稀土夜光纤维中含有多种稀土元素，由于稀土元素所具有的特殊化学结构，具备丰富的电子能级，在光的强弱作用下能够进行能级间跃迁，光照强时，电子能级由低能级逐渐向高能级跃迁，同时，将光能储存在纤维当中；当环境黑暗时，稀土元素释放出储存在纤维中的能量，电子从激发态向低能级跃迁，从而发出光线。稀土材料种类、浓度等不同，其能级间的能量差也不同，最终发出的光线颜色也不同。赵菊梅对稀土夜光纤维的发光性能分析得知，其主激发峰位于350 nm，而以涤纶为基体的多色夜光纤维在390 nm附近会出现激发次峰，黄色纤维在450～670 nm的可见光区是吸收光波的主要波区，而其发射峰主要集中在520 nm和575 nm附近[4]。这表明夜光纤维本身的颜色与发出的色光并不一致，夜光纤维主要是发黄光或绿光，而人类肉眼对其最敏感，可以起到较强的视觉效果。

在夜光纤维的余辉性能方面，由于夜光纤维中Eu2+外层电子在吸收光能时从基态4f7跃迁至激发态 4f65d，而其在发光时则由激发态以非辐射电子跃迁方式，逐步由高能级向低能级跃迁，最后从激发态降低至基态，能量以光子形式释放。夜光纤维余辉性能表现为起初时段余辉亮度下降迅速，随着时间的延长余辉亮度呈现缓慢衰减过程，因而可以分为快、中、慢3个衰减阶段，在最后的慢衰减阶段时耗时最长。夜光纤维的发光余辉完全消失至少需要10 h，在慢衰减阶段中发光性能稳定，发光强度衰减速度极其缓慢，发光纤维的应用正是以这一性能为基础的。

2.2 夜光纤维编织物的物理性能

夜光纤维在干态下断裂强度较高，但处于湿态时其断裂强度与断裂伸长率（表1）都有所下降，这表明水分对夜光纤维内存成分有一定影响。

表1 夜光纤维的断裂强度及伸长率

夜光纤维的吸湿性能是进行面料制作的重要衡量指标，不但对其大小、质量和物理性能有影响，还影响到夜光纤维的加工与生产。通过测试，夜光纤维的回潮率仅为0.22%，因此，需要添加其他吸湿性能较好的材料以改善其吸湿性能和增强其服用性能。

在热学性能方面，通过对普通绦纶纤维与夜光纤维进行加热处理，随着温度升高其断裂强度与断裂伸长率都呈下降趋势，但仍能保持在90%以上，这表明夜光纤维的耐热性能较好，而在高热的环境下，收缩率明显增加（表2）。

表2 纤维的热收缩率

3 夜光纤维产品的设计与开发

3.1 夜光纤维产品的设计

夜光纤维纺织物创新设计需要对多种要素综合考虑。从面料性能选取的角度来看，夜光纤维在热湿稳定性能和吸潮性能方面要比普通聚酯面料弱，在电学测试中，夜光纤维电阻大，容易产生静电，不利于产品开发应用，同时，作为新型纤维功能材料，生产要求技术高、成本大。因此，在夜光纤维产品开发的设计中要克服以上困难，需要把夜光纤维与氨纶等其他纤维进行混纺交织，以达到安全、舒适的目的。从设计外观效果的角度来看，不但要注意黑暗条件下光色与亮度所形成的视觉效果，还要注意白天的设计效果。从夜光纤维产品的设计过程来看，需要特别注重原料成分设计、纱线比例设计、织物结构设计、产品制作设计等关键环节[5]。

（1）在原料成分设计中，制作夜光纤维主要是利用硅酸盐体系中含有的SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+，Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+等成分，其中SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+是造成发光的主要成分，直接影响其发光性能，因此，从原料成分设计入手，可以制备出光色丰富的夜光纤维产品。

（2）在纱线比例设计中，通常选择氨纶、绦纶、棉等与夜光纤维按一定的比例进行设计，合理搭配使用，发挥不同原料的风格特性，以克服天然纤维与化学纤维面料性能上的缺陷，设计制作出的纱线达到均匀度好、强力高、毛羽少、抗起毛起球的性能。

（3）在织物结构与产品制作设计上，编织的设计流程为：编织机的选择与准备→编织纤维的选取与织物结构设计→编制织机工艺参数→试织→测试编织物密度并调整→编织产品。从设计效果来看，织物结构设计直接影响产品的外观纹路，只有合理选取编织纤维与设计，才能生产出色纱排列合理、密度适宜的织物，发挥夜光纤维的最佳光色与亮度。

3.2 夜光纤维产品的开发

3.2.1 夜光纤维在服装服饰用品中的设计应用

服装服饰多元化、多功能化的发展趋势给夜光纤维的开发应用带来了广阔的前景。在服装服饰中，应用夜光纤维可以增强创意设计效果，增加普通服装服饰品的功能与魅力，如个性内衣、安全工作服、女士风衣、时尚T恤等，拓展服装服饰设计空间；用夜光纤维织物制作的雨披和交通安全服，有利于夜间司机看清道路上的人员，减少安全事故的发生，还可以开发设计矿井、隧道、环卫等作业人员的发光工作服、发光安全帽，便于生产安全管理；夜光纤维织物也大量设计应用在儿童服装服饰及鞋帽上，以增加趣味性和满足儿童的好奇心。一款夜光材料舞台服装可以使表演起到独特的舞台效果。

3.2.2 夜光纤维在家纺及产业用品中的设计应用

夜光纤维在家纺中的设计应用主要有地毡、毛毯、窗帘、门帘、沙发等，如在窗帘上绣星星与月亮的图案，可以给人一种新奇的感觉，在家里营造出独特的氛围，还可以利用夜光纤维发光的特性开发防伪面料，制造防伪标识。此外，在工程建设，消防安全、航天工程、交通运输等产业也有广阔的应用空间。