夜光纖維編織物的性能及產品開發應用

吳春芳，崔文波，許 標

（上饒職業技術學院，江西 上饒 334000）

隨著人們對紡織材料的要求不斷提高，單一性能的紡織材料已經不能滿足需求。人們對面料、服裝的輕薄、彈性、體型適應性、功能性與舒適性、環保與保健等多方面性能提出了更高的要求，大量新型改性天然纖維和功能性化學纖維受到重視開發應用。夜光纖維材料作為新型紡織纖維材料也得到了關注，人們紛紛對其性能與產品開發進行深入研究。

1 夜光纖維的性能

并得到根據發光形式與發光性質，可以分為自發光型纖維和蓄光纖維兩種。自發光型纖維是把放射性物質添加到纖維材料中以達到發光效果，不符合環境保護要求，不適合在服裝紡織材料中應用；稀土夜光纖維作為一種新型高科技蓄光纖維功能材料，能夠在光的照射下，吸收光波并儲存能量，當周圍亮度下降到某一臨界值時，可以自發地發出光，時間長達10 h左右，生產過程不會對環境造成污染，是無毒無害的發光材料，能夠循環使用，市場前景廣闊。從稀土夜光纖維生產工藝和處理技術來看，傳統的表面涂層技術生產的夜光纖維制成的紡織物在手感性能、耐酸堿性能和服用性能以及發光性能方面相對較差，應用有限。另一種是以其他纖維作為基材，通過特種工藝添加稀土發光材料，制作成具有蓄能功能的夜光纖維。由于稀土發光材料均勻分布于纖維基質中，在抗酸堿性能、摩擦性能、發光性能方面有明顯的效果，是較為理想的夜光纖維紡織材料，現已研制出多種色光的夜光纖維，并對其性能進行了相應的分析。葉高明等[1]對夜光纖維發光性能在不同溫度條件、染料種類、染料用量等方面的變化進行了分析，強調合適的定型溫度是140～195 ℃，黃色染料下夜光纖維的發光性能最佳。趙菊梅[2]對夜光纖維的發光光譜性能及余輝衰減性能等進行了測試，分析認為夜光纖維的發光在520 nm和575 nm附近呈現發射峰，主要是綠光或黃光。楊麗月[3]分析對比了干、濕態及熱處理后夜光纖維和普通滌綸纖維的力學性能指標和吸放濕平衡回潮率。稀土夜光纖維因其具有特殊紡織性能，得到了廣泛的開發應用。

2 夜光纖維編織物的性能

2.1 夜光纖維編織物的發光性能

稀土夜光纖維中含有多種稀土元素，由于稀土元素所具有的特殊化學結構，具備豐富的電子能級，在光的強弱作用下能夠進行能級間躍遷，光照強時，電子能級由低能級逐漸向高能級躍遷，同時，將光能儲存在纖維當中；當環境黑暗時，稀土元素釋放出儲存在纖維中的能量，電子從激發態向低能級躍遷，從而發出光線。稀土材料種類、濃度等不同，其能級間的能量差也不同，最終發出的光線顏色也不同。趙菊梅對稀土夜光纖維的發光性能分析得知，其主激發峰位于350 nm，而以滌綸為基體的多色夜光纖維在390 nm附近會出現激發次峰，黃色纖維在450～670 nm的可見光區是吸收光波的主要波區，而其發射峰主要集中在520 nm和575 nm附近[4]。這表明夜光纖維本身的顏色與發出的色光并不一致，夜光纖維主要是發黃光或綠光，而人類肉眼對其最敏感，可以起到較強的視覺效果。

在夜光纖維的余輝性能方面，由于夜光纖維中Eu2+外層電子在吸收光能時從基態4f7躍遷至激發態 4f65d，而其在發光時則由激發態以非輻射電子躍遷方式，逐步由高能級向低能級躍遷，最后從激發態降低至基態，能量以光子形式釋放。夜光纖維余輝性能表現為起初時段余輝亮度下降迅速，隨著時間的延長余輝亮度呈現緩慢衰減過程，因而可以分為快、中、慢3個衰減階段，在最后的慢衰減階段時耗時最長。夜光纖維的發光余輝完全消失至少需要10 h，在慢衰減階段中發光性能穩定，發光強度衰減速度極其緩慢，發光纖維的應用正是以這一性能為基礎的。

2.2 夜光纖維編織物的物理性能

夜光纖維在干態下斷裂強度較高，但處于濕態時其斷裂強度與斷裂伸長率（表1）都有所下降，這表明水分對夜光纖維內存成分有一定影響。

表1 夜光纖維的斷裂強度及伸長率

夜光纖維的吸濕性能是進行面料制作的重要衡量指標，不但對其大小、質量和物理性能有影響，還影響到夜光纖維的加工與生產。通過測試，夜光纖維的回潮率僅為0.22%，因此，需要添加其他吸濕性能較好的材料以改善其吸濕性能和增強其服用性能。

在熱學性能方面，通過對普通絳綸纖維與夜光纖維進行加熱處理，隨著溫度升高其斷裂強度與斷裂伸長率都呈下降趨勢，但仍能保持在90%以上，這表明夜光纖維的耐熱性能較好，而在高熱的環境下，收縮率明顯增加（表2）。

表2 纖維的熱收縮率

3 夜光纖維產品的設計與開發

3.1 夜光纖維產品的設計

夜光纖維紡織物創新設計需要對多種要素綜合考慮。從面料性能選取的角度來看，夜光纖維在熱濕穩定性能和吸潮性能方面要比普通聚酯面料弱，在電學測試中，夜光纖維電阻大，容易產生靜電，不利于產品開發應用，同時，作為新型纖維功能材料，生產要求技術高、成本大。因此，在夜光纖維產品開發的設計中要克服以上困難，需要把夜光纖維與氨綸等其他纖維進行混紡交織，以達到安全、舒適的目的。從設計外觀效果的角度來看，不但要注意黑暗條件下光色與亮度所形成的視覺效果，還要注意白天的設計效果。從夜光纖維產品的設計過程來看，需要特別注重原料成分設計、紗線比例設計、織物結構設計、產品制作設計等關鍵環節[5]。

（1）在原料成分設計中，制作夜光纖維主要是利用硅酸鹽體系中含有的SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+，Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+等成分，其中SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+是造成發光的主要成分，直接影響其發光性能，因此，從原料成分設計入手，可以制備出光色豐富的夜光纖維產品。

（2）在紗線比例設計中，通常選擇氨綸、絳綸、棉等與夜光纖維按一定的比例進行設計，合理搭配使用，發揮不同原料的風格特性，以克服天然纖維與化學纖維面料性能上的缺陷，設計制作出的紗線達到均勻度好、強力高、毛羽少、抗起毛起球的性能。

（3）在織物結構與產品制作設計上，編織的設計流程為：編織機的選擇與準備→編織纖維的選取與織物結構設計→編制織機工藝參數→試織→測試編織物密度并調整→編織產品。從設計效果來看，織物結構設計直接影響產品的外觀紋路，只有合理選取編織纖維與設計，才能生產出色紗排列合理、密度適宜的織物，發揮夜光纖維的最佳光色與亮度。

3.2 夜光纖維產品的開發

3.2.1 夜光纖維在服裝服飾用品中的設計應用

服裝服飾多元化、多功能化的發展趨勢給夜光纖維的開發應用帶來了廣闊的前景。在服裝服飾中，應用夜光纖維可以增強創意設計效果，增加普通服裝服飾品的功能與魅力，如個性內衣、安全工作服、女士風衣、時尚T恤等，拓展服裝服飾設計空間；用夜光纖維織物制作的雨披和交通安全服，有利于夜間司機看清道路上的人員，減少安全事故的發生，還可以開發設計礦井、隧道、環衛等作業人員的發光工作服、發光安全帽，便于生產安全管理；夜光纖維織物也大量設計應用在兒童服裝服飾及鞋帽上，以增加趣味性和滿足兒童的好奇心。一款夜光材料舞臺服裝可以使表演起到獨特的舞臺效果。

3.2.2 夜光纖維在家紡及產業用品中的設計應用

夜光纖維在家紡中的設計應用主要有地氈、毛毯、窗簾、門簾、沙發等，如在窗簾上繡星星與月亮的圖案，可以給人一種新奇的感覺，在家里營造出獨特的氛圍，還可以利用夜光纖維發光的特性開發防偽面料，制造防偽標識。此外，在工程建設，消防安全、航天工程、交通運輸等產業也有廣闊的應用空間。