一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维及其制备方法和应用，属于纺丝材料技术领域。本发明专利技术中聚乳酸荧光太阳能集光纤维由以下重量份数的原料熔融共混造粒后，经过熔融纺丝获得，其中原料包括聚乳酸95～100份，荧光物质0.01～5份。本发明专利技术制备的聚乳酸荧光太阳能集光纤维采用可再生、生物可降解的聚乳酸作为聚合物基体，解决了现有石油基太阳能聚光纤维存在的资源短缺和环境污染等问题。且本发明专利技术提供的制备流程简单、成本低，采用熔融纺丝的方法，对环境污染小，属于清洁化生产的范畴。此外，本发明专利技术获得的集光纤维实现了高结晶度和高透明性的统一，使得纤维既具有好的集光效果，同时也具有较好的力学性能和耐热性能。也具有较好的力学性能和耐热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纺丝材料
，具体涉及到一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着人类社会的发展，化石能源的消耗以及其带来的环境污染问题日益严重。将新型的、清洁的、可再生的能源作为传统能源的替代品已经成为社会的共识。其中，将太阳能转换为电能可以有效缓解化石能源的消耗以及环境污染的现状，即光伏发电。目前，光伏发电的器件多为太阳能电池，其在使用过程中需要太阳光追踪系统以及依赖天气条件，极大的限制了其对太阳能能源的利用。为了提高太阳能电池对太阳光的利用效率以及降低成本，荧光太阳能集光器成为研究热点。
[0003]荧光太阳能集光器由荧光材料、透明光波导材料以及太阳能电池组成。与传统的太阳能电池相比，荧光太阳能集光器无需昂贵的太阳光追踪系统、复杂的冷却系统以及不依赖天气状况。目前，荧光太阳能集光器中的透明光波导材料多为平板状，然而，普通的平板型荧光太阳能集光器的主要缺陷在于荧光层和光伏电池的耦合困难以及光的传输和布线困难等，为了克服这些问题，提出了荧光太阳能聚光纤维(LSCF)的新概念，LSCF容易与太阳能电池以及无源纤维耦合。由于LSCF轻质、柔性，可加工成不同结构的可穿戴织物，与光伏电池结合作为移动电源，具有较强的灵活性。到目前为止，绝大部分LSCF的研究是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃聚合物(COP)、聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)等高折射率的聚合物为基体，引入荧光物质制得LSCF，然而，PMMA、COP、PC和PS均为无定形的聚合物，玻璃化转变温度为其最高使用温度，相对较低；另外，无定形聚合物制得的纤维难以进行有效的拉伸，取向度低，且结晶度为0，难以制得力学性能较好的LSC纤维，因此，通过熔融纺丝制得具有一定结晶度和取向度且有较高强力的透明纤维是该领域的研究目标之一。而结晶型聚合物一般是结晶和无定形区的混合态，存在结晶和无定形区界面处光的折射，难以制得透明材料。故制得具有一定结晶度和取向度，力学性能和耐热性优异的透明纤维为该领域需解决的关键问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维，该集光纤维由以下重量份数的原料熔融共混造粒后，经过熔融纺丝获得，其中原料包括聚乳酸95～100份，荧光物质0.01～5份。
[0005]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的一种优选方案，其中：聚乳酸的粘均分子量为1.0
×
104～2.0
×
106；荧光物质为荧光染料、过渡金属离子复合物荧光材料、稀土荧光材料或量子点荧光材料。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，将聚乳酸和荧光物质在真空烘箱中干燥处理；
[0008]S2，将干燥后的聚乳酸和荧光物质投加到高速混合器中预混，然后在双螺杆共混机中熔融共混造粒，得到聚乳酸/荧光物质切片；
[0009]S3，将获得的聚乳酸/荧光物质切片在65～120℃条件下真空干燥处理8～48h，熔融纺丝后先牵伸，再热定型，得到聚乳酸荧光太阳能集光纤维。
[0010]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S1中干燥处理条件为：温度50～105℃，时间为8
‑
48h。
[0011]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S2中预混时间为3～15min。
[0012]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S2中熔融共混造粒条件为：130～250℃，转速为50～500rmp。
[0013]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中熔融纺丝温度为150～250℃，速度为500～5000m/min。
[0014]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中牵伸温度为65～120℃，牵伸倍数为1.5～10.0；热定型温度为90～135℃。
[0015]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中纺丝工序为一步完成或两步完成。
[0016]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中纺丝工序为两步完成时，操作过程为：首先采用熔融纺丝制得聚乳酸荧光太阳能集光初生纤维，其中纺丝温度为150～250℃，纺丝速度为500～5000m/min；然后，对初生纤维进行牵伸和热定型，牵伸温度为65～120℃，牵伸倍数为1.5～10.0，热定型温度为90～135℃，制得聚乳酸荧光太阳能集光纤维。
[0017]作为本专利技术聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中纺丝工序为一步完成时，采用的在线牵伸和热定型制得聚乳酸荧光太阳能集光纤维，其中，在线牵伸温度为65～120℃，牵伸倍数为1.5～10.0；热定型温度为90～135℃。
[0018]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的、且具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1，将聚乳酸和荧光物质在真空烘箱中干燥处理；
[0020]S2，将干燥后的聚乳酸和荧光物质投加到高速混合器中预混，然后在双螺杆共混机中熔融共混造粒，得到聚乳酸/荧光物质切片；
[0021]S3，将获得的聚乳酸/荧光物质切片在50～120℃条件下真空干燥处理8～48h，熔融纺丝后依次进行水浴冷却、一道热蒸汽拉伸、二道热空气拉伸和热定型，得到具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维；
[0022]作为本专利技术具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S1中干燥处理条件为：温度50～105℃，时间为8
‑
48h。
[0023]作为本专利技术具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S2中预混时间为3～15min。
[0024]作为本专利技术具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S2中熔融共混造粒条件为：130～250℃，转速为50～500rmp。
[0025]作为本专利技术具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法的一种优选方案，其中：S3中熔融纺丝温度为130～250℃；水浴冷却温度为0～75℃；一辊卷绕速度为1～50m/min；一道热蒸汽拉伸的温度为20～95℃，拉伸倍数为2～15倍；二道热空气拉伸的温度为65～140℃，拉伸倍数为1～10倍；热定型温度为90～150℃。
[0026]本专利技术的另一个目的是提供如上述所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维以及具有高强大直径的聚乳酸荧光太阳能集光纤维应用，主要用于荧光太阳能集光器中。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0028](1)本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸荧光太阳能集光纤维，其特征在于，该集光纤维由以下重量份数的原料熔融共混造粒后，经过熔融纺丝获得，其中原料包括聚乳酸95～100份，荧光物质0.01～5份。2.根据权利要求1所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维，其特征在于，聚乳酸的粘均分子量为1.0
×
104～2.0
×
106；荧光物质为荧光染料、过渡金属离子复合物荧光材料、稀土荧光材料或量子点荧光材料。3.一种权利要求1所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将聚乳酸和荧光物质在真空烘箱中干燥处理；S2，将干燥后的聚乳酸和荧光物质投加到高速混合器中预混，然后在双螺杆共混机中熔融共混造粒，得到聚乳酸/荧光物质切片；S3，将获得的聚乳酸/荧光物质切片在65～120℃条件下真空干燥处理8～48h，熔融纺丝后先牵伸，再热定型，得到聚乳酸荧光太阳能集光纤维。4.根据权利要求3所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法，其特征在于，S1中干燥处理条件为：温度50～105℃，时间为8
‑
48h。5.根据权利要求3所述的聚乳酸荧光太阳能集光纤维的制备方法，其特征在于，S2中预混时间为3～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆生，周星星，邓炳耀，李大伟，李昊轩，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：