高性能纖維及其制品顏色構建的研究進展

摘要

高性能纖維及其制品是我國紡織行業(yè)重點發(fā)展的關鍵材料,其關系到國民經(jīng)濟發(fā)展和國家戰(zhàn)略安全。為促進高性能纖維及其制品的發(fā)展,掌握其染色方法前沿和發(fā)展趨勢,突破行業(yè)技術瓶頸,綜述了國內(nèi)外高性能纖維及其制品顏色構建的研究進展。重點概述了以芳綸、碳纖維、聚酰亞胺纖維和超高分子量聚乙烯纖維為代表的高性能纖維在顏色構建方面的技術創(chuàng)新,從載體染色、非水介質(zhì)溶劑染色和原液著色等化學染色法以及物理結構生色法等方面總結了4種高性能纖維顏色構建的基本原理和發(fā)展趨勢,討論了高性能纖維色彩構建中遇到的主要挑戰(zhàn),并對該領域的未來研究方向進行了展望。指出,高性能纖維及其制品的顏色構建仍需進一步完善理論研究,以期為推動其高質(zhì)量發(fā)展提供理論和應用參考。

高性能纖維是指具有特殊的物理化學結構、性能和用途,或具有特殊功能的化學纖維。碳纖維、芳綸、聚酰亞胺纖維和超高分子量聚乙烯纖維是目前應用為廣泛的四大高性能纖維,主要應用于航空航天、國防科技、軍事工程、建筑工業(yè)、交通運輸、醫(yī)療防護、民用工業(yè)和電子通信等領域。然而,隨著高性能纖維應用領域的拓寬,對有色高性能纖維的制備提出了挑戰(zhàn)。由于高性能纖維的特殊分子結構和表面物理化學性能,如高分子鏈間作用力大、纖維結晶度高、纖維表面化學惰性強等,使染料分子難以進入纖維內(nèi)部或與纖維結合,導致高性能纖維的顏色構建難度大,難以獲得理想的顏色深度。為突破高性能纖維顏色構建的技術瓶頸,國內(nèi)外學者進行了大量研究,針對高性能纖維的結構特點和物理化學性能,創(chuàng)新了高性能纖維的表面改性方法和染色工藝,從纖維原料、成形加工、表面改性等方面賦予高性能纖維顏色。

本文主要介紹了以芳綸、碳纖維、聚酰亞胺纖維和超高分子量聚乙烯纖維為代表的4種高性能纖維顏色構建的研究進展,探討了上述高性能纖維顏色構建的發(fā)展方向,以期為制備色彩豐富的高性能纖維提供一定的參考,以滿足時尚及特殊領域的需求。

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高性能纖維顏色構建主要方法

高性能纖維及其制品是《中國制造2025》戰(zhàn)略任務中重點領域突破發(fā)展的關鍵材料,也是我國紡織行業(yè)重點發(fā)展的纖維材料,其被廣泛應用于各個領域,如圖1所示。高性能纖維顏色構建的方法主要分為化學染色法和物理結構生色法。其中,化學染色法主要包括基于纖維制造中的原液著色法、針對染色工藝優(yōu)化的載體染色法和非水介質(zhì)溶劑染色法等。表1示出高性能纖維及其制品顏色構建的主要方法。2

芳綸顏色構建

芳綸全稱為芳香族聚酰胺纖維,其工業(yè)化產(chǎn)品主要包括對位芳綸和間位芳綸。由于其超高強度、高模量、耐高溫、耐酸堿和化學結構穩(wěn)定等優(yōu)良性能,被廣泛應用于航空航天、軍工、交通、建筑、體育和電子電器等諸多領域。彩色芳綸制品可提供美學和功能的靈活性,并達到產(chǎn)品識別目的。近年來,針對芳綸分子結構和染料適用性,主要采用分散染料和堿性染料進行染色,開發(fā)了載體染色、非水介質(zhì)溶劑染色、接枝改性后染色等化學構建方法以及結構生色物理構建方法。其中,載體染色和非水介質(zhì)溶劑染色受到廣泛關注。