高性能纤维及其制品颜色构建的研究进展

高性能纤维及其制品颜色构建的研究进展

摘要

高性能纤维及其制品是我国纺织行业重点发展的关键材料,其关系到国民经济发展和国家战略安全。为促进高性能纤维及其制品的发展,掌握其染色方法前沿和发展趋势,突破行业技术瓶颈,综述了国内外高性能纤维及其制品颜色构建的研究进展。重点概述了以芳纶、碳纤维、聚酰亚胺纤维和超高分子量聚乙烯纤维为代表的高性能纤维在颜色构建方面的技术创新,从载体染色、非水介质溶剂染色和原液着色等化学染色法以及物理结构生色法等方面总结了4种高性能纤维颜色构建的基本原理和发展趋势,讨论了高性能纤维色彩构建中遇到的主要挑战,并对该领域的未来研究方向进行了展望。指出,高性能纤维及其制品的颜色构建仍需进一步完善理论研究,以期为推动其高质量发展提供理论和应用参考。

高性能纤维是指具有特殊的物理化学结构、性能和用途,或具有特殊功能的化学纤维。碳纤维、芳纶、聚酰亚胺纤维和超高分子量聚乙烯纤维是目前应用为广泛的四大高性能纤维,主要应用于航空航天、国防科技、军事工程、建筑工业、交通运输、医疗防护、民用工业和电子通信等领域。然而,随着高性能纤维应用领域的拓宽,对有色高性能纤维的制备提出了挑战。由于高性能纤维的特殊分子结构和表面物理化学性能,如高分子链间作用力大、纤维结晶度高、纤维表面化学惰性强等,使染料分子难以进入纤维内部或与纤维结合,导致高性能纤维的颜色构建难度大,难以获得理想的颜色深度。为突破高性能纤维颜色构建的技术瓶颈,国内外学者进行了大量研究,针对高性能纤维的结构特点和物理化学性能,创新了高性能纤维的表面改性方法和染色工艺,从纤维原料、成形加工、表面改性等方面赋予高性能纤维颜色。

本文主要介绍了以芳纶、碳纤维、聚酰亚胺纤维和超高分子量聚乙烯纤维为代表的4种高性能纤维颜色构建的研究进展,探讨了上述高性能纤维颜色构建的发展方向,以期为制备色彩丰富的高性能纤维提供一定的参考,以满足时尚及特殊领域的需求。

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高性能纤维颜色构建主要方法

高性能纤维及其制品是《中国制造2025》战略任务中重点领域突破发展的关键材料,也是我国纺织行业重点发展的纤维材料,其被广泛应用于各个领域,如图1所示。高性能纤维颜色构建的方法主要分为化学染色法和物理结构生色法。其中,化学染色法主要包括基于纤维制造中的原液着色法、针对染色工艺优化的载体染色法和非水介质溶剂染色法等。表1示出高性能纤维及其制品颜色构建的主要方法。2

芳纶颜色构建

芳纶全称为芳香族聚酰胺纤维,其工业化产品主要包括对位芳纶和间位芳纶。由于其超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱和化学结构稳定等优良性能,被广泛应用于航空航天、军工、交通、建筑、体育和电子电器等诸多领域。彩色芳纶制品可提供美学和功能的灵活性,并达到产品识别目的。近年来,针对芳纶分子结构和染料适用性,主要采用分散染料和碱性染料进行染色,开发了载体染色、非水介质溶剂染色、接枝改性后染色等化学构建方法以及结构生色物理构建方法。其中,载体染色和非水介质溶剂染色受到广泛关注。