一种碳纤维的染色方法

技术领域

本发明属于纺织工业技术领域，具体涉及一种碳纤维的染色方法。

背景技术

碳纤维是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维。在航空航天，军事，汽车，体育设施等行业应用较多，主要是将碳纤维制备成碳纤维复合材料，利用碳纤维的高强度，耐高温等特点来加工制造产品。碳纤维由于其特殊的力学性能广泛应用于高端制造行业，然而，碳纤维的类石墨解构使其表面呈化学惰性，表面能低，缺乏具有化学活性的官能团，界面结合性能差，导致其余染料分子间化学键合作用低，难以染色，严重限制了碳纤维制品的应用。

关于碳纤维染色方法方面的现有技术较少。公开号为CN104358140A的中国发明专利公开了一种利用载体对芳纶和碳物料进行染色的方法，在高温高压下用碱性染料及套染碳对芳纶和碳物料进行染色，该工艺流程长，需要控制的工艺参数较多；还有一种方法是将碳纤维用其他化学材料完全包裹，类似于有色电缆，金属比作碳纤维，外包的红色，绿色或者是黄色塑料比作外包材料，然后外包材料再进行染色，该方法工艺复杂，污染大，能耗高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中碳纤维染色方法存在的不足，提供一种碳纤维的染色方法。

技术方案

一种碳纤维的染色方法，包括如下步骤：

(1)将纳米纤维素干粉采用染色液进行染色，然后烘干，得到染色的纳米纤维素干粉；

(2)将染色的纳米纤维素干粉和聚乙烯醇以2：8的质量比混合后，加入去离子水，搅拌均匀，得到透明的纺丝液，静电纺丝，制备得到染色的纳米纤维膜；

(3)将碳纤维束分离成碳纤维单丝后，进行等离子改性，然后用砂纸打磨，得到处理后的碳纤维单丝；

(4)在步骤(3)处理后的碳纤维单丝表面喷涂胶水，再采用步骤(2)制得的染色的纳米纤维膜对其进行包覆，然后采用40-80℃的去离子水水洗并烘干，将烘干后的材料用透明塑料膜包覆，得到染色后的碳纤维产品。

步骤(1)中，所述纳米纤维素为亚麻纤维素、苎麻纤维素或大麻纤维素等等。

进一步，步骤(2)中，所述纺丝液中，染色的纳米纤维素干粉的质量浓度为2％。

进一步，步骤(2)中，所述静电纺丝的静电电压为5-30kV，喷射流速为0.5-2.0ml/h。

进一步，步骤(3)中，所述等离子处理的功率为100-300瓦，时间为30-100秒，等离子处理在氮气或氧气氛围下进行。进行等离子处理可以降低对碳纤维束性能的影响。等离子体改性后，对碳纤维束进行砂纸打磨处理，以进一步提高比表面积。

进一步，步骤(4)中，所述烘干温度为100-200℃，时间为100-180秒。

本发明的有益效果：本发明提供了一种间接对碳纤维进行染色的方法，纳米纤维素材料染色性好，常温下即可进行，将染色的纳米纤维素材料包覆在碳纤维表面，即可获得染色后的碳纤维，相比于其他碳纤维染色方法，本发明方法简单可行，而且具有不破坏碳纤维性能的优点，染色后的碳纤维产品具有很好的色牢度、耐洗性和耐日晒牢度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

一种碳纤维的染色方法，包括如下步骤：

(1)将纳米纤维素干粉(购自北京北科新材科技有限公司，产品编号：BK2020060201，CAS号：9004-34-6)采用染色液进行染色，然后烘干，得到染色的纳米纤维素干粉；

(2)将染色的纳米纤维素干粉和聚乙烯醇以2：8的质量比混合后，加入去离子水，搅拌均匀，得到透明的纺丝液(纺丝液中，染色的纳米纤维素干粉的质量浓度为2％)，静电纺丝(静电电压为20kV，喷射流速为1.2ml/h)，制备得到染色的纳米纤维膜；

(3)将碳纤维束分离成碳纤维单丝后，进行等离子改性，等离子改性的功率为200瓦，时间为60秒，等离子处理在氮气氛围下进行，将等离子改性后的碳纤维单丝用砂纸打磨以增大比表面积，得到处理后的碳纤维单丝；

(4)在步骤(3)处理后的碳纤维单丝表面喷涂胶水，再采用步骤(2)制得的染色的纳米纤维膜对其进行粘合包覆，然后采用60℃的去离子水水洗并烘干，烘干温度为150℃，时间为120秒，将烘干后的材料用透明塑料膜包覆，得到染色后的碳纤维产品。

对本实施例染色后的碳纤维产品进行色牢度、耐日晒牢度以及耐水洗色牢度测试，其中，色牢度测试方法参考GB/T250-2008纺织品色牢度试验评定变色用灰色样卡；耐日晒牢度测试方法参考GB/T 8426-1998纺织品色牢度试验耐光色牢度日光；耐水洗色牢度测试方法参考GB/T 3921-2008纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度进行，耐水洗色牢度皂洗液浓度5g/L，浴比1:50，40℃，洗涤30分钟，肥皂不含荧光增白剂，为标准皂液。

测试结果：

1)色牢度测试结果：

干摩擦和湿摩擦的色牢度测试结果均为5级。

2)耐日晒牢度测试结果：

耐日晒牢度测试结果为8级。

3)耐水洗色牢度测试结果：

耐水洗色牢度等级为5级。

以上所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。