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我国研究出碳纤维着色新技术 彩色碳纤维织物面世

发布时间:2017-10-23

  碳纤维由于具有独特的物理化学性能,广泛应用于航空航天、汽车、化工、基础设施、军事、体育、能源、纺织等各个领域。但是,碳纤维的类石墨结构使其表面呈化学惰性、界面能低、界面浸润性能和高温耐氧化性能差、缺乏具有较高反应活性的化学基团,这使得碳纤维与其它基体材料之间不能形成有效的界面耦合作用,界面强度下降,从而严重影响其力学性能。另外,与染料分子间低的化学键合作用,使其难以染色,从而导致所开发的碳纤维制品色调过于单一,难以满足消费者的时尚化需求。 

  现有的实现碳纤维织物着色的方法有:织入约50%的可染色纱线,如玻璃纤维、涤纶、铜、芳纶等,但碳纤维织物的机械性能也会相应地下降;苹果公司公布的一项专利US7790637 

  B2通过增加一个附加的“罩层(scrim)”来改变碳纤维织物的外观颜色。曼彻斯特大学在不久前开发出一种新的电致变色树脂,可用作碳纤维预浸料,使其在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化。 

  尽管如此,在保持碳纤维织物高机械性能的同时实现其直接着色仍然是科学家需要攻克的难题。近日,我国湖北大学王世敏教授和武汉纺织大学徐卫林教授等指导的研究团队研究出一种有效、易操作的碳纤维织物着色方法,不仅颜色可调,还具有优良的耐洗涤性能。 

  这项研究已经发表在国际材料科学领域顶级期刊《ACS Nano》上(Facile and Effective Coloration of Dye-Inert Carbon Fiber Fabrics with Tunable Colors and Excellent Laundering Durability)。据介绍,该研究主要从仿生结构生色的思路出发,采用ALD(原子层沉积)技术在碳纤维/织物表面构建尺度各异的非晶TiO2薄膜,实现了碳纤维及其织物的着色。 

  结构色是由于自然界中一系列因特殊光学尺度的微观结构对可见光进行选择性反射、色散、散射、干涉、衍射和透射等物理作用而产生的五彩缤纷的生物色彩。结构色所具有的无污染、不褪色、高饱和亮度、无虹彩效应的显色机理也使其具有其他染色技术所无法比拟的技术优势和广阔的应用前景。这为碳纤维的生态着色提供了新的思路。