热压印纳米结构在化学纤维结构显色上的应用和研究

摘要

随着科学技术的不断进步和全球工业的迅速发展,清洁、生态的工业生产和加工技术越来越受到人们的关注。目前,国内外纺织工业已经开始越来越多的研究,期望达到最大限度地增强颜色效应,最大限度利用结构生色,减少染料、颜料用量,或简化缩短染整加工工艺,达到减少污染、省水节能的目的。瑞士联邦材料研究中心通过运用热压印的方法在纤维表面印上被精确设计的微结构,改善纤维、纺织品的相关性能。本文旨在研究热压印技术在纤维结构显色上的运用,探索一种全新的、简洁的加工方法,研究开发一种新型功能纤维纺织品。本课题选用polyamide 6聚酰胺纤维、polyamide 66聚酰胺纤维、polypropylene聚丙稀纤维、polyethylene terephthalate涤纶纤维、polymethyl methacrylate聚甲基丙烯酸甲酯纤维和polypropylene-polyetheylene terephthalate双组份纤维等不同种类的纺织化学纤维,运用热压印技术在其表面压印纳米级的微结构,研究热压印纺织材料可行性。通过测试经过加工的纤维的物理机械性能,观察纤维表面微结构,探索可行的加工工艺参数,为下一步开发微结构显色纤维的研究分析奠定基础,同时为产品开发提供参考。研究表明,在可行温度和压力范围内,上述各种纤维都可以通过热压印技术表面微结构化。压印温度可提高纤维表面微结构化区域的宽度并在纤维表面得到更均匀的微观结构。但在过高的温度和压力下,微结构化纤维的同时,也有将纤维压平的趋势,使纤维截面改变。通过单因子实验,以PMMA(polymethyl methacrylate)纤维为研究对象,研究了热压印工艺参数对结构显色纤维性能的影响,得出了不同热压印工艺参数,压印温度、罗拉压力和纤维压印加工速度分别对于纤维表面压印宽度、纤维结构色饱和度、纤维强力和伸长的影响,其中纤维表面压印的宽度与结构色饱和度可视为纤维结构显色性能的指标,纤维的强力和伸长是其机械物理性能的指标。而后通过正交设计实验,分析不同工艺参数对纤维性能的影响关系,获得各影响因素的显著性和较优化工艺参数,为结构显色纤维的研究和发展提供可靠依据。试验结果表明对于纤维表面微结构区域的宽度而言,压印温度是主要因素;对于纤维结构色的饱和度而言,压印压力是主要因素;压印速度是纤维机械性能的主要因素。在较优工艺参数选择时,选用高水平的压力以保证较好的色彩饱和度,中水平的速度以得到较好的纤维强力和伸长,以及中水平的温度,较优工艺参数选择为:压印温度为100℃,压印压力为200mbar,压印速度为3.4cm/s。最后对纤维结构显色性能测试,运用多角度光谱测试仪和色彩饱和度分析对结构显色纤维等离子Ag涂层前后进行了比较,分析了结构显色纤维的显色性能,初步探讨了纤维结构显色模型。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 结构显色纺织品的发展现状

1.2 结构生色原理

1.3 纺织结构生色技术

1.4 热压印技术

1.5 结构显色纤维的研究意义

1.6 本课题的研究目的与内容

第二章 热压印化学纤维表面微结构可行性研究

2.1 热压印设备及原理

2.2 热压印所用微结构及其显色原理

2.3 热压印化学纤维表面微结构可行性

2.4 热压印过程中旋转纤维可行性

2.5 本章小结

第三章 热压印工艺参数对结构显色纤维性能的影响

3.1 纤维结构显色性能的指标及试验方法

3.2 热压印温度对于纤维结构显色性能的影响

3.3 热压印罗拉压力对于纤维结构显色性能的影响

3.4 热压印速度对于纤维结构显色性能的影响

3.5 正交试验内容和试验方案的建立

3.6 正交试验设计与结果分析

3.7 本章小结

第四章 纤维结构显色性能的研究与分析

4.1 等离子银涂层

4.2 不同微结构的显色效果

4.3 纤维表面槽纹结构显色机理研究

4.4 多角度光谱测试纤维表面微结构显色

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文