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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

碳纤维因为具有奇特的物理化学机能,普遍运用于航空航天、汽车、化工、基本举措措施、军事、体育、能源、纺织等各个范畴。然则,碳纤维的类石墨构造使其外面呈化学惰性、界面能低、界面浸润机能和高温耐氧化机能差、缺少具有较高反响活性的化学基团,这使得碳纤维与其它基体资料之间不克不及形成有用的界面耦合感化,界面强度降低,从而严重影响其力学机能。别的,与染料分子间低的化学键合感化,使其难以染色,从而导致所开辟的碳纤维成品色调过于单一,难以知足花费者的时尚化需求。
现有的实现碳纤维织物着色的办法有: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机能也会响应地降低;苹果公司颁布的一项专利US7790637 B2经由过程增长一个附加的“罩层(scrim)”来转变碳纤维织物的外不雅色彩。曼彻斯特年夜学在不久前开辟出一种新的电致变色树脂,可用作碳纤维预浸料,使其在外加电场的感化下产生稳固、可逆的色彩变更。
尽管如斯,在坚持碳纤维织物高机械机能的同时实现其直接着色仍然是科学家须要霸占的难题。近日,我国湖北年夜学王世敏传授和武汉纺织年夜学徐卫林传授等指点的研讨团队研讨出一种有用、易操作的碳纤维织物着色办法,不仅色彩可调,还具有优秀的耐洗涤机能。
这项研讨已经揭橥在国际资料科学范畴顶级期刊《ACS Nano》上(Facile and Effective Coloration of Dye-Inert Carbon Fiber Fabrics with Tunable Colors and Excellent Laundering Durability)。据介绍,该研讨重要从仿生构造生色的思绪动身,采取ALD(原子层沉积)技巧在碳纤维/织物外面构建标准各别的非晶TiO2薄膜,实现了碳纤维及其织物的着色。
构造色是因为天然界中一系列因特别光学标准的微不雅构造对可见光进行选择性反射、色散、散射、干预、衍射和透射等物理感化而发生的花团锦簇的生物颜色。构造色所具有的无污染、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巧所无法比较的技巧优势和辽阔的运用远景。这为碳纤维的生态着色供给了新的思绪。
年夜天然中的构造色
用于构建构造色的办法包含溶胶-凝胶法、自组装、全息光刻、喷墨印刷、阳极氧化、电泳沉积、电纺和原子层沉积(ALD)等。ALD是一种特别的化学气相沉积技巧,因为自限制外面化学反响特征,原子层沉积技巧具有优良的保形性、年夜面积发展的平均性以及准确的亚单层薄膜厚度可控的特色。纳米级可控化学键合发展以及优良的保形性特征使其兼具耐服役特征,并且操作便利,稳固性高,不受基体资料年夜小和外形的限制,可以或许原子程度上掌握膜的构成构造和厚度,实用性广,对四周情况无污染。
然则,因为碳纤维织物外面重要是化学惰性的sp2键,启动CFF上的ALD反响比拟艰苦。这项研讨应用碳纤维外面存在的缺点和含氧官能团(如-OH和-COOH),可有用启动TiO2薄膜发展的特征,起首引入TIP(四异丙醇钛),经由过程碳纤维外面上-OH或-COOH的活性基团的自限制化学反响在碳纤维外面形成-OCH(CH3)2,并引入H2O与-OCH(CH3)2反响形成单层TiO2薄膜和外露的-OH,每个步调之后经由过程氮气吹除残剩物资。经由过程反复上述ALD轮回数量,可以准确地调节所需的TiO2薄膜厚度。
围绕在碳纤维外部的TiO2薄膜
经由过程掌握非晶TiO2薄膜的厚度,该研讨实现了三原色红、黄、蓝的胜利制备,并能经由过程三原色的复合,即转变碳纤维织物外面ALD TiO2的厚度,获得其他各类分歧的色彩。且所形成的TiO2薄膜耐洗涤机能优秀,可经受50次的洗涤。这一结果为实现碳纤维及其织物的生态着色指清楚明了偏向。

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